Facilidades Produccion-Laminas

FACILIDADES DE SUPERFICIE

Universidad del Zulia

Facultad de Ingeniera

Escuela de Petrleo

PROFESORA: CARLA LOPEZ.


Objetivo del curso

Determinar las especificaciones necesarias para la seleccin de equipos

utilizados en los procesos petroleros

Instructor: Ing. Carla Lpez

Pozos

Mltiple de produccin Separacin

Compresin de gas

Deshidratacin de crudo

Almacenamiento de crudo

Tratamiento de gas

Liquido

Gas



- Clculo de la cada de presin y velocidad del fluido.

- Seleccin de tuberas.

Contenido

Tema 1: Flujo de Fluidos

Fluido

Tubera


- Conocer los principios de operacin bsicos de los equipos de bombeo para lquido

Contenido

Tema 2: Bombeo de lquidos

- Conocer los principios de operacin bsicos de los equipos para compresin de gases.

Bombas

Tema 3: Compresin de Gas

Compresores


-Conocer los procesos de transferencia de calor.

- Caractersticas de los Intercambiadores calor, especialmente en el de carcaza y tubo.

Tema 4: Intercambiadores de calorContenido

Deflectores

CarcazaPlaca de tubo flotante

Boquilla de la carcaza

Boquilla de la carcaza

Boquilla de los tubos

Boquilla de los tubos


Materias base

Conocimientos bsicos

- Termodinmica- Mecnica de los fluidos- Gasotecnia

- 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.


Fechas probables:1er parcial 19 al 24 de mayo2do parcial 16 al 21 de junio3er parcial 14 al 19 de julioRecuperativos: 21 al 26 de julio

Evaluacin

3 parciales escritos

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

Tema 1Tema 2Tema 3


- Gua 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

Bibliografa

Flujo de fluidos

Facilidad para transferencia de

fluidos

Condiciones iniciales

FuenteCondiciones

finales

Cliente

Objetivo del estudio de flujo de fluidos

Flujo de fluidos

- Identificar las variables que intervienen

Como lograr el objetivo?

Flujo de fluidos

- Ecuaciones que las relacionen

Tubera

Variables que intervienen

Flujo de fluidos

FlujoTipo de fluido

Propiedades del fluido

PresinTemperatura

Condiciones Iniciales

1

PresinTemperatura

Condiciones finales

2

Flujo de fluido

Longitud

Dimetro

Material Rugosidad

Cambio de elevacin

(H o Z)

Existen tres variables que se relacionan entre si

Flujo de fluidos

Flujo

1 2

Dimetro

Cada de Presin

Seleccin de un dimetro adecuado

- Maneje el caudal requerido

- Cada de presin adecuada

Flujo de fluidos

Flujo

Variables

- Msico- Molar- Volumtrico

Gas (MMPCSD, SCFM)

Liquido petrolero (BPD, gpm)

= VQt

*= Q V AomQ =

Velocidad

SI (m3/s)Ingles (pie3/s)

Flujo de fluidos

Presin

Variables

- Atmosfrica (barmetro)- Presin absoluta

= FPA

Manmetro

Presin del fluido

- Presin manomtrica

Tipo Bourdon

(Atmosfrica)

SI (N/m2, Pa, KPa) Ingles (Lb/pul2)

Bar, atm

Unidades

- Presin diferencial

Flujo de fluidos

Presin

Variables

- Hidrosttica- Diferencial (Pa, psi)

(lb/pie3)H (altura)

A (rea)

P = . H .g + PoPresin en el fondo

Presin sobre el fluido (Po)

- Cabezal de liquido (metros, pies)

Flujo de fluidosVariables

3

2

2

( )* ( / )( )1441

h pie lb pieDP lpcpulpie

=

50 pies Pboquilla

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

Manmetro

Tanque

Manmetro 1

Manmetro 2

Columna de liquido

Columna de liquido

Flujo de fluidosVariables

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

Longitud y cambios de elevacin Z o H

Longitud

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

Dimetro (Interno)

Variables

Flujo de fluidos

D interno D externo

Espesor

- Sistema Internacional (m, mm)- Sistema Ingles (pulgadas)

Tubera

D int 1

D externo

D int 2 D int 3

Las tuberas estn disponibles para varios dimetros internos

Flujo de fluidos

Cont.

Flujo de fluidos

Rugosidad

Variables

- Material

- Uso de la tubera

Los metales son rugosos

Nueva 0,002 pulgadas

Existente 0,2 mm

Acero comercial 0,05 mm

Flujo de fluidos


VariablesLquidos

Densidad: tambin se utiliza la gravedad especfica.

141,5 131,5.

APIs g

= liq@ 60 F = s.g. x agua@ 60 F

Sistema Ingls:agua @ 60 F = 0,9990109 g/cm3 = 62,37 lb/pies3agua @ 60 F = 1 g/cm3 = 62,427 lb/pies3

Sistema Internacional: = Kg/m3

Flujo de fluidos


VariablesLquidos

Viscosidad (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/sSistema Internacional m2/s

Para transformar de a v v (cst)= (cp)/ s.g.

Flujo de fluidos


VariablesGases

.. .g

m P PMV RT z

= =Densidad

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

Peso Molecular de la Mezcla

1

N

gas i ii

PM y PM=

=

. . gasgaire

PMs g

PM = =

Gravedad especfica

Flujo de fluidosEcuaciones matemticas

Tubera

Balance de energa mecnicaTeorema de Bernoulli

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 despreciables

Energa cintica

Z o H

1

2Velocidad

Energa potencial

Cambio de la elevacin

Energa de un fluido

Entalpa

Flujo de fluidosEcuaciones matemticas Teorema de Bernoulli

Z o H

1

2

2 21 2

1 1 2 2. .2 2+ + + = + +V Vh Z g Q W h Z g

Ph u = +2 2

1 1 2 21 1 2 2

1 2

. .2 2 + + + + = + + +

P V P Vu Z g Q W u Z g

Energa potencial, Energa cintica y la energa del fluido, trabajo y calor

Si por termodinmica se tiene que


2 21 1 2 2

1 1 2 21 2

. .2 2 + + + + = + + +

P V P Vu Z g Q W u Z g

Flujo 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).

