Estudio de los fluidos aceite-agua a través del sensor basado en la permitividad eléctrica del patrón de fluido
Resumen
Un sensor basado en la permitividad eléctrica del fluido fue usado para análisis de las tomografías en los diferentes patrones que se presentan en flujo multifase aceite y agua (Liquido-Liquido). El estudio experimental fue realizado en un tubo de vidrio borosilicato de 25,4 [mm] de diámetro interno y 12 [m] de longitud. El sensor está formado por una malla de alambre con dos planos de 8 x 8 hilos, llamado sensor de malla de alambre (WMS). Los experimentos fueron efectuados con dos viscosidades diferentes de aceite, una con 200 [cP] y otra de 60 [cP] a 860 [kg / m3]de densidad con el tubo posicionado en la horizontal y levemente inclinado a + 5 grados, para variar la viscosidad del aceite fue usado un intercambiador de calor. El patrón de flujo multifase analizado fue anular, estratificado y disperso. Las tomografías obtenidas por la WMS fueron comparadas con una cámara de alta velocidad para la validación cualitativa de los resultados. Se usaron doce modelos de permitividad eléctrica para el estudio del régimen del fluido presente.
Palabras clave:
WMS, multifase, tomografía, permitividad, patrón de flujo
Descargas
La descarga de datos todavía no está disponible.
Referencias
[1] M. M. Hernández Cely, V. E. C. Baptistella, O. M. H. Rodriguez, “Study and characterization of gas-liquid slug flow in an annular duct, using high speed video camera, wire-mesh sensor and PIV,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 98, no. May, pp. 563–575, 2018, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2018.06.031
[2] S. Arirachakaran, K. D. Oglesby, M. S. Malinowsky, O. Shoham, J. P. Brill, “An Analysis of Oil/Water Flow Phenomena in Horizontal Pipes”, en SPE Production Operations Symposium, Apr. 1989, doi: 10.2118/18836-MS
[3] M. Nädler, D. Mewes, “Flow induced emulsification in the flow of two immiscible liquids in horizontal pipes,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 23, no. 1, pp. 55-68, 1997, doi: 10.1016/S0301-9322(96)00055-9
[4] P. Angeli, G. F. Hewitt, “Pressure gradient in horizontal liquid-liquid flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 24, no. 7, pp. 1183–1203, 1998, doi: 10.1016/S0301-9322(98)00006-8
[5] O. M. H. Rodriguez, I. H. Rodriguez, J. L. Ansoni, “An experimental and numerical study on the wall lubrication force in dispersed liquid-liquid flow,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 120, 2019, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103094
[6] J. Lovick, P. Angeli, “Experimental studies on the dual continuous flow pattern in oil-water flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 30, no. 2, pp. 139–157, 2004, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2003.11.011
[7] K. Ioannou, O. J. Nydal, and P. Angeli, “Phase inversion in dispersed liquid-liquid flows,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 29, no. 3, pp. 331–339, 2005, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2004.05.003
[8] J. Y. L. Lum, T. Al-Wahaibi, P. Angeli, “Upward and downward inclination oil-water flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 32, no. 4, pp. 413–435, 2006, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2006.01.001.
[9] H. F. Velasco Peña, A. Bonilla Riaño, C. H. Monteiro De Carvalho, V. Estevam, O. M. Hernandez Rodriguez, “Wire-mesh-based tomography in upward-vertical oil-water-air three-phase flow,” ICMF 2016, 2016.
[10] M. Hernandez-cely, A. F. D. A. Teixeira, R. H. Ruschel, “Estimation of Permittivity Models for Holdup Measurement of Viscous-Oil for different patterns,” 2019 Int. Conf. Control. Autom. Diagnosis, pp. 1–6, 2019, doi: 10.1109 / ICCAD46983.2019.9037921
[11] M. J. Da Silva, E. Schleicher, U. Hampel, “Capacitance wire-mesh sensor for fast measurement of phase fraction distributions,” Meas. Sci. Technol., vol. 18, no. 7, pp. 2245–2251, Jul. 2007.
