Termodinamica

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Sección de Estudios de Posgrado e Investigación.
UNIDAD CULHUACAN.

CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO SLUG INDUCIDO POR LA
COMBINACIÓN DE TUBERÍAS DESCENDENTES Y
ASCENDENTES.

TESIS

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN
CIENCIAS DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
ENERGÉTICOS.

PRESENTA
Ing. PÉREZ GARCÍA MANUELDIRECTOR DE TESIS
Dr. FLORENCIO SÁNCHEZ SILVA

México, D. F.

OCTUBRE 2009

A mi familia, siempre en mi mente y corazón:
A quienes han heredado el tesoro más valioso que puede darse a un hijo:
amor
A quienes sin escatimar esfuerzo alguno han sacrificado gran parte de su
vida para forjarme y educarme
A quienes la ilusión de su vida ha sido convertirme en una persona de
provecho
Aquienes nunca podre pagar todos sus desvelos ni aun con las riquezas
más grandes del mundo
Por eso y más………………………………gracias por todo.
Alicia García Rojas, Jacinto Pérez García, Lobato, Valentín, a la
abuela Celia, al viejo Whili, y a todos mis muertos.
A mi asesor el Dr. Florencio Sánchez Silva, a quien le estoy profunda
mente agradecido por su apoyo, consejos, entusiasmo y sobre todo suamistad.
Al Ing. Julio Jiménez, al Dr. Domitilo y al Dr. Carvajal por su apoyo
para terminar una meta más en mi vida.
Al amigo que siempre estuvo con migo en las buenas y las malas, por su
apoyo incondicional. Ing. Rangel Arreola Hugo.
Al Instituto Politécnico Nacional por brindarme la oportunidad de poner
la técnica al servicio de la patria.
Gracias a dios, por brindarme la vida y lasensatez para vivirla.
Manuel P.G.

Septiembre 2009

ÍNDICE.

ÍNDICE:
RESUMEN
ABSTRACT
RELACIÓN DE FIGURAS Y TABLAS
NOMENCLATURA
INTRODUCCIÓN

i
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iii
vii
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CAPITULO 1. ANTECEDENTES SOBRE FLUJOS BIFÁSICOS EN LA INDUSTRIA.
1.1 Flujo bifásico en la industria.
1.2 Breve panorama histórico del flujo bifásico en la industria petrolera.
1.2.1 El periodo empírico.
1.2.2 Los años deldespertar.
1.2.3 Periodo del modelado.
1.3 Estudios anteriores sobre flujo bifásico en tuberías inclinadas.
1.3.1 Patrones de flujo en tuberías inclinadas.
1.3.1.1 Flujos ascendentes.
1.3.1.2 Flujos descendentes.
1.3.2 Fracción volumétrica del líquido (hold-up) y
caída de presión en tuberías inclinadas.
1.4 Inestabilidades ocasionadas por el flujo bifásico.

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CAPITULO 2. MODELOS EXISTENTES DEL FLUJO BIFÁSICO EN TUBERÍAS.
2.1 Ecuaciones básicas que describen el flujo bifásico en tuberías inclinadas.
2.1.1 Factores Másicos.
2.1.2 Velocidades.
2.1.3 Propiedades de los fluidos.
2.2 Flujo estratificado en tuberías con inclinación descendente.
2.2.1 Modelos existentes para flujo estratificado en estado estable.
2.3 Flujo slug en tuberías coninclinación ascendente.
2.3.1 Modelos existentes para flujo slug en estado estable.
2.4 Modelos existentes para flujo slug inducido por el terreno en estado -transitorio.

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CAPITULO 3. ESTUDIO EXPERIMENTAL.
3.1 Diseño y construcción de la instalación experimental.
3.1.1 Caracterización de la instalación experimental.
3.1.2 Diseño y construcción de lassondas de anillos.
3.1.2.1 Calibración de la sonda de anillos.
3.1.3 Diseño y construcción de la sonda láser (velocímetro de burbujas).
3.2 Calibración de los instrumentos no construidos.

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ÍNDICE.

3.2.3 Transductores de presión.
3.2.4 Rotámetro tipo turbina para medir el flujo de agua y el aire.
3.3 Implementación de la tarjeta de adquisición de datos.
3.4Operación de la instalación experimental.

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CAPITULO 4. DESARROLLO DEL MODELO MATEMÁTICO.
4.1 Balance de momentum y masa para el flujo slug ascendente.
4.1.1 Balance de momentum en cuasi-equilibrio.
4.1.2 Balance de masa en estado transitorio.
4.1.3 Solución lineal implícita.
4.2 Algoritmo de solución.
4.3 Programación del modelo.

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CAPITULO 5....