Facilidades Laminas Prf. Carla Lopez_todas

Universidad del Zulia Facultad de Ingeniera Escuela de Petrleo

FACILIDADES DE SUPERFICIE

PROFESORA: CARLA LOPEZ.


Objetivo del curso

Determinar las especificaciones necesarias para la seleccin de equipos utilizados en los procesos petroleros

Instructor: Ing. Carla Lpez


Gas

PozosCompresin de gas Tratamiento de gas

Mltiple de produccin

Separacin Liquido

Deshidratacin de crudo

Almacenamiento de crudo


ContenidoTema 1: Flujo de Fluidos - Clculo de la cada de presin y velocidad del fluido. - Seleccin de tuberas.

Fluido

Tubera


ContenidoTema 2: Bombeo de lquidos- Conocer los principios de operacin bsicos de los equipos de bombeo para lquido

Bombas Tema 3: Compresin de Gas- Conocer los principios de operacin bsicos de los equipos para compresin de gases.

Compresores


ContenidoTema 4: Intercambiadores de calor-Conocer los procesos de transferencia de calor. - Caractersticas de los Intercambiadores calor, especialmente en el de carcaza y tubo.Boquilla de los tubos

Boquilla de la carcaza Deflectores

Placa de tubo flotante

Carcaza

Boquilla de los tubos

Boquilla de la carcaza


Materias base- Termodinmica - Mecnica de los fluidos - Gasotecnia

Conocimientos bsicos- Matemtica: Despeje de formulas, operaciones matemticas en general, Procesos iterativos, elaboracin de grficos, etc. - Transformacin de unidades. - Manejo de variables bsicas: presin, temperatura, flujo, propiedades fsicas y termodinmicas de los fluidos.


EvaluacinFechas probables: Tema 1 1er parcial 19 al 24 de mayo Tema 2 2do parcial 16 al 21 de junio Tema 3 3er parcial 14 al 19 de julio Recuperativos: 21 al 26 de julio

3 parciales escritos

Nota: - Trabajos adicionales solo tendrn validez para aquellos estudiantes que aprueben al menos 1 parcial.


BibliografaGua Facilidades de Superficie. Prof. Norka Barrios Crane. Flujo de fluidos Tuberas y redes de gas. Prof. Marcas Martnez Libros de mecnica de los fluidos Bombas. Mc. Graw Hill Compresores. Mc. Graw Hill Kern. Transferencia de calor Gua de clase

Flujo de fluidos

Flujo de fluidosObjetivo del estudio de flujo de fluidos

Fuente Condiciones iniciales

Cliente Condiciones finales

Facilidad para transferencia de fluidos

Flujo de fluidos Como lograr el objetivo? - Identificar las variables que intervienen - Ecuaciones que las relacionen

Tubera

Flujo de fluidosVariables que intervienen

Condiciones InicialesTipo de fluido Flujo Presin Temperatura Propiedades del fluido

Condiciones finales1 Material Rugosidad 2Presin Temperatura

Dimetro LongitudFlujo de fluido

Cambio de elevacin (H o Z)

Flujo de fluidosExisten tres variables que se relacionan entre siSeleccin de un dimetro adecuado - Maneje el caudal requerido - Cada de presin adecuada2

1

Flujo

Dimetro

Cada de Presin

Flujo de fluidosVariables- Msico

Flujo

- Molar - Volumtrico

Gas (MMPCSD, SCFM) Liquido petrolero (BPD, gpm) SI (m3/s) Ingles (pie3/s)

V Q= t

o

Q =V * A

Q =

m

Velocidad

Flujo de fluidosVariables- Atmosfrica (barmetro) UnidadesSI (N/m2, Pa, KPa) Ingles (Lb/pul2) Bar, atm

Presin

- Presin absoluta - Presin manomtrica - Presin diferencial

F P= A

(Atmosfrica)

Manmetro

Tipo BourdonPresin del fluido

Flujo de fluidosVariables- Hidrosttica

Presin

- Diferencial (Pa, psi) - Cabezal de liquido (metros, pies)Presin sobre el fluido (Po)

H (altura)

(lb/pie3)

P = . H .g + Po Presin en el fondo A (rea)

Flujo de fluidosVariables Presin- Diferencial (Pa, psi) - Cabezal de liquido (metros, pies)

h ( pie)* (lb / pie3 ) DP (lpc ) = 144 pul 2 1 pie 2Manmetro

Columna de liquido

Manmetro 1 Columna de liquido Manmetro 2

50 pies Tanque

Pboquilla

Flujo de fluidosVariables Temperatura- Sistema Internacional (K, C) - Sistema Ingles (R, F)

Longitud y cambios de elevacinLongitud

ZoH

Unidades: metros, kilmetros, pies, millas, mm.

Flujo de fluidosVariables Dimetro (Interno)- Sistema Internacional (m, mm) - Sistema Ingles (pulgadas)Espesor

Tubera

D interno

D externo

Las tuberas estn disponibles para varios dimetros internos

D externo D int 1 D int 2 D int 3

Flujo de fluidosCont.

Flujo de fluidosVariables- MaterialAcero comercial 0,05 mm Nueva 0,002 pulgadas

Rugosidad- Uso de la tubera

Existente 0,2 mm

Los metales son rugosos

Flujo de fluidosVariablesLquidosDensidad: tambin se utiliza la gravedad especfica.

141,5 API = 131,5 s.g

Propiedades del fluido

liq@ 60 F = s.g. x agua@ 60 F Sistema Ingls: agua @ 60 F = 0,9990109 g/cm3 = 62,37 lb/pies3 agua @ 60 F = 1 g/cm3 = 62,427 lb/pies3 Sistema Internacional: = Kg/m3

Flujo de fluidosVariablesLquidosViscosidad (dinmica) absoluta ( ) unidades cp, lbm/ (pie.s) Para transformar: cp x (0,000672)= lbm/ (pie. seg) Sistema Internacional kg/ m.s , Pa.s


Viscosidad cinemtica (v) unidades centistokes (cst), pie2/s Para transformar: cst x (1,07639x10-5)= pie2/s Sistema Internacional m2/s Para transformar de a v v (cst)= (cp)/ s.g.

Flujo de fluidosVariablesGasesDensidad

g =

m P. PM = V R.T .zN


Peso Molecular de la Mezcla

PMgas = y i PMii =1

Gravedad especfica

g = s.g. =

PMgas PMaire

Viscosidad (dinmica) absoluta ( ) unidades cp, lbm/ (pie.s)

Flujo de fluidosEcuaciones matemticasTeorema de Bernoulli Balance de energa mecnica

La suma de la energa cintica, potencial y de flujo de una partcula de fluido es constante a lo largo de una lnea de corriente, cuando los efectos de la compresibilidad y de la friccin son despreciablesEnerga cintica Energa potencial Energa de un fluido Velocidad Cambio de la elevacin Entalpa 1 ZoH 2

Tubera

Flujo de fluidosEcuaciones matemticasTeorema de BernoulliEnerga potencial, Energa cintica y la energa del fluido, trabajo y calor

V12 V22 h1 + + Z1 . g + Q W = h2 + + Z2. g 2 2Si por termodinmica se tiene que

h =u +

P

2

V12 P2 V22 u1 + + + Z1 . g + Q W = u2 + + + Z2. g 1 2 2 2 P 11

ZoH

Flujo de fluidosEcuaciones matemticasTeorema de Bernoulli

V12 P2 V22 u1 + + + Z1 . g + Q W = u2 + + + Z2. g 1 2 2 2 P 1Flujo isotrmico: T= cte por tanto la energa interna es constante. Flujo incompresible= densidad = cte. El sistema no tiene ni Q y W (recibe o genera).