2 21 1 2 2

1 2. .2 2 + + = + +P V P VZ g Z g

Si se divide la ecuacin entre g

2 21 1 2 2

1 22. 2. + + = + +P V P VZ Z

g g


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

Perdida de energaFriccin que se genera con las paredes de la tubera

Presencia de accesorios

Cambio de direccin del fluido en la tubera

2 21 1 2 2

1 22. 2. + + = + + + LP V P VZ Z h

g g

Flujo de fluidos

Cont.

Flujo de fluidosPerdida de energa hL

2 21 1 2 2

1 22. 2. + + = + + + LP V P VZ Z h

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

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

2 . .2. .V L fhfD gc

=

Nota: hf = hL

Flujo de fluidosFactor de friccin

fNre

D

Para 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.

Patrones de flujo

Laminar Transicin Turbulencia

Flujo de fluidosECUACIN DEL NMERO DE REYNOLDS

Nmero 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

Los parmetros que ayudan al diseo son:

- La cada de presin mxima permitida - La velocidad.

Velocidad

Cada de Presin

NORMAS Recomendaciones para el diseo

Nacionales

Internacionales

COVENIN, PDVSA

API, ASTM

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO (VELOCIDAD)

Velocidad

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

QVA

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO (VELOCIDAD)

Segn la norma PDVSA

Flujo de fluidosNORMATIVA DE DISEO (CADA DE PRESIN PERMITIDA)

Segn la norma PDVSA

Flujo de Gases

Flujo de Gases

Comportamiento del gas

Volumen Volumen

PP

TT

Z (P, T, fluido)

. . .n R T zVP

=

- Composicional

- Gravedad especifica

Flujo de Gases

Comportamiento del gas en una tubera

P1 P2

P1 P2>

VolumenQTiempo

= . . .n R T zVP

=

El gas se expande dentro de la tubera

El caudal de operacin es

variable

Flujo de Gases

Flujo del gas en una tubera

Norma Venezolana COVENIN 3568-1:2000

Flujo de gas

- Msico- Molar- Volumtrico

Q (MMPCED, SCFM, m3/h)

Operacin

Condiciones de referencia

Q (P, T)

Sistema 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)

Condiciones de referencia

Flujo de Gases

Diferencia 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?

. .

. .CE CE CO CO

CE CE CO CO

P Q P QT z T z

=

Condiciones estndar Condiciones de operacin

PCE= 14,7 psia

TCE = 60 F = 520 RQCE = XX MMPCED

PCOTCOQCO

Conocido

Calculado

Se aplica la ecuacin de gas

para ambas condiciones

Flujo de Gases

Cada de presin en una tubera

El flujo de gas en tuberas es mas complejo que el

liquido

.. .g

m P PMV RT z

= =Dependencia con la Densidad

2 . .2. .V L fhfD gc

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

constante

No es recomendable

para fluidos compresibles

Flujo de Gases

Cada de presin en una tubera

Para predecir el flujo de gas en tuberas se utilizan correlaciones empricas basadas en una formula general

( ) 0,52 2 51 2.. . . .

b

b g prom

P P dTQ CP z T f L

=

Q = Flujo de gasC = ConstantePb = Presin baseTb = Temperatura baseP1 = Presin aguas arriba

P2 = Presin aguas abajod=Dimetro internoT = Temperatura L=Longitud de la tuberaf = Factor de friccin

Donde =

Flujo de Gases

Formula General para Gases

( ) 0,52 2 51 2.. . . .

b

b g prom

P P dTQ CP z T f L

=

Consideraciones de la formula general

9 Cambio de energa cintica se desprecia9Temperatura constante 9Sin cambio de elevacin

A partir esta ecuacin se generaron varias

correlaciones

1f

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

del factor de friccin

Flujo de Gases

Ecuaciones para el flujo de Gases

Las correlaciones investigadas por los diferentes autores caen dentro de cuatro clasificaciones

9 El coeficiente de friccin es una constante numrica

1f

RixPole

9 El coeficiente de friccin es funcin del dimetroSpitglass Weymouth

9 El coeficiente de friccin es funcin del numero de Reynold

Panhandle APole

Unwin Oliphant

Panhandle B BlasiusMueller

Fritzsche

9 El coeficiente de friccin es funcin del numero de Reynold y el dimetro de la tubera

Lees

Flujo de Gases

Ecuaciones para el Flujo de Gases

Ecuacin de Weymouth

( ) ( )0,5

2 22,6671 2433,5 . . . .

. . . . .b

b m prom prom

T P PQ E dP s g L T z

=

La ecuacin esta dentro de la segunda clasificacin, ya que el coeficiente de friccin de es

una funcin del dimetro interno de la tubera: 0,333

0,008fd

=

Si se sustituye en la ecuacin general, se obtiene:

. .s g =Nota:

Flujo de Gases


Ecuacin de Panhandle A:


. .s g =Nota:

El factor de friccin puede expresarse en funcin del nmero de Reynolds, en virtud de la siguiente relacin emprica.

( ) 0,07301 6,872 ReNf=

( ) ( ) 6182,25392,0

prompromm853,0

22

21

0788,1

b

b d.z.T.L..g.s

PP.E.

PT

.87,435Q

=

Flujo de Gases


Ecuacin de Panhandle B:


. .s g =Nota:

El factor de friccin puede expresarse en funcin del nmero de Reynolds, en virtud de la siguiente relacin emprica.

