TRANPORTE Y ALMACENAJE DE HIDROCARBUROSTANQUES DE ALMACENAJE

1. INTRODUCCION

Un tanque de almacenamiento es un recipiente metálico destinado al almacenamiento de combustibles líquidos o gaseosos ubicado dentro de una fosa de hormigón armado y construido conforme a normas técnicas establecidas.

2. CARACTERISTICAS DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento están diseñados para el almacenamiento y manipulación de grandes o pequeños volúmenes de petróleo y gas, además de sus derivados y son generalmente los mas grandes considerados como permanentes.

El almacenamiento constituye un elemento de sumo valor en la explotación de hidrocarburos ya que actúa como pulmón producción y transporte para absorber las variaciones de consumo.

El almacenaje de líquidos tales como petróleo, nafta, fuel oíl, diesel kerosene, y otros derivados petroquímicos que se pueden conservar a presión y temperatura ambiente se efectúa normalmente en tanques cilíndricos de fondo plano, techo abovedado, esférico o elipsoidal, y algunas veces flotante a fin de evitar la acumulación de gases inflamables dentro de los mismos que pueden o no tener incorporados algún sistema de calefacción.

3. CONSTRUCCION DE TANQUES DE ALAMCENAMIENTO

Para la construcción de los mismos se emplean laminas de acero de distintos espesores conforme su posición relativa en la estructura del tanque, estas piezas se sueldan entre si de acuerdo a normas de construcción que garantizan la integridad y posterior funcionamiento de almacenaje.

Los tanque soldados están diseñados para soportar presiones internas del orden de 0.175 – 0.350 Kg./ cm2, y se han construido tanques de hasta 240000 m3. En Bolivia, aproximadamente de 100000 bls. A efectos de prever el daño que pudiera ocasionar la rotura o rebalse de los mismos, se construye un dique de contención alrededor de los mismos instalados en el sitio.

Un análisis serio del programa de producción y demanda de productos terminados, nos permiten utilizar el almacenamiento de una forma racional, reduciendo los tiempos muertos de utilización de los tanques. Los Controladores electrónicos han aportado soluciones económicas, en el manejo correcto de un parque de almacenamiento, aunque se utilice los métodos manuales de medición y control de hidrocarburos.

Por tanto la utilización de los tanques presenta también numerosos problemas como ser las pérdidas por evaporación en los tanques de productos volátiles, y la calefacción de los tanques que contienen productos pesados. Este ultimo problema no se presenta en el país ya que nuestro petróleos son livianos o volátiles

4. CLASIFICACION DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

5.1. SUPERFICIALES

5.2.1. Atmosféricos. - Tanques de presión atmosférica que se han diseñadoy equipado para el almacenamiento de productos a presión atmosférica.

En esta categoría se emplea por lo general los tanques verticales de configuración cilíndrica, cuyo tamaño depende del tipo de producto a ser almacenado que pueden ser tanques soldados pequeños o grandes. Tanques atornillados, y en ocasiones tanques rectangulares soldados, también se utilizan para el almacenamiento a presión atmosférica

5.2.2. Tanques de baja presión (de 0 a 7 KPa.)

Tanques que se utilizan normalmente en aplicaciones para el almacenamiento de productos intermedios y productos que requieren una presión interna y que deben estar aislado de la atmósfera para evitar que los vapores se mezclen con el oxigeno y que se forme un gas combustible pueden soportar una presión de hasta 17 kPa.

La forma es generalmente cilíndrica con fondos planos o cóncavose inclinados o abovedados. Son por lo general de diseño soldado. Sin embargo, los tanques atornillados a menudo se utilizan para presiones cerca de la atmosférica. Muchos tanques de almacenamiento refrigerados operan aproximadamente a 3,5 kPa.

5.2.3. Tanques de mediana presión (17 a 100 kPa)

Tanques que se utilizan normalmente para el almacenamiento de productos demasiado volátiles que no se pueden almacenar entanques de baja presión. La forma puede ser cilíndrica o planade fondos plano y techos inclinados o abovedados. Estos tanques de mediana presión suelen ser de diseño soldado, también se puede uti lizar esferas soldadas, particularmente para las presiones cercanas a 100 kPa.

5.2.4. Tanques de alta presión (por encima de los 100 KPa)

Tanques que se utilizan generalmente para el almacenamiento de productos refinados o componentes fraccionados a presiones por encima de 100 kPa).

Los tanques son de diseño soldado y puede ser de configuración cilíndrica o esférica.

5.2. TANQUES LOCALIZADOS EN EL SUBSUELO

El gas licuado en procesos industriales se puede almacenar en el subsuelo, en minas convencionales. No se conocen los procedimientos estándares disponibles para este tipo de almacenamiento; Sin embargo, hay muchas publicaciones y libros que cubren la tema en detalle.

5.3. PRESIONES DE TRABAJO

El diseño de presiones de trabajo puede ser determinado para prevenirfugas, y así evitar las pérdidas de almacenamiento. Sin embargo, esto no debe ser usado en lugar de cualquier regulación ambientalrelativa al diseño de los tanques de almacenamiento. Los requerimientos de las normas medioambientales para una localización especifica deben ser obtenidas antes del diseño de la infraestructura de tanques.

En general, existe una reglamentación que especifica eltipo de tanque de almacenamiento para ser utilizado, basado en la capacidad del tanque de almacenamiento y la presión de vapor del producto que se almacena.

Además por lo general hay requisitos específicos de diseño, por

ejemplo en el tipo de sellos para ser utilizado en un tanque de techo flotante.

La presión de trabajo es necesaria para evitar las fugas,depende de la presión de vapor del producto, las variaciones temperaturade los líquidos en superficie y el espacio de vapor donde se sitúa la válvula de venteo.

La relación anterior es válida sólo cuando Bmin es inferior a D, es decir, cuando la presión de vapor mínima es tan baja que el aire es admitido en el espacio de vapor a través del la válvula de venteo. Cuando Bmin es igual o superior a D, la presión de almacenamiento requerido es:

Bajo esta condición el aire se mantiene fuera del espacio de vapor.

Fig. 6.3 se presenta como una guía general a las presiones de almacenamiento de gasolinas de diversas volatilidades en los tanques sin aislamiento térmico.

Estos datos se calculan para el trazado de las curvas a partir de las ecuaciones 6.1 y 6-2 con los siguientes supuestos:* Temperatura mínima del líquido en superficie es de 5 ° C inferior a latemperatura máxima de del líquido superficie.* Temperatura máxima de espacio de vapor es de 22 ° C superior ala temperatura máxima del líquido en superficie.* Temperatura mínima del espacio de vapor es de 8 ° C inferior a latemperatura máxima del líquido en superficie. * Estable (temperatura ambiente. 38 ° C). en las condiciones ambientales.

La temperatura máxima del líquido de la superficie varían desde 29 hasta 46 ° C.

La precisión suficiente por lo general será el resultado de la hipótesis de que es de 5 ° C más alta que la temperatura máxima del líquido en un tanque en ese lugar.

5. TIPOS DE ALM ACENAMIENTO

6.4. EN SUPERFICIE. – Son todos aquellos que se encuentran en superficie con presiones de operación alrededor de los 100 KPa.

6.5.5. Esferas.- Tanques de almacenamiento de forma esférica utilizados generalmente para almacenar productos con presiones aproximadas a 35 KPa.

6.5.6. Esferoides.- Es esencialmente de forma esférica pero achatada por los polos (por arriba y por abajo), tienen una forma tal dado que son construidos por celdas cilíndricas curvadas en la base y techo. Pueden soportar altas tensiones internas laterales capaces de almacenar productos de alrededor de 35 KPa.

6.5.7. Tanques cilíndricos horizontales.- Las presiones de trabajo de estos tanques pueden ser de 100 a 700 KPa y en algunos casos pueden superar este rango, estos tanques tienen cabezas semiesféricas.

6.5.8. Tanques con techo fijo.- El techo fijo se encuentra unido permanentemente a las paredes del tanque, los tanques soldados de 80 m3 de capacidad y los tanques mayores a esto o los de mayor capacidad pueden tener un techo frágil. (Diseñados por seguridad de manera que permita el escape en caso de que un evento de excesiva presión ocurra. En todo caso la presión de diseño no debe exceder la presión equivalente de la presión generada por el peso del techo.

6.5.9. Tanques de techo flotante.- Los tanques de almacenamiento pueden tener un techo flotante, donde el techo flota por encima del contenido. Este tipo de tanques sirve principalmente para trabajar con presiones cercanas a la presión atmosférica. Los techos flotantes son diseñados para moverse verticalmente rozando las paredes del tanques con el fin de proveer constantemente un mínimo espacio entre la superficie del producto almacenado y el techo. ( se utiliza para que no se presente un gas combustible). Ailar el O2 para que no se produzca una explosión.

6.5.10. Tanques atornillados.- Son diseñados e instalados como elementos segmentados cuya localización en el ensamblaje es completamente vertical; y cilíndricos en superficie con techo cerrado. Los tanques atornillados estándares API tienen capacidades nominales de 16 a 1600 m3, diseñados para presiones internas cercanas a la atmosférica,

6.5. TIPOS DE ALMACENAMIENTO ESPECIALES

6.6.11. Almacenamiento en tuberías.- Las tuberías son utilizadas especialmente para el transporte, sin embargo existen tuberías especiales para el almacenamiento y la manipulación de petróleo liquido, derivados o anhídrido amoniaco liquido, los cuales deben ser diseñados y construidos de acuerdo a norma.

6.6.12. Tanques de cara plana.- Aun cuando los tanques cilíndricos son estructuralmente mejores en construcción, los tanques rectangulares pueden ser ocasionalmente preferidos. Cuando el espacio es limitado como lo es en plataformas marinas, los requerimientos son favorables para este tipo de tanques, dado que la construcción de varios tanques de este tipo es mas fácil y ocupa menos espacio. Estos tanques son normalmente utilizados para almacenar productos a pr esión atmosférica.

6.6.13. Estanques alineados (piscinas).- Son utilizados para la disposición, evaporación almacenamiento de líquidos. Consideraciones medioambientales especificas son utilizadas para el diseño de este tipo de tanques y son mas estrictas cuando se trabaja con productos mas volátiles o fluidos tóxicos. Son utilizados para prever perdidas de fluidos, filtraciones y contaminación de aguas subterráneas. Arena madera, concreto, asfalto y algunos metales han sido usados por mucho tiempo, pero mas recientemente una clase de material impermeable ha sido desarrollado que utiliza membranas sintéticas flexibles, estas membranas están hechas de cloruro de polivinilo, goma o caucho natural, goma butílica e Hypalon ®. Alguna de las cualidades mas importantes para este tipo de estanque son:

* Alta resistencia a la tensión y muy flexible* Resistente a la intemperie * Inmune al ataque bacteriano y de hongos* Densidad relativa superior a 1 * Resistente a la luz ultravioleta* No debe tomar imperfecciones ni daños físicos debe estar en buen estado.* De fácil reparación.

La detección de fugas se realiza a partir de sistemas de detección instaladas por debajo de la base del tanque, especialmente cuando se trabaja con desechos tóxicos y contaminantes, estos sistemas normalmente detectan drenaje resistividad y monitoreo y /o una combinación de ellos.

6.6.14. Zanjas.- Estos son similares a las piscinas estanques, pero solo son utilizados en emergencias, el uso de este tipo de zanjas debe cumplir con las normas vigentes.

6.6. TANQUES SUBTERRANEOS.- Este tipo de tanque adquiere ventaja cuando se va a almacenar grandes volúmenes y adquiere especial ventaja cuando se trata de productos con altas presiones de vapor, los tipos de almacenamiento subterráneo son: cavernas construidas en trampas o en solución, (la forma convencional de

almacenaje que tenga que ver con salino son domos).; cavernas construidas en rocas impermeables; cavernas desarrollados por el carbón agotado, piedra caliza o las minas de sal.

6.7.15. Cavernas construidas en trampas salinas o por solución.- Este tipo de caverna es construido perforando un pozo o un grupo de pozos en el estrato salino, haciendo circular agua salina de baja concentración, para disolver la sal y convertirla en salmuera. La mayor parte de las cavernas operan utilizando esta técnica. Un arreglo de cañerías se instala en el fondo de la caverna y el producto se inyecta a través del espacio anular provocando que la salmuera sea desplazada. Para recuperar el producto se opera de forma inversa utilizando métodos de recuperación por bombeo.

6.7.16. Cavernas convencionales.- Este tipo de cavernas pueden ser construidas en aquellos lugares donde nos encontremos con rocas impermeables y que se encuentren a una profundidad adecuada para poder contener las presiones del producto, lugar que debe ser seleccionado luego de una evaluación de factibilidad realizado por un ingeniero o por un geólogo. Generalmente el producto es contenido en esquisto, limonita, dolomita o granito

6.7.17. Almacenamiento refrigerado.- La decisión para utilizar este tipo de almacenamiento en un lugar con ciertas presiones es generalmente función del volumen a ser almacenado, el caudal, las propiedades fisicoquímicas y termodinámicas del liquido a ser almacenado y del capital de inversión y los gastos operativos en cada tipo de

La selección apropiada de almacenaje esta en función de la tecnología que se utilizara para poder enfriar un liquido hasta alcanzar su punto de burbuja a presiones atmosféricas, los tanques refrigerados normalmente operan con una presión interna entre 3 y 15 KPa.

Los requerimiento normalmente incluyen las siguientes funciones básicas:* Enfriar el producto a temperatura de almacenamiento.* Relicuar el producto evaporado por calor en el sistema* Licuar los vapores que provienen del liquido

6. MATERIALES DE CONSTRUCCION DE UN TANQUE

7.7. TANQUES METALICOS

Los tanques utilizados en comercialización, campo en general, son normalmente fabricados con aleaciones de carbono para resistir altas presiones, especialmente aquellos que almacenan productos gaseosos y licuados como las esferas y las salchichas. Existen varias normas API y ASME para procedimientos de armado, inspección, pruebas y selección de material, dependiendo de los requerimientos de almacenamiento, también puede utilizarse otros materiales como el aluminio y algunos materiales especiales.

7.8. TANQUES NO METALICOS

En la antigüedad se utiliza ban tanques construidos con madera, sin embargo en la actualidad los materiales plásticos, han reemplazado a la madera. Estos materiales tienen la ventaja de no ser oxidables, durables y de bajo costo.

Los materiales plásticos utilizados en la construcción son el cloruro de polivinilo, polietileno propileno y poliéster de fibra de vidrio reforzado, este ultimo se utiliza en la construcción de tanques de gran tamaño y es el mas utilizado.

Los tanques construidos con materiales plásticos como cloruro de polivinilo y polietileno, vienen en dimensiones de 2 m por 3.5 m de alto pudiendo contener unos 11 m3 , los tanques horizontales de este material

(fibra de vidrio), puede contener hasta 45 m3, los tanques verticales de fibra de vidrio, pueden contener de45 a 90 m3, dependiendo del tipo de construcción. La temperatura limite de los tanques plásticos es de 5 ºC a 65 ºC, se los debe pintar externamente de un color que permita una protección contra la radiación ultravioleta, internamente se debe seleccionar un material compatible químicamente con el producto.

La protección mecánica es necesaria para proteger el tanque contra golpes, en el caso de ser necesario las medidas de seguridad van dadas por no localizar el tanque en zonas inflamables.

Todos los tanques plásticos deben estar equipados con válvulas de alivio.

7.9. PROTECCION

7.10.18. Internamente

Principalmente se utiliza la protección interna para proteger al tanque contra la corrosión y productos contaminantes. Se debe considerar ciertos fa ctores como el tipo de producto a ser almacenado, material disponible, características dela superficie donde se ha instalado, preparación de la superficie, compatibilidad con el material de protección, cantidad de material de protección a ser utilizado para obtener la máxima protección.

Varios tipos de protección están disponibles o están en función a la aplicación y los tipos de tanques, los cuales se describen a continuación.

