En mecánica de fluidos , el flujo bifásico es un flujo de gas y líquido , un ejemplo particular de flujo multifásico . El flujo bifásico puede ocurrir en varias formas, como flujos que pasan de líquido puro a vapor como resultado de calentamiento externo , flujos separados y flujos bifásicos dispersos donde una fase está presente en forma de partículas, gotitas o burbujas en una fase portadora continua (es decir, gas o líquido).
El método ampliamente aceptado para categorizar flujos bifásicos es considerar la velocidad de cada fase como si no hubiera otras fases disponibles. El parámetro es un concepto hipotético llamado velocidad superficial .
Históricamente, probablemente los casos más estudiados de flujo bifásico se dan en los sistemas de energía a gran escala. Las centrales eléctricas a carbón y gas utilizaban calderas muy grandes para producir vapor para su uso en turbinas . En estos casos, el agua presurizada pasa a través de tuberías calentadas y se transforma en vapor a medida que avanza por la tubería. El diseño de calderas requiere una comprensión detallada del comportamiento de la transferencia de calor y la caída de presión del flujo bifásico, que es significativamente diferente del caso monofásico. Aún más crítico, los reactores nucleares utilizan agua para eliminar el calor del núcleo del reactor utilizando un flujo bifásico. Se ha realizado una gran cantidad de estudios sobre la naturaleza del flujo bifásico en estos casos, de modo que los ingenieros puedan diseñar contra posibles fallas en las tuberías, pérdida de presión, etc. (un accidente por pérdida de refrigerante (LOCA)). [1]
Otro caso en el que puede producirse un flujo bifásico es la cavitación de una bomba . En este caso, la bomba funciona cerca de la presión de vapor del fluido que se bombea. Si la presión cae aún más, lo que puede ocurrir localmente cerca de los álabes de la bomba, por ejemplo, puede producirse un cambio de fase y habrá gas en la bomba. También pueden producirse efectos similares en las hélices marinas; dondequiera que ocurra, es un problema grave para los diseñadores. Cuando la burbuja de vapor colapsa, puede producir picos de presión muy grandes, que con el tiempo provocarán daños en la hélice o la turbina.
Los casos de flujo bifásico anteriores corresponden a un solo fluido que se presenta por sí solo en dos fases diferentes, como vapor y agua. El término "flujo bifásico" también se aplica a mezclas de diferentes fluidos que tienen diferentes fases, como aire y agua, o petróleo y gas natural. A veces, incluso se considera el flujo trifásico , como en los oleoductos y gasoductos, donde puede haber una fracción significativa de sólidos. Aunque el petróleo y el agua no son fases estrictamente distintas (ya que ambos son líquidos), a veces se los considera un flujo bifásico; y la combinación de petróleo, gas y agua (por ejemplo, el flujo de un pozo petrolífero en alta mar) también puede considerarse un flujo trifásico.
Otras áreas interesantes donde se estudia el flujo bifásico incluyen la electrólisis del agua , [2] sistemas climáticos como las nubes , [1] y en el flujo de aguas subterráneas , en el que se estudia el movimiento del agua y el aire a través del suelo.
Otros ejemplos de flujo bifásico son las burbujas , la lluvia , las olas del mar , la espuma , las fuentes , la espuma , la criogenia y las manchas de petróleo . Un último ejemplo es la explosión eléctrica del metal.
Varias características hacen del flujo bifásico una rama interesante y desafiante de la mecánica de fluidos:
El gorgoteo es un sonido característico producido por el flujo inestable de un fluido bifásico, por ejemplo, cuando se vierte líquido de una botella o al hacer gárgaras .
El modelado del flujo de dos fases aún está en desarrollo. Los métodos conocidos son