P 1

V12 P2 V22 + + Z1 . g = + + Z2. g 2 2

Si se divide la ecuacin entre g

P 1

V12 P2 V22 + + Z1 = + + Z2 2. g 2. g

Flujo de fluidosEcuaciones matemticasTeorema de BernoulliFriccin que se genera con las paredes de la tubera Perdida de energa Presencia de accesorios Cambio de direccin del fluido en la tubera

Entonces se agreg el trmino de perdida de energa asociada a la friccin.

P 1

V P2 V + + Z1 = + + Z 2 + hL 2. g 2. g

2 1

2 2

Flujo de fluidosCont.

Flujo de fluidosPerdida de energa hL

P 1

V P2 V + + Z1 = + + Z 2 + hL 2. g 2. g

2 1

2 2

Para el clculo de la prdida por friccin se emplea generalmente la ecuacin de Darcy-Weisbach, expresada como:

V .L . f hf = 2. D . gcNota: hf = hL

2

Factor de friccin que es un factor adimensional que relaciona la turbulencia del fluido, viscosidad y el grado de rugosidad de la tubera.

Flujo de fluidosFactor de friccin Nre

fPatrones de flujo

DPara la turbulencia del fluido y el movimiento de las partculas del fluido dentro de la tubera tambin, se establecieron patrones de flujo para clasificar este movimiento.

Laminar

Transicin

Turbulencia

Flujo de fluidosECUACIN DEL NMERO DE REYNOLDSNmero de Reynolds (NRe), el cual es un factor adimensional que establece la relacin de las fuerzas dinmicas de un flujo determinado y el esfuerzo de corte debido a la viscosidad. Laminar: NRe < 2000. Algunos autores NRe < 2100. Transicin: NRe entre 2000 y 4000. Turbulento: NRe > 4000.

Flujo de fluidosECUACIN DE DARCY- WEISBACH La ecuacin puede presentarse en varias unidades:

Flujo de fluidosDiagrama de Moody

Flujo de fluidosECUACIONES PARA EL CLCULO DEL FACTOR DE FRICCIN

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO

Velocidad

Cada de Presin Los parmetros que ayudan al diseo son: - La cada de presin mxima permitida - La velocidad.Nacionales COVENIN, PDVSA

NORMAS

Recomendaciones para el diseo

Internacionales API, ASTM

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO (VELOCIDAD)

Velocidad

Q V= A

Segn la API 14E Velocidad recomendada entre 3 15 pie/s


Segn la norma PDVSA


Segn la norma PDVSA

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO (CADA DE PRESIN PERMITIDA)

Segn la norma PDVSA

Flujo de Gases

Flujo de GasesComportamiento del gas

PVolumen Volumen

n . R .T . z V= P

T

- Composicional

Z (P, T, fluido)- Gravedad especifica

Flujo de GasesComportamiento del gas en una tubera P1 P2

P1 > P2

Volumen Q= TiempoEl gas se expande dentro de la tubera

n . R .T . z V= PEl caudal de operacin es variable

Flujo de GasesFlujo del gas en una tuberaNorma Venezolana COVENIN 3568-1:2000 - Msico

Flujo de gas

- Molar - Volumtrico

Operacin

Q (P, T)

Condiciones de referencia

Q (MMPCED, SCFM, m3/h) Condiciones de referenciaSistema Internacional Temperatura 288,15 K (15 C) y Presin 101,325 kPa (760 mm Hg) Sistema Ingls: Temperatura 60 F y Presin 14,6959 psia (760 mm Hg)

Flujo de GasesDiferencia entre caudal de operacin y estndar Si el flujo de gas es 100 MMPCED Realmente circula ese flujo de gas a travs de la tubera?Condiciones estndar PCE= 14,7 psia TCE = 60 F = 520 R QCE = XX MMPCEDSe aplica la ecuacin de gas para ambas condiciones

Condiciones de operacin PCO TCO QCO Conocido Calculado

PCE .QCE PCO .QCO = TCE . zCE TCO . zCO

Flujo de GasesCada de presin en una tuberaDependencia con la Densidad

El flujo de gas en tuberas es mas complejo que el liquido

m P.PM g = = V R.T .zNo es recomendable para fluidos compresibles

V .L . f hf = 2. D . gc

2

La ecuacin de Darcy se aplica donde la densidad es esencialmente constante

Flujo de GasesCada de presin en una tuberaPara predecir el flujo de gas en tuberas se utilizan correlaciones empricas basadas en una formula general

Tb Q = C. PbDonde =Q = Flujo de gas C = Constante Pb = Presin base Tb = Temperatura base P1 = Presin aguas arriba

P P d g . zprom .T . f . L 2 1 2 2 5P2 = Presin aguas abajo d=Dimetro interno T = Temperatura L=Longitud de la tubera f = Factor de friccin

(

)

0,5

Flujo de GasesFormula General para Gases

Tb Q = C. Pb

P P d g . zprom .T . f . L 2 1 2 2 5

(

)

0,5

A partir esta ecuacin se generaron varias correlaciones

Consideraciones de la formula general Cambio de energa cintica se desprecia Temperatura constante Sin cambio de elevacin

1 f

Se desarrollaron varias ecuaciones a partir de la formula general en funcin del factor de friccin

Flujo de GasesEcuaciones para el flujo de GasesLas correlaciones investigadas por los diferentes autores caen dentro de cuatro clasificacionesEl coeficiente de friccin es una constante numrica Pole Rix El coeficiente de friccin es funcin del dimetro Spitglass Unwin Weymouth Oliphant

1 f

El coeficiente de friccin es funcin del numero de Reynold Pole Panhandle A Panhandle B Blasius Mueller Lees El coeficiente de friccin es funcin del numero de Reynold y el dimetro de la tubera Fritzsche

Flujo de GasesEcuaciones para el Flujo de Gases Ecuacin de WeymouthLa ecuacin esta dentro de la segunda clasificacin, ya que el coeficiente de friccin de es una funcin del dimetro interno de la tubera:

0,008 f = 0,333 d

Si se sustituye en la ecuacin general, se obtiene:0,5

Tb Q = ( 433,5 ) . PbNota:

P P .E . ( s.g.) . Lm .Tprom . zprom 2 1 2 2

.d 2,667

= s.g.

