Efecto del patrón de flujo sobre las pérdidas de presión para flujo bifásico a través de lechos porosos bajo perspectiva fractal

Abstract

La descripción del comportamiento de un flujo bifásico, a través de lechos porosos, por medio de modelos, basados en las ecuaciones de fenómenos de transporte, se dificulta debido a la irregularidad geométrica de los canales que se forman entre las partículas sólidas que constituyen el lecho. Los modelos deterministas desarrollados para flujos monofásicos requieren del ajuste de constantes empíricas y no pueden extrapolarse a flujos bifásicos, donde el patrón de flujo generado en el sistema influye significativamente sobre el comportamiento del flujo total y las pérdidas de presión por fricción. Por lo anterior, en este trabajo se presenta un modelo para describir el comportamiento del flujo bifásico en función del patrón de flujo y de la morfología, las dimensiones y las condiciones de operación del lecho poroso, cuya obtención se basó en un formalismo, empleando conjuntamente las ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento, la geometría fractal y el cálculo diferencial fraccional. El modelo predice que, para una misma composición del flujo bifásico, el patrón de flujo influye significativamente sobre las pérdidas de presión por fricción, habiendo un incremento cuando una de las fases se encuentra dispersa en el seno de la otra. Por otro lado, el incremento de la dimensión fractal de los poros causa a su vez un incremento de las pérdidas de presión por fricción. El modelo presenta limitaciones asociadas a las consideraciones establecidas durante su obtención, de tal manera que sólo es válido cuando los efectos de la tensión superficial son más significativos que los gravitatorios, despreciándose los efectos de esos últimos sobre el patrón de flujo, así como para el estado estacionario.