( ) 0.019611 16,49 ReNf=

( ) ( ) 53,251,0

prompromm961,0

22

21

02,1

b

b d.z.T.L..g.s

PP.E.PT

.737Q

=

Flujo de Gases

Aplicacin de las ecuaciones para flujo de gases

0,88 0,94Totalmente turbulento 4x106 < NRe < 4x107

D>12

Panhandle B

0,9 0,92Alta presin y gran dimetroParcialmente turbulento 4x106 < NRe < 4x107

D>12

Panhandle A1Dimetros 12WeymouthEAplicacinAutor

E (Eficiencia) Factor de correccin basado en la experiencia

Flujo de Gases

Cambio de elevacin

Las ecuaciones se corrigen agregando un factor Ch:

( ) 0,52 2 51 2.. . . .

hb

b g prom

P P d CTQ CP z T f L

= Correccin por

nivel

( ) 22 10,0375. ..

promh

prom

h h PC

z T= Ch = Factor de correccin por nivel

h2 h1 = Cambio de elevacin, pies

Donde =

Flujo de Gases

( )3

5

43

2 a

mprom

aaa2

2

2

2

1

1

a

b

b1 L.T

1.d..g.s1.

zP

zP.

PT

.E.aQ

=

Ecuacin general en funcin de constantes

Turbulencia desarrolladaD>12

2,5300,49010,51001,020737Panhandle B

4x106 < NRe < 4x107D>12

2,6182

0,45990,53921,0788435,87Panhandle A

D 122,6670,5000,5001,000433,5Weymouth

a5a4a3a2a1Aplicacin

Valores de las constantesAutor

Flujo de Gases

NORMA PDVSA 90616.1.024 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS DE PROCESORecomendaciones para Gases:

0,5 1,0Por encima de 200

0,25 0,550 100

0,125 0,25Descarga, por debajo de 50

0,50Por encima de 200

0,2550 - 100

0,12510 - 50

0,05 0,125Succin, 0 - 10

Compresor (lpcm)

0,5 - 2Lneas de Transferencia

Cada de presin(psi/100 pies de tubera)SERVICIO

CADAS DE PRESIN RECOMENDADAS

NORMATIVA DE DISEO (CADA DE PRESIN PERMITIDA)

Flujo de Gases

100 a 170120 a 22080 a 14020

90 a 160110 a 21075 a 13516 a 18

80 a 145100 a 19070 a 13012 a 14

65 a 12580 a 16065 a 1258 a 10

45 a 9050 a 12060 a 1206

35 a 7045 a 9050 a 1103 a 4

30 a 6040 a 8045 a 1002 o menor

Veloc. (pie/s)Veloc. (pie/s)Velc. (pie/s)

150 a 250 lpcm5 a 150 lpcmMenor de 50 lpcmD Nominal (plg)

VELOCIDADES TPICAS EN LNEAS DE GASES Y VAPOR

NORMATIVA DE DISEO (VELOCIDAD)

NORMA PDVSA 90616.1.024 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS DE PROCESORecomendaciones para Gases:

Problemas Bsicos de Flujo de Fluidos


Existen tres problemas o casos bsicos en el flujo de fluidos

Caudal Dimetro

Cada de Presin

Clculo del Dimetro

Clculo del Caudal

Clculo de la Cada de presin Problema tipo I

Problema tipo II

Problema tipo III

Q D

Ptotal

P1 P2

L

PF (, )

(rugosidad)

CT (L, D, , Z)

Variables que intervienen en el clculo

Z1 Z2T


Q, PtotalCT,PF (, ),


Lquidos

Conocido Calcule

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


PtotalCT,PF (, ),


Gases

Conocido Calcule


1) Se selecciona la ecuacin adecuada

2) Se despeja de la ecuacin general el trmino

3) Se calcula la cada de presin


Q ,T,

Q, T, PtotalCT,PF (, ),


Gases

Conocido Calcule



2) Se despeja de la ecuacin general

3) Se calcula a travs de un proceso de ensayo y error.

P1 P2

(Clculo de alguna de las presin inicial o final)

P1 P24) Se asume zasum se despeja P1 P2

5) Con y la temperatura se calcula zcal y se compara con zasum. Si son diferentes se regresa al paso 4)

P1 P2


QPtotal CT,PF (, ),

Clculo del CaudalProblema tipo II

Lquidos

Conocido Calcule



2) Se asume un Nre alto Nre 1x107

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.


Clculo del CaudalProblema tipo II


T, CT,PF (, ),

Gases

Conocido Calcule



2) Se calcula z1 y z2

3) Se calcula el caudal

P1 y P2 Q

Q, PtotalPF(, ),

Clculo del dimetro Problema tipo III

Lquidos

Conocido Calcule



2) Se asume un fasum = 0,02

3) Se despeja D de

4) Se calcula D con la ecuacin despejada del paso 3)


, (L, , Z) D

5) Con Nre y /D se calcula fcal. Se compara fasum con f cal. Si (fasum fcal)/fasum < 10-3 termina la iteracin.


T, PF (, ),

Gases

Conocido Calcule


1) Se selecciona la ecuacin adecuada dependiendo

de la aplicacin

3) Se despeja el dimetro

P1 y P2Q,

Clculo del dimetro Problema tipo III

2) Se calcula z1 y z2

D(L, , Z),

FLUJO BIFSICO

Son comunes los fluidos bifsicos en la

industria petrolera

Mezcla Gas + Petrleo

Gas + Petrleo + Agua

Diferencia con el fluido monofsico:

9 Grado de vaporizacin9 Propiedades del fluido 9 Orientacin de la tubera

Mtodos de Clculo:

9 Fases separadas

9 Fase homognea

- Beggs and Brill

- Duns y Ros

- Dukler

FLUJO BIFSICO

9 Grado de vaporizacin

LquidoGas

Lquido

Gas

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.