Flujo de GasesEcuaciones para el Flujo de Gases Ecuacin de Panhandle A:El factor de friccin puede expresarse en funcin del nmero de Reynolds, en virtud de la siguiente relacin emprica.

1 = ( 6,872 ) N Re0,0730 f

Si se sustituye en la ecuacin general, se obtiene:

Tb Q = (435,87 ). P bNota:

1, 0788

P P .E. 0 ,853 (s.g.) . L m .Tprom . z prom 2 1 2 2

0 , 5392

.d 2, 6182

= s.g.

Flujo de GasesEcuaciones para el Flujo de Gases Ecuacin de Panhandle B:El factor de friccin puede expresarse en funcin del nmero de Reynolds, en virtud de la siguiente relacin emprica.

1 = (16,49 ) N Re0.01961 f

Si se sustituye en la ecuacin general, se obtiene:

Tb Q = (737 ). P bNota:

1, 02

P P .E. 0 , 961 (s.g.) . L m .Tprom . z prom 2 1 2 2

0 , 51

.d 2,53

= s.g.

Flujo de GasesAplicacin de las ecuaciones para flujo de gases

Autor Weymouth

Aplicacin Dimetros 12

E 1 0,9 0,92

Panhandle A Alta presin y gran dimetro Parcialmente turbulento 4x106 < NRe < 4x107 D>12 Panhandle B Totalmente turbulento 4x106 < NRe < 4x107 D>12

0,88 0,94

E

(Eficiencia)

Factor de correccin basado en la experiencia

Flujo de GasesCambio de elevacinLas ecuaciones se corrigen agregando un factor Ch:

Tb Q = C. Pb

P P d Ch g . zprom .T . f . L 2 1 2 2 5

(

)

0,5

Correccin por nivel

Ch =

2 0,0375. ( h2 h1 ) . Pprom

Donde =Ch = Factor de correccin por nivel h2 h1 = Cambio de elevacin, pies

zprom .T

Flujo de GasesEcuacin general en funcin de constantesa3 a3

Tb Q = a 1. E . P b

a2

P P 1 a 4 1 a5 2 1 .d . . . T .L z1 z 2 (s.g.) prom m 2 2Valores de las constantes

Autor Weymouth Panhandle A Panhandle B

a1 433,5 435,87 737

a2 1,000 1,0788 1,020

a3 0,500 0,5392 0,5100

a4 0,500 0,4599 0,4901

a5 2,667 2,618 2 2,530

Aplicacin D 12 4x106 < NRe < 4x107 D>12 Turbulencia desarrollada D>12

Flujo de GasesNORMATIVA DE DISEO (CADA DE PRESIN PERMITIDA)NORMA PDVSA 90616.1.024 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS DE PROCESO Recomendaciones para Gases:

CADAS DE PRESIN RECOMENDADAS SERVICIO Lneas de Transferencia Compresor (lpcm) Succin, 0 - 10 10 - 50 50 - 100 Por encima de 200 Descarga, por debajo de 50 50 100 Por encima de 200 0,05 0,125 0,125 0,25 0,50 0,125 0,25 0,25 0,5 0,5 1,0 Cada de presin (psi/100 pies de tubera) 0,5 - 2

Flujo de GasesNORMATIVA DE DISEO (VELOCIDAD)

NORMA PDVSA 90616.1.024 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS DE PROCESO Recomendaciones para Gases:

VELOCIDADES TPICAS EN LNEAS DE GASES Y VAPOR D Nominal (plg) 2 o menor 3a4 6 8 a 10 12 a 14 16 a 18 20 Menor de 50 lpcm Velc. (pie/s) 45 a 100 50 a 110 60 a 120 65 a 125 70 a 130 75 a 135 80 a 140 5 a 150 lpcm Veloc. (pie/s) 40 a 80 45 a 90 50 a 120 80 a 160 100 a 190 110 a 210 120 a 220 150 a 250 lpcm Veloc. (pie/s) 30 a 60 35 a 70 45 a 90 65 a 125 80 a 145 90 a 160 100 a 170

Problemas Bsicos de Flujo de Fluidos

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosExisten tres problemas o casos bsicos en el flujo de fluidosProblema tipo I Problema tipo II Problema tipo III Clculo de la Cada de presin Clculo del Caudal Clculo del Dimetro

Caudal

Dimetro

Cada de Presin

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosVariables que intervienen en el clculo P1 Q PF (, ) T Z1D

(rugosidad)

P2

Ptotal L CT (L, D, , Z)

Z2

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo I LquidosConocido

Clculo de la Cada de presin

Q, PF (, ), CT,

Calcule

Ptotal

Procedimiento de calculo: 1) Se aplica la ecuacin de Bernoulli 2) Se calcula el Nre y /D 3) Se calcula el factor de friccin 4) Se calcula la prdida por friccin 5) Se resuelve la ecuacin de Bernoulli

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo I GasesConocido

Clculo de la Cada de presin

Q ,T, PF (, ), CT,

Calcule

Ptotal

Procedimiento de calculo: 1) Se selecciona la ecuacin adecuada 2) Se despeja de la ecuacin general el trmino 3) Se calcula la cada de presin

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo I GasesConocido Q,

Clculo de la Cada de presin(Clculo de alguna de las presin inicial o final)

T, PF (, ), CT, P1 P2

Calcule

Ptotal

Procedimiento de calculo: 1) Se selecciona la ecuacin adecuada 2) Se despeja de la ecuacin general 3) Se calcula

P 1 P2

a travs de un proceso de ensayo y error.

4) Se asume zasum 5) Con

se despeja

P 1 P2

P 1 P2

y la temperatura se calcula zcal y se compara con

zasum. Si son diferentes se regresa al paso 4)

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo II LquidosConocido

Clculo del Caudal

Ptotal,PF (, ),CT

Calcule

Q

Procedimiento de calculo: 1) Se aplica la ecuacin de Bernoulli 2) Se asume un Nre alto 3) Con /D se asume un fasum 4) Se despeja caudal de 5) Con Q se calcula el Nre 6) Con Nre y /D se calcula fcal. Se compara fasum con f cal. Si (fasum fcal)/fasum < 10-3 termina la iteracin. Nre 1x107

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo II GasesConocido

Clculo del Caudal

T, PF (, ), CT, P1 y P2

Calcule

Q

Procedimiento de calculo: 1) Se selecciona la ecuacin adecuada 2) Se calcula z1 y z2 3) Se calcula el caudal

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo III LquidosConocido

Clculo del dimetro

Q, PF(, ), Ptotal, (L, , Z)

Calcule

D

Procedimiento de calculo: 1) Se aplica la ecuacin de Bernoulli 2) Se asume un fasum = 0,02 3) Se despeja D de 4) Se calcula D con la ecuacin despejada del paso 3) 5) Con Nre y /D se calcula fcal. Se compara fasum con f cal. Si (fasum fcal)/fasum < 10-3 termina la iteracin.

