flujo de gas por tuberias y estranguladores

8/11/2019 Flujo de Gas Por Tuberias y Estranguladores

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FLUJO DE GAS POR TUBERIAS Y

ESTRANGULADORES

*Miranda Garca Ana Karen

*Parra Prez Jos Ernesto*Trinidad Catarino Demian


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Si mezclamos las ecuaciones 4.13 y 4.17

obtenemos la siguiente ecuacin,considerando:

Basndonos en esta ecuacin podemos determinarecuaciones para calcular el flujo de gas a travs detuberas.


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Para determinar dichas ecuaciones es

importante evaluarlas teniendo las siguientesconsideraciones (ver tabla 4.1):

Factor de compresibilidad (Z):

Debe calcularse a condiciones medias de flujo ya P1 yP2 , ya que de no ser as se pueden

provocar errores apreciables en los resultados.


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Factor de Friccin:

Bajo esta clasificacin, se distinguen tres tiposde ecuaciones:

Valor constante f, gas a baja presin y casi nose emplean.

Basadas en que f es funcin del numero deReynolds, por flujo turbulento.

El valor f es solo funcin del dimetro, ocurreen condiciones de flujo turbulento.


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En la tabla 4.2, el trmino s corresponde alfactor de correccin por tubera inclinada:

Y donde Lc es:


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4.2 Numero de Reynolds

Es conveniente considerar una ecuacin denumero de Reynolds para un flujo de gas, queeste en unidades practicas.


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4.2.1 Flujo de gas natural por conductos

anulares.

Cuando el gas fluye por el espacio anular sedebe considerar el dimetro hidrulico en laecuacin de flujo:


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Finalmente obtenemos la ecuacin 4.19

tomando en consideracin el conducto anular:


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4.2.2 Numero de Reynolds en conductos

anulares.

Para el NRe por flujo anular no se admite

sustitucin directa al dimetro hidrulico, perosi se aproxima.


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4.3 Aspectos a considerar en laaplicacin de la ecuacin general de

energa.

Para tener mayor certeza de los resultados

obtenidos por la ecuacin 4.19 es importantetener ciertas consideraciones:

o Factor de friccin: Como la viscosidad del gas

es baja se manejan gastos altos, con rgimende flujo turbulento.


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o El nivel base: La diferencia de alturas entre ladescarga y la entrada de la tubera se debe

referir a un nivel base.


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En los casos de pozos verticales, direccionados oen gasoductos se considera; si el flujo es

ascendente Pth

ser la presin de descarga (P2

) yPwf la presin de entrada (P1). Esto funciona enforma inversa si el flujo es descendente.


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o Mtodos de solucin para ecuaciones de flujo:

Para resolver las ecuaciones, se hace uso deprocedimientos iterativos pues la presin media,el factor de compresibilidad y el factor defriccin; dependen de la presin, de el numerode Reynolds, el dimetro , etc.


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o La presin media: Como en los gasoductos laspresiones no son lineales se obtiene unapresin media:


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o Eficiencia de flujo: La eficiencia es factor deajuste para compensar los efectos decorrosin, erosin, rugosidad e incrustacionesde flujo; que deben ser corregidos paraobtener un gasto real. Algunos valores de E

sugeridos son:


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4.4 Sistemas complejos de recoleccinde transporte

Lo que se presento anteriormente considerauna tubera de dimetro constante, pero en la

realidad la tubera esta compuesta porsecciones de varios dimetros o lneasparalelas entre si.


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4.4.1 Tuberas en serie: Si una linea detransporte tiene distintas secciones podemosdeterminar longitudes equivalentes a un

dimetro comn o en dimetros equivalente auna longitud comn para obtener una solalnea con un gasto equivalente al original.


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o 4.4.2 Tuberas en paralelo: Para este tipo desistemas se tienen las mismas perdidas depresin en cada una de las ramas y el gasto

total equivale a la suma de los gastos de cadarama, o se obtiene un dimetro equivalente alnumero de ramas consideradas.


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4.5 Presencia de Condensados

Hasta ahora se ha considerado un flujo en unasola fase, por lo que se hace una correccin dedensidad del gas debido a la presencia de

condensados en la corriente de flujo. Por loregular dicha correccin de hace porcorrelaciones de flujo multifsico pero si se

hace la correccin de densidad se obtienenresultados aceptables.


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Algunos autores establecieron mtodosaceptables:


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4.5 Presencia de Condensados

Hasta ahora solo se ha considerado una solafase por lo que es necesario realizar unacorreccin de densidad del gas por la

presencia de condensados, por lo que laevaluacin de esta se puede dar a travs decorrelaciones de flujo multifsico o bien

aplicando la correccin mencionada a ladensidad del gas.


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4.6Ecuacin general de costos. Costos por tubera.

Factor de conversin a costo anual.

Costo fijo anual de operacin y mantenimiento.

Costos por compresin de gas.

Inversin inicial.

Costos fijos de operacin y mantenimiento.

Costo total.

Anlisis econmico de lneas de conduccin de gasnatural.

Diseo econmico. Desarrollo del mtodo de multiplicadores de Lagrange.


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Mtodo grfico.W= 28.2(d+t)t [dll/ton]

d: rango de dimetros.t: espesor de tubera.

Go: colocacin base.Yo: costos base.

Y= Yo+IMdG= Go+INd


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Espesor de la tubera (t).