9 Propiedades del fluido .. .g

P PMR T z

=

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

oo

s g s g RB

+=

. .L o o w wf f = +o

oo w

qfq q

= +1w of f=

Gas

LquidoPetrleo +Agua

gasg

QV

A=

Relacin Gas-Lquido

Tipo Burbuja (Bubble)Lquido

Gas

Lquido

GasTipo Tapn

(Plug)

Lquido

Gas Tipo Estratificado (Stratified)

Tipo Ondulante (Wavy)Lquido

Gas

Gas

Lquido

Tipo Marea (Slug)

LquidoGas Tipo Roco

(Spray)

Lquido

LquidoGas

Tipo Anular (Annular)

Patrones de flujo para tuberas horizontales

Mapa de Rgimen de Flujo Horizontal

LsL

QVA

=

gsg

QV

A=

Velocidad superficial del lquido

Velocidad superficial del gas

Mtodo de Dukler

( )2

0,14623n tpr K m mf f V LP

d =

( )( )

22 11gL

KLd LdH H

= +

L

L g

QQ Q

= +

( ) 0,320,0056 0,5 Ren yf = +

( )124,0Re K myn

V d=

m sL sgV V V= +

( )1n L g = +

Cada de Presin:

Nmero de Reynolds:

Viscosidad de la mezcla:

Fraccin de volumen de liquido:

Densidad de la mezcla:

Velocidad de la mezcla:

Factor de friccin de fase simple:

Relacin del factor de friccin para flujo en dos fases:

tprf (Grfico)

Holdup de liquido

LdH (Grfico)

Relacin del factor de friccin para flujo en dos fases

Holdup de lquido

Mtodo de Dukler

ftpr

Fraccin de volumen de liquido

HLd

Rey

Fraccin de volumen de liquido

Sistemas de Tuberas

Sistema de Tuberas

Longitud equivalente

P1 P2(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2

Q

Q

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

hf2=hf1

Q2=Q1

Sistema de Tuberas


P1 P2(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2

Q

Q

Lquidos

5

1 22 1

2 1

. .DD

f DL Lf D

= 5

11

1

. . eDeDe

DfL Lf D

=

Forma General:

Sistema de Tuberas


P1 P2(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2

Q

Q

Gases

53

22 1

1

.

aadL L

d =

Forma General:5

3

11

.

aa

ee

dL Ld

= a3a5 Constantes que dependen

de la ecuacin seleccionada

Sistema de Tuberas

Tuberas en serie

(L1 , D1 , 1) (L2 , D2 , 2)P1 P2Q (L3 , D3 , 3)

Ptotal Pf1 Pf2 Pf3= + +Q1 Q3Q2= =

1

N

ii

P P=

= 1

N

e total e ii

L L=

= El concepto de Le puede ser til

para simplificar los clculos

Sistema de Tuberas

Tuberas en paralelo(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2QT

(L3 , D3 , 3)

Qtotal Q1 Q2 Q3= + + 1

N

Total ii

Q Q=

= Ptotal Pf1 Pf2 Pf3= = =

Ptotal

% .100iiT

QQQ

=

Sistema de Tuberas


(L2 , D2 , 2)P1 P2QT

(L3 , D3 , 3)

15 2

15 2

1

.% .100

.

i

i ii

Ni

i i i

DL f

QDL f=

=

Ptotal

Lquidos

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

Sistema de Tuberas


(L2 , D2 , 2)P1 P2QT

(L3 , D3 , 3)

5

3

5

31

% .100

aiai

i aNia

i i

dL

QdL=

=

Ptotal

Gases

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

a3a5 Constantes que dependen


Sistema de Tuberas

Longitud equivalente para Tuberas en paralelo

(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2QT

(L3 , D3 , 3)

( )2

15 2

15 2

1

1

.

ee

Nei

i i i

DL

f DL f=

=

Lquidos

El sistema de tuberas en paralelo tambin puede simplificarse

aplicando el concepto de Longitud Equivalente

LeQT

Sistema de Tuberas

Longitud equivalente para Tuberas en paralelo

(L1 , D1 , 1)

(L2 , D2 , 2)P1 P2QT

(L3 , D3 , 3)

3

5

5

3

1

1

a

ae

e aNia

i i

dLdL=

=

Gases

El sistema de tuberas en paralelo tambin puede simplificarse

aplicando el concepto de Longitud Equivalente

Le

a3a5 Constantes que dependen


QT

Sistema de Tuberas

Tuberas en paralelo

PA

PBQo

(L , D)

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

Lazo

Fuente

Fuente

PC

PA

PBQn

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

diferente

Sistema de Tuberas

Tuberas en paralelo

PA

PBQo

(L , D)

El lazo puede mejorar la capacidad de la tubera

Lazo

Fuente

Fuente

PC

PA

PBQn

X

Incrementar Q manteniendo

Disminuyendo manteniendo Q

P

P

Sistema de Tuberas

Tuberas en paralelo Lazo

Incrementar Q manteniendo PLquidos

Qo Qn>

Dlazo DTub principal=

PA

PBQoL , D

Fuente

Fuente

PC

PA

PBQn

X,

(L - X) , D

D2

2

4 . 13

o

n

QXL Q

= Longitud del lazo

Sistema de Tuberas


Incrementar Q manteniendo PGases

Qo Qn>

Dlazo DTub principal=

PA

PBQoL , D

Fuente

Fuente

PC

PA

PBQn

X,

(L - X) , D

D3

3

1

14 . 13

aoa

n

QXL Q

= Longitud del lazo

Sistema de Tuberas


Incrementar Q manteniendo P

Gases

Qo Qn>

Dlazo DTub principal

PA

PBQo

L , D

Fuente

Fuente

PC

PA

PBQn

X,

(L - X) , D

DL

( )0,5

2

1

11 . 11

n

o

QQ X

L w

= + +

Longitud del lazo

0,52,5

. oLL

fDwD f

= 5a

LDwD

= Lquidos

Redes de Tuberas

Redes de Tuberas

Red

Le

1

2QT QT

QT

Sistema en paralelo Sistema en red

Cuando el sistema no puede transformarse con Le,

estamos en presencia de una RED

1

2Qi Qf

Salida de Gas

QT

Qi Qf

Un sistema en paralelo puede reducirse a un sistema simple

aplicando Le

Redes de Tuberas

Red

Partes de la RedQB

1

2

QCQA3

Nodos (Uniones)