Problemas Bsicos de Flujo de FluidosProblema tipo III GasesConocido

Clculo del dimetro

Q, T, PF (, ), (L, , Z),P1 y P2

Calcule D

Procedimiento de calculo: 1) Se selecciona la ecuacin adecuada dependiendo de la aplicacin 2) Se calcula z1 y z2 3) Se despeja el dimetro

FLUJO BIFSICO

Son comunes los fluidos bifsicos en la industria petrolera

Mezcla

Gas + Petrleo Gas + Petrleo + Agua

Diferencia con el fluido monofsico: Grado de vaporizacin Propiedades del fluido Orientacin de la tubera Mtodos de Clculo: - Beggs and Brill Fases separadas - Duns y Ros - Dukler

Fase homognea

FLUJO BIFSICO

Grado de vaporizacinGas Lquido

Relacin Gas-Lquido

Vg =Gas Lquido

Qgas A

Holdup de lquido (HL)Cuando existe flujo bifsico el lquido tiende a estancarse en la parte baja de la tubera. Esto ocurre porque el gas viaja ms rpido que el lquido.

Propiedades del fluido Gasg =P . PM R .T . z

o =LquidoPetrleo +Agua

350,4. ( s.g.o ) + 0,0764. ( s.g.g ) . Rs 5,615. Bo

L = o . fo + w . fwfo = qo qo + qw

fw = 1 fo

Patrones de flujo para tuberas horizontalesGas Lquido

Tipo Burbuja (Bubble)

Gas Lquido

Tipo Tapn (Plug)

Gas Lquido

Tipo Estratificado (Stratified)

Gas Lquido

Tipo Ondulante (Wavy)

Gas Lquido

Tipo Marea (Slug)

Gas Lquido

Tipo Roco (Spray)

Lquido Gas Lquido

Tipo Anular (Annular)

Mapa de Rgimen de Flujo Horizontal

QL VsL = AQg A

Velocidad superficial del lquido

Vsg =

Velocidad superficial del gas

Mtodo de DuklerCada de Presin:

P =

2 f n f tpr K Vm Lm

( 0,14623) d

Relacin del factor de friccin para flujo en dos fases:

ftpr

(Grfico)

Factor de friccin de fase simple:

f n = 0, 0056 + 0,5 ( Re y )Holdup de liquido

0,32

H LdK =

(Grfico)

Densidad de la mezcla:

L 2H Ld

+

g (1 )

2

(1 H Ld )

Fraccin de volumen de liquido:

=

QL QL + Qg

Nmero de Reynolds:

Re y =

(124, 0 ) K Vm dn

Velocidad de la mezcla:

Vm = VsL + Vsg

n = L + g (1 )

Viscosidad de la mezcla:

Mtodo de DuklerRelacin del factor de friccin para flujo en dos fases

ftpr

Fraccin de volumen de liquido

Holdup de lquido

Rey

HLd

Fraccin de volumen de liquido

Sistemas de Tuberas

Sistema de TuberasLongitud equivalente Q P1 (L1 , D1 , 1) P2 hf1 = hf2 Q P1 (L2 , D2 , 2) P2 Q1 = Q2

Dos tuberas son equivalentes para el mismo flujo se genera la misma cada de presin

Sistema de TuberasLongitud equivalente Q P1 P1 (L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2) Lquidos P2 P2

Q

Forma General:

fD1 D2 L2 = L1 . . fD 2 D1

5

fD1 De Le = L1 . . fDe D1

5

Sistema de TuberasLongitud equivalente Q P1 P1 (L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2) Gases P2 P2

Q

d2 L2 = L1 . d1 a5 a3

a5

Forma General:a3

de Le = L1 . d1

a5

a3

Constantes que dependen de la ecuacin seleccionada

Sistema de TuberasTuberas en serie Q P1 (L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3) P2

Ptotal = Pf1 + Pf2 + Pf3 Q1 = Q2 = Q3El concepto de Le puede ser til para simplificar los clculos

P = Pii =1

N

Le total = Le ii =1

N

Sistema de TuberasTuberas en paralelo(L1 , D1 , 1)

QT

P1

(L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3)

P2

Ptotal Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 Ptotal = Pf1 = Pf2 = Pf3

QTotal = Qii =1

N

Qi %Qi = .100 QT


Lquidos

QT

P1

(L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3)

P2

Ptotal D 5 12 i L i . fi %Q i = 1 5 N Di 2 L .f i =1 i i .1 0 0

La distribucin del flujo en las tuberas puede calcularse con la ecuacin


Gases

QT

P1

(L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3)

P2

PtotalLa distribucin del flujo en las tuberas puede calcularse con la ecuacin

a5 a3

d ia5 a3 Li %Q i = N d ia5 a3 i =1 L i

.100


Sistema de TuberasLongitud equivalente para Tuberas en paralelo Lquidos(L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3)

QT

P1

P2

QT

Le 1 5 De 2 1 Le = fe N D 5 1 2 1 L .i f i= i i 2

El sistema de tuberas en paralelo tambin puede simplificarse aplicando el concepto de Longitud Equivalente

( )

Sistema de TuberasLongitud equivalente para Tuberas en paralelo Gases(L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2) (L3 , D3 , 3)

QT

P1

P2

QT

Le Le = 1 a3

El sistema de tuberas en paralelo tambin puede simplificarse aplicando el concepto de Longitud Equivalente

a5 a3

a de5 N d ia5 1 La3 i= i


Sistema de TuberasTuberas en paralelo Lazo

Las tuberas enlazadas se utilizan para mejorar la capacidad de una instalacin

PA Fuente PA Fuente X PC

Qo(L , D)

PB

Qn

PB

Se agrega una tubera en una parte de la tubera principal, el cual puede ser de dimetro igual o diferente

Sistema de TuberasTuberas en paralelo PA Fuente PA Fuente XEl lazo puede mejorar la capacidad de la tubera Incrementar Q manteniendo Disminuyendo

Lazo Qo(L , D)

PB

PC

Qn

PB

P

P manteniendo Q

Sistema de TuberasTuberas en paralelo PA Fuente PA Fuente XEl lazo puede mejorar la capacidad de la tubera Incrementar Q manteniendo Disminuyendo

Lazo Qo(L , D)

PB

PC

Qn

PB

P

P manteniendo Q

Sistema de TuberasTuberas en paraleloIncrementar Q manteniendo

Lazo PDlazo = DTub principal

Lquidos Fuente PA PA Fuente X, D Longitud del lazo2 Qo X 4 = .1 2 L Qn 3

QoL,D

PB PB Qo > Qn

PC

Qn(L - X) , D

Sistema de TuberasTuberas en paraleloIncrementar Q manteniendo

Lazo PDlazo = DTub principal

Gases Fuente PA PA Fuente X, D Longitud del lazo1 a3 Qo X 4 = .1 1 a3 L 3 Qn

QoL,D

PB PB Qo > Qn

PC

Qn(L - X) , D

Sistema de TuberasTuberas en paraleloIncrementar Q manteniendo Fuente Qo L,D Qn (L - X) , D X,