7.10.19.1. Brea o alquitrán

Es la que se utiliza con mayor antigüedad y la que mejores resultados presenta, tiene muy baja permeabilidad, protege a la superficie de posibles filtrados, resistente al agua y a minerales ácidos, alcalinos, salinos, soluciones de salmuera y otros químicos agresivos.

7.10.19.2. Protección de resina epoxica

Tiene una adhesión excelente, sin espesor, resistente a la abrasión, flexible, durable y una muy buena resistencia a sustancias químicas. Puede ser aplicada en tanques de crudo, tanques de techo flotante, tanques de almacenamiento de solventes cajones de lodo, etc.

7.10.19.3. Protección galvanizada

Este tipo de protección es altamente resistente a la corrosión, los tanques atornillados son apropiados para este tipo de protección partiendo que todos sus componentes son galvanizados de fábrica. Los tanques galvanizados son usados cuando el petróleo producido contiene porcentajes de azufre y /o están asociados con acido sulfhídrico gaseoso, además son altamente efectivos contra la corrosión. Cuando los tanques se encuen tran construidos en areas cercanas a las playas marinas donde las condiciones atmosféricas aceleran problemas de corrosión debido a las partículas de sal en suspensión.

7.10.19. Protección externa

Los requerimientos básicos para la protección externa van dirigidos a la protección de las condiciones medioambientales. Están disponibles para este tipo de protección distintos materiales los cuales van a proteger condiciones suevas y agresivas, las cuales determinar el tipo de protección a ser utilizado

7.10.20.4. Accesorios

Los tanques de almacenamiento tienen una serie de accesorios dependiendo del código de diseño apropiado utilizado, y los requerimientos de usuario. Un tanque puede tener mezcladores, calentadores, dispositivos de evacuación o alivio, plataformas y escaleras para hombres, pasamanos y una serie de conexiones registradores, enchufes, ventilas y extintores.

7.10. PROTECCION CATODICA.

Se aplica para controlar la corrosión y su principio es electroquímico, cuando se descarga una corriente eléctrica sobre la superficie metálica (anodo) hacia un electrolito.

La protección catódica reduce la corrosión e el metal superficial utilizando una corriente eléctrica desde una fuente externa, que atraviesa el metal algún electrolito como ser la tierra, agua etc.

CAPITULO IITRANPORTE Y ALMACENAJE DE HIDROCARBUROSINSTRUMENTACIONFLUJOMETROS1.TIPOS de medidores de caudalLos fluidos están presentes en la mayoría de los procesos industriales, ya sea porque inter vienen en forma directa en el proceso de producción o porque pertenecen a los circuitos secundarios necesarios. Sea por la razón que sea, los fluidos están ahí y, por tanto, hay que controlarlos, para lo que es necesario saber en todo momento cuáles son las principales características de los fluidos, que pueden variar mucho de una aplicación a otra. En el mercado existe una gran variedad de medidores, tanto desde el punto de vista de tamaños y rangos de operación como de principios de funcionamiento. Esto es debido a que se intenta conseguir la máxima precisión para la mayor cantidad de aplicaciones.

Hay muchos tipos de medidores de flujo. Algunos libros de mecánica de fluidos, como una referencia, tienen capítulos enteros sobre los principios y la práctica de medidores de caudal. Libros especiales sobre el flujo de mediciones. En este capítulo se describe brevemente los tipos de medidores de caudal importantes de uso común en la medición de flujo de la tubería.

1.1 VENTURIEl Venturi es una herramienta utilizada para medir el flujo de un oleoducto. Questo strumento sfrutta l' effetto Venturi e prende il nome proprio dal fisico Giovanni Battista Venturi . Esta herramienta utiliza el " efecto Venturi y toma su nombre del físico Giovanni Battista Venturi . Esso, infatti, calcola la velocità media del fluido partendo dalla relazione esistente tra questa grandezza e la pressione (illustrata dall'effetto Venturi). De hecho, se calcula la velocidad del medio líquido a partir de la relación entre este tamaño y la presión (efecto Venturi se ilustra). Dalla velocità è poi facile calcolare la portata volumetrica, essendo legate dalla relazione: La velocidad, es fácil calcular el flujo de volumen que se está relacionado por:

dove Q è la portata volumetrica, v è la velocità ed A rappresenta l'area della sezione di condotta considerata.Donde Q es el flujo de volumen, v es la velocidad y A es el área de la sección de conducta en cuestión. El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.Discusión del Venturimetro (simplemente llamado el venturi) se puede encontrar en la mayoría de textos en mecánica de fluidos. Como se muestra en la figura , es un segmento corto de Tubo compuesto por un cono convergente seguido por un cono divergente. Para reducir al mínimo la pérdida de energía, el cono divergente

es mucho más largo (con un ángulo del cono mucho más pequeño) que la parte convergente. La garganta del venturi es la parte estrecha conexión la sección convergentes, en la sección divergente. El contador se vuelve a golpear tanto a la garganta y en la sección de aguas arriba recta para medir la diferencia de presión entre estos d os grifos. Esta diferencia de presión se puede utilizar para determinar la descarga Q como se verá a continuación.

La principal ventaja del Vénturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.

Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está construido.

Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono divergente de 7 a 8º. La finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global de presión en el medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descarga.

Funcionamiento de un tubo de venturi

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos ramificadores de presión se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

Aplicaciones tecnológicas de un tubo de venturi

El Tubo Vénturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar:En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible.

La ecuación de Bernoulli en mecánica de fluidos indica que cuando un flujo es constante e incompresible, y cuando la pérdida de energía por friccion es insignificante, la energía toral de una partícula del fluido es constante a lo largo de toda la tubería.

V22+ρP+gz=Constante (a lo largo de la tubería)

Donde V, P, rho y z son la velocidad, presión, densidad y elevación, respectivamente, de la particula del fluido en cualquier posición a lo largo de la tubería, y g es la aceleración gravitacional. De esta ecuación se puede probar que la descarga de un flujo incompresible a través de un tubo Venturi es:

Donde los subíndices 1 y 2 representan los flujos de entrada y de salida (en la garganta) respectivamente. Nótese que se incluye un factor Cn en la ecuación para tomar en cuenta la pérdida de energía no incluida en la ecuación de Bernoulli. Para flujo turbulento dentro de un tubo Venturi con un interior smooth, Cn es aproximadamente 0.98. Cuando el tubo se encuentra en posición horizontal, la cantidad (Z1- Z2) es cero y la ecuación se reduce a:

Para un tubo Venturi dado, donde los valores de Cn, A1, A2, Z1, Z2, g y rho son todos conocidos y constantes,

la ecuación puede ser reducida a:

Donde C es constante.La ecuación superior muestra que la descarga Q por un tubo Venturi es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de alturas piezométricas, Dh. Esta relación es verdadera para la mayoría de los flujómetros operando en el rango de flujo turbulento.El tubo Venturi es utilizado ampliamente para gases o líquidos. Sus ventajas incluyen precisión en las mediciones y bajas pérdidas de flujo. Sus desventajas incluyen altos costos, y la posibilidad de causar cavitación en la garganta si existe presión insuficiente en la tubería en la localización del aparato. Además, como es el caso de la mayoría de los flujómetros, un tubo Venturi no debería utilizarse en flujos que contengan partículas sólidas ni en tuberías que tengan que utilizar los limpiadores PIG.

4.2. MEDIDORES DE FLUJO

Existen en el mercado diversos tipos de medidores de flujo o caudal. Para el comprador técnico a veces es difícil decir que criterio tomar en cuenta para su compra. Este artículo busca explicar los criterios que deben tomarse en cuenta.

Factores para la elección del tipo de medidor de flujo

Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cúbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o agua municipal o sistemas de drena je. Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.

Pérdida de presión: debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida de energía.

Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad.

Calibración: se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus in dicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido.

MEDIDORES DE ORIFICIO

Un medidor de orificio es un disco con una abertura circular central insertado a través de una tubería para medir

el caudal. Como se muestra en la Figura 10.2, la apertura del orificio puede tienen una cresta afilada, un escudo redondo de entrada, o una cresta en forma de boquilla. Estos diferentes formas cresta afectan el grado de contracción del chorro a través del orificio, caracterizado por el coeficiente de contracción Cc = Aj / Ao, donde Aj es la sección transversal área de la inyección en la vena contracta, y Ao es el área de la abertura del orificio.

Usando el mismo criterio utilizado para la derivación de la ecuación 10.2, la descarga ecuación de un orificio se puede obtener de la siguiente manera:

El valor de Cc para la rotonda de entrada y tipos de boquillas es de 1,0, lo que significa sin contracción del chorro. Para el tipo de cresta aguda con alto número de Reynolds (es decir, para el flujo turbulento), CC se puede determinar de forma aproximada de la siguiente fórmula empírica:

De la ecuación anterior, el valor de CC varía de cerca de 0.595 cuando Ao / A escero, a 0.714 cuando Ao / A es de 0,7. La ecuación no debe utilizarse para Ao / A mayor a 0,7. Cuando se utiliza dentro del rango permitido, y cuando el número de Reynolds del flujo en la tubería es mayor que 105, la ecuación se espera que produzca resultados dentro del 5% de los valores experimentales. Al igual que en el caso del venturi, la cantidad de C

La ecuación 10.5 es el coeficiente de velocidad, que, a efectos prácticos, se puedetratada como una constante igual a 0,98. El producto CCCV es el coeficiente de descarga Cd. Por un orificio que figura en una tubería dada, la ecuación 10.5 se reduce a la misma forma que La ecuación 10.4. Metros del orificio son ampliamente utilizados tanto para líquidos y gases. Tienen la ventaja de ser menos costoso que el venturi para el mismo tubo, y pueden ser fácilmente fabricados en un taller mecánico. Sin embargo, generan una mayor perturbación del flujo que tiene el venturi, y por lo tanto tienen una mayor pérdida de carga. No se utilizados para los flujos que contienen sólidos, o en las tuberías que deben pasar los cerdos o las cápsulas.

CAUDALÍMETRO EN FORMA DE CODO

Un medidor de flujo codo utiliza un codo existentes o doble de un tubo para medir el descarga a través de la tubería (ver Figura 10.3). El medidor se basa en el principio que cada vez que un flujo pasa a través de un tubo doble, una fuerza centrífuga que se genera.

Esta fuerza hace que la presión en el lado exterior de la curva aumentando más allá de que el la parte interna de la curva, por una cantidad proporcional al cuadrado de la velocidad o descarga. Más concretamente, el aumento de presión es:

Donde Δp es el aumento de la presión, es la densidad del fluido, V es la velocidad media a través de la curva; A es el área transversal de la tubería de flexión (igual que en el parte recta de la tubería), Q es la descarga a través de la curva (Q = VA); D es el diámetro de la tubería para la parte de la curva, que es el mismo que para la parte recta, y Rb es el radio medio de la curva. La ecuación 10.6 es válida para el caso de que Rb es mucho mayor que D. Tenga en cuenta que la ecuación 10.7 es de la forma p = CQ2, donde C es una constante para una tubería dada doblar o medidor de caudal del codo. Esto demuestra que, como es el caso de metros venturi y orificio, el aumento de la presión de un medidor de caudal del codo es proporcional a la plaza de la descarga P. Caudalímetros codo tienen la ventaja de bajo costo cuando ya existe un codo en un lugar conveniente para la medición de flujo. En tal caso, todo lo que uno tiene que hacer es para proporcionar dos grifos, uno en el lado exterior de la curva y una en el lado interno, y conectar los grifos a un dispositivo que mide la diferencia de presión, tales como un manómetro o un transductor de presión diferencial. Una deficiencia importante del codo medidores de flujo es que la diferencia de presión generada, p, es más bien pequeño a bajas velocidad. Por lo tanto, no es exacto para la medición de flujo cuando la descarga se pequeños.

Fl

uxómetro de rotación

Muchos tipos de medidores de flujo de rotación están disponibles comercialmente. Incluyen tipo de hélice, tipo turbina, tipo paleta, tipo de arte, y la copa tipo. Ellos no son adecuados para los flujos que contienen sólidos. Se utilizan ampliamente en líquidos y gasoductos si los cerdos no pasan por las ramas (líneas de distribución) Los contadores de agua utilizada por los gastos de tasa a los clientes más a menudo utilizan medidores de flujo rotatorio. La mayoría de ellos son el tipo de desplazamiento positivo, con el volumen del flujo que pasa por el metro siendo directamente proporcional al número de vueltas del medidor.

Medidores de caudal vibratorio:

Medidores de flujo vibratorio tiene una parte suelta expuesto a la corriente, que vibra en una frecuencia proporcional a la velocidad del fluido y la descarga. Un tipo común es una oscilación de disco. El disco se tambalea con una frecuencia proporcional a la aprobación de la gestión volumétrica de el líquido por la tubería.

Otro tipo se basa en la vibración de una circular cilindro que mantiene perpendicular al flujo. La vibración es causada por remolinos, que es un fenómeno discutido en los textos elementales de mecánica de fluidos. Como en el caso de los de oscilación, la frecuencia de vibración del vórtice tipo es proporcional a la velocidad del fluido y por tanto la aprobación de la gestión. Vibratorio caudalímetros puede ser utilizado tanto para líquidos y gases que no contienen sólidos y donde los cerdos o cápsulas no pasan a través. Rotámetro:EscucharLeer fonéticamente

Los Rotámetros usan un flotador dentro de un tubo vertical transparente para determinar el caudal (Véase la figura 10.4). El medidor debe ser montado en una parte vertical de la tubería con el flujo que va hacia arriba. El tubo transparente es cónica, con un diámetro ampliado con la altura. A medida que aumenta el caudal, el flotador se mueve a una ubicación superior en el metros de tubo. El medidor está calibrado y se graduó para determinar el caudal (Descarga Q) de la ubicación de la boya. Flotadores de diferentes densidades son necesarios para usar con el rotámetro mismo en los diferentes rangos de aprobación de la gestión. En tal caso, calibración debe hacerse para diferentes carrozas. Rotámetros tienen muchas limitaciones; por ejemplo, sólo se puede utilizar en posición vertical con flujo ascendente y no se puede utilizar en los fluidos que contienen sólidos, y así sucesivamente. Sin embargo, el rotámetro da ha una ventaja especial que la mayoría de los medidores de flujo no tiene: puede precisar con exactitud determinar los flujos de baja velocidad. Sólo se utiliza en las tuberías pequeñas con relativamente baja flujo, y en lugares donde una sección de la tubería es vertical con flujo ascendente.

Medidor de flujo magnético

El medidor de flujo magnético tiene un diámetro normal del mismo diámetro que el interior diámetro de la tubería. El medidor está conectado a un tramo recto de la tubería por bridas. Un fluido conductor como el agua se ve forzado a fluir a través del m edidor de caudal ya sea por gravedad o por una bomba. El electroimán del medidor de caudal genera un fuerte campo magnético que tiene una densidad de flujo B a través del flujo. Desde la ley de Faraday de la inducción electromagnética, el corte de fluido conductor a través del magnético campo genera una Eo voltaje a través de la perforación en una dirección perpendicular al campo magnético. Al colocar dos electrodos en los lados opuestos de la circunferencia del medidor de orificio, este voltaje Eo se puede medir con un voltímetro de alta impedancia.

