Patrones de flujo bifásico en tuberías: caudal burbujeante, bala, agitado y anular

Resumen

El documento describe los principales patrones de flujo bifásico gas-líquido en tuberías: burbujeante, bala (slug), agitado (churn), anular-disperso y anular. Para cada uno explica cómo se distribuyen las fases, la forma de las burbujas o películas y las características que permiten distinguirlos.

Puntos clave

En el flujo burbujeante el gas se reparte en burbujas discretas dentro de un líquido continuo.
En el flujo bala las burbujas tienen aproximadamente el diámetro de la tubería y están separadas de la pared por una película de líquido.
El flujo agitado se forma por la rotura de las grandes burbujas del flujo bala y tiene un carácter oscilatorio o caótico.
El flujo anular-disperso presenta una película líquida gruesa en la pared y gotas arrastradas aglomeradas en filamentos en el núcleo de gas.
En el flujo anular hay una película líquida en la pared con un núcleo continuo de gas y gotas separadas arrastradas por las ondas de la película.

Ponte a prueba

Patrones de Flujo Bifásico

1. Caudal Burbujeante (Bubbly Flow)

El gas o la fase vapor se distribuye en forma de burbujas discretas dentro de una fase líquida continua.
En un extremo, las burbujas pueden ser pequeñas y esféricas; en el otro, pueden ser grandes, con forma de casquete esférico superior y cola plana (caudal cap-bubbly).
En este último estado, aunque el tamaño de las burbujas no se aproxima al diámetro de la tubería, puede llevar a alguna confusión con el flujo slug.

2. Caudal Bala (Slug Flow)

El gas o las burbujas de vapor tienen aproximadamente el diámetro de la tubería, y la nariz de la burbuja presenta un casquete esférico característico (forma de bala).
La burbuja está separada de la pared por una película de líquido que se mueve a baja velocidad.
El flujo de líquido está contenido en slugs (tapones) que separan las burbujas de gas sucesivas.
Estos slugs pueden contener burbujas de gas más pequeñas que han sido arrastradas por la estela de la gran burbuja.
La longitud de la burbuja de gas principal puede variar considerablemente.

3. Caudal Agitado (Churn Flow)

Se forma por la descomposición o rotura de las grandes burbujas de vapor presentes en el caudal slug.
El gas o vapor fluye de forma más o menos caótica a través del líquido, el cual es desplazado principalmente hacia la pared del canal.
El flujo tiene un carácter oscilatorio o variable en el tiempo, lo que le confiere el nombre descriptivo de caudal agitado (churn).
Este régimen también se conoce a veces como flujo semi-anular o slug-annular.

4. Caudal Anular-Disperso (Wispy-Annular Flow)

El caudal adopta la forma de una película líquida relativamente gruesa en las paredes de la tubería, junto con una cantidad considerable de líquido arrastrado en un núcleo central de gas o vapor.
El líquido en la película contiene pequeñas burbujas de gas, y la fase líquida arrastrada aparece como gotas grandes que se han aglomerado en filamentos irregulares largos o mechones (wisps).
Se produce a altas velocidades de masa y, debido a la naturaleza gaseosa de la película de líquido, podría confundirse con un flujo bubbly de alta velocidad.

5. Caudal Anular (Annular Flow)

Se forma una película de líquido en la pared del tubo con una corriente continua de gas central o núcleo de vapor.
En la superficie de la película aparecen usualmente ondas coherentes (con la misma fase) de gran amplitud, y la ruptura continua de estas ondas es una fuente para el arrastre de gotas, que se produce en el núcleo central de gas o vapor en cantidades variables.
Las gotas están separadas en lugar de aglomeradas.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el flujo tipo bala o slug?

Es un patrón en el que el gas forma burbujas de casi el diámetro de la tubería, con nariz esférica, separadas por tapones de líquido (slugs). Entre la burbuja y la pared circula una película de líquido que se mueve lentamente.

¿En qué se diferencia el flujo agitado del flujo bala?

El flujo agitado se origina cuando las grandes burbujas del flujo bala se rompen, y el gas fluye de forma caótica y variable en el tiempo, desplazando el líquido hacia la pared. También se llama semi-anular o slug-annular.