[12] I. H. Rodriguez, H. K. B. Yamaguti, M. S. de Castro, M. J. Da Silva, O. M. H. Rodriguez, “Slip ratio in dispersed viscous oil-water pipe flow,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 35, no. 1, pp. 11–19, 2011, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2010.07.017
[13] O. M. H. Velasco Peña, H.F. Bonilla Riaño, A. Rodriguez, I.H. Rodríguez, “Evaluation of permittivity models for holdup measurement of viscous-oil in water dispersed flow,” in 8th International Conference on Multiphase Flow ICMF 2013, 2013, p. 2013.
[14] I. D. Johnson, “Method and apparatus for measuring water in crude oil,” U.S. Pat. 4664263, 1987.
[15] H. F. Velasco Peña, O. M. H. Rodriguez, “Applications of wire-mesh sensors in multiphase flows,” Flow Meas. Instrum., vol. 45, pp. 255–273, 2015, doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2015.06.024
[16] I. H. Rodriguez, H. F. Velasco Peña, A. Bonilla Riaño, R. A. W. M. Henkes, O. M. H. Rodriguez, “Experiments with a Wire-Mesh Sensor for stratified and dispersed oil-brine pipe flow,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 70, pp. 113–125, 2015, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2014.11.011
[17] T. Frøystein, H. K. Kvandal, H. Aakre, “Dual energy gamma tomography system for high pressure multiphase flow,” Flow Meas. Instrum., vol. 16, no. 2–3, pp. 99–112, 2005, doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2005.02.005
[18] M. Appel, J. J. Freeman, D. Pusiol, “Robust multi-phase flow measurement using magnetic resonance technology,” SPE Middle East Oil Gas Show Conf. MEOS, Proc., vol. 2, no. January, pp. 932–951, 2011, doi: 10.2118/141465-MS.
[19] Y. Li et al., “Gas/oil/water flow measurement by electrical capacitance tomography,” Meas. Sci. Technol., vol. 24, no. 7, 2013, doi: 10.1088/0957-0233/24/7/074001
[20] B. Wang, Z. Gui, W. Tan, Z. Huang, H. Ji, H. Li, “A new dual-modality ECT/ERT technique based on C4D principle,” Conf. Rec. - IEEE Instrum. Meas. Technol. Conf., vol. 2015-July, pp. 2061–2065, 2015, doi: 10.1109/I2MTC.2015.7151600
[21] H.-M. Prasser, A. Böttger, J. Zschau, “A new electrode-mesh tomograph for gas-liquid flows,” FLOW Meas. Instrum., vol. 9, no. 2, pp. 111–119, Jun. 1998, doi: 10.1016/S0955-5986(98)00015-6
[22] H. Looyenga, “Dielectric constants of heterogeneous mixtures,” Physica, vol. 31, no. 3, pp. 401–406, 2002, doi: 10.1016/0031-8914(65)90045-5
[23] T. Hao, “Dielectric Properties of Non-aqueous Heterogeneous Systems,” Semental. Interface Sci., vol. 22, pp. 341 - 423, 2005.
[2] S. Arirachakaran, K. D. Oglesby, M. S. Malinowsky, O. Shoham, J. P. Brill, “An Analysis of Oil/Water Flow Phenomena in Horizontal Pipes”, en SPE Production Operations Symposium, Apr. 1989, doi: 10.2118/18836-MS
[3] M. Nädler, D. Mewes, “Flow induced emulsification in the flow of two immiscible liquids in horizontal pipes,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 23, no. 1, pp. 55-68, 1997, doi: 10.1016/S0301-9322(96)00055-9
[4] P. Angeli, G. F. Hewitt, “Pressure gradient in horizontal liquid-liquid flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 24, no. 7, pp. 1183–1203, 1998, doi: 10.1016/S0301-9322(98)00006-8
[5] O. M. H. Rodriguez, I. H. Rodriguez, J. L. Ansoni, “An experimental and numerical study on the wall lubrication force in dispersed liquid-liquid flow,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 120, 2019, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103094
[6] J. Lovick, P. Angeli, “Experimental studies on the dual continuous flow pattern in oil-water flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 30, no. 2, pp. 139–157, 2004, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2003.11.011
[7] K. Ioannou, O. J. Nydal, and P. Angeli, “Phase inversion in dispersed liquid-liquid flows,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 29, no. 3, pp. 331–339, 2005, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2004.05.003
[8] J. Y. L. Lum, T. Al-Wahaibi, P. Angeli, “Upward and downward inclination oil-water flows,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 32, no. 4, pp. 413–435, 2006, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2006.01.001.