La aplicación de los rendimientos de la ley de Faraday

Donde C1, C2 y C3 son constantes que se pueden encontrar a partir de calibración; V es el velocidad media a

través de la tubería, Q es la descarga, y Db es el diámetro de la medidor de flujo magnético (es decir, el tamaño del diámetro). De la ecuación 10.8, el desempeño medido por un medidor de flujo magnético es directamente proporcional a la tensión medida, Eo, e inversamente proporcional a la densidad de flujo magnético B, que a su vez es proporcional a la intensidad del campo magnético.La ecuación 10.8 es independiente de la presión, temperatura, densidad, viscosidad, y la conductividad del líquido que fluye a través del medidor. Mientras que el líquido tiene un cerca de conductividad mínima a la del agua del grifo, el indicador marque el mismo voltaje para un caudal dado. Sin embargo, debido a que el metro requiere un mínimo de líquido conductividad, muchos líquidos de baja conductividad y gases, incluyendo petróleo y gas natural gas, no puede utilizar este tipo de medidor. A menos que tales líquidos y gases se siembran con iones (es decir, ionizado) inmediatamente aguas arriba del medidor de flujo, su caudal no se puede determinado por medidores de flujo magnéticos convencionales. La figura 10.5 muestra un disponibles en el mercado flujómetro magnético.

A pesar de medidores de flujo magnético son más caros que la mayoría de otros tipos de medidores de flujo, que tienen propiedades únicas inigualable por otros tipos, incluyendo (1) alta precisión (dentro del error del 1%), (2) falta de sensibilidad de la lectura de contadores de fluidos cambios de propiedad (por ejemplo, las lecturas no se ven afectados por el cambio de la presión del líquido, temperatura, densidad, viscosidad y la conductividad del líquido), (3) sin retardo lectura que permite al medidor para medir los flujos permanentes como no permanentes, (4) puede conectarse fácilmente a los sistemas modernos de adquisición de datos basados en computadoras, porque la salida es una señal del voltaje que es linealmente proporcional a la descarga, (5) puede tener el mismo diámetro (diámetro) como el diámetro interior del tubo, eliminando así cualquier perturbaciones en el flujo, la creación de ninguna pérdida de carga adicional (pérdida de carga locales coeficiente es igual a cero), y permitiendo el libre paso de los sólidos, los cerdos, y las cápsulas, y el mínimo (6) desgaste por sólidos contenidos en el flujo. Caudalímetros Debido a estas ventajas, magnético hoy ampliamente utilizad os en diversas industrias para medir el desempeño de los flujos en las tuberías de diversos tamaños.

FLUJOMETROS ACUSTICOS

La mayoría de los fluxómetros acústicos usan sonidos de alta frecuencia (frecuencias por encima de los 20 kHz). Hay dos tipos generales de fluxómetros: Tránsito y Doppler.

TRANSITO. - hace uso de dos sondas, una aguas arriba y aguas abajo, montados en diagonal a través de la tubería como se muestra en la Figura:

FIGURA 1 principio acústico medidor de flujo de tránsito en tiempo.

Cada una de las dos sondas contiene un transmisor que emite el sonido de alta frecuencia, y un receptor que recibe el sonido. Los dos sonidos (es decir, pulsos ultrasónicos) se emiten al mismo tiempo, pero recibidas por las dos sondas en diferentes momentos. La sonda de aguas abajo recibe el sonido antes porque las ondas sonoras viajan más rápido de manera descendente que ascendente. Si t1,2 es el tiempo de viaje de la onda de la sonda de aguas arriba a la sonda de aguas abajo, t2,1 es el tiempo de viaje de la onda de la sonda de aguas abajo de la sonda contra la corriente, V es la velocidad media del flujo en la tubería, C es la velocidad del sonido en el líquido estacionario, L es la distancia en línea recta entre las dos sondas, y θ es el ángulo entre la pared del tubo y la línea que conecta las dos sondas, se puede demostrar que:

Al asumir que C es mucho mayor que V, la ecuación anterior da:

Esto demuestra que para un par dado de sondas montado en una ubicación fija de una tubería dada, la velocidad V y la descarga Q son linealmente proporcionales a la diferencia de tiempo medido Δt. LA aceleracion del fluido “c” se puede determinar con la ecuación:

C= Eρ

Donde E = es el modulo d elasticidad del fluidoΡ= densidad del fluido

DOOPLER. - también utiliza pulsos ultrasónicos. Sin embargo, se basa en las partículas sólidas y/o burbujas de aire atrapadas en el flujo de líquido a fin de reflejar las ondas de nuevo al receptor que se encuentra por separado a través de la tubería o en la misma sonda. Lo que el medidor mide es la velocidad media de las partículas arrastradas, que se supone que es la misma que la velocidad media del líquido a través de la tubería. El medidor de flujo se basa en el efecto Doppler, que dice que cuando una onda de alta frecuencia emitida por una fuente impacta con una partícula solida alejándola de la fuente, la onda reflejada tendrá una frecuencia diferente de la frecuencia de la onda emitida. La diferencia, es decir, el cambio de frecuencia, es proporcional a la velocidad de la partícula de la fuente. Del efecto Doppler, la velocidad media a través de una tubería de descarga se puede determinar midiendo el efecto Doppler electrónicamente, y al relacionar Δf desplazamiento con la descarga Q mediante teoría o calibración.

Los transmisores y los receptores de fluxómetros acústicos de los dos tipos pueden ser instalados en la pared de la tubería, o en el exterior de la pared de la tubería. El tipo clamp-on es conveniente y no debilita la pared de la tubería. Es el más utilizado hoy en día. El tipo tránsito se utiliza en los casos en que el líquido esté limpio (libre de partículas sólidas y burbujas). Por el contrario, el tipo Doppler se utiliza en las tuberías que han arrastrado muchas pequeñas partículas de sólidos y/o burbujas de aire. Para una medición exacta de la descarga sin necesidad de calibración, el fluxómetro acústico de tiempo de tránsito puede necesitar varios pares de sondas, de modo que los múltiples caminos a través de la tubería se puede cubrir para obtener una buena velocidad de corte transversal para determinar el promedio de descarga.los fluxómetros acústicos usan electrónica sofisticada y la informática moderna para procesar los datos, de tal manera que los ecos de la pared del tubo, se filtren.

Los fluxómetros acústicos han sido utilizados en una variedad de aplicaciones para los tamaños de tubería que van desde lo más pequeño de 0,5 pulgadas y tan grandes como 20 pies Mientras que la mayoría de los medidores de flujo, incluyendo a los caudalímetros electromagnéticos aumentan su costo a medida de que el tamaño de la tubería aumenta.

El costo de caudalímetros ultrasónicos sigue siendo independiente del tamaño de la tubería. Esto hace que el fluxómetro ultrasónico sea la mejor opción para grandes tuberías, por ejemplo, para tubería de carga y acueductos. También es la opción lógica para determinados líquidos y gases que no se puede medir con un fluxómetro magnético debido a la conductividad eléctrica insuficiente. Generalmente, para los casos en que un medidor de flujo magnétic o es aplicable y cuesta lo mismo que un medidor de flujo acústico, la primera es probable que sea una mejor opción porque es más fiable y precisa.

Características

* Temperatura ambiente 0º 55º* Temperatura de almacenamiento -20º 150º* Humedad <80%* Temperatura del líquido 20º 150º

* Máx. presión de conexión 25 bar* Las medidas no se ven afectadas por la presencia de sustancias químicas, partículas contaminantes.* Tienen un alto rango dinámico* Diseño compacto y pequeño tamaño* Costes de instalación y mantenimiento pequeños* Las medidas son independientes de la presión y del líquido a medir* No se producen pérdidas de presión debido al medidor* No hay riesgos de corrosión en un medio agresivo* Aunque el precio no es bajo, sale rentable para aplicaciones en las que se necesite gran sensibilidad (flujos corporales) o en sistemas de alta presión.* Operan en un gran rango de temperaturas (-10º a 70º) (-30º 180º)[3]dependiendo del sensor y se ofrece la posibilidad de comprar sensores con características especiales para aplicaciones concretas.* Las medidas son no invasivas (especialmente importantes cuando hablamos del cuerpo humano)* Ofrecen una alta fiabilidad y eficienciaEscucharLeer fonéticamenteEscucharLeer fonéticamente

Calibración de fluxómetrosPara la medición de flujo precisa, todo fluxómetro debe ser calibrado antes de ser usado.Usualmente la calibración debe ser hecha en el laboratorio del fabricante antes de entregar el instrum ento al cliente. Cuando la calibración de un nuevo fluxómetro es imprecisa necesita una nueva re calibración. Esto se realiza tanto en el laboratorio del usuario si lo tiene, en un laboratorio comercial o en un laboratorio de hidráulica de alguna universidad. El Instituto Nacional de Estándares Y Tecnología en Estados Unidosse encuentra al servicio. Por un precio, la agencia de calibra tanto fluxómetrosde gas como de líquido. Dependiendo del grado de sofisticación y precisión requerida, existen tres alternativas para la calibración de un fluxómetro que pueden ser usadas.Sistema de carga constanteLa instalación más básica y apropiada para la calibración de fluxómetros es el sistema de carga constante mostrado en la siguiente figura. Esto es usualmente realizado en un laboratorio de hidráulica bien equipado. El sistema consiste de (a) un sumidero de agua, que usualmente está por debajo del nivel del laboratorio para ahorrar espacio, (b) una bomba que envía el agua desde el sumidero hacia un tanque de carga constante, (c) el tanque de carga constante que provee, por efecto de la gravedad, un flujo constante de agua para probar o calibrar el fluxómetro, (d) un sistema de tuberías que recibe el agua que sale del tanque de carga constante y la dirige al fluxómetro para la prueba de calibración y (e) un tanque de ponderación o un tanque volumétrico calibrado para recibir el agua que pasa a través del fluxómetro y para determinar la descarga de fluido tanto en peso o en volumen.Se necesita el tanque de carga constante para manten er un flujo constante de agua a través del fluxómetro para la calibración. Sin él, la descarga de fluido que viene de la bomba oscilaría en un cierto rango haciendo imposible la calibración. El fluxómetro debe estar instalado en una sección horizontal de la tubería con una sección recta de al menos 10 diámetros de longitud conectados tanto agua arriba como aguas abajo del fluxómetro. Las secciones rectas son necesarias para mantener un perfil de velocidad completamente desarrollado inmediatamente en aguas arriba y aguas abajo del fluxómetro. El diámetro de la sección de prueba debe ser el mismo que de la tubería que se está utilizando en el fluxómetro. El tanque de ponderación es necesario para una determinación de descarga de fluido precisa. Midiendo la cantidad de agua acumulada en el tanque durante un periodo de tiempo determinado, el flujo másico en lb/seg o kg/seg puede ser determinado precisamente. Conociendo la densidad o peso específico del agua a la temperatura de calibración, la descarga de fluido Q en pie3/seg u otras unidades puede ser encontrada a partir del flujo másico medido. Esto explica como los fluxómetros son calibrados en laboratorios de hidráulica.

En lugar de un tanque de ponderación, puede usarse un tanque volumétrico para determinar la descarga del volumen de agua acumulada durante la prueba en un tiempo determinado, en una manera similar a la

determinación de la rata de flujo con un tanque de ponderación.La elección entre un tanque de ponderación y un tanque volumétrico ya es un asunto práctico. Cuand o la descarga es pequeña, un tanque de ponderación a menudo provee los medios más prácticos para determinar la descarga precisamente. En contraste, cuando la descarga es alta, un tanque de ponderación gigante puede no ser tan práctico o disponible y en vez de ello se utiliza un tanque volumétrico. El tanque es un reservorio subterráneo con un volumen calibrado en función a su altura, así el volumen de agua en el tanque puede ser determinado fácilmente del nivel de agua con una curva de calibración o una formula simple. Cuando se utilizan apropiadamente, ambos métodos pueden determinar la descarga acertadamente, con un error de 0.2%.Cuando un flujo empieza para una prueba de calibración, la descarga puede no ser constante y el sistema puede sufrir de arrastres de aire. El ensayador debe esperar al menos 5 minutos para permitir un flujo estable y permitir el escape de burbujas de aire del sistema. Una vez realizado esto, el sistema está listo para la prueba. Sin nada más que decir, se debe tener mucho cuidado cuando se ejecuta cada paso de la prueba para asegurar la correcta calibración.Medidor de PruebaUn medidor de prueba es un circuito corto diseñado usado para la calibración y control de precisión usados en cañerías. Para la prueba o calibración de un fluxómetro en una sección de prueba de del examinador. El sistema está diseñado de tal manera que las esferas elastómeras (esferas) puede caer en la tubería aguas debajo de la sección de prueba, llamado barril de prueba. Para un flujo incompresible, la descarga a través d el fluxómetro es la misma que pasa por el barril de prueba. Por lo tanto, midiendo la descarga a través del barril de prueba se puede determinar la descarga que pasa por el fluxómetro. La descarga a través el barril de prueba está determinado por la velocidad de viaje promedio de la esfera entre dos puntos espaciados por una distancia suficientemente grande. El diámetro de la esfera es ligeramente más largo q el diámetro interno del barril, así hay un pequeño filtrado a través de la esfera. Consecuentemente, la esfera viajara a través del barril a la misma velocidad del líquido en el barril. La descarga está determinada por la velocidad promedio de la esfera multiplicada por el área transversal promedio del interior del barril. Esta descarga es después usada para la calibración del fluxómetro. Para minimizar errores, el barril usa una tubería de interior redondo y liso, y se tiene mucho cuidado para prevenir .cualquier derrame o filtrado a través de la esfera-Además, más de una carrera con la esfera se hace para obtener una velocidad promedio. A pesar de todos estos cuidados, la precisión de la calibración con un probador nunca es tan buena como el método de carga constante.

Esto es debido al hecho de q el barril a veces contiene curvas, las cuales proveen una mayor resistencia a la esfera que la que tiene cuando pasa por una sección recta. Consecuentemente, existen algunas fluctuaciones en la descarga del probador durante la prueba, afectando los resultados de la calibración. La sección relativamente corta del probador tam bién afecta la precisión de la calibración. Para probadores, un error de 1% se considera bueno.Calibración metro a metro.- Esto involucra usar un medidor de caudal estando seguros de su exacta calibración a comparación de otros medidores de cuestionable exactitud.Esto es frecuentemente hecho IN SITU, para calibrar los medidores de caudal que están siendo usados en una cañería, pero son sospechosos de presentar peligro; como un bajo rendimiento o lecturas de inexactitud. En tal caso otro medidor de caudal de conocida exactitud son la calibración del tubo venturi, orificio de placa o medidor de caudal magnético, que pueden ser temporalmente insertados dentro de la cañería para calibrar el restante cuestionable del medidor de caudal en su posición usual.Muchos medidores de caudal se pueden adquirir en un centro comercial, que viene con sus sensores y equipos de lectura, como transductores de presión y circuitos electrónicos, que proveen la señal de rendimiento de la tubería. En tal caso, el medidor de caudal y el equipo de lectura pueden ser calibrados como un simple paquete en orden de minimizar el error de calibración y de simplificar la tarea de calibración.En casos donde los medidores de caudal son equipados sin equipo de lectura, como en el caso de un equipo sencillo de tubo venturi o de orificio de placa, es equipado con un juego de sensores o equipos, tal como un manómetro o un transductor de presión, que pueden ser usados para medir la presión diferencial.Medidores de cabeza variableEl principio básico de

estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.Las dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las estableció Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 1. La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual va unida.El cono de entrada, que forma el ángulo a1, conduce por una curva suave a la garganta de diámetro d1. Un largo cono divergente, que tiene un ángulo a2, restaura la presión y hace expansionar el fluido al pleno diámetro de la tubería. El diámetro de la garganta varía desde un tercio a tres cuartos del diámetro de la tubería.La presión que precede al cono de entrada se transmite a través de múltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezométrico. De modo análogo, la presión en la garganta se transmite a otro anillo piezométrico. Una sola línea de presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o registrador. En algunos diseños los anillos piezométricos se sustituyen por sencillas uniones de presión que conducen a la tubería de entrada y a la garganta.La principal ventaja del Vénturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está construido.Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para la construcción de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por él.Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono divergente de 7º a 8º.La finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global de presión en el medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descarga. La presión se detecta a través de una serie de agujeros en la admi sión y la garganta; estos agujeros conducen a una cámara angular, y las dos cámaras están conectadas a un sensor de diferencial de presión. Si el usuario del dispositivo requiere de calibración, puede utilizar otro medidor de precisión como un estándar contra el cual se puede comparar la lectura del medidor de prueba. Por el contrario, puede llevarse a cabo la calibración primaria ajustando el flujo a una velocidad constante a través del medidor y después reunir la salida durante un intervalo fijo de tiempo. El fluido así colectado puede ser pesado para una calibración de peso por unidad de tiempo, o su volumen puede medirse para una calibración de velocidad de flujo de volumen. La figura 14.1 muestra un calibrador de flujo disponible comercialmente en el que un pistón de precisión se mueve a una velocidad controlada para desplazar el fluido de prueba a través del fluxómetro que se está calibrando. La salida del medidor se compara con la velocidad de flujo conocida por medio de un sistema de análisis y de adquisición de datos para preparar las graficas y diagramas de calibración.

