O que é fluxo anular?

O fluxo anular é um método de fluxo de líquido e gás em uma tubulação em que o material de peso molecular mais leve flui pelo centro do tubo e o material de peso molecular mais pesado forma uma película fina que flui ao longo da parede do tubo. É freqüentemente visto na indústria do petróleo, onde as taxas de fluxo são altas e podem ocorrer em tubos horizontais e verticais. O fluido ou gás de massa mais leve também pode estar na forma de uma névoa ou suspensão coloidal conhecida como emulsão. A interface entre os materiais fluidos pode não ser precisa e pode envolver misturas de gás e líquido.

Variações no fluxo anular são categorizadas como fluxo ondulado, onde ocorrem irregularidades ou fluxo anular fino. No fluxo anular fino, à medida que a taxa de fluxo aumenta, a suspensão coloidal de glóbulos gasosos no núcleo aumenta e leva os glóbulos a se espalharem em faixas e nódulos finos. Também existem vários outros tipos de regimes de fluxo, incluindo fluxo de bolhas, lesmas e rotatividade no tubo vertical, além de estratificação e ondulação estratificada no tubo horizontal.

O cálculo da vazão anular pode ser difícil, pois as equações exigem uma medida precisa do diâmetro interno da tubulação. Isso varia porque o fluxo anular possui um limite de não fluxo dentro dele que altera o diâmetro efetivo do interior do tubo. É difícil encontrar valores precisos, dependendo do método de cálculo usado.

Duas séries de equações são comumente usadas para determinar o fluxo anular. O primeiro é conhecido como fluxo de perímetro úmido, onde o diâmetro efetivo do tubo é dividido por um produto quadrado das áreas de fluxo interno e externo. Os cálculos de perímetro úmido não são ideais, pois se baseiam inteiramente no fluxo interno sendo subtraído do fluxo externo sem permitir a região sem fluxo. O método de Engenharia de Petróleo utiliza um método mais complexo de comparação do fluxo interno e externo, e é conhecido por produzir resultados de taxa de fluxo cerca de 40% maiores que o método do Perímetro Umedecido. As equações da Engenharia de Petróleo parecem refletir a vazão real medida melhor do que o método do Perímetro Umedecido, mas o método Umedecido é o padrão usado na engenharia acadêmica.

Os fatores de atrito também devem ser considerados no fluxo anular. Usar a superfície externa do tubo para estimar o atrito é um método. A criação de um atrito médio com base em dados ponderados também é feita e ambas são consideradas abordagens legítimas.

Existem também vários estágios no fluxo gás-líquido no tubo, onde ocorrem transições entre os vários tipos de regimes de fluxo. As transições podem incluir mudanças de anular para fino e anular e fluxo de plugue para anular no tubo vertical. No tubo horizontal, transições comuns em esquemas de fluxo incluem a transição lesma para anular. Esses, assim como muitos outros tipos de estados de fluxo e transições, todos têm modelos matemáticos exclusivos para calcular qual é a taxa de fluxo atual no tubo.