Tuberas (Tramos)

Malla

QA QB QC+= Se debe calcular la distribucin del Q

Redes de Tuberas

AplicacinSistema de espina

de pescado

Redes de Gas Municipal

Fuente de Gas

Redes de Tuberas

AplicacinSistema de espina

de pescado

Redes de Gas Municipal

Sistema en RedFuente de Gas

Fuente de Gas

Fuente de Gas

Fuente de Gas

Mtodos de calculo de una red

Redes de Tuberas

- Hardy Cross

- Renouard

Fuente de Gas

Fuente de Gas

Se utilizan para calcular la distribucin del flujo

Q ?

Q ?

Q ?Q ?

Q ?

Q ?Q ?

Entra = Sale

entra SaleQ Q=

0P =Conservacin de la energa

Conservacin de la masa

Mtodos de calculo de una red

Redes de Tuberas

- Hardy Cross

Qo QnQn Qo Qo+=

Se asume una distribucin

inicial

Proceso iterativo

Caudal final

Entra = Sale

entra SaleQ Q= En un nodo se debe cumplir:

Se debe iterar para disminuir el error

Error entre los caudales

1

1

. .

.

no o

no

L Q QQ

n L Q

=

3

1n a=

Error para redes de gas con tramos del mismo dimetro

n= 2 para weymouthn= 1,854 para PAn= 1,96 para PB

Bombeo de lquido (Bombas)

Ing. Carla Lpez

S DFuente Cliente

Fuente Cliente

Motor

Presin D > Presin S

Bomba

Transferencia de lquido a travs de tuberas

Funcin principal: Incrementar presin

Clasificacin de bombas

Desplazamiento Positivo (DP) Cinticas Otras

Reciprocantes Rotatorias

PistnPlungerDiafragma

Perifricas

Engranaje Tornillo Lbulos

Centrfugas

Turbina Flujo Radial

Flujo Axial

Flujo Mixto

Eyectoras Gas lift

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

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

X

X: Carrera del pistn

Ventas de Bombas

Centrfugas

Rotativas

Reciprocantes

Simbologa

Centrfugas

ReciprocantesRotativas

Bombas centrfugas

Bomba centrfuga

Impulsor

Impulsor

Impulsor cerrado

Impulsor abierto

Venas

Bomba Horizontal de etapa simple

Bomba Vertical

Fuente: GPSA, 1998.

Tipos de Bombas Centrfugas

Descarga

Succin

Eje

Cojinetes (soportes)

Alojamiento de la empaquetadura

CubiertaImpulsor

AnillosDescarga

Succin

Anillos

Cubierta Impulsor

Eje del motor

Eje de la bomba

Cojinetes (soportes)

Acoplamiento

Tipos de Bombas Centrfugas

P2P1

Motor

AguaFE

Q

Elemento de medicin de flujo

P

Construccin de la curva de una bomba centrfuga

lpc pie de lquido144

pielb.)pie(TDH

)lpc(P3

=

P TDH

C

a

b

e

z

a

l

d

i

n

m

i

c

o

t

o

t

a

l

(

T

D

H

)

Caudal (Q)

C

a

b

e

z

a

l

d

i

n

m

i

c

o

t

o

t

a

l

(

T

D

H

)

Caudal (Q)

Prueba de capacidad de la bomba para una velocidad (RPM) y

dimetro del impulsor fijo

Vlvula de estrangulamiento

Fuente: GPSA, 1998.

Curva de una bomba centrfuga

Varios dimetros

del impulsor

Velocidad fija

BEP (Best

EfficiencyPoint)

Curva de una Bomba Centrfuga

Hoja de Especificacin (Data Sheet)

Anlisis de un sistema de bombeo

P1

P2

S D

Z2Z1

Wbomba?

Energa para que el equipo funcione

Energa requerida (TDH)

Balance entre los puntos 1 a 2 con la ecuacinde Bernoulli

Wbomba

Anlisis de un sistema de bombeo

P1

P2

S D

Z2Z1

( ) DfSfc

21

22

c

1212b hhg2

VVggZZPPTDHw ++

+

+

==

Cabezal esttico Cabezal dinmico

Ecuacin para calcular el Cabezal Dinmico Total (TDH)

)lpc(PPP bombaSD +=

144pie

lb.)pie(TDHPP

3

SD

+=

Depende del caudal (Q)

Cabezal esttico

Capacidad (Q)

Cabezal dinmico

Punto de operacin de una bomba centrfuga

Fuente: GPSA, 1998.

C

a

b

e

z

a

l

t

o

t

a

l

El punto de operacin de una bomba centrfuga debera coincidir

con el BEP

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.

Temperatura

P

r

e

s

i

n

d

e

v

a

p

o

r

Fluido puro

Lquido

VaporPV

PS

Temperatura

P

r

e

s

i

n

Mezcla

Lquido

VaporL+V

Pb

PS

P1

SZ1

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


Presin de succin:

NPSH (Net Positive Suction Head) NPSHD (NPSHA)= PS PV > 0

NPSHR (bomba) Fabricante

Se establecen los siguientes parmetros:

(depende del modelo del equipo)

NPSHD > NPSHR en 3 pies La norma

recomienda que:

S


Temperatura de succin o bombeo : esta variable influye en parmetros como viscosidad y presin de vapor.