Otros factores.- en la mayoría de los casos deben también tomarse en cuenta el tamaño físico del medidor, el costo, el sistema de presión y la habilidad del operador.En el proceso de calibración es fundamental el disponer de un patrón adecuado. Patrón, según “el valor de medición materializado, aparato o sistema de medida con el que se intenta definir, realizar, conservar, o reproducir una unidad física o bien uno o varios valores conocidos de una magnitud sirvan de comparación a otros elementos de medida”. Al patrón de máxima calidad se lo conoce como patrón de referencia, corresponde a “el que se conserva en un lugar determinado y en el que se fundan todas las

medidas que se hacen en dicho lugar. Por lo general es un patrón de máxima calidad metrológica”.Elementos del Proceso de Calibración:En el proceso de calibración comparamos el valor del equipo (proporcionado por el instrumento) con el valor conocido (proporcionado por el patrón). Como el patrón es aquello a lo que nos vamos a comparar, siempre que sea posible debemos utilizar patrones con elevado nivel metrológico (es decir, elevada trazabilidad, reducida incertidumbre, etc.), como instrumentos de referencia o materiales certificados. Así mismo, debemos calibrar el instrumento en las mismas condiciones en que se trabaja habitualmente: mismo intervalo, mismas condiciones ambientales (presión, temperatura…), debiendo incluir el valor de estas magnitudes de influencia en el certificado de calibración y efectuar su calibración periódicamente, periodo que dependerá de qué instrumento o sistema de medida se trate.Resultados del Proceso de Calibración.Mediante el proceso de calibración, podemos obtener los siguientes resultados:* Estimación de los errores de indicación del instrumento de medida, del sistema de medida o de la medida materializada, o asignar valores a las marcas de escalas arbitrarias.* Determinación de otras propiedades metrológicas, como incertidumbre o diferencia de presión.Informaci ón obtenida en la calibraciónComo consecuencia del proceso de calibración, se obtiene una información sobre la capacidad de medida actual del equipo, y se garantiza la comparabilidad mediante:* Valor de la relación entre el valor del equipo y el valor proporcionado por el patrón. * Incertidumbre.* Trazabilidad.Costo de no atender el proceso de calibraciónEl costo de no atender el proceso de calibración puede llegar a ser desastroso, la calibración y trazabilidad son cruciales para una empresa, principalmente en las actividades de producción, pruebas, desarrollo e investigación. Algunas razones del porque son:* Repetibilidad del proceso.* Transferencia de procesos.* Intercambio de instrumentos.* Incremento del tiempo efectico de producción.* Cumplimiento del sistema de calidad.

Equipo y SensoresVarios de los equipos y sensores aparte de los medidores de flujo son usados en el monitoreo y control de las líneas de flujo. Los mas importantes son discutidos brevemente acá.ManómetrosLos Manómetros proporcionan la forma más económica, confiable y precisa para medir la presión, la presión relativa y la presión diferencial. Desafortunadamente, debido a que el alcance práctico de la presión que se puede determinar con un manómetro es limitado se utiliza un transductor de presión en lugar del manómetro. Sin embargo, los manómetros se utilizan ampliamente en los laboratorios de hidráulica de investigación, docencia, ensayos de modelo, y la calibración del medidor de caudal. También se utilizan ampliamente en las plantas de agua, plantas químicas, centrales eléctricas, plantas de procesamiento de alimentos, y muchas otras instalaciones. El principio del manómetro, es sobre la base de la hidrostática, es tratado a fondo en introductory fluid mechanics, y por lo tanto no se trata aquí. Sólo algunos aspectos prácticos de la utilización del manómetro se mencionan brevemente. Un aspecto es la elección de líquido que se use en el manómetro. Cualquier líquido que no se evapora con la temperatura y la presión que el manómetro está expuesto puede ser candidato. Esto incluye líquidos tales como agua, aceite, alcohol, y el mercurio, y excluye los volátiles como la gasolina. Debido a su disponibilidad y naturaleza no contaminante, el agua es el primer líquido que debe ser considerado para su uso como fluido manométrico. Cuando se utiliza agua se añade una pequeña cantidad de un tensioactivo para reducir la tensión superficial del agua. La cantidad añadida suele ser tan pequeña que causará el cambio insignificante de la densidad del agua. Debido a que la sensibilidad de un manómetro es inversamente proporcional a la densidad del líquido utilizado en el manómetro, para los casos de

baja presión (altura de agua inferior a 4 pulgadas), puede ser recomendable utilizar un líquido que tiene una densidad menor que la del agua tales como petróleo o etanol. En cambio, en los casos en que el diferencial de presión o presión que se medirá con el agua es demasiado alto (por ejemplo, cuando la altura del agua es superior a 4 o 5 pies), el uso de mercurio puede ser más práctico. Dado que el mercurio tiene una densidad que es de 13,6 veces la densidad del agua, el uso de mercurio en lugar de agua puede reducir el tamaño (altura) de un manómetro en más de diez veces. En los últimos años, ha habido una creciente preocupación pública sobre el mercurio como un peligro para la salud y contaminante. Sin embargo, con un diseño adecuado y el debido cuidado, el uso de mercurio con un manómetro es muy seguro. Rara vez, causa un grave peligro para la salud o la contaminación al medio ambiente. La amenaza general del mercurio que realmente existe en algunas industrias que utilizan mercurio para el procesamiento son que no existe en el uso de mercurio en manómetros debido a la pequeña cantidad de mercurio utilizada en un manómetro, la pequeña área de contacto entre el agua (o aire) y el mercurio en el tubo del manómetro, y el contacto frecuente entre las personas y el mercurio en el manómetro. Sin embargo, cuando se utiliza el mercurio como fluido de manómetro, se debe tener cuidado para garantizar que el mercurio no se derrame en el suelo o en el flujo (y luego ser llevados a la tubería, o drenado de nuevo en el sumidero de un laboratorio de hidráulica). Tales accidentes menores se pueden prevenir mediante un diseño adecuado del sistema de manómetro con una trampa de mercurio, y mediante ejercicios con los manómetros de mercurio.Otro aspecto para el diseño de manómetro es el diámetro de tubería que se usara. Debido a la acción capilar gracias a la tensión superficial es inversamente proporcional al diámetro de la tubería, un tubo pequeño puede causar errores significativos en las mediciones manómetro. Para evitar el efecto capilar y causa de errores en las lecturas de presión, tubos de manómetro debe tener un diámetro mínimo de ½ pulgada o de 6 mm.

Sensores de TemperaturaExisten dos categorías generales de los sensores de temperatura:* Tipo No Contacto (también llamados Pirómetros)* Tipo ContactoLos sensores de temperatura tipo contacto pueden subdividirse en dos grupos generales: termómetros y transductores de temperatura.Por definición los termómetros son básicamente instrumentos de registro de temperatura de cualquier material u objeto en contacto directo con el termómetro, sin tener que usar un circuito electrónico para obtener la lectura de la temperatura. Muchos termómetros están basados en el principio de expansión térmica de líquidos, donde las fuerzas del líquido en el termómetro se levantan en un estrecho tubo de vidrio (el líquido en el termómetro de vidrio). Otro tipo usa un rollo bimetálico, moviendo una aguja a los cambios de temperatura.Cualquiera sea el tipo, los termómetros pueden ser usados para medir la temperatura de los fluidos en un sistema de cañería en lugares convenientes como el agua en el reservorio, y para determinar la temperatura de los componentes de la cañería y las máquinas, como la temperatura de una bomba o motor en funcionamiento. La selección de termómetros puede ser basada en un rango de temperaturas de medición, convenientemente aument ando y leyendo, y otras consideraciones prácticas.Los transductores de temperatura vienen en cuatro tipos generales: detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores de IC y termopares. La elección de los transductores de temperatura adecuados y su correcta utilización puede marcar la diferencia entre unos resultados equívocos y unas cifras fiables. Los termopares son los sensores más utilizados pero normalmente se usan mal.

El detector de temperatura de resistencia (RTD):Se basa en el principio según el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La elección del platino en los RTD de la máxima calidad permite realizar medidas más exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 ºC. Los RTD más económicos utilizan níquel o aleaciones de níquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino.En cuanto a las desventajas, el platino encarece los RTD, y otro inconveniente es el autocalentamiento. Para

medir la resistencia hay que aplicar una corriente, que, por supuesto, produce una cantidad de calor que distorsiona los resultados de la medida.Una tercera desventaja, que afecta al uso de este dispositivo para medir la temperatura, es la resistencia de los RTD. Al ser tan baja, la resistencia de los hilos conductores que conectan el RTD puede provocar errores importantes.

TermistoresLos Termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que presentan una curva caracterí stica lineal tensión-corriente siempre que la temperatura se mantenga constante.Los termistores de conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen características no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de 1°C (span). Son de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa del termistor variando de fracciones variando de fracciones de segundo a minutos.La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unión. La corriente que circula por el termistor a través del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variación de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperaturas del proceso.Los termistores encuentran su principal aplicación en la compensación de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros.Los termistores, que son detectores resistivos fabricados normalmente de semiconductores cerámicos, ofrecen una impedancia mucho más alta que los RTD, por lo que la reducción de los errores provocados por los hilos conductores hace bastante factible el uso de la técnica de dos hilos, que es más sencilla. Su alto rendimiento (un gran cambio de resistencia con un pequeño cambio de temperatura) permite obtener medidas de alta resolución y reduce aún más el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Por otra parte, la bajísima masa térmica del termistor minimiza la carga térmica en el dispositivo sometido a prueba.No obstante, la baja masa térmica también plantea un inconveniente, que es la posibilidad de un mayor autocalentamiento a partir de la fuente de alimentación utilizada en la medida. Otro inconveniente del termistor es su falta de linealidad, que exige un algoritmo de linealización para obtener unos resultados aprovechables.Sensores de ICLos sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la linealidad y ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, además, relativamente económicos y bastante precisos a temperatura ambiente.Sin embargo, los sensores de IC no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas, y además son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentación.Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes", que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reducción y análisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisición de datos.TermoparesLos termopares se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de temperaturas mucho más amplia y una construcción más robusta que otros tipos. Además, no precisan alimentación de ningún tipo y su reducido precio los convierte en una opción muy atractiva para grandes sis temas de adquisición de datos. Sin embargo, para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos.Finalmente, en años recientes, son usados sensores remotos de temperatura usando sensores infrarrojos (pirómetro) estos son desarrollados para médicos y varios usos industriales sobre un amplio rango de temperatura. Ellos pueden ser usados en áreas del sistema de cañería donde la medida por contacto directo es poco práctico, en regiones de alta temperatura, cuando existe tráfico con un líquido corrosivo o gas, o cuando se requiere la medida de temperatura de una parte rotando como el eje de un motor o bomba.

Transductores de Presión Los transductores de presión se utilizan para el control de sistemas de presión. Por otro lado, los transductores de presión también se pueden usar para controlar presiones y dirigirlas mediante un sistema de regulación y control. Los transductores de presión se clasifican de distintas maneras. Desde un punto de vista funcional, los transductores de presión se clasifican en: 1) Transductores de presión absoluta, que miden la presión absoluta en lugar de la presión relativa 2) Transductores de presión relativa, que miden la presión relativa 3) Transductores de presión diferencial, que miden la presión diferencial entre dos puntos 4) Transductores de presión estática, que miden la presión en un estado estático y también en una variación lenta de presión que varía en una frecuencia comprendida dentro del rango de frecuencias del transductor 5) Transductores de presión dinámica, que solo son utilizados para una variación de alta frecuencia de la presión y no miden la parte baja de la frecuencia de la señal 6) Transductores de presión a altas temperaturas, que son capaces de operar en ambientes de alta temperatura 7) Transductores de presión en miniatura, para medir presiones conectadas a puntos pequeños o en situaciones donde el equipo de medición debe ser compacto. Desde el punto de vista operativo, los transductores se clasifican en: 1) Según su capacidad, en los cuales la presión cambia el espaciamiento entre las dos placas del capacitor, lo cual cambia la señal 2) Del tipo medidor de tensión, que usa un medidor de tensión para medir la fuerza que la presión ejerce sobre una membrana 3) Del tipo eléctrico, que usa un material eléctrico el cual genera un voltaje proporcional a la presión ejercida sobre este En la selección del transductor de presión para una determinada sección en un sistema de tuberías, se debe considerar cuidadosamente muchos factores incluido el rango de presiones a ser medidas, el tipo de presión a ser medida (absoluta, relativa o diferencial), la precisión del transductor para el rango de presión a ser medido, el rango de temperatura en el cual el transductor debe funcionar, la frecuencia de respuesta requerida, tamaño del transductor y la compatibilidad del transductor con el sistema de adquisición de datos (computadora). Sensores de VelocidadA veces, es necesario o deseable medir la velocidad de fluido en ubicaciones específicas de una tubería, como por ejemplo en el centro de la misma. Cuando esto pasa, se debe elegir cuidadosamente el sensor de velocidad más apropiada para la medición. Un buen entendimiento de los tipos de sensores de velocidad es importante para una correcta selección.El método más preciso y fundamental de medida de la viscosidad de un fluido, sea éste líquido o gas, es utilizar el tubo de Pitot. Dos tipos comunes de tubos de Pitot son: el tubo de pitos simple (también llamado tubo de estancamiento o stagnation tube) y el tubo de Pitot tipo Prandtl. El tubo simple de Pitot es un tubo pequeño simple con forma de L, usualmente hecho de acero inoxidable, que puede ser insertado dentro de la tubería para la medición de la velocidad. Como se muestra en la figura, el tubo es insertado en la ubicación deseada (distancia radial desde la línea central) donde la velocidad va a ser determinada. El tubo debe ser alineado con el flujo, con la apertura del tubo frente al flujo, convirtiéndose en el punto de estancamiento. El final del tubo de estancamiento debe ser conectado ya sea a un manómetro o a un transductor de presión para determinar la presión en el punto de estancamiento ps. La presión de pared (presión estática pc) debe ser medida de manera separada con un medidor de presión, transductor o manómetro. Conociendo la diferencia entre estas dos presiones, Δp=ps-po, la velocidad del flujo en la ubicación del tubo, que no es perturbado, po r la presencia del mismo, es:u=2(Δp)/ρ El tupo Prandtl es una modificación del tubo del tubo de estancamiento, en el cual el tubo en forma de L es realmente un tubo doble, uno ubicado dentro del otro. Mientras la apertura frontal (punto de estancamiento) es conectada al tubo interno, un conjunto de aperturas laterales es ubicado alrededor del tubo exterior a distancias apropiadas desde el frente. Este ensamble permite medir la presión de estancamiento (ps) por el tubo interno, y