[9] H. F. Velasco Peña, A. Bonilla Riaño, C. H. Monteiro De Carvalho, V. Estevam, O. M. Hernandez Rodriguez, “Wire-mesh-based tomography in upward-vertical oil-water-air three-phase flow,” ICMF 2016, 2016.
[10] M. Hernandez-cely, A. F. D. A. Teixeira, R. H. Ruschel, “Estimation of Permittivity Models for Holdup Measurement of Viscous-Oil for different patterns,” 2019 Int. Conf. Control. Autom. Diagnosis, pp. 1–6, 2019, doi: 10.1109 / ICCAD46983.2019.9037921
[11] M. J. Da Silva, E. Schleicher, U. Hampel, “Capacitance wire-mesh sensor for fast measurement of phase fraction distributions,” Meas. Sci. Technol., vol. 18, no. 7, pp. 2245–2251, Jul. 2007.
[12] I. H. Rodriguez, H. K. B. Yamaguti, M. S. de Castro, M. J. Da Silva, O. M. H. Rodriguez, “Slip ratio in dispersed viscous oil-water pipe flow,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 35, no. 1, pp. 11–19, 2011, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2010.07.017
[13] O. M. H. Velasco Peña, H.F. Bonilla Riaño, A. Rodriguez, I.H. Rodríguez, “Evaluation of permittivity models for holdup measurement of viscous-oil in water dispersed flow,” in 8th International Conference on Multiphase Flow ICMF 2013, 2013, p. 2013.
[14] I. D. Johnson, “Method and apparatus for measuring water in crude oil,” U.S. Pat. 4664263, 1987.
[15] H. F. Velasco Peña, O. M. H. Rodriguez, “Applications of wire-mesh sensors in multiphase flows,” Flow Meas. Instrum., vol. 45, pp. 255–273, 2015, doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2015.06.024
[16] I. H. Rodriguez, H. F. Velasco Peña, A. Bonilla Riaño, R. A. W. M. Henkes, O. M. H. Rodriguez, “Experiments with a Wire-Mesh Sensor for stratified and dispersed oil-brine pipe flow,” Int. J. Multiph. Flow, vol. 70, pp. 113–125, 2015, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2014.11.011
[17] T. Frøystein, H. K. Kvandal, H. Aakre, “Dual energy gamma tomography system for high pressure multiphase flow,” Flow Meas. Instrum., vol. 16, no. 2–3, pp. 99–112, 2005, doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2005.02.005
[18] M. Appel, J. J. Freeman, D. Pusiol, “Robust multi-phase flow measurement using magnetic resonance technology,” SPE Middle East Oil Gas Show Conf. MEOS, Proc., vol. 2, no. January, pp. 932–951, 2011, doi: 10.2118/141465-MS.
[19] Y. Li et al., “Gas/oil/water flow measurement by electrical capacitance tomography,” Meas. Sci. Technol., vol. 24, no. 7, 2013, doi: 10.1088/0957-0233/24/7/074001
[20] B. Wang, Z. Gui, W. Tan, Z. Huang, H. Ji, H. Li, “A new dual-modality ECT/ERT technique based on C4D principle,” Conf. Rec. - IEEE Instrum. Meas. Technol. Conf., vol. 2015-July, pp. 2061–2065, 2015, doi: 10.1109/I2MTC.2015.7151600
[21] H.-M. Prasser, A. Böttger, J. Zschau, “A new electrode-mesh tomograph for gas-liquid flows,” FLOW Meas. Instrum., vol. 9, no. 2, pp. 111–119, Jun. 1998, doi: 10.1016/S0955-5986(98)00015-6
[22] H. Looyenga, “Dielectric constants of heterogeneous mixtures,” Physica, vol. 31, no. 3, pp. 401–406, 2002, doi: 10.1016/0031-8914(65)90045-5
[23] T. Hao, “Dielectric Properties of Non-aqueous Heterogeneous Systems,” Semental. Interface Sci., vol. 22, pp. 341 - 423, 2005.
Publicado
2020-06-01
Sección
Artículos
Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-SinObrasDerivadas 4.0.
- Los autores conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado bajo la Licencia Creative Commons Atribución-NoDerivadas 4.0 Internacional. que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en la Revista UIS Ingenierías.
- Los autores pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en la Revista UIS Ingenierías.