Viscosidad vs. Temperatura

110

1110

2110

3110

4110

5110

6110

100 110 120 130 140 150 160 170

T (F)

V

i

s

c

o

s

i

d

a

d

(

c

s

t

)

Viscosidad:

a menor temperatura mayor viscosidad

TemperaturaPr

e

s

i

n

d

e

v

a

p

o

r

Fluido puro

Lquido

VaporPV1

PV 2

Presin de vapor:

a mayor temperatura mayor presin de vapor

T1 T2

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

Potencia: Energa necesaria para mover el impulsor de la bomba utilizando como fuerza motriz un motor (elctrico, turbina)

Hidrulica

Al freno

Variables importantes en la operacin de la bomba

Potencia

( )3961

g.s.TDH.QHHP =

( )= .3961g.s.TDH.QBHP

Q = gpm

TDH = pie

Donde:

= eficiencia de la bomba

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO


PistnEmbolo Engranaje Tornillo Lbulos

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

X

X: Carrera del pistn

Diafragma

Ventajas:

Son adecuados para el manejo de lquidos viscosos Son menos susceptibles a la presencia de gas en el lquido

Manejan capacidades consistentes. Tienen eficiencia mayor que las bombas centrfugas

MANEJO DE FLUIDOS VISCOSOS

V

i

s

c

o

s

i

d

a

d

(

S

S

U

)

Rotatoria Reciprocante Centrfuga

Fuente: The Pump Handbook series. 1998

BOMBAS RECIPROCANTES

Es 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.

Nmero de varillas o bielas de mando; simplex, duplex, triplex.

- 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.

Vertical y Horizontal

Nmeros de carrera de descarga por ciclo de cada biela: Accin sencilla o doble accin.


tapn

Entrada

Salida

D

i

a

f

r

a

g

m

a

Tipo diafragma (accin sencilla)

Salidas

Entradas

Pistn

Tipo Pistn (doble accin)

Extremo de impulsin

Extremo del lquido

Extremo del lquido

Extremo de impulsin

Parmetros de operacin:

Capacidad real (Q)

Desplazamiento del pistn (DP)

Eficiencia volumtrica (Ev)

Volumen de fluido dentro del pistn

Volumen de fluido descargado por la bomba

diseo, tipo de bomba (fabricante)

Ev= Q / DP

Espacio muerto

S

S: Carrera del pistn

Boquilla

Succin

Descarga

a

AVstago

M


Espacio muerto

S

S: Carrera del pistn

Boquilla

Succin

Descarga

a

A Vstago

M Desplazamiento del pistn (DP)


A: rea seccional del mbolo o pistn (pulg2)M: Nmero de mbolos o pistones S: Longitud de la carrera (pulg)N: Velocidad de rotacin, RPMa: rea seccional de la varilla o vstago (pulg2)DP: Desplazamiento del pistn (GPM)

DP= AxMxSxN231

DP= (2A - a)xMxSxN231

Para bombas de accin simple

Para bombas de accin doble

Leyenda:

Bomba de doble tornillo Bomba de engranaje

Bombas rotatorias

Bomba de cavidad progresiva

NPSHA (disponible)

Aceleracin y desaceleracin del fluido

(pulsaciones)

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

NPIP (Net Positive Inlet Pressure)

NPIP (disponible)= Ps Pv = lpc

Reciprocantes

Rotatorias

NPIP (disponible)= Ps Pv -Pha= lpc

Pha= presin debido a la aceleracin del fluido, (lpc)

Pha (lpc) = ha (pies)

Volumen de Tubera

Volumen de la cmara

Succin Descarga

BOMBA RECIPROCANTE

TIPO PISTN

Vlvulas


NPIP (disponible)= Ps Pv -Pha= lpc

Pha (lpc) = ha (pies) kgLVNCha =

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.

0,022Nnuplex

0,028Sptuplex

0,040Quntuplex

0,066Trplex

0,115Dplex, doble accin

0,2Dplex, accin sencilla

0,2Simplex, doble accin

0,4Simplex, accin sencilla

Constante CTipo de bomba

2,5Lquidos compresibles como el etano

1,5La mayor parte de los lquidos

1,4Lquidos no compresibles como agua desaireada

Constante kCompresibilidad del lquido

CompresiCompresinn

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

P1 , T1 , V1P2 , T2 , V2

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

Condicin Inicial Condicin final

P2 >> P1

Volumen Volumen

PP

TT

El gas es un fluido compresible

Ley de los gases:

P.V = n.R.T.z

CompresiCompresinn

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

La presin del fluido se eleva reduciendo el volumen del mismo durante su paso a travs

del compresor.

Energa

P succin

P descarga

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

succin

adesc

PP

r arg=

CompresiCompresin n TiposTipos

Desplazamiento Positivo (DP)

Dinmicos

Flujo Radial

(Centrfugos)

Flujo Axial

trmicos

Eyectores

CompresoresCompresores


Embolo Pistn

Diafragma

Lbulos Tornillo

Mquinas de flujo continuo en la cual el cabezal de

velocidad del gas es convertido en presin

Unidades de flujo intermitente, donde sucesivos volmenes de

gas son confinados en un espacio y elevado a alta

presin

Maquinas que usan altas velocidades de un gas o vapor que

se mezcla con el gas de alimentacin para

convertir la velocidad en presin


Reciprocantes

Tornillo

Disponible para capacidades por debajo del rango de flujo econmico de los compresores centrfugos.