En base al cdigo ASME B31.1

t=

en funcin del dimetro interno:

t=

()

p: presin mxima deoperacin [lb/in^2]

S: esfuerzo mximo

permisible [lb/in^2] F: factor de diseo por tipo

de construccin.

E: factor de diseo por tipo

de unin longitudinal. T: factor de diseo por

deformacin trmica.

t: espesor de la tubera (in).


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Sustituyendo:

Cit= 28.2[

()+

^

()^](A*d^2+B*d^3)

A= Yo + GoB= IM + IN


fi= (+)^+ [1/ao] i: tasa de intersn: vida til.

Costo anual por milla.

Ct= fi*Cit [dll/ao/milla]


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Costo fijo anual de operacin y mantenimiento.

Si se considera como un porcentaje de la inversininicial, puede incluirse en la tasa de inters.

De otra manera, se adiciona al clculo anual por milla.

Ctt= fi + Ft [dll/ao/milla]

Ft: costos fijos.Ctt: costo total por tubera [dll/ao/milla]


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Costos por compresin de

gas.

De acuerdo con Katz, la potencia

necesaria para comprimir un millnde pies cbicos de gas por da.

a= Rc 1 hcBHP

fd

K1= 3.03(+)

+

Para condiciones base:K1= 0.085656(Ts+460)

= (K-1)/K

BHP: potencia al freno

e: eficiencia mecnica

hc: prdidas de potenciaen el sistema de vlvulas[BHP/10^6ft^3/ da]

K: relacin de caloresespecficos, Cp/Cv

Ts: temperatura desuccin

Rc: razn de compresin


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Potencia por milla.

Potencia necesaria paradesplazar un gasto q [ft^3/da] de

gas a una distancia L [millas].

P=[dll/milla]

Z: factor de desviacin delgas a presin de succin.

aZ[BHP/10^6ft^3/da]

Inversin inicial.

=

[dll/milla]

X: costo inicial de las compresoras,ya instaladas [dll/BHP]


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gr= + + r: tasa de inters.m: vida til en aos del

equipo de compresin

Costo anual y por milla.

= [ ]

Costos fijos de operaciny por mantenimiento.

Costos del combustible.Se consideran 4 situaciones.

1. Consumo de combustible=10000[Btu/BHP/hr]

2. Poder calorfico promedio delgas= 1000 [Btu/ft^3]

3. Volumen de gas por cada

BHP, un una hora= 10[ft^3/BHP/hr]4. = 1000 .


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= 24 365 10 1000

=87.6

Costo total.

Fc: costo fijo de mantenimiento.

Ct = C 1 C 3 F c

Ct = qaZ10L (grX87.6C Fc)

Costo total.

= 2 4 (

) 10 [dll/ao/milla]

= 28.2

=87.6


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2. Anlisis econmico de lneas deconduccin de gas natural.

= . 0.03756 4 6 0

. .

pd: presin de descarga de la compresora [lb/in^2 abs]pe: presin de entrada de la compresora [lb/in^2 abs]p[lb/in^2]T[F]

L: longitud de la lnea de conduccin: peso especfico del gash: diferencia de elevacin.Z: factor de compresibilidad media.


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Diseo econmico.

Dado que L, pe, pd varan con la longitud, se construyeninstalaciones intermedias de compresin, as se buscamantener constantes dichas variables.Cuando el dimetro de la lnea disminuye incrementan losgastos del equipo de compresin, y el gasto de la tuberadisminuye.

$Com

$Tub


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Desarrollo del mtodo de multiplicadores de

Lagrange.

Se requiere de una funcin objetivo.


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Las variables L, pd, pe, y d, deben satisfacer laecuacin la ecuacin de flujo y minimizar el valorde la ecuacin de costos.

;

;


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Ests ecuaciones, junto con la ecuacin de flujoconstituyen un conjunto de 5 ecuaciones con 5incgnitas (L, pd, pe, d y

).

10

= 0.5

[ ](2Ad+3Bd^2) =

.


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Procedimiento de solucin


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Procedimiento de solucin.1. Determinar los valores de k, e, , , , ,, , ,

.

2. Determinar los valores , , , .3. Determinar los valores de i, r, n, m,, , , 4. Obtener con , .5. Suponer un dimetro y obtener el factor de friccin y K4 de la

tabla, obtener y comprobar si el valor del dimetro es eladecuado.

6. Obtener L7. Obtener el costo anual por milla para el juego de valores , ,


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Ejercicio.


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PREDICCIN DEL COMPORTAMIENTO

1) Suponer un gasto para cierta presin esttica2) Obtener Pwf

3) Obtener Pth

4) Obtener presin en la lnea de descargaUtilizar presin de separacin y suponer diferentes

gastos

5) Suponer diferentes presiones estticas

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Comportamiento de presin en la cabeza y lnea de descarga enfuncin del gasto

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Gastos a diferentes presiones estticas enfuncin de las presiones en la cabeza de pozo

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Relacin entre gasto mximo y presin esttica del pozo

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EROSIN DE TUBERAS

Objetivo

Determinar la velocidad de erosin

Producir por debajo de la velocidad a la queinicia la erosin

Causas:

Alta velocidad del gas Presencia de slidos

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FLUJO EN ESTRANGULADORES

Estrangulador

Herramienta que restringe el paso de un fluido bajopresin:

Controlar el gasto del pozo Conservar la energa del yacimiento Ejercer contrapresin Proteger equipo

Velocidad arrastre lquidos < Velocidad gas

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