la presión estática po ser medida por el tubo externo. Conectando los dos extremos a un manómetro diferencial o a un transductor de presión diferencial, se puede determinar la diferencial de presión Δp=ps-po. Notese que los tubos de Pitot son simples, baratoes y efectivos. Pueden ser hechos de pequeños tubos de 1-mm de diámetro, y por esto causa la menor perturbación en el flujo de la tubería. El defecto de los tubos de Pitot, es que su exactitud disminuye a medida que la velocidad del fluido decrece. Esto es debido al hecho de que la diferencia de presión Δp es proporcional al cuadrado de la velocidad u. Esta diferencia se vuelve muy pequeña cuando la velocidad es mínima. La eficiencia se considera inaceptable a menudo cuando la velocidad está por debajo de los 1 pps para líquido, y por debajo de los 30 pps para gas.A bajas velocidades, otros sensores de velocidad pueden ser más eficientes, como los medidores de corriente, propulsores o medidores de turbina, anemómetros de de alambre caliente, o de película caliente, y el anemómetro laser. El medid or de corriente consiste en un conjunto de tazas montadas en la circunferencia de una rueda, similar al anemómetro utilizado en exteriores y estaciones meteorológicas para medir la velocidad del viento. La velocidad del flujo es proporcional a la velocidad rotacional del medidor de corriente. Los medidores de corriente son calibrados para leer la velocidad de flujo para de un fluido para una densidad dada, usualmente agua. Medidores diminutos de corriente están disponibles de fuentes comerciales para medir la velocidad en tuberías para líquidos y gases. Propulsores o anemómetros de turbina son pequeños propulsores y turbinas, similares a molinos de juguete. Estos operan de manera similar a los medidores de corriente, excepto que sus ejes de rotación es horizontal –el medidor de corriente rota sobre el eje vertical. El anemómetro de alambre caliente utiliza un pequeño alambre de tungsteno o platino como elemento sensor. Una pequeña corriente eléctrica es corrida a través de esta línea. A medida que la velocidad de flujo se incrementa, el calor se transfiere entre el alambre caliente y el flujo se incrementa, causando que la temperatura del tubo caliente baje y la resistencia disminuya. Finalmente el velocímetro laser Doppler (LDV) está ahora disponible comercialmente para medir la velocidad de líquidos dentro de una tubería o ducto. Este método difiere de todos los otros tipos de sensores de velocidad en que no es intrusivo y por lo tanto no perturba el flujo. El principio de el LDV es idéntico al del flujómetro ultrasónico de t ipo Doppler; esto se basa en el efecto Doppler y el cambio de frecuencia de una onda reflejada desde partículas contenidas en el flujo, excepto por el hecho de que se usa una onda óptica (laser), en lugar de una onda acústica (ultrasónica). Debido a que se usan ondas ópticas, el ducto que contiene el flujo líquido debe ser transparente, o debe tener ventanas transparentes para permitir que el rayo laser entre y salga de la tubería. El instrumento ha sido desarrollado a tal punto de que con más de un laser, este puede ser utilizado para medir la turbulencia en tres dimensiones en el ducto. Sin embarco, debido a que presenta un alto costo, -en el orden de $100000 por unidad- el instrumento ha sido utilizado para hasta ahora solo en proyectos de investigación donde se requiere medir pequeñas velocidades en un ducto, o la turbulencia sin perturbar el flujo, o en aplicaciones especiales que pueden justificar tal costo.

Sensores de VibraciónPulsaciones en compresores, bombas, ya que los fluidos son buenos transmisores de vibración, pueden ocurrir problemas, la excesiva vibración puede causar daños en válvulas, toberas, tuberías así como en equipos de medición.En partes críticas de un sistema de ductos donde la vibración puede ser un problema, deben ser usados sensores de vibración para monitorear la vibración en dichas partes.Los dos tipos más comunes de sensores de vibración son: los acelerómetros (para un rango de 1 Hz a 5000 Hz son usualmente pequeños)y los sensores de desplazamiento (cuando el desplazamiento de onda es m uy largo para ser visible, esto ocurre a frecuencias bajas 1800 ciclos/min 30 Hz o menos)Los acelerómetros, como su nombre sugiere, mide la aceleración de una parte estructural. Un acelerómetro consiste en un tubo corto que contiene un objeto pequeño de una masa dada anexa a un resorte espiral y a un sensor de desplazamiento. La masa es libre de moverse atrás y adelante a lo largo del tubo respondiendo a la aceleración y desaceleración a lo largo de lo tubo. El sensor es anexado a una parte vibratoria de la maquina o estructura.Como el sensor vibra, la masa en el tubo presiona el resorte causando un desplazamiento vibratorio, que es

medido por un sensor de desplazamiento. Una computadora después convierte la señal de desplazamiento para mostrar la aceleración en función de tiempo.Otra forma de medir vibraciones es usando un sensor de desplazamiento sin la masa y el resorte. Esto requiere un sensor de dos partes con una parte adjunta al elemento vibrante de la maquina, mientras la otra parte esta adjunta a un elemento estacionario adyacente. La vibración causa un cambio en el espacio entre estas dos partes, que genera una señal que refleja el desplazamiento, tomando la primera y segunda derivada de desplazamiento, la velocidad y la aceleración son encontradas.Varios estándares internacionales para la severidad de las vibraciones en la maquinaria incluye:

API 610 BombasAPI 612 turbina de vaporAPI 613 unidades de engranajesAPI 617 Compresores CentrífugosAPI 619 Compresores de Desplazami ento positivoAPI 541 MotoresHydraulic Institute Bombas horizontalesCompressed Air and Gas Institute Centrifugal CompresoresISO 2954 maquinaria Rotatoria o Reciprocante

Aproximamiento sistemático para la vibración de un Ducto

Medidores de TensiónPara una operación segura del sistema de la línea de tuberías, uno debe asegurarse que todas las partes de la línea, incluidas las válvulas y bombas, están operando entre los límites elásticos del material. Cuando existe la duda, como por ejemplo si la tubería o cualquier otra parte se encuentra tensionada más allá del límite elástico del material se pueda usar medidores de tensión para hallar la respuesta. Los medidores de tensión son transductores que miden directamente la tensión (u.e., unidad de elongación) de cualquier parte de la estructura o máquina que este bajo esfuerzo. Una vez que la tensión es medida, el esfuerzo también puede ser calculado directamente de la tensión usando la Ley de Hooke. Esto requiere el conocimiento del modulo de Young del material, y la asunción que la deformación esta dentro del límite elástico. Los medidores de tensión están basados en el hecho de que la resistencia eléctrica de un cable de metas es alterada cuando se estira el cable. Los medidores modernos son hechos de circuidos de pequeños cables en una rejilla que tiene una forma como un radiador de un auto o de unidad de aire acondicionado. El circuito de cables es puesto entre dos piezas de plástico laminado para formar un transductor. El transductor es un rectángulo de unos pocos milímetros de largo y ancho, con un espesor menor a 1 mm, normalmente se encuentra pegado a la superficie de la estructura de la cual se va a medir la tensión. Se envía un pequeña corriente a través del cable y se mide el voltaje para determinar su resistencia. El medidor es calibrado para tener una lectura de cero cuando la estructura no se encuentra bajo esfuerzo, entonces, la señal medida cuando la estructura esta bajo esfuerzo es proporcional a la tensión, se puede medir dos componentes del esfuerzo y la tensión (dos lecturas) juntando dos medidores uno con el otro en direcciones perpendiculares. Los medidores no solo pueden ser usados para estructuras estacionarias sino también en estructuras en movimiento, por lo tanto puede ser colocado en el eje de una bomba cuando se desea medir el esfuerzo y la tensión cuando el eje esta rotando, también pueden ser colocados en el interior de una estructura para medir la tensión y el esfuerzo del interior de la misma. Sin embargo, ya que se requiere cortar una ranura en la estructura, no debe utilizarse de ser necesario.

Mediciones de DensidadLa densidad del fluido en una tubería puede ser medida de diferentes maneras. Siempre que sea posible, la densidad del líquido en una tubería puede ser determinada tomando una muestra del mismo, utilizando un contenedor volumétrico o un densímetro para determinar la densidad de la muestra. Un contenedor volumétrico es un contenedor de vidrio o metal cuyo volumen ha sido determinado con precisión para la medición de

la densidad del líquido. Conociendo el volumen preciso y el peso de la muestra, la densidad, el peso específico y la gravedad específica pueden ser determinados fácilmente. Un densímetro es un vidrio flotante calibrado utilizado para determinar la gravedad específica del líquido. Es simple, barato y efectivo. Es el mismo dispositivo utilizado para la revisión de la concentración de anticongelante en un auto. Para gas, la medición directa de la densidad por peso y volumen es poco práctica. El método común para determinar la densidad de un gas en una tubería es medir la presión y temperatura del gas, y luego usar la ecuación de estado para calcular la densidad del gas. Relacionada a la medición de la densidad, existe una técnica para medir directamente el flujo másico a través de una tubería. El método se basa en el principio de Coriolis, que establece que si una partícula de masa m se mueve a una velocidad V relativa al sistema que rota a w, una fuerza de Coriolis igual a 2mVxw es generada, donde las flechas sobre V y w los designan como cantidades vectoriales, y el signo de multiplicación entre los términos representa un producto vectorial. Este principio puede ser utilizado para determinar la rata de flujo a través de una tubería si ésta es vibrada en un plano. El flujo vibratorio causa una fuerza de Coriolis en dirección perpendicular al plano vibratorio. Midiendo el desplazamiento de la tubería causado por las fuerzas de Coriolis, puede ser determinada la rata de flujo másico a través de la tubería. Una vez que la rata de fl ujo másico se determina por éste método, y dividiéndola entre la rata de flujo volumétrico, Q, se obtiene la densidad promedio del fluido, que pasa a través de la tubería, Q puede ser medida por cualquiera de los flujómetros discutidos anteriormente, tal como los flujómetros magnéticos. Aunque simple en principio, los flujómetros construidos basados bajo el concepto Coriolis son más bien complicados y caros, especialmente para tuberías largas.

Sensores de Raspadores (Chanchos) y CápsulasDuctos modernos de largas distancias como los de gas natural o de petróleo utilizan chanchos o raspadores para la limpieza del interior de la tubería y para muchos otros propósitos. Es importante para el operador conocer la ubicación del chancho en una tubería dada y en un tiempo dado, al menos aproximadamente. Esto requiere sensores especiales ya sea transportados por el chancho o ubicados por fuera de la tubería, de manera tal que el operador pueda utilizar estos detectores para ubicar el chancho. El tipo de sensor que es transportado por el chancho es un transmisor de radio que emite ondas electromagnéticas de baja frecuencia, que pueden atravesar la tubería de acero y son captadas por un receptor de tierra. A partir del cambio de intensidad de las ondas recibidas, el operador puede estimar la ubicación del chancho. El detector de raspadores mayormente utilizado, en cuanto al otro tipo, es un dispositivo mecánico simple (una pequeña palanca) introducida en la tubería. Cuando el chancho golpea la palanca, ésta es desviada y un interruptor se enciende. Este encendido activa una bandera de alerta o envía una señal al operador a un lugar distante. En lugar de utilizar un detector mecánico, dispositivos no intrusivos son utilizados, como por ejemplo sensores de proximidad, los cuales son utilizados muy a menudo. Finalmente, un detector dieléctrico ha sido desarrollado por el Centro de Investigación de Cápsulas de Tubería (Capsule Pipeline Research Center), de la Universidad de Missouri-Columbia, para medir el paso de cápsulas a través de la tubería. Como se muestra en la figura, el sensor consiste en un electrodo de acero inoxidable incrustado en una varilla de Teflón, con éste empotrado en la tubería. Una corriente AC de unos pocos kHz es aplicada entre el electrodo y tierra, lo que es la tubería de acero. Este sensor ha sido probado exitosamente para detectar no solamente cápsulas de varios materiales, sino también chanchos comerciales. Tiene la ventaja de ser capaz de reconocer el tipo de cápsulas y chanchos, y puede registrar un número ilimitado de pasadas de cápsulas y chanchos. La desventaja es que requiere un montaje en las paredes (tocando el tubo), el cual debe ser a prueba de fugas. También, la señal es sensible a la conductividad del líquido en la tubería, la cual puede cambiar debido a las variaciones en temperatura. Por esta razón, es importante usar un circuito compensador de temperatura cuando se utiliza este sensor. A pesar de estos problemas, este es el sensor más apropiado para monitorear y controlar cápsulas de hidráulicas de tubería hoy en día. CHANCHOS (LIMPIADORES)

1. INTRODUCCIONUn programa de limpieza eficiente de cañerías puede jugar un rol muyimportante en la vida operacional de las cañerías de petróleo, gas y de

productos diversos.

A fin de que las cañerías tengan una buena condición operacional es necesario que se encuentren suficientemente limpias desde el momento en que son construidas hasta el final de su vida operacional.

Mantener una baja caída de presión, a través de ellas, esta directamenterelacionado con un adecuado programa de limpieza interior.

El término “chancho” es comúnmente usado en la industria de ductos para referirse a dispositivos especiales enviados dentro del ducto para su limpieza interior o inspección, etc. Los chanchos son usualmente referidos también como raspadores.

Hay diferentes tipos de chanchos diseñados para diferentes propósitos. Tal vez los chanchos más usados son los de limpieza, los cuales son usados para la limpieza interior del ducto:* removiendo restos del ducto inmediatamente después de su construcción, * removiendo a gran escala lo que se acumula en el interior del ducto de superficie por años de operación, * removiendo parafinas y arena acumulada en un oleoducto, * removiendo agua y otros fluidos que se asientan del gas, crudo y los productos de los ductos debido a la velocidad de flujo insuficiente para el arrastre, etc. Removiendo estos materiales del ducto, este también incrementa el diámetro de la tubería y reduce las asperezas de la tubería. Consecuentemente, la tubería se vuelve más eficiente, siendo capaz de transportar una gran cantidad de producto con la misma o menor energía. Es más, con la eliminación de estos materiales indeseables de la tubería, la corrosión en la tubería también puede ser reducida y la tubería tendrá una vida larga. Esto muestra que los chanchos de limpieza sirven para muchos propósitos incluyendo el aumento de la eficiencia y reducción de corrosión, estos deben ser usados periódicamente, al menos anualmente como una parte de mantenimiento regular de tubería.   |   || |  |   |Muestra de las tuberias antes y despues del pasaje de los Pigs |

1.1. DESCRIPCIONES DE APLICACIONES

Construcción y pre inspección

La fase inicial de la limpieza de una cañería comienza cuando una cañería es construida y preparada para usarse. Los contratistas normalmente limpian la línea según el requerimiento mínimo especificado por el dueño de la cañería, corriendo la menos cantidad de limpiadores posibles. Algunas veces esto es simplemente corriendo un limpiador calibrador, luego llenando la línea con agua para la prueba hidráulica, retirando el agua luego de la prueba y haciendo la menor cantidad de corridas de limpiadores con cepillos.Los contratistas deben remover todos los productos que quedaron luego de la construcción , los que comúnmente son restos de alambre de soldadura, espaciadores metálicos y muchos otros ítems que son difíciles de describir y que son encontrados en una cañería abierta.Los limpiadores de cepillo convencionales, tanto de cue rpo metálico o de espuma de uretano son utilizados para remover la suciedad, restos de corrosión, cascarillas, etc, desde el interior de la línea.Esta limpieza debe ser realizada previa a la prueba hidráulica. El grado de limpieza durante la etapa de pre-inspección previa a la puesta en operación, varia según el  nivel de limpieza interior requerido. Esto es normalmente en relación a la pureza del producto a ser transportado.Una línea de petróleo crudo normalmente tendrá un mínimo nivel de requerimiento en relación a su limpieza. Pero en el caso de líneas en la cual circula productos refinados tales como productos químicos, etileno,

combustibles de alto grado,  tendrían un requerimiento de limpieza mucho más estricto.