Utilizado para sistemas que requieren bajas potencias

Tipo pistn

Tipos de compresores

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


TornilloTiene limitaciones con la presin de succin

Utilizado para sistemas que requieren bajas potencias

El tornillo gira y comprime el fluido gaseoso

Los compresores rotatorios son mquinas en la cual la compresin y el desplazamiento es afectado por la accin positiva de los elementos que

rotan.



Centrfugos

Utilizado para altas potencias

Las ruedas giran y convierten la fuerza centrifuga en presin

Se requiere normalmente compresores con tres o cuatro ruedas

Continuos y largos tiempos de funcionamiento (tpicamente 3 aos) son posibles con una alta confiabilidad

Requieren poca rea para su instalacin.



Flujo Axial

Los compresores axiales compiten directamente con los centrfugos.

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 sonms complejos y costosos que para los centrfugos.


CompresiCompresin n Procesos termodinProcesos termodinmicosmicos

Presin

Volumen

Estado Inicial

Estado Final

Proceso de compresin

W

Estado inicial

Estado final

Termodinmicamente un estado se define con dos propiedades

Presin TemperaturaVolumen Entalpa (H)Energa Interna (U)Entropa

Sistema

La energa requerida depende del trayecto del proceso

= 21

P

P

VdPW

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

P 1

P 2

CompresiCompresin n Procesos termodinProcesos termodinmicosmicos

Procesos de Compresin

- Proceso Isotrmico P.V n=cte. n = 1

- Proceso Isentrpico P.V n=cte. n = k

- Proceso Politrpico P.V n=cte. n = n

Este modelo asume que la temperatura del gas permanece constante durante la compresin

Asume que no hay transferencia de calor durante el proceso de compresin

Este modelo asume que hay incremento de temperatura as como perdida de energa (calor) en los componentes del compresor

Isotrmico

Isentrpico

Politrpico

Trabajo del compresor

CompresiCompresin n -- Factores de DiseFactores de Diseoo

Factores de diseo

- Propiedades del fluido

Cantidad de componentes Mezcla

Composicin de la Mezcla de Gas

Peso Molecular

Temperatura Crtica, Presin Crtica

Contenido de Lquido

Contenido de Slidos

Puro o

Se debe tener un anlisis completo del gas

Se calcula con la regla de Kay para mezclas1

N

gas i ii

PM y PM=

= Debe especificarse el mximo rango de variacin en el peso molecular.

Se utiliza para el clculo de algunas propiedades del gas natural

La presencia de lquidos en la corriente gaseosa, usualmente es daina a los compresores

Pueden daar partes mecnicas de los compresores

Calor Especfico, Relacin de Calor Especfico (k)

P

V

CkC

=


Factores de diseo

- Condiciones de succin

Curva de burbujeo

Curva de roco

Punto crtico

P

r

e

s

i

n

Temperatura

MEZCLA

LIQGAS

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.

Presin de succin

Vapor saturado

Presin de entrada(succin)

Debe especificarse como el valor ms bajo para el cual se espera que el compresor trabaje de acuerdo al diseo.

Temperatura de entrada(succin)

Afecta tanto el flujo volumtrico como el requerimiento de cabezal para un determinado servicio de compresin, el rango completo tiene que ser especificado.


Factores de diseo

Caudal @ cond. succinFlujo

- Msico

- Molar

- Volumtrico

m

n

Q

Flujo msico

Flujo molar Flujo volumtrico

Peso Molecular Densidad

Las velocidades de flujo y sus condiciones de presin asociadas debern ser reportadas para todos los puntos operacionales de inters

- Flujonormal

arranquefuturo

final de operacininicial de operacin

operacin a baja capacidad

Temperatura de descarga

- Condiciones de descarga

Presin de descarga


Factores de diseo

Normal requerida a la presin del recipiente aguas abajo ms las cadas de presin permisibles por tuberas, intercambiadores, enfriadores, separadores de aceite, etc.

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

Limitaciones del Material

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

Resistencia de la carcaza y piezas

Procedimientos de Clculo


- Condiciones de descarga

Modelo IsentrpicoModelo Politrpico

- Diagrama H S. Gases Naturales dulces

- Ecuaciones

- Mtodo Grfico (GPSA)

- Diagrama P H. Fluido puro

Est limitada normalmente a 250 F Segn GPSA, puede alcanzarse temperaturas mximas de 300 F


Factores de diseo

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



Nmero de etapas

(Mx. 250 300 F) Alta r=Pd/Ps genera alta T descarga por lo que

comnmente se separa el proceso en etapas de compresin mltiples.

T descargaPdTsPs Se verifica que la descarga no exceda el valor limite

dne ta pas

PrP

=

Debe dividirse en dos etapas si

excede la temp.I

I II

I II III

Se calcula la relacin de compresin por etapa

n = N de etapas

Se verifica de nuevo la temp de

descarga

Se prueba con tres etapas

La ltima etapa tiene la temp. ms caliente

CompresiCompresin n -- Factores de DiseFactores de DiseooNmero de etapas

I II

Etapa I Etapa IIInterenfriadorP= 5 - 10 lpc

Tsuccin II Psuccin II

Tdescarga I Pdescarga I

Tsuccin I Psuccin I

Tdescarga II Pdescarga II

Se 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

CompresiCompresin n Diagrama de MollierDiagrama de MollierPotencia

2

1

P

idealP

W VdP=

Energa requerida por el motor para comprimir el gas, denominada potencia al freno

Potencia 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:

idealreal

WW = Desviacin con respecto al modelo termodinmico utilizado

m

GHPBHP =. realGHP masa W=

Potencia del gas: Potencia al freno:

Eficiencia mecnica

Diagrama P H Fluido puro

CompresiCompresin n Diagrama de MollierDiagrama de MollierClculo de la Temperatura de descarga



P succin

Condicin mnima

vapor sat

H1 entrada



P succin

P descarga

Proceso isentrpico

H2 isent. de salida



P succin

P descarga

1is

is2 h

hh +

=

Temperatura real

H2 real

DISEO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CARCAZA Y TUBO

Las ecuaciones principales para el

dimensionamiento son:

TCpmQ ..