Lazo P PB PB Qo > QnDlazo DTub principal

PA PA PC DL

Fuente

Longitud del lazo

Qn 1 = Qo X 1 1 + . L (1 + w 2,5 0,5

)

2

1

0,5

D Lquidos w = L D

f D . o Gases w = L D fL

a5

Redes de Tuberas

Redes de TuberasRed Sistema en paralelo1

Sistema en redSalida de Gas

QT

2

QT1

QT

Le

QT

Qi

2

Qf

Qi QfUn sistema en paralelo puede reducirse a un sistema simple aplicando Le Cuando el sistema no puede transformarse con Le, estamos en presencia de una RED

Redes de TuberasRed Partes de la RedTuberas (Tramos)

QB 2Malla

QA

1

3

QCNodos (Uniones)

QA = QB + QC

Se debe calcular la distribucin del Q

Redes de TuberasAplicacinFuente de Gas

Redes de Gas Municipal

Sistema de espina de pescado

Redes de TuberasAplicacinFuente de Gas

Redes de Gas MunicipalFuente de Gas

Sistema de espina de pescado

Sistema en Red

Fuente de Gas

Fuente de Gas

Redes de TuberasMtodos de calculo de una red- Hardy Cross - RenouardFuente de Gas

Se utilizan para calcular la distribucin del flujo

Q? Q?

Conservacin de la masa Entra = Sale

Q? Q? Q?

Q

entra

= QSale

Fuente de Gas

Conservacin de la energa

P = 0Q? Q?

Redes de TuberasMtodos de calculo de una red- Hardy CrossProceso iterativoError entre los caudales

Qn = Qo + Qo QnSe debe iterar para disminuir el error

Qo

Se asume una distribucin inicial

Caudal final

En un nodo se debe cumplir:

Entra = Sale

L.Q . Q Q = n L. Qo

n 1 n 1

o

o

Qentra = QSale

Error para redes de gas con tramos del mismo dimetro

n= 1 a3

n= 2 para weymouth n= 1,854 para PA n= 1,96 para PB

Bombeo de lquido (Bombas)

Ing. Carla Lpez

Transferencia de lquido a travs de tuberas Fuente Cliente

Presin D > Presin S S Fuente Bomba Motor Funcin principal: Incrementar presin D Cliente

Clasificacin de bombasDesplazamiento Positivo (DP) Reciprocantes Rotatorias Cinticas PerifricasTurbina Diafragma Plunger Pistn Engranaje Tornillo Lbulos

OtrasGas lift

Centrfugas EyectorasFlujo Radial Flujo Mixto Flujo Axial

DP: Entregan una cantidad definida del fluido por cada carrera del pistn, diafragma o revolucin de la pieza mvil principal.

X

X: Carrera del pistn

Centrfugas: Entregan un volumen variable o caudal del fluido con diferentes cargas a velocidades de rotacin (del elemento mvil del equipo) constantes.

Ventas de BombasSimbologa Rotativas Reciprocantes Centrfugas

Rotativas

Centrfugas

Reciprocantes

Bombas centrfugas

Bomba centrfuga

Impulsor

Impulsor

Impulsor cerrado

Venas

Impulsor abierto

Tipos de Bombas CentrfugasBomba Horizontal de etapa simpleDescargaCubierta Impulsor Anillos

Bomba Vertical

Eje del motor Acoplamiento Eje Descarga Cojinetes (soportes)Alojamiento de la empaquetadura SuccinCubierta Impulsor

Eje de la bomba

Cojinetes (soportes)Anillos

Succin

Fuente: GPSA, 1998.

Tipos de Bombas Centrfugas

Construccin de la curva de una bomba centrfugaCabezal dinmico total (TDH) Cabezal dinmico total (TDH) Caudal (Q) P lpc

Caudal (Q) TDH TDH (pie) . lb 3 pie pie de lquido P(lpc) = 144

P P1 P2Vlvula de estrangulamiento

Elemento de medicin de flujo

Agua

FE

Q

Motor

Prueba de capacidad de la bomba para una velocidad (RPM) y dimetro del impulsor fijo

Curva de una bomba centrfuga

Varios dimetros del impulsor

BEP (Best Efficiency Point)

Velocidad fija

Fuente: GPSA, 1998.

Curva de una Bomba Centrfuga

Hoja de Especificacin (Data Sheet)

Anlisis de un sistema de bombeoP2 P1 Z2 Z1 S D Wbomba? Energa para que el equipo funcione Energa requerida (TDH)

Wbomba

Balance entre los puntos 1 a 2 con la ecuacin de Bernoulli

Anlisis de un sistema de bombeoP2 P1

PD = PS + Pbomba (lpc) TDH (pie) . lb 3 pie PD = PS + 144

Z2

Z1

S

D

V2 2 V12 P2 P1 Z 2 Z1 + hf S + hf D g + ( w b ) = TDH = + g 2g c c Cabezal esttico Cabezal dinmicoDepende del caudal (Q)

Ecuacin para calcular el Cabezal Dinmico Total (TDH)

Punto de operacin de una bomba centrfuga

El punto de operacin de una bomba centrfuga debera coincidir con el BEP

Cabezal dinmico Cabezal total

Cabezal esttico

Capacidad (Q)

Fuente: GPSA, 1998.

Variables importantes en la operacin de la bombaCondiciones de succin: Presin de succin: Para que el fluido sea lquido dentro de la bomba la Psuccin > Pvapor a la temperatura de bombeo.Presin de vapor Presin Lquido PS PV Temperatura Vapor Lquido PS Pb L+V Vapor Temperatura

Fluido puro

Mezcla

P1 La presin de succin se calcula realizando un balance de energa entre 1 y S S

Z1

Variables importantes en la operacin de la bombaCondiciones de succin: Presin de succin:

S

Se establecen los siguientes parmetros: NPSH (Net Positive Suction Head) NPSHD (NPSHA)= PS PV > 0 NPSHR (bomba) La norma recomienda que: Fabricante(depende del modelo del equipo)

NPSHD > NPSHR en 3 pies

Variables importantes en la operacin de la bombaCondiciones de succin: Temperatura de succin o bombeo : esta variable influye en parmetros como viscosidad y presin de vapor. Viscosidad: a menor temperatura mayor viscosidadViscosidad vs. Temperatura6110

Presin de vapor: a mayor temperatura mayor presin de vapor

Lquido Presin de vapor

Viscosidad (cst)

5110 4110 3110 2110 1110 110

PV 2 PV1Temperatura Vapor

100

110

120

130

140

150

160

170

T1

T2

T (F)

Fluido puro

Variables importantes en la operacin de la bombaEficiencia: El punto de mayor eficiencia es el BEP.Rango de operacin en una bomba centrfuga

Segn la norma API 610: La regin preferida de operacin de la bomba est entre el 70 % y 120 % del BEP

Variables importantes en la operacin de la bombaPotencia: Energa necesaria para mover el impulsor de la bomba utilizando como fuerza motriz un motor (elctrico, turbina)

Hidrulica Potencia Al freno

HHP =

Q . TDH . (s.g ) 3961

BHP =

Q . TDH . (s.g ) 3961. Donde: Q = gpm TDH = pie

= eficiencia de la bomba

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Entregan una cantidad definida del fluido por cada carrera del pistn, diafragma o revolucin de la pieza mvil principal. ReciprocantesDiafragma Embolo Pistn

Rotatorias

Engranaje Tornillo Lbulos

X

X: Carrera del pistn

Ventajas: Son adecuados para el manejo de lquidos viscosos Son menos susceptibles a la presencia de gas en el lquido Tienen eficiencia mayor que las bombas centrfugas Manejan capacidades consistentes.