Cuando altos niveles de limpieza son requeridos. No es común realizar muchas corridas con pigs de cepillos a través de la superficie interior de la cañería a fin de  remover los depósitos desde toda la longitud de la línea. Es importante tomar en cuenta que la acción de rascado interior de los depósitos de la línea y desplazarlos por toda la longitud de la misma, no es una tarea fácil de llevar a cabo. Los depósitos que son levantados por los cepillos en el primer kilómetro de una línea, de por  ejemplo 100 kilómetros, deben ser mantenidos y trasladados a lo largo de 99 kilómetros para salir del sistema.Limpiadores de gel pueden ser utilizados como un medio de transporte de partículas, actuando como un agente de retención, en aplicaciones de limpieza donde excesiva cantidad de partículas es prevista.Sin c uidado de lo que requiere una cañería nueva, en relaciona a su limpieza, es importante considerar que una cañería sucia puede causar futuros problemas operacionales. Las partículas dejadas en las paredes de las cañerías pueden retener, una mezcla no deseada, en estas. Por ejemplo productos contaminantes, así como no permitir el mantenimiento preventivo de la línea.Como así también, por ejemplo dificultar las tareas en las que se utilizán productos químicos. La importancia de una buena limpieza de las cañerias redituara en un gran ahorro futuro en lo relativo a la periodicidad de su mantenimiento operativo.

Mantenimiento rutinarioNo obstante que hay muchas cañerías en buenas condiciones, las cuales nunca han sido pigeadas desde el momento de la construcción. La mayoría tiénen la suerte de que hay previsto algún programa de mantenimiento de rutina. Las razones principales para un mantenimiento rutinario de la línea, son la remoción de depósitos tales como parafina, sedimentos, cascarillas, así como también realizar el control de la corrosión. Remoción de depósitos sobre la superficie interior de la  línea.

Los limpiadores son utilizados para remover depósitos que han sido formados en el interior de las paredes de las cañerías. Estos depósitos pueden ser usualmente parafinas, arenas, cascarillas o productos resultantes de la corrosión. Típicamente disminuyen la eficiencia hidráulica de las líneas. Los sedimentos tales como arenas o cascarillas pueden crear un medio propicio para la formación de corrosión y bacterias.

L a función de cualquier limpiador utilizado para esta aplicación tiene dos opciones: * rascado del deposito adherido a la pared interior * remover los depósitos sueltos.

La interacción de las superficies en contacto, con la pared interior, tales como copas, discos, cepillos y paletas desparafinadoras así como limpiadores de espuma de uretano (Polly pigs) raspando contra la pared de la cañería causan un efecto de remoción o de rascado.Cuando se esta realizando la limpieza de parafina de una línea de petróleo, las partículas suspendidas están en el frente del limpiador y son empujados hacia fuera de esta. La habilidad de un limpiador, para la remoción de la parafina no es necesariamente su capacidad de sellado (como en el caso de una operación de bacheo) sino su capacidad de generar un efecto cortante en la pared interior, con características de empuje y remoción.Los mismos principios son utilizados cuando se remueven otros depósitos de la superficie. Si los depósitos superficiales son muy pesados o duros y la línea es de una gran extensión, entonces es considerable utilizar como alternativa un  procedimiento de limpieza progresivo. Método el cual consiste en remover a los depósitos pero en varias etapas. Este procedimiento utiliza varios limpiadores de distintos tipos de diámetro exterior, recubrimientos y densidades. Permite al operador tener algún control sobre la cantidad de partículas removidas luego de cada pasada.Teóricamente, un procedimiento de limpieza utilizándose productos químicos o un programa de li mpieza por medio de limpiadores, no es la solución definitiva para controlar la parafina y otro tipo de depósitos en su interior. En condiciones operativas reales ningún método puede ofrecer una garantía completa.

La capacidad de crecimiento puede ser tan rápida y agresiva, que la cantidad de químico necesario puede alcanzar un costo totalmente prohibitivo y algunas parafinas y depósitos igual existirán. Lo cual hace muy difícil de tratar con los productos químicos disponibles. Así como también que la velocidad de deposición puede ser tan rápido que las corridas de los limpiadores no pueden evitar el crecimiento de la deposición.Un programa de control de depósitos y reducción de parafina combina un programa de limpiadores conjuntamente con un procedimiento de limpieza con químicos .Ya que ningún programa o procedimiento único podría suministrar todos los beneficios de un programa combinado.Los limpiadores deberían ser corridos periódicamente para retirar la parafina y otros depósitos acumulados sobre superficie del interior de las líneas, el cual la utilización de únicamente un procedimiento de tratamiento químico no pudo prevenir.La limpieza periódica programada, también generara una reducción muy importante del consumo de productos químicos como gran objetivo y no una prevención completa de depósitos o tratamiento de grandes volúmenes de depósitos.Un programa optimizado para el control de parafina y de otros depósitos combina programas de lanzamientos de limpiadores con programas de tratamientos químicos.Los resultad os principales que se obtiene con la combinación de ambos programas, se pueden resumir en los siguientes puntos:* Mantiene la línea en buenas condiciones de limpieza interior. * Minimiza las posibilidades de que un limpiador quede retenido, especialmente en líneas costa afuera. * Previene reducciones en los caudales trasportados o incrementos de caídas de presión a través de la línea. * Mantiene los costos operacionales a un mínimo valor.

Corrosión internaLa corrosión es un serio problema asociado con el mantenimiento y la operación de las cañerías. Se gastan enormes sumas de dinero cada año en prevención, monitoreo, inspección y reparación de daños relacionados a efectos producidos por la corrosión. La mayoría de los programas de corrosión involucran tratamientos químicos con inhibidores de corrosión los cuales forman una película protectora sobre la pared de la línea. Los químicos trabajan mejor si son aplicados sobre el metal limpio. La corrosión en cañerías ocurre mayormente en la parte inferior de la cañería, donde el agua queda recolectada .No obstante que una cañería que transporta gas, con líquidos, la corrosión también puede estar en la parte superior. Opuesto a esto los depósitos de limpieza que se han acumulado sobre la pared del caño, la corrosión puede crear una superficie en su interior bastante dura o pit lo cual semeja o da la impresión que la pared interior de la cañería es muy difícil de limpiar.La limpieza efectiva de cañerías es importante a fin de controlar la corrosión. Los inhibidores de corrosión deben contactar la pared de la cañería a fin de ser efectivos, y son inefectivos para superar la película de sedimentos que se pueden generar en el fondo de las líneas o pits.

2. TIPOS DE CHANCHOSLos chanchos de limpieza vienen en varios diseños. Por ejemplo el fabricante más grande en los Estados Unidos produce dos tipos de chanchos de limpieza, uno que usa un set de cepillos de acero para limpieza (FIGURA 1), y el otro usa un set de hojas de uretano. El primero es para remover objetos duros adheridos a la pared de la tubería tales como: tejidos a gran escala; el ultimo es para la remoción de sedimentos pegajosos. La única característica para tales chanchos de limpieza es que estos contienen, o tienen opciones para incluir, puertos de desvío a través del disco frontal. Debido a que el chancho es usado en experiencias a grandes caídas de presión a través del disco frontal, los chorros se emiten a través de los puertos entre los chanchos y la pared de la tubería, estos chorros crean una turbulencia intensa en el frente del chancho giratorio, haciendo que los restos se suspendan para facilitar la extracción, otro tipo de chancho de limpieza comúnmente usado en la industria de los suministros de agua es un chancho en forma de bala de poliuretano.

FIGURA 1. Chancho de Limpieza que Contiene Cepillos de Acero

Otro tipo son los chanchos aforados o amordazados, o chanchos calibrados, los cuales son usados para aforar el diámetro interno de la tubería, para determinar si hay algún colapso o si esta torcida la tubería, o si existen protuberancias profundas de las soldaduras en la tubería. Un chancho aforado ordinario contiene un disco de metal (también llamado brida aforada) que tiene un diámetro ligeramente pequeño (alrededor del 5%) que es más pequeño que el que se supone. La figura 2 es un ejemplo.

FIGURA 2. Chancho aforadoUna tubería pasa la prueba de aforos si el chancho pasa a través de la tubería sin obstáculos. Un tipo de chancho aforado más sofisticado contiene instrumentos que registran el tamaño y localización de la reducción del diámetro de la tubería, este puede detectar abolladuras, pandeos, puntos de fugas y escombros que cambian el diámetro de la tubería significativamente. En una inspección calibrada, el chancho puede detectar un cambio en el espesor de la pared del ducto.Un tercer tipo de chancho es el chancho de baches, cuyo propósito es el de separar diferentes baches de productos líquidos, como ser gasolina y jet fuel, siendo transportados simultáneamente a través del mismo ducto. Un tipo de chancho de baches es una esfera de poliuretano de molde para líquidos, los mismos que son usados en las pruebas de medición. Cuando la esfera esta inflada con agua y/o glicol para alcanzar una apropiada presión, es ligeramente mayor que el diámetro interno del ducto. La forma esférica permite al chancho pasar fácilmente en las curvas. Sin embargo, cualquier chancho esférico puede quedar atascado en una válvula de retención si el largo del soplo en la válvula de retención es mayor que el diáme tro de la esfera. En tal caso, el flujo puede pasar a través de la esfera por el paso entre la esfera y la válvula de retención, no permitiendo el paso de la esfera a través de la válvula de retención. Por lo tanto, el cuidado es de vital importancia al momento de seleccionar la válvula de retención cuando los chanchos esféricos están en uso. De hecho, en la selección de las válvulas uno siempre debe considerar la capacidad de la válvula para que el chancho pase sin obstáculos. Un problema menor al usar chanchos inflados con líquidos para los baches cuando el chancho colapsa dentro del ducto. Ya que el líquido liberado puede contaminar el producto en le ducto. Para solucionar este problema, chanchos de uretano pueden ser usualmente utilizados. Como los chanchos tienen una forma general de limpiar excepto que estos no tienen cepillos u hojas. Nótese que los chanchos de baches son usualmente para el desplazamiento de agua y/o aire atrapado en el ducto. Así, también son denominados chanchos de desplazamiento.Un cuarto tipo de chancho son los chancho de inspección -el más sofisticado de todos los chanchos- un chancho de inspección lleva un alto desarrollo en circuitos electrónicos, sensores, y/o scanners que permite que el ducto sea observado por el interior, su diámetro, el espesor de la pared, los cuales son medidos continuamente y 360º a través del ducto cuando el chancho baja por el ducto. El espesor y el daño del ducto son medidos por una inducción electromagnética o sensores ultrasónicos. Los datos grabados pueden ser guardados en chips mecánicos o discos de computadora que están dentro del chancho, o son transmitidos fuera del ducto a través de un transmisor. Como los chanchos son particularmente útiles para la inspección de ductos viejos, y en algunos casos no tan viejos, para determinar cuánto el ducto fue afectado por la corrosión, erosión, y otros posibles daños. Juegan un rol importante en la integridad de sistemas de monitoreo en ductos modernos.

3. INSPECCION GEOMETRICAEl monitoreo geométrico de ductos en operación , para identificar cualquier reducción de diámetro u otro tipo de anomalía geométrica que pueda haber ocurrido durante la vida útil de la línea es sumamente importante.

El "pig geométrico" está compuesto por diversos componentes mecánicos (cilindros de presión, rulimanes de rodamiento, etc. y de poliuretano en las extremidades, copos, discos), ademas de dispositivos electrónicos a bordo (censores de geometría, suelda, curvatura, giro, hodómetros, memoria flash, potenciómetros, etc.). El tamaño y peso varían de acuerdo con la medida del diámetro interno del ducto a ser inspeccionado.El "pig geometrico" es utilizado durante la construcción de ductos en general, especialmente en las últimas etapas de montaje y acondicionamiento y tambien en el proceso de mantenimiento de líneas para hacer un levantamiento de las características geometricas, en especial, la existencia de abolladuras y ovalizaciones; las informaciones recolectadas y almacenadas en la electrónica a bordo del pig , posibilitan una caracterización completa de las anomalías geometricas permitiendo al operador de la línea, evaluar la necesidad de reparaciones.

4. INSPECCION MAGNETICAEl monitoreo de la corrosión de ductos en operación para identificar cualquier perdida de espesor del cuerpo de la línea que pueda haber ocurrido durante su vida útil.El "pig magnetico" está compuesto por diversos componentes: mecánicos (cilindros de presión, juntas y bridas), de poliuretano en las extremidades (copas y discos), magneticos (imanes y cabeza magnetica), ademas de dispositivos electrónicos a bordo (censores magneticos, hodómetros, memoria flash, etc.). El tamaño y el peso varía de acuerdo con la medida del diámetro interno del ducto a ser inspeccionado.Los "pigs magneticos" son proyectados para detectar perdida de espesor en ductos metálicos, causados en general por la corrosión natural de sus paredes, por el medio ambiente o por acción del producto transportado. Estos defectos pueden colocar en riesgo la operación de un ducto por la posibilidad de ruptura del mismo debido a la presión originada durante la operación , más aun estos defectos no solo que pueden causar el derrame del producto transportado con evidente perjuicio al operador y daño al medio ambiente, sino tambien pueden provocar catástrofes ambientales y daños personales irreparables.El "pig magnetico" al verificar corrosión con sus múltiples sensores ofrece precisión y agilidad de las informaciones recolectadas. Finalmente, informes finales son elaborados para identificar con certeza los defectos y sus gravedades asi como la determinación de su posición longitudinal y transversal en el ducto, facilitando su localización para las respectivas reparaciones.

5. EL SISTEMA DE CHANCHOSIncluyen lanzador de chanchos y el receptor de chanchos. Un típico lanzador de chanchos para un gasoducto, se muestra en la FIGURA 3, esto incluye un cierre al final que puede ser abierto para insertar un chancho dentro del barril lanzador.

FIGURA 3. Típico Lanzador de Chanchos para un GasoductoEl barril lanzador, el cual es una tubería sobredimensionada, facilita la inserción del chancho, siendo más larga que el chancho de 1,5 a 2 veces más, un reductor para conectar el barril a la tubería del mismo tamaño que la tubería principal, una línea de paso de tamaño de 1/3 a ¼ que la tubería principal, 4 válvulas de control para el flujo del gas a través de varias partes del sistema lanzador: una línea de venteo, para permitir al sistema reducir la presión atmosférica después de que el chancho es lanzado y un sensor de chanchos al final del lanzador para detectar el paso del chancho. Un sistema similar puede ser usado para lanzar al chancho dentro de un oleoducto, excepto que la línea de venteo no puede ser necesaria.El procedimiento para lanzar chanchos puede ser resumido en los siguientes pasos:1. Cerrar la válvula de control en la línea de paso y cerrar el choke del lanzador. Luego abrir la válvula de venteo para ventear el barril a presión atmosférica. 2. Insertar el chancho dentro del barril hasta que la parte frontal del chancho haya entrado, el reductor y el chancho no pueden ser empujados hacia adelante fácilmente, debido al incremento de fricción.3. Cerrar el cierre al final, abrir la válvula de control lentamente para purgar el aire a través de la válvula de venteo.4. Después de que el aire es purgado cerrar la válvula de venteo para permitir que el sistema de presión se

iguale.5. Abrir el choke y la válvula de paso completamente; el chancho está listo para ser lanzado. 6. Cerrar parcialmente la válvula de control, la cual causara que fluya mas gas a través de la línea de paso y detrás del chancho. Continúe para abrir la válvula de control principal hasta que el chancho salga del lanzador.7. Tan pronto el chancho haya pasado el sensor de chanchos, la válvula de control principal es abierta completamente, y las dos válvulas conectadas al ducto principal del lanzador, pueden estar cerrados para aislar al lanzador del ducto principal. El flujo de gas es ahora normal sin pasar a través del lanzador. El sistema se operara de esta manera hasta que otro chancho necesite ser lanzado. El sistema receptor de chancho es similar al lanzador de chanchos estructuralmente, excepto que la conexión de la línea de paso y el sensor de chanchos son localizados en distintos lugares (FIGURA 4). Este opera en sentido contrario al lanzador de chanchos.

FIGURA 4. Receptor de Chancho Típico para un Ducto de gas.

FIGURA 5. Movimiento del Chancho en la Ducto.

6. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DEL LIMPIADOR (CHANCHO)Un análisis se puede hacer para entender el movimiento de los chanchos en la tubería. Referente a la figura 5, un chancho se mueve a través de la tubería a una velocidad constante Vp. Debido a la existencia de una gran fricción de contacto entre el chancho y la tubería, el chancho se mueve a través de la tubería a una velocidad Vp menor que la velocidad principal de flujo V. El flujo crea una fuerza de arrastre FD en el chancho igual a:

FD=CDAρV-Vp2/2 (10.12)

Durante el movimiento del estado estacionario, la fuerza de arrastre FD es igual en magnitud pero es opuesta en dirección de la fuerza de fricción de contacto Ff:

FD=Ff=ηN (10.13)

Donde N es la suma escalar de las fuerzas normales totales que el chancho ejerce sobre la tubería en dirección radial y η es el coeficiente de fricción de contacto. Eliminando FD de las dos ecuaciones de arriba nos queda:

Vp=V-Vd Donde Vd=2ηNCDρA (10.14)

La ecuación 10.14 muestra que la velocidad del chancho es menor que la velocidad del fluido por una cantidad igual a Vd dada en la ecuación de arriba. La magnitud de Vd es directamente proporcional a la raíz cuadrada de el coeficiente de fricción de contacto η y a la fuerza normal entre el chancho y la tubería; y es inversamente proporcional al coeficiente de arrastre CD, la densidad del fluido ρ y el área de la sección transversal de la tubería A.Además, si modelamos el chancho como una capsula teniendo dos discos al final de diámetro igual, la ecuación de Kosugi se reduce a:

CD=4kd41-kd22 (10.15)

Donde kd es la relación de diámetros del disco: kd=Dd/D.La ecuación anterior se mantiene solo con valores grandes de kd, tales como kd>0,95, el cual es el caso para los chanchos. Nótese que el diámetro del disco usado aquí para el cálculo, no es el del chancho cuando está afuera de la tubería, el cual es mayor que el diámetro de la tubería. En lugar de eso, Dd es el diámetro del disco después que el chancho ha sido apretado dentro de la tubería y cuando es disco se está moviendo dentro de ella.

Debido a la existencia de una película delgada de fluido que está fluyendo entre los discos y la tubería (flujo de filtración), el diámetro Dd es siempre un poco menor que D. En casos donde hay agujeros a través del disco, como se es previsto en el disco frontal de un chancho de limpieza, se deberá usar un diámetro equivalente de disco que deberá ser determinado de la relación del flujo de filtración que luego será discutida. En general, el diámetro Dd, usado en la ecuación 10.15, es el diámetro efectivo determinado del lujo de filtración.Ejemplo 1. Un chancho con dos discos al final que tienen un diámetro efectivo de disco de Dd=0.98 D, es usado para limpiar el interior de una tubería de acero de 10 plg. El fluido es agua fluyendo a 6 pies/seg. El chancho, que es apretado dentro de la tubería, ejerce una fuerza normal total de 400 lb en la pared de la tubería y el coeficiente de fricción de contacto entre el chancho y la tubería es 0.6. Encuentre la velocidad del chancho moviéndose a través de la tubería.Solución.En este caso los d atos son:η=0,6N=400 lbρ=1.94slugp3V=6psegA=0,545 P2kd=0.98De la ecuación 10.15:CD=2353Después de la ecuación 10.14:Vd=0,439 p/segY:Vp=5,56 p/seg

Otra relación útil puede ser derivada del análisis del flujo encapsulado. De la ecuación de continuidad de un fluido incompresible:Q=Qp+QLDonde: Q=VA es la descarga del fluido, QP=VPAP es la descarga del chancho y QL es la descarga del flujo de filtración.Definiendo NL=QLQ como la relación de flujo de filtración, la ecuación 10.16 queda:VP=VA1-NLAP≅V(1-NL) o NL=1-(VP/V)

Ejemplo 2. ¿Cuál es la relación de flujo de filtración para el chacho en el ejemplo 10.4?Solución:Debido a VP=5.56 P/seg y V=6.0 p/seg, de la ecuación 10.17:NL=1-5.566=0.073 el cual es un 7.3% de flujo de filtración alrededor y a través del chancho.

7. COMO LIMPIARON EL GASODUCTO GIGANTE BOLIVIA-BRASILLa limpieza interior del gasoducto Bolivia-Brasil, en 2001, fue un triunfo tecnológico. Lea cómo se realizó y por qué es de interés para las empresas que construyen y manejan gasoductos.1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. a. Nota de la RedacciónDe interés para empresas latinoamericanas que construyen y manejan gasoductos debe ser el siguiente trabajo, presentado por los autores durante la Exposición y Conferencia Petrolera celebrada en Río de Janeiro en octubre

pasado. La razón: los avanzados métodos y medios que se emplearon felizmente en la operación bien podrían aplicarse en muchas otras líneas y en diversos países.Una vez terminada la prueba hidrostática, al terminar la construcción de un gasoducto queda dentro de la tubería gran cantidad de residuos indeseados que deben eliminarse: agua, trozos de electrodos, escoria de soldadura, partículas de laminación, arena y otros materiales sólidos.Es necesario extraer esos residuos para evitar que obturen los filtros, dañen los equipos (turbinas, placas de orificio, válvulas de control, piezas de compresoras, etc.) y reduzcan la eficiencia de las operaciones.La limpieza adecuada del recinto de la tubería minimiza la corrosión interna, evitando así la formación del llamado ‘polvo negro’ que agrava con el correr de los años los problemas ocasionados por los residuos sólidos.8.1. Qué usaronEl sistema de limpieza y secado que se usó en el gasoducto Bolivia-Brasil, de 3.100 Km., el de más longitud y envergadura que hasta ahora se haya construido en Latinoamérica (Fig. 1) fue, en términos generales, de chanchos (tacos raspatubos) empujados por aire comprimido superseco.El sistema, empleado en la porción sur de la línea, a través de territorio brasileño, requirió ocasionalmente la variación de algunos parámetros, ya que en varios trechos la línea tiene recubrimiento interno y en otros carece de él. En ciertos casos se optó por inyectar nitrógeno, cuandoquiera que la presión requerida era más alta que la de los compresores corrientes de aire, que es de 20 a 30 Kg/cm2.Para remover el agua después de la prueba hidrostática se usaron chanchos flexibles bidireccionales de poliuretano, equipados con discos, los c uales se desplazaron con aire comprimido. El uso de chanchos bidireccionales fue necesario para permitir la inversión del flujo en caso de que ocurrieran bloqueos de la línea a causa de los residuos.Cabe anotar que para incrementar la eficiencia de la remoción del agua también se pueden usar chanchos de espuma de poliuretano, de mediana densidad, puestos entre dos bidireccionales para formar un conjunto limpiador triple más eficaz.8.2. Magnéticos y de espumaLos residuos metálicos, tales como fragmentos de arcos de sierras, escoria de soldadura y otros requieren un tipo diferente de chanchos para removerlos, ya que con los corrientes se requieren muchas tandas para extraerlos. Los ideales, por su alto grado de eficiencia son los chanchos magnéticos (Fig. 2), con cuerpo de tubería de acero, copas de poliuretano e imanes.

A continuación del primer paso de limpieza con chanchos bidireccionales, se usaron los magnéticos para extraer gran parte de los detritos metálicos. A fin de completar la remoción, seguidamente se usaron chanchos de baja densidad (28 gr/cm2.) de espuma de poliuretano, desplazados también con aire comprimido superseco. Con ellos se removieron también los bolsones de agua remanentes. El aire, con punto de rocío de 40° C. negativo en los puntos de inyección de la línea, contribuyó notablemente al secado y a la limpieza.Generalmente, el lanzamiento de los chanchos de espuma se hizo a razón de uno cada 15 minutos y posteriormente en ‘trenes’ de hasta 15 unidades tantas veces como se requirió hasta q ue los últimos llegaran secos a las trampas de rescate.

Chanchos con escobas

El paso siguiente fue el lanzamiento de chanchos de poliuretano de alta densidad equipados con escobas (cerdas) de acero templado (Figs. 3 y 4), los cuales se desplazaron también con aire superseco a fin de desprender y remover el óxido y los depósitos que pudiera haber en la pared interior de la tubería (Fig. 5). Es necesario indicar que, aunque se disponía de chanchos equipados con escobas en toda su circunferencia (Fig. 6), estos no se usaron porque no aplican suficiente presión sobre la superficie interior de los tubos para desprender adecuadamente los depósitos. En la práctica, los más activos fueron los de segmentos totalmente cubiertos de cerdas raspadoras (Fig. 3) y los de brazos con escobillas que, al lanzarlos, se comprimen contra la pared de la tubería (Fig. 4).

Muy importante fue cerciorarse de que antes de insertar los chanchos de escobas se hubiese removido bien el agua del recinto de la tubería y que la pared interior estuviera seca, ya que de estar húmeda se formaría una costra difícil de remover porque se adhiere a la superficie interna. Si ésta queda bien seca, los chanchos de escobas y el aire comprimido la remueven fácilmente, a lo largo de cada trecho de la línea.El número necesario de chanchos dependió de la cantidad de residuos que, al recatarse, se vieran en las escobas de los dos últimos. Una vez que esos chanchos salían limpios, cesaba esta etapa de la operación de limpieza.8.3. Chanchos de espumaYa ter minada la tanda con los chanchos de escobas fue necesario remover los residuos de polvo remanentes dentro de la línea, objetivo que se logró en el tramo sur del gasoducto Bolivia-Brasil con chanchos de espuma de poliuretano.Para determinar el grado de limpieza prescrito, periódicamente se dividían los chanchos en dos secciones (Fig. 7), cosa de poder medir la cantidad de polvo adherido a la espuma.

Durante la operación se determinó que el desplazamiento de chanchos de poliuretano debía terminar cuando la penetración de polvo negro en la espuma fuera de 25 mm. o menos.Para remover los residuos metálicos que hubieran quedado dentro de la tubería, finalmente se usaron de nuevo chanchos magnéticos, esta vez de un tipo más avanzado que el de los empleados previamente (Fig. 8). El criterio adoptado para concluir estas tandas de chancho fue bien simple: suspenderlas tan pronto como en las trampas de rescate, la acumulación de partículas de metal en los imanes de los chanchos fuera de 20 gramos o menos por kilómetro de recorrido.

8.4. ResultadosA los 4 meses de la puesta en marcha del gasoducto se constató la ausencia de polvo negro y demás residuos dentro de la tubería. Durante el llenado con gas, el aire que se expulsaba era completamente incoloro, lo cual comprobó la efectividad de la limpieza.Más aún, en las estaciones de entrega de gas del trecho sur del gasoducto no ha ocurrido daño alguno en el equipo ocasionado por el arrastre de materiales sólidos, y ha brillado por su ausencia el reclamo de los consumidores en lo tocante al grado de humedad del gas; al contrario, todos se han mostrado satisfechos por la excelente calidad.8.5. ConclusionesEn muchos de los gasoductos construidos originalmente en el Brasil, la práctica normal consistía en dejar en la tubería el agua de la prueba de hidrostática para luego desplazarla con gas y seguidamente lanzar unos pocos chanchos para limpiarla. Eso conducía frecuentemente a estancamiento de las válvulas, obstrucción de los filtros y daños serios, tanto de los instrumentos como de los turbomedidores, incluso muchos años después del estreno de las líneas.El proceso arriba descrito para limpiar el sector sur del gasoducto Bolivia-Brasil antes de su estreno ha demostrado su eficacia para eliminar los problemas que antes causaban los residuos y la humedad.

CAPITULO IIIDISEÑO DE DUCTOS PARA TRANSPORTAR LIQUIDOS

Para el diseño de ductos que transporten liquidos tales como el petróleo y sus derivados (liquidos), a partir del C5 (alto punto de burbuja a medida que va subiendo es decir bajo punto de burbuja) y C6 como gasolina.Se realizan cálculos para el diseño de los mismos, donde se toman en cuenta diferentes parámetros, los cuales se irán describiendo a lo largo de este capitulo.NUMERO DE REYNOLDS. – dada la naturaleza generada por os efectos de la viscosidad resulta evidente que la velocidad de un fluido, con una determinada viscosidad, que pasa a través de un tubo, no es la misma en todos los puntos de una sección transversal y tratándose de un fluido viscoso las molécula

s se dispersan paralelamente al eje longitudinal.En 1882 Osborrne Reynolds encontró la ecuación para determinar lps regímenes de flujo:* Laminar * Critico* Turbulento

Esta ecuación relaciona el diámetro del ducto con la densidad y la velocidad.R = d×v×ρμDonde:R : numero de ReynoldsD: diámetroV: velocidad del fluidoρ: densidad absolutaµ: viscosidad absolutaen la actualidad existen otro tipo de criterios para determinar los regímenes de flujo, dos de estos se muestran en el siguiente cuadro

CRITERIO DE FLUJO | PETROLEUM TRANSPORTATION HAND BOOK (B.E.A) | MOODY |LAMINAR | 0 – 1000 | 0 – 2000 |CRITICO | 1000 – 2000 | 2000 – 3000 |TURBULENTO | MAYOR A 2000 | MAYOR A 3000 |

FLUJO POR TUBERIASFactor de friccionEstanton y Panner relacionaron el numero de Reynolds y el factor de friccion.F = d v ρμ

Estos investigadores hicieron sus investigaciones para tuberías lisas lo cual se observa en una grafica en escala semilog denominadas las “curvas de poiseville”, la curva que relaciona la friccion con R para flujo laminar, coincide con una ecuación potencial ( curva hipérbola) cuya ecuación es x = y3 x * y = RR * f = 64d v ρμ ×f =64

Donde F= al factor de friccion de DarcyPara unidades de campo:0,0289×ρ×dBAl hacer las investigaciones Stanton y Paner no omaron en cuenta en sus cálculos flujo turbulento, ni la rugosidad de la tubería.Moody construyo un grafico donde se muestra esta influencia la cual es inversam ente proporcional al diámetro es decir para diámetros mayores se hace prácticamente nula, se reduce considerablemente la rugosidad relativa Basados en las ecuacines de Colebrookf=0.0551+20000×ed+106R12Donde;e = altura de las prominencias en la tuberíad = diámetroe/d= rugosidad relativa

R= numero de ReynoldsF = factor de friccionAl graficar la curva de friccion versus el numero de Reynolds, en la zona de flujo turbulento en papel semilog se presenta una recta.En el siguiente cuadro se muestran 3 ecuaciones características de esta recta:AUTOR | ECUACIONES PARA HALLAR EL FACTOR DE FRICCION |HETZEL | f = 0.364d×v×ρ /μ0.265 |BLASSIUS | f=0,316d×v×ρ /μ0.250 |DIVISION DE TRANSPORTES | f=0.2013d×v×ρ /μ0.209 |

ΔP

ΔI = 1 millaP1 P2Para determinar la caída de presión entre dos secciones para una tubería para la cual se desplaza un fluido, se constituye en la ecuación de Darcy en los diferentes valores del factor de friccion de esta manera se puede tener muchas ecuaciones que relacionan los diferentes conceptos que intervienen en el flujo del liquidos por tuberías.TIPO E FLUJO | AUTOR | ECUACION PARA HALLAR LA CAIDA DE PRESION |Laminar | Poisseville | ∆P=1.008×Bd4×γ×S |Turbulento | Hetzel | ∆P=1.650×B1,735d4.735×γ0.265×S || Blasiius | ∆P=1.635×B1,750d4.750×γ0.260×S || API | ∆P=1.405×B1,791d4.791×γ0.208×S |

Carga total de la bomba. –La presión total es la suma alg ebraica de las presiones que intervienen en el diseño del oleoducto o poliducto, para este análisis se parte de la siguiente ecuación:Pt = Ps + Pb = Pe + Pf + PdDonde:Pt = presión total Ps= presión de succionPb= presión de la bombaPe= presión estaticaPf= presión de friccionPd= presión de decarga

Pf

Pb PtPf Pd Pt = Ps + Pb = Pe + Pf + Pd

Pt Pt = Ps + Pb = Pe + Pf + Pd

Pd PePs Pe

El poder calorífico del petróleo se determina a mediante su composición por su cromatografía.