HmQ .

Balance de energaEcuacin de calor para un

intercambiador de calor

FcLMTDAUoQ ...

rea de Transferencia de Calor


Fluido caliente

Fluido fro

En el diseo se requiere determinar LA

CONFIGURACIN del intercambiador necesaria

para lograr el rea de Transferencia de Calor

Deflectores

CarcazaNmero de

tubos


Dimetro de

la carcaza

Caractersticas

de los tubos

Nmero de

Nmero de

pasos por tubosNmero de

pasos por

carcaza


Arreglo en

contracorriente

Arreglo en

paralelo

Clculo de la diferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD

1T2T

1T

2T

)/( 12

12

TTLn

TTLMTD

Ms

utilizado


Clculo de la deferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD

)/( 12

12

TTLn

TTLMTD

La LMTD depende del nmero de pasos en el intercambiador

Un paso por carcaza y uno por los tubos

Un paso por carcaza y dos pasos por los tubos

)/(.

12

12

TTLn

TTFcLMTD

Se corrige con

el factor Fc


Clculo de la deferencia promedio logartmica de temperaturas LMTD

El factor Fc

depende de

-Temperaturas

- Configuracin

Se recomienda

que Fc 0,8


Clculo del rea de transferencia de calor A

FcLMTDAUoQ ...FcLMTDUo

QA

..

QTCpmQ ..

HmQ .

Uo= Coeficiente global de transferencia de calor

El 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



FcLMTDUo

QA

..

Se asume un valor de Uo inicial para calcular el rea

tubo

El rea de transferencia se calcula en

referencia a la pared externa de los tubos

Los valores de Uo inicial se encuentran en la literatura y dependen de los

fluidos en el intercambiador de calor

L= Longitud del tubo

Do

Calibre BWG

(Espesor)

rea exterior

por pie lineal

(pie2/pie)


Especificacin de los tubos

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 tubos


Utilizado

normalmente

Utilizado para

servicios

sucios

Pitch

Claro entre los

tubos c

L= Longitud del tubo

Do

Calibre BWG

(Espesor)

rea exterior

por pie lineal

(pie2/pie)


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)



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

Se asume la Longitud del tubo (Ltubo)

Do

Calibre BWG

(Espesor)

rea exterior

por pie lineal

(pie2/pie)



tuboLNtaA .'.'Se despeja el nmero

de tubos


Clculo del dimetro de la carcaza

D carcaza

Nmero de

Baffles

Espaciamiento

de Baffles Corte entre

15 y 45 %

25% nor.

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

hiri

rwho

ro

.

Tubo

La ecuacin para el clculo del coeficiente global se presenta a continuacin:

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.


o

ii

i

oi

avg

owo

o

o

A

Ah

A

Ar

A

Arr

h

U11

1


Clculo de hi


Clculo de hi

Se calcula el nmero de Reynolds para el lado de los tubos

GD .Re

D = Dimetro interno del tubo, pies.

= Viscosidad del fluido a la temperatura promedio, lbm / (hr pie).

TA

WG

G = Velocidad msica del fluido, lbm/ (hr pie2).

TA2pie

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

rea de flujo total a travs de los tubos,

.

n

aNA tubotT

.144

. tuboa2lgpurea de flujo a travs de un tubo,

n= nmero de pasos por los tubos.GPSA


Clculo de ho .


Clculo de ho

Se calcula el nmero de Reynolds para el lado de la carcaza

GDe .Re

De = Dimetro equivalente, pies.

= Viscosidad del fluido a T. prom, lbm / (hr pie).

sA

WG


sA2pie

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

rea de flujo total a travs de la carcaza,

.

144.

..

T

sP

BcDcA

DclgpuDimetro interno de la carcaza,

De depente de

Do, pitch y

arreglo del tubo

Tabulado en fig.

10-47, en pulgadas

clgpuSeccin libre entre los tubos,

B lgpuEspaciado de los deflectores,


Clculo de la resistencia por la pared del tubo rw .

rw se encuentra en la tabla 10-13

ro = resistencia de ensuciamiento externo, (pie2 F h) / (Btu).

ri = resistencia de ensuciamiento interno, (pie2 F h) / (Btu).

Clculo de la resistencia por ensuciamiento

Valores tabulados

o

ii

i

oi

avg

owo

o

o

A

Ah

A

Ar

A

Arr

h

U11

1

Finalmente se calcula el Uo:



FcLMTDUo

QA

cal

cal..

A asumida > A calculada en al menos 10 %

Si cumple con la condicin se procede a calcular la cada

de presin


Clculo de la cada de presin de los tubos

t

tubossD

nLGfP

...10.22,5

...10

2

f= factor de friccin se estima por la figura 10-121


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

s

ss

sDe

NDGfP

...10.22,5

)1(...10

2

f= factor de friccin se estima por la figura 10-124


N+1 = cruces por los baffles, 12.(L/B)

00.-PORTADA01._Introduccion_a_Facilidades_de_superficie[1]02._Flujo_de_fluidos_parte_I[1]03._Flujo_de_fluidos_parte_II[1]04._Flujo_de_fluidos_parte_III[1]05._Flujo_de__Gases[1]06._Flujo_de_fluidos_Casos_tipicos[1]07._Flujo_Bif..[1]08._Flujo_de_fluidos_Sistemas_de_tuberias[1]09._Redes_de_Tuberias[1]10._Bombeo_de_liquidos_Parte_I_para_enviar11._Bombas_de_Desplazamiento_Positivo[1]12._Clase_de_compresion13._Diseo de Intercambiadores

Facilidades Produccion-Laminas

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