MANEJO DE FLUIDOS VISCOSOS

Viscosidad (SSU)

Rotatoria

Reciprocante

Centrfuga

Fuente: The Pump Handbook series. 1998

BOMBAS RECIPROCANTESEs una bomba de DP que recibe un volumen fijo de lquido en condiciones casi de succin, lo comprime a la presin de descarga y lo expulsa por la boquilla de descarga. La compresin se logra por el movimiento alternativo de un pistn, mbolo o diafragma. CLASIFICACIN: Elemento de bombeo: Pistn, embolo y diafragma. - Accin directa: accionadas con un fluido motor por medio de presin diferencial. Fuerza motriz: - Potencia: la bomba se mueve con un eje rotatorio, como motor elctrico o de combustin interna. Nmeros de carrera de descarga por ciclo de cada biela: Accin sencilla o doble accin. Nmero de varillas o bielas de mando; simplex, duplex, triplex. Vertical y Horizontal

BOMBAS RECIPROCANTES

Tipo diafragma (accin sencilla)Extremo del lquido Extremo de impulsin Extremo de impulsin

Tipo Pistn (doble accin)Extremo del lquido

Salida

Salidas

Pistn

Diafragma

tapn Entrada Entradas

BOMBAS RECIPROCANTES Parmetros de operacin: Capacidad real (Q)Volumen de fluido descargado por la bomba Volumen de fluido dentro del pistn

Eficiencia volumtrica (Ev)

Ev= Q / DP Desplazamiento del pistn (DP) Descarga M S A Vstago adiseo, tipo de bomba (fabricante)

Espacio muerto Boquilla Succin S: Carrera del pistn

BOMBAS RECIPROCANTES Descarga M S A Vstago a Desplazamiento del pistn (DP)Para bombas de accin simple

DP= AxMxSxN 231Para bombas de accin doble

Espacio muerto Boquilla Succin Leyenda: A: rea seccional del mbolo o pistn (pulg2) M: Nmero de mbolos o pistones S: Longitud de la carrera (pulg) N: Velocidad de rotacin, RPM a: rea seccional de la varilla o vstago (pulg2) DP: Desplazamiento del pistn (GPM) S: Carrera del pistn

DP= (2A - a)xMxSxN 231

Bombas rotatorias Bomba de doble tornillo Bomba de engranaje

Bomba de cavidad progresiva

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVONPSHA (disponible) NPIP (Net Positive Inlet Pressure)

Rotatorias

NPIP (disponible)= Ps Pv = lpc NPIP (disponible)= Ps Pv -Pha= lpcAceleracin y desaceleracin del fluido (pulsaciones)

Reciprocantes

Pha= presin debido a la aceleracin del fluido, (lpc) Pha (lpc) = ha (pies) Succin Descarga

Volumen de Tubera Volumen de la cmara

Vlvulas BOMBA RECIPROCANTE TIPO PISTN

BOMBAS RECIPROCANTES NPIP (disponible)= Ps Pv -Pha= lpc Pha (lpc) = ha (pies)

LVNC ha = kg

ha= carga de aceleracin, pies de lquido que se bombea. L= longitud real (no equivalente del tubo de succin), pies. V= velocidad del lquido en el tubo de succin, pie/s. N= velocidad de rotacin en el cigeal, RPM. C= constante que depende del tipo de bomba. k= constante que depende de la compresibilidad del lquido. g= 32.2 pie/s2.Tipo de bomba Simplex, accin sencilla Compresibilidad del lquido Lquidos no desaireada compresibles como agua Constante k 1,4 1,5 2,5 Simplex, doble accin Dplex, accin sencilla Dplex, doble accin Trplex Quntuplex Sptuplex Nnuplex Constante C 0,4 0,2 0,2 0,115 0,066 0,040 0,028 0,022

La mayor parte de los lquidos Lquidos compresibles como el etano

CompresinLa compresin es un proceso utilizado para incrementar la presin de un gas o vapor, el cual se realiza a travs de un compresor

La compresin de un gas puede observarse en el movimiento de un pistn

El gas es un fluido compresible P2 >> P1

PVolumen P1 , T1 , V1 P2 , T2 , V2 Ley de los gases: Condicin Inicial Condicin finalVolumen

T

P.V = n.R.T.z

CompresinCompresores Mquina que tienen por finalidad aportar una energa a los fluidos compresibles (gases y vapores), para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presin.

P succin Energa

El incremento de presin del compresor se expresa como una razn o relacin de compresin (r)

P descargaLa presin del fluido se eleva reduciendo el volumen del mismo durante su paso a travs del compresor.

r=

Pdesc arg a Psuccin

Compresin Tipos Compresores

Desplazamiento Positivo (DP)Unidades de flujo intermitente, donde sucesivos volmenes de gas son confinados en un espacio y elevado a alta presin

DinmicosMquinas de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presin

trmicosMaquinas que usan altas velocidades de un gas o vapor que se mezcla con el gas de alimentacin para convertir la velocidad en presin

Reciprocantes

Rotatorias

Flujo Radial (Centrfugos)

Flujo Axial

Eyectores

Embolo Pistn Diafragma

Lbulos Tornillo

Compresin TiposTipos de compresoresUtilizado para sistemas que requieren bajas potencias Disponible para capacidades por debajo del rango de flujo econmico de los compresores centrfugos. Disponibles para altas presiones; casi siempre son usados para presiones de descarga por encima de 25000 KPa man. (3500 psig). Son mucho menos sensitivos a la composicin de los gases y a sus propiedades cambiantes

Reciprocantes

Tipo pistn Tornillo

Compresin TiposTipos de compresores Los compresores rotatorios son mquinas en la cual la compresin y el desplazamiento es afectado por la accin positiva de los elementos que rotan. TornilloUtilizado para sistemas que requieren bajas potencias Tiene limitaciones con la presin de succin

El tornillo gira y comprime el fluido gaseoso

Compresin TiposTipos de compresoresUtilizado para altas potencias Se requiere normalmente compresores con tres o cuatro ruedas

Centrfugos

Continuos y largos tiempos de funcionamiento (tpicamente 3 aos) son posibles con una alta confiabilidad Requieren poca rea para su instalacin.