Determinacion de la potencia hidráulica en HPTIPO DE FLUJO | AUTOR | ECUACION DE POTENCIA HIDRAULICA (HP) |Laminar | Poisseville | PHp=4.0824×10-4 ×B 0.433 He ×S+1.008Bd4 S×γ×L+Pd-Ps |Turbulento | Hetzel | PHp=4.0824×10-4 ×B 0.433 He ×S+1.65B1.735d4,735 S×γ0,265×L+Pd-Ps || Blassius | PHp=4.0824×10-4 ×B 0.433 He ×S+1.635B1.75d4 ,75 S×γ0,25×L+Pd-Ps || API | PHp=4.0824×10-4 ×B 0.433 He ×S+1.405B1.791d4,791 S×γ0,209×L+Pd-Ps |

DISEÑO DE UN DUCTO Para realizar el diseño de un ducto se necesita una demanda o la producción de un campo, el diseño de un ducto se realiza con el uso de un plano de planimetría donde se hace el trabajo. (por donde se va a tener la línea)Para el diseño del trazo se deben tomar en cuenta:* Accidentes naturales. - como ser cordilleras, ríos, montañas, reservas ecológicas* Medios de transporte. – ferrocarriles, caminos, pistas de aterrizaje * Poblaciones. – para el trazo se realizan 2 trabajos:

a. Gabinete

Es importante porque se quiere determinar la longitud de la tubería, cuanto se necesita, el presupuesto, el pedido tarda entre 1 año y 1 año y medio en llegar

También es para realizar pedido de equipos (ASME B31.8), asi como también accesorios (válvulas, bridas, instrumentos registradores).

Este trabajo no debe tomar mas de 2 meses, se realiza e trabajo en gabinete para determinar el diámetro, longitud necesaria, numero estaciones de bombeo, estaciones de compresión, y accesorios.

b. Campo

Es un trabajo de detalle y lento puede tomar entre 6 a 8 meses, el ducto debe tener en su construcción o en su instalación una via (DDV) la cual es utilizada para la construcción, inspeccion y mantenimiento correspondientes.

Para hacer el análisis hidráulico se necesita construir el perfil topográfico, al cual se le hace una corrección ya que la distancia e el plano es diferente a la distancia real (perfil topográfico)

yPefil topográfico realPefil longitudinalX distancia en el RY distancia en el R

X

PERFIL TOPOGRAFICO. – este perfil se construye a partir de datos obtenidos de las curvas de nivel que podemos encontrar en una caída geográfica.PERFIL LONGITUDINAL. – es el perfil en el cual cualquier distancia en el perfil corresponde a la distancia en el ducto.PERFIL HIDRAULICO. - en el caso del transporte de liquidos el perfil hidraulico es aquella curva que describe una línea recta cuya pendiente negativa viene a ser la diferencial de presión ΔP, sin embargo en el caso de gases se puede encontrar en bibliografia que esta curva tiene una forma cuadrática, sin embargo para experiencia academica se la puede tomar como una línea recta. Es importante denotar que la caída de presión cuando se tratat de liquidos en mucho mayor que cuando se trata de gases, hecho por el cual en un oleoducto o poliducto se presentan mayores estaciones de bombeo y no asi de estaciones de compresión en gasoductos.Ejemplos. –Ecuaciones auxiliaresHP0,4333,281×SH= altura, mP= presión, psiS= densidad relativaEcuaciones para potenciaHHP =4.0824×10-4 ×B×PbHPreal =HHPn ×1.5n = eficiencia de la bombaEjemplo 1 Se pretende transportar 20000 BPD de un liquido (PETROLEO) que tiene una viscosidad de 20 cp, y una tensión de vapor de 150 m, con una densidad relativa de 0,7. Realizar el diseño optimo del ducto determinando el numero de estaciones de bombeo y la potencia requerida por cada bomba si sabemos que se trabaja con 70% de eficiencia. Datos B= 20000 BPD TVR= 150 m μ= 20 cstk L=100 millasS= 0,7 Ps = 200 psi Ptb máx = 1200 psi n= 70%

SoluciónB= 20000 BPD × 1dia24 horas=833.33 BPH* Para 11 pulgadas de diámetro

* Numero de Reynolds

NRe =2214× Bγ ×d

NRe =2214× 833,3320 ×11

NRe =8386,33 flujo turbulento

* Calculo de la caída de presión ΔP

Hetzel;∆P =!,650 B1,735d4,735 γ0,265 S

∆P =1,650 833,331,735114,735 200,265 0,7

∆P =3,5psimilla

Para convertir a m/milla

H= 3,50,433×3,281×0,7

H= 3,52 m/milla

Blassius;∆P =1,635 B1,750d4,750 γ0,250 S

∆P =1,635 833,331,750114,750 200,250 0,7

∆P =3,54psimilla 3, 52mmilla

* Por Hetzel, encontrar los puntos para el diseño

Ecuación de una recta:

Yx= Ptb max (m) – ΔP(distancia (milla))

H=12000,433×3,281×0,7

H=1206,67 m

Y10 = 1206,67 – 3,52 (10)

Y10= 1171,47 m

Y50= 1206,67 – 3,52 (50)

Y50= 1030,57 m

Trabajo realizar el ejercicio para distintos diámetros como practica

CAPITILO 4

TRANSPORTE Y ALMACENAJE DE HIDROCARBUROS

TRANSPORTE DE GAS NATURAL POR TUBERIAS

Antes de ingresar en las ecuaciones de flujo se establecen criterios para el flujo de gas natural en tuberías

R=d×v×ρ absμ

En las unidades comunes se establece la siguiente ecuación:

R=20×Q×Gμ×d

Donde :

Q =caudal en Mpc/d a 60ºF y a 14,696 psiaG= densidad relativa del gas co n respecto al aireμ= viscosidad del gs natural en cpd= diamtero interior de la tubería, plg.

Dint= Dext – 2t

e= espesor

REGIMEN | NR | RELACION DEL NR CON EL Ffr MAS LOS EFECTOS DE LA RUGOSIDAD |LAMINAR | 0 – 2100 | f=64R |CRITICO | 2100 – 4000 | S.E |TRANSICION | 4000 – 12000 | 1f=2logde +1.14 -2log1 +9,34 deR f |COMPLETAMENTE TURBULENTO | mayor a 12000 | 1f=2logde +1.14 |TURBULENTO EN TUBERIAS LISAS | valores que sobrepasan el grafico de moody | 1f=2logRf-0,8 |

Rf: efectos de la rugosidad

La siguiente tabla muestra la rugosidad absoluta,

Θtb [in] | Rugosidad absoluta |1,25 – 7 | 0, 00065 |8 - 26 | 0,00070 |

RUGOSIDAD RELATIVA. –

Es el cociente de dividir la rugosidad absoluta sobre el diámetro e/d, en la deducción de la ecuación general de flujo del gas natural por tuberías de acero, se basa en la ecuación general de conservación de la energía, en condiciones ideales de transporte de gas obteniendo una ecuación similar a la ecuación de Darcy para liquidos Transformando dicha ecuación en unidades comunes para el manejo de gas natural se obtiene la siguiente ecuación

Q=77.55 TbPb Pi2 –P22 -bG×L×Tp×Zp12 ×d2,5 1f12

Para un gasoducto completamente horizontal. – sustituyendo el factor de friccion por el valor del flujo turbulento y considerando cargas estáticas tenemos:1f=2logde +1,14 → 1f=2log3.7 deUna carga estatica viene dada por la siguiente ecuación:carga estatica =0,0375 h2 -h1 Pp2Zp TpPresion promedio Pp=23 P1-P2 -P1 ×P2P1+P2

Temperatura promedio (Tp)=T1

+ T22

Reemplazando en la ecuación tenemos:Q=155,1 TbPbP1-P2-0,0375h2-h1 Pp2Zp TpG ×L ×Zp× Tp12 d2,5 ×log3,7 deDonde:Q= caudal del gas natural a condiciones base de presión y temperatura [pcd]P1= presión en la entrada del ducto, psiaP2= presión en la salida del ducto, psiPb= presión base, psiae= rugosidad efectiva (absoluta) que representa las asperezas en el interior de la tubería Zp= factor de compresibilidad promedio, se obtiene de graficas con una densidad similar a la del gas transportado.G= densidad relativa del gas natural con respecto al aire, se obtiene a partir del resultado de la cromatografia del gas natural.H2= elevación final, psnmH1= elevación inicial, psnmTp= temperatura promedio, ºRD= diámetro interior, plgL= longitud del ducto, millas El diseño de una línea de transporte de gas natural, considera otro factores para su construcción como por ejemplo el factor por ductos con revestimiento (existe revestimiento mecanico y corrosivo para evitarlo), factor por contenido de sustancias corrosivas por el gas natural, factor por fluido contaminante, etc.ECUACION DE PANHANDLE. – para la deducción de esta ecuación se parte de la ecuación general de flujo de gas natural en tuberías y es usada generalmente para el calculo de diámetros mayores a 12``, el resultado de la expresión esta dada por:Q=435,87×E TbPb1,07881 P12-P22G0,8539 Tf L0,5294 d2,6182Donde:E = factor de experiencias ( e≈1) (eficiencia)Tf= temperatura de flujo ( media logarítmica)Ecuación de Panhandle modificado. – l a ecuación de Panhandle fue modificada para poder realizar ajustes de acuerdo a la fabricación de tuberías de acero. En la ecuación Panhandle modificada para poder realizar ajustes de acuerdo a la fabricación de tuberías, en la ecuación de Panhandle, modificada se considera que el flujo se lleva a cabo en tuberías lisas, sin embargo, se introduce se introdujo un factor de seguridad.Q m | E pb |2 “ – 12” | 0,85 – 0,90 |12” – 36” | 0,9 – 0,95 |Se considera una:γbase=7,4× 10-6 lb-molFt sγbase=1,102 ×10-2 cpEn el caso de contar con un resultado de un análisis de viscosidad del gas natural con valor diferente al anterior, se tendrá que afecar la ecuación modificada de Panhandle con un factor de viscosidad Fγ =7,4 ×10-6μG-N0,01961La relación entre el factor de friccion y el numero de Reynolds para tuberías lisas esta dada por:1f=8,25 R0,01961Sustituyendo γbase se tene:R=20×Q×Gμ×dTenemos;R=1812 Q ×GdDonde;Q= (Ft3 /d) D= diámetro interno (in)

Sustituyendo este valor en la ecuación general del gas natural en tubería, se tiene la ecuación modificada de Panhandle.Q=737,0TbPb1,02P12-P22Tp ×L×G0,9610,51 d2.53 EpbEn la recolección y el transporte del gas natural por tubería de acero, la compresión es el trabajo de menor importancia, las estaciones de compresión se deben instalar en los siguientes casos;* Cuando la presión de los yacimientos no es lo suficientemente grande para impartir al gas natural la energía para que llegue a las plantas de separación o de procesamiento.* En el caso de yacimientos que producen gas asociado, la produccion debe pasar por separadores condensados que generalmente operan a presiones bajas, por lo cual es necesario comprimir el gas húmedo.* En las plantas de tratamiento de gas natural, en las diferentes etapas para conseguir las presiones de operación que se requieren en cada proceso y de transporte de gas natural.

P 1 2

3 4

VDA

D A

La compresión de gas natural en cilindros corresponde a una transformación politropica, el trabajo teorico que se requiere para elevar la presión en el cilindro tiene un valor intermedio entre el trabajo calculado, considerando una compresión isotérmica que tiene mayor valor. Las ecuaciones que representan en trabajo de compresión adiabático o isotérmico se deducen a partir de la ecuación general de la energía de acuerdo a ciertas consideraciones. (no cambia la energía interna del gas, no existen perdidas por friccion, no hay cambio de energía potencial, cinetica etc)En la figura anterior se muestra el diagrama teorico P vs Vol de un compresor de movimiento alternativo en el cual se puede observar las posiciones correspondientesPosición 1. - empieza la compresión con las válvulas de admisión y descarga cerradasPosición 2. – las válvulas de descarga se abrenPosición 3. – termina la compresión y se da inicio a la succion, valvula de admisión y descarga cerradaPosición 4. - valvula de descarga abiertaDEFINICIONES.Desplazamiento del embolo: el volumen desplazado por el embolo de la posición 1 a la 3, es conocido como desplazamiento de embolo.El volumen sobrante de gas en el cilindro al termino de la carrera de descarga se conoce como espacio muerto inferior y se expresa como porcentaje del volumen desplazado por el embolo.Relación de compresión. - es la relación que existe entre las posiciones absolutas de descarga y de succionRc=PdPsGeneralmente las corrientes de gas natural contienen pequeños porcentajes de oxigeno existiendo o presentándose por este hecho riesgo si la temperatura de descarga llega a valores superiores a 300ºFTd=Ts ×Rck-1kEficiencia. – la eficiencia volumétrica se puede definir como el cociente de dividir el volumen que realmente succiona entre el volumen desplazado por el embolo, la siguiente ecuación esta basada en un diagrama teorico P vs Vol de un cilindro y se expresa de la siguiente manera.

Ev =100-Rc-Ei Rc1k -1Donde;Ev= eficiencia volumétrica expresadaRc= relación de compresiónEi= espacio muerto inferiorK= relación de carbonos específicosei P

6

3 2 14 5 V

En la figura anterior el area 1-4-5 y 2-3-6 representan la energía cinetica que se requiere para llenar y descargar el cilindroCompresión en varios pasos. – cuando se requieren presiones de descarga mas elevadas o cuando las presiones de succion son muy bajas, la Rc resulta muy alta en algunos casos mayor a 6.Para succionar estos aspectos se instalan pares de compresores para alcanzar las presiones de descarga requeridas sin tener temperaturas de descarga que pongan en riesgo el equipo si en el caso de estas fueran. De esta manera la presión de descarga del primer compresor es aproximadamente igual a la presión de succion del 2 compresor y asi sucesivamente según el numero de pasos que se requiere para alcanzar la presión de descarga, entre estos pasos se instalan enfriadores del gas natural.

PP1 g f c¨ P2 d c

P3 e

P1 a b

VEn el diagrama anterior se tien una compresión en 2 etapas con las siguientes características: el area c-c¨-f-d representa la reducción del trabajo por ciclo al comprimir en dos etapas con respecto a la compresión en una etapa.El area a-b-c¨-g representa el trabajo correspondiente en una etapa.

CAPITULO 5TRANSPORTE Y ALMACENAJE DE HIDROCARBUROSSISTEMAS DE LINEAS PARALELASSe define como los ductos que transportando fluidos de iguales características, con igual perdida de presión, por friccion, tienen igual capacidad de transporte.Las ecuaciones generales para flujo de régimen laminar y turbulento, que relacionan los conceptos que intervienen en los sistemas de líneas paralelas, se deduce a partir de los principios de las líneas equivalentes vistas en el capitulo anteriorFlujo laminar Flujo turbulentox=B1B2 -1d14d14+d24 -1 x= B1B21.750-11+D1D22,7141.750-1Donde;D1 = diámetro de la línea originalD2= diámetro del tramo paralelo (loop)L=longitud de la línea originalX = longitud del loopBi= capacidad de transporte para loopPara facilitar la solución de algunas ampliaciones tipo, se han acondicionado la ecuaciones anteriores de acuerdo a:a) Longitud de un loop de diámetros iguales que permite incrementar la capacidad de transporte de un ducto que transporta un caudal determinado para transportar un caudal proyectado (nuevo caudal) sin alterar las características del crudo bombeado

Flujo laminar flujo turbulento

x=21- B1B2 x=1,4251-B1B21.750