MÉTODO DE DETERMINACIÓN DE PATRONES DE …

1 SioBrasileiro de Automa o Inteligente,S o Paulo, SP,08-10de Setembro de1999M TODODEDETERMINACI NDEPATRONESDEFLUJOENTUBER ASVERTICALESATRAV SDEL GICADIFUSAY amiletS nchezMontero',JennyMontbrunDi-Filippo\Ma rcos z"y Alexis L. BouzaVlncero'''DepartamentodeProcesosySi stemas,3 Departamento deTermodin micayFen menosdeTransferencia,UniversidadSim n Bol var, Caracas,89000, , Division, Corning, NY, USAysanchezi las industrias petrolera,qu mica,derefrigeraci n,entreotras,requierende fIujos encocorrientede un gas'y de un l quido,de dos l quidosinmiscibles,y/o de dosl quidosinmisciblesy un gas fluyendoen tubos verticales,horizontalesoinclinados.

2 Siendo un desaf osuentendimientoyan lisispara el efectivo disei o ymantenimientode tuber as embargo, en laactualidad, no existencorrelacionesni modelos quepermitanmodelar lastransicionesde unr gimende flujo a otro sin quesedefinan de maneraabruptay tajante,muy distinto a lo que seobserva en la realidad, lo queacarreafrecuentementeproblemas deoscilacionesnum ricasy resultadossinsignificadof sico cuando es necesario simular elcomportamientode un flujo bif sico en tuber as. En estetrabajo se usa losprincipiosde la Teor ade L gica Difusa paradescribirlastransicionesentre los distintos PATRONES de :Patr n de flujo,multif sico,l gica difusa,m :Manyindustrialprocessesrequire theconcurrentflow ofmultiphasemixturesofIiquid-gas, liquid-liquid, orevenliquid-gas-solid( : oil, water, gas, and sand in thepetroleumindustry,waterand solids in the food industry, andwater andsteamin thepowerindustry)in horizontal,vertical,ar inclined ducts or arrays of ducts.

3 To-date, mechanisticrnathemat calmodelscapableofdescribingsuch flows do notexist, making the analysis and design ofequipmenta difficultchallenge,andhavingtoresorttoex perimentaldata whoseapplicabilityis oftenquestionableand ,thecharacterof the flowitselfcan varywithin the system, and theempiricaltools used topredictflowregimetransitionassumethat lhetransitionis abrupt not only unrealisticbut it is lhesourcenumericaloscilIationsandinstabi litieswhenthe flow sbeingsimulatedin ',weapproach lhemodelingof a'multiphaseflow system from itsmeasurableparametersand use fuzzy logicconceptsto handleflow regimetransitionsin asmoothandcontinuousfashion,asit occurs in.

4 Flow regime,multiphase,fuzzy INTRODUCCI NPara flujo encocorrientede un gas y un l quido de baja amoderadaviscosidad,pueden serdistinguidosunn merodediferentespatrones de flujo, los cualespuedenfluctuardesde elextremo de burbuja de gas dispersa en una fasel quidacontinua con unavelocidaddeI gasrelativamentebaja,a gotasde l quidodispersaen una fasecontinuade gas. Esimportantesei alar que tanto para el caso de flujo en tuber ashorizontalescomo en tuber as verticales, esposibleencontraren una mismatuber a diferentespatronesde flujo (Alves,1954),(MandhaneyAziz,1974).

5 Los PATRONES de flujopuedenserresumidosen unmapa de flujo, en el cual'sepresentanlascaracter sticasmorfol gicasdeI arreglo de loscomponentesy son,generalmente,elresultadode larecopilaci nde un grann merodeobservacionesde dichos PATRONES . Lastransicionesofronterasentre un patr n de flujo y otro no est n biendefinidas,ya quela distinci nentre los mismos tiene unadependenciacualitativay var a hecho, las fronterassonarbitrariasporquese basanen lo que elexperimentadorve,y no en los par metrosquecaracterizanal flujotalescomoviscosidad y flujo m sico (Wallis,1969).