Las ruedas giran y convierten la fuerza centrifuga en presin

Compresin TiposTipos de compresoresLos compresores axiales compiten directamente con los centrfugos.

Flujo Axial

La eficiencia puede ser hasta 10% mayor que la de los centrfugos Menor tamao fsico y menor peso que los centrfugos, Los sistemas de control de flujo y los controles de proteccin son ms complejos y costosos que para los centrfugos.

Compresin Procesos termodinmicosPresinEstado Final

P2

Termodinmicamente un estado se define con dos propiedades Presin Temperatura Volumen Entalpa (H) Energa Interna (U) Entropa

Proceso de compresin

W P1

Estado Inicial

Estado inicial Estado final

Volumen

La energa requerida depende del trayecto del proceso

Sistema

W = VdPP 1

P2

El proceso termodinmico para pasar del estado 1 al estado 2 establece la energa requerida para comprimir el gas

Compresin Procesos termodinmicosProcesos de Compresin - Proceso Isotrmico P.V n=cte. n = 1Este modelo asume que la temperatura del gas permanece constante durante la compresin

- Proceso Isentrpico P.V n=cte. n = kAsume que no hay transferencia de calor durante el proceso de compresin

Trabajo del compresor

- Proceso Politrpico P.V n=cte. n = nEste modelo asume que hay incremento de temperatura as como perdida de energa (calor) en los componentes del compresor

Isotrmico Politrpico Isentrpico

Compresin - Factores de DiseoFactores de diseo - Propiedades del fluidoCantidad de componentes Composicin de la Mezcla de Gas Puro o Mezcla Se debe tener un anlisis completo del gas

Calor Especfico, Relacin de Calor Especfico (k) Peso Molecular

k=

CP CV

Se calcula con la regla de Kay para mezclas PMgas = Debe especificarse el mximo rango de variacin en el peso molecular.

yi =1

N

i

PMi

Temperatura Crtica, Presin Crtica Contenido de Slidos Contenido de Lquido

Se utiliza para el clculo de algunas propiedades del gas natural Pueden daar partes mecnicas de los compresores La presencia de lquidos en la corriente gaseosa, usualmente es daina a los compresores

Compresin - Factores de DiseoFactores de diseo - Condiciones de succinPresin de entrada (succin) Temperatura de entrada (succin) Debe especificarse como el valor ms bajo para el cual se espera que el compresor trabaje de acuerdo al diseo. Afecta tanto el flujo volumtrico como el requerimiento de cabezal para un determinado servicio de compresin, el rango completo tiene que ser especificado.

Punto crtico

Presin

LIQCurva de burbujeo

Curva de roco

GAS MEZCLAVapor saturado

Presin de succin

El mnimo punto de entrada es vapor saturado, el cual puede observarse para el diagrama de Mollier para fluidos puros. Para mezcla de gases es el punto de Roco.

Temperatura

Compresin - Factores de DiseoFactores de diseo - FlujoLas velocidades de flujo y sus condiciones de presin asociadas debern ser reportadas para todos los puntos operacionales de inters normal final de operacin inicial de operacin arranque futuro operacin a baja capacidad

- MsicoFlujo

mCaudal @ cond. succin

- Molar

n

- Volumtrico QFlujo msicoPeso Molecular

Densidad Flujo volumtrico

Flujo molar

Compresin - Factores de DiseoFactores de diseo - Condiciones de descargaNormal requerida a la presin del recipiente aguas abajo ms las cadas de presin permisibles por tuberas, intercambiadores, enfriadores, separadores de aceite, etc. Presin de descarga Mxima La presin de descarga mxima que un compresor de desplazamiento positivo es capaz de producir est limitada normalmente por la graduacin de la vlvula de seguridad a la descarga.

Depende del proceso de compresin del sistema y tiene un lmite mximo Temperatura de descarga Limitaciones del Material Resistencia de la carcaza y piezas

Formas complejas de las piezas Limitaciones Estructurales usadas en los compresores se ven afectadas por las altas temp.

Compresin - Factores de DiseoFactores de diseo - Condiciones de descargaTemperatura de descarga Est limitada normalmente a 250 F Segn GPSA, puede alcanzarse temperaturas mximas de 300 F

La temperatura de descarga debe calcularse dependiendo del modelo termodinmico, isentrpico, isotrmico y politrpico

- Diagrama P H. Fluido puro Procedimientos de Clculo - Diagrama H S. Gases Naturales dulces - Ecuaciones Modelo Isentrpico Modelo Politrpico

- Mtodo Grfico (GPSA)

Compresin - Factores de DiseoNmero de etapasAlta r=Pd/Ps genera alta T descarga por lo que comnmente se separa el proceso en etapas de compresin mltiples.

Temperatura de descarga(Mx. 250 300 F)

Ps Ts

I

Pd T descarga

Se verifica que la descarga no exceda el valor limite

Debe dividirse en dos etapas si excede la temp.

I

II

Se calcula la relacin de compresin por etapa

r e ta p a =

n

Pd Ps

n = N de etapas

Se verifica de nuevo la temp de descarga

I

II

III

Se prueba con tres etapas

La ltima etapa tiene la temp. ms caliente

Compresin - Factores de DiseoNmero de etapasSe utilizan intercambiadores de calor interetapa que retiren el calor adquirido por el gas durante la compresin Adicionalmente se colocan separadores para evitar que cualquier condensado que se forme ingrese al compresor

Tsuccin I Psuccin I

Tdescarga I Pdescarga I

Tsuccin II Psuccin II

Tdescarga II Pdescarga II

I Etapa IInterenfriador P= 5 - 10 lpc

II Etapa II

Compresin Diagrama de MollierPotencia Energa requerida por el motor para comprimir el gas, denominada potencia al frenoPotencia requerida por el gas Prdidas mecnicas en el compresor Prdidas de transmisin del motor

La potencia requerida por el gas depende termodinmica del trabajo Se calcula idealmente:

Wideal = VdPP1

P2

Wreal =

Wideal

Desviacin con respecto al modelo termodinmico utilizado

Potencia del gas:

Potencia al freno:

GHP = masa .Wreal

BHP =

GHP

m

Eficiencia mecnica

Compresin Diagrama de MollierClculo de la Temperatura de descargaDiagrama P H Fluido puro


P succin

Condicin mnima vapor sat

H1 entrada


P descarga

Proceso isentrpicoP succin

H2 isent. de salida


Temperatura realP descarga

h2 =P succin

h is is

+ h1

H2 real

DISEO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CARCAZA Y TUBO

Las ecuaciones principales para el dimensionamiento son:Balance de energa Ecuacin de calor para un intercambiador de calor

Q Q

m. H m.Cp. T

Q Uo. A. LMTD.Fcrea de Transferencia de Calor


En el diseo se requiere determinar LA CONFIGURACIN del intercambiador necesaria para lograr el rea de Transferencia de CalorFluido caliente