6 En laactualidadnoexistencorrelacionesnimode losgeneralesquepermitanpredecirsatisfact oriamentelastransicionesentrelos distintos PATRONES de flujo quepuedenestarpresentesentuber as con flujo bif sico, aunque se hanpublicadocorrelacionespara flujosespec ficos(Simpson et aI.,1987).Las transiciones de un patr n de flujo a otro se definen demanera abrupta y tajante,muydistintoa lo que seobservaen larealidad, lo queacarreafrecuentementeproblemasdeoscil acionesnum ricasyresultadossinsignificadof sicocuando es necesariosimularelcomportamientode un flujobif sico en tuber unaalternativaa loanteriormentedescrito,para eltratamientode lastransicionesde flujo seproponeutilizarlat cnica de l gicadifusa(Driankovy Reinfrank,1993), (S genoy Takagi,1995)

7 ,la cualpermiteelmanejodesistemasnolineales y deaquellos en los cuales se tieue ,serepresentar la transici n que es una funci ncompleja40.'SBAI - Simp sio Brasileiro de Automa o Inteligente, S o Paulo, SP,08-10de Setembro demediante la interpolaci6n de funciones lineales, Por lo que esnecesario establecer particiones deI espacio de las variables deinter s (viscosidad, sico, momentum, ca da depresi6n), y definir regIas de comportamiento de la funci6n arepresentar. A partir deI manejo de esta herramienta, seconstruir una funci6n no lineal, incierta y continua, quepermitir en nuestro caso, que la transici6n entre los patronessea de forma continua y suave.

8 Con ello, se podr determinar,de una manera m s realista lo que ocurre en dicha el modelo obtenido ser implementado yconvalidado con datos experimentales reportados en laliteratura de sistemas de l quido-vapor de agua aplicados alestudio de reactores nucleares comerciales (Flecht, 1981).2 PATRONES DE FLUJOEn,los fiujos bif sicos, los PATRONES de fiujo deben serconocidos de manera de modelar los fen6menos f sicos tanprecisamente como sea ello se hace necesarioadoptar modelos diferentes para cada tipo de flujo, tal que cadamodelo se ajuste a las descripciones individuales,dei flujo, Sinembargo.

9 Este tratamiento dei problema se hace a n m s dif cildebido a la existencia de las zonas de transici n entre dospatrones de flujo y ai pobre conocimiento f sico para describirestas car cteraleatorio de cadaconfiguraci n de flujo, los fiujos bif sicos no est n nuncacompletamente desarrollados,por lo que la fase gaseosa puedeexpandirse debido a la ca da de presi6n a lo largo de la tuber ay permitir una modificaci6n de la estructura deI flujo como unaevoluci n desde fiujo burbuja a fiujo tap n, lo cual agregar amia mayor complejidadala soluci6n deI par metros que gobiernan la ocurrencia de unaconfiguraci6n de flujo dada son numerososy parece pococonfiable tratar de representar todas las transiciones en ungr fico bidimensionalde PATRONES deflujo puedenser reconocidos mediante la observaci ndeI flujo por s mismoo de una fotograffa,o viendo una pel cula (Delhaye, 1978).

10 EI flujo tap6n est compuesto por una serie de tapones de gas,siendo la cabeza de los mismosgeneralmentedespuntada,rnientras que su [mal es plano con una estela de burbujas. Dadouna tasa de fIujo de l quido constante, un incremento de la tasade flujo dei gas conduce a un alargamiento y un rompimientodei tap6n de gas, desarroll ndose unpatr6nde flujo hacia flujoanular en una forma ca tica. estaconfiguraci nde transici n eslIamada fiujo agitado. EI flujo anular est caracterizado por unn cleo central de gas cargado con gotas que fluye a unavelocidad mayor que la de la pel cula de l quido que se adhierea la pared, Las gotas son arrancadas desde las crestas de lasondas las cuales se propagan en la superf cie de la pel cula del quido y difunden en el n cleo de gas pudiendo eventualmentechocar contra la superficie de la pel cula.]