Fluido fro

DISEO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CARCAZA Y TUBONmero de pasos por tubos

Nmero de pasos por carcaza Nmero de Deflectores Caractersticas de los tubos

Nmero de tubos

Carcaza

Dimetro de la carcaza


Clculo de la diferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD

T1Arreglo en contracorriente

T2LMTD

Ms utilizado

T2 T1 Ln ( T2 / T1 )

T2

Arreglo en T1 paralelo


Clculo de la deferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD La LMTD depende del nmero de pasos en el intercambiador

LMTD

T2 T1 Ln ( T2 / T1 )Un paso por carcaza y uno por los tubos

Se corrige con el factor Fc

LMTD . Fc

T2 T1 Ln ( T2 / T1 )

Un paso por carcaza y dos pasos por los tubos


Clculo de la deferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD -Temperaturas El factor Fc - Configuracin depende de

Se recomienda que Fc 0,8


Clculo del rea de transferencia de calor A

Q Uo. A. LMTD.Fc

Q A Uo . LMTD .Fc

Q

Q Q

m. H m.Cp. T

Uo= Coeficiente global de transferencia de calorEl factor Uo depende de la configuracin del equipo por lo tanto se realiza un proceso de ensayo y error para determinar el rea de transferencia



Q A Uo . LMTD .FcSe asume un valor de Uo inicial para calcular el rea El rea de transferencia se calcula en referencia a la pared externa de los tubos

tubo

Los valores de Uo inicial se encuentran en la literatura y dependen de los fluidos en el intercambiador de calor


Especificacin de los tubosrea exterior por pie lineal (pie2/pie) Calibre BWG (Espesor)

Do L= Longitud del tubo

Do= entre y 2 pulgadas, (ms comunes , 1 y 1 ) L= 8, 12, 16, 20, 24 y 32 pies, estndar es 20 pies Calibre BWG= 12, 14 y 16


Especificacin de los tubosPitch

Claro entre los tubos cUtilizado para servicios sucios

Utilizado normalmente


Clculo del nmero de tubos (Nt)Con Do definido se busca en la tabla de las caractersticas de los tubos el rea exterior por pie lineal de la tubera a (pie2/pie lineal)

rea exterior por pie lineal (pie2/pie)

Calibre BWG (Espesor)

Do

L= Longitud del tubo


Clculo del nmero de tubos (Nt)Con Do definido se busca en la tabla de las caractersticas de los tubos el rea exterior por pie lineal de la tubera a (pie2/pie lineal) GPSA


Clculo del nmero de tubos (Nt)

A

a ' '. Nt . Ltuborea exterior por pie lineal (pie2/pie)

Se despeja el nmero de tubos

Calibre BWG (Espesor)

Do

Se asume la Longitud del tubo (Ltubo)


Clculo del dimetro de la carcazaEspaciamiento de Baffles

Corte entre 15 y 45 %25% nor.

D carcaza

Nmero de Baffles Espaciamiento de los baffles es menor Dcarcaza pero mayor a 1/5 Dcarcaza


Clculo del dimetro de la carcaza

D carcaza

Con el nmero de tubos, las caractersticas del tubo, el arreglo y el nmero de pasos se estima por tabla el dimetro interno de la carcaza


Se revisa la relacin Ltubo/Dcarcaza

3 < Ltubo/Dcarcaza < 15

Si no cumple debe modificarse la longitud del tubo asumida

DISEO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CARCAZA Y TUBOLa ecuacin para el clculo del coeficiente global se presenta a continuacin:

Uo

1 1 ho ro rw Ao Aavg Ao ri Ai 1 Ai hi Aoro ho

Tubo hi ri .rw

Donde: ho = coeficiente de pelcula externo al tubo, (Btu/ h pie2 F). hi = coeficiente de pelcula interno al tubo, (Btu/ h pie2 F). rw = resistencia del material de la pared del tubo. ro = resistencia de ensuciamiento externo, (pie2 F h) / (Btu). ri = resistencia de ensuciamiento interno, (pie2 F h) / (Btu). Ao = rea lateral externa del tubo por cada longitud de tubo, (pie2 /pie). Ai = rea lateral interna del tubo por cada longitud de tubo, (pie2 /pie). Estas resistencias se muestran en la Figura N 6, en la cual se representa el corte transversal de un tubo.


Clculo de hi

DISEO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CARCAZA Y TUBO.

Clculo de hi Se calcula el nmero de Reynolds para el lado de los tubos D. G ReD = Dimetro interno del tubo, pies. = Viscosidad del fluido a la temperatura promedio, lbm / (hr pie). G = Velocidad msica del fluido, lbm/ (hr pie2).

G

W ATrea de flujo total a travs de los tubos, pie 2

W = Flujo msico del fluido por los tubos, lbm/hr.

AT

AT

N t . atubo 144 . n

atubo

rea de flujo a travs de un tubo,

pu lg 2

n= nmero de pasos por los GPSA tubos.


Clculo de ho


Clculo de ho Se calcula el nmero de Reynolds para el lado de la carcaza De . G Re De depente de De = Dimetro equivalente, pies. Do, pitch y = Viscosidad del fluido a T. prom, lbm / (hr pie). arreglo del tubo Tabulado en fig. G = Velocidad msica del fluido, lbm/ (hr pie2). 10-47, en pulgadas

G

W As

W = Flujo msico del fluido por la carcaza, lbm/hr.

As

rea de flujo total a travs de la carcaza,pie 2

As

Dc . c . B PT .144

Dc c

Dimetro interno de la carcaza, pu lgSeccin libre entre los tubos, Espaciado de los deflectores,

pu lg pu lg

B


Clculo de la resistencia por la pared del tubo rwrw se encuentra en la tabla 10-13

Clculo de la resistencia por ensuciamiento ro = resistencia de ensuciamiento externo, (pie2 F h) / (Btu).ri = resistencia de ensuciamiento interno, (pie2 F h) / (Btu). Valores tabulados

Finalmente se calcula el Uo:

Uo

1 1 ho ro rw Ao Aavg Ao ri Ai 1 Ai hi Ao



Acal

Q Uo cal . LMTD .Fcen al menos 10 %

A asumida > A calculada

Si cumple con la condicin se procede a calcular la cada de presin


Clculo de la cada de presin de los tubos

Ptubos

f .G . L . n 5,22.1010. D. s .

2

t

f= factor de friccin se estima por la figura 10-121G = Velocidad msica del fluido, lbm/ (hr pie2). L = Longitud de los tubos, pie. D = Dimetro interno de los tubos, pie.

s = gravedad especifica n = nmero de tubos.


Clculo de la cada de presin por la carcaza

Ps

f . G . Ds . ( N 1) 5,22.1010. De. s . s

2

f= factor de friccin se estima por la figura 10-124G = Velocidad msica del fluido, lbm/ (hr pie2). N+1 = cruces por los baffles, 12.(L/B)

Facilidades Laminas Prf. Carla Lopez_todas

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