1.7. Velocidad Permisible en Tuberias por corrosion y por penetracion de rosca . y los demas ~ I mismo significrlrlr- que en las ecuaclones (1 .58) y ")arece en la ecuacion (1 .59) se ')Stos (humanos y economlcos) ~ pendiendo del sitio por donde onas despobladas donde si se )tras veces puede pasar por la tuberfa sera costosa y 1e la tuberfa el valor de S r un factor de locallzacion F, 1ble hasta 0.4 en los casos (1) La velocidad de un fluido a traves de una tuberfa es algo que se debe analizar pues si esta es demasiado alta se presentan problemas de desgaste de las paredes por friccion la cual puede destruir la pelfcula de inhibidor que en algunos casos protege la pared de la tuberfa dejandola expuesta a la corrosion o si la friccion es muy alta se puede presentar desgaste de la tuberfa por abrasion ; por otra parte si la velocidad es demasiado baja se pueden presentar problemas de depositacion de solidos y esto reduce el tamano de la tuberia . Expenmentalmente se ha encontrado que la maxima velocidad permisible de un gas en una tuberfa para que no haya erosion se puede calcular de (2) c v( - I) (1.61 ) 'i P donde : Velocidad erosional , Densidad del fluido p C Constante cuyo valor esta entre 75 y 150 , Y 366 .3 Y 732 .6 cuando se usan unidades absolutas de los sistemas ingles y SI de unldades respectlvamente ; normalmente se toma 100 Y 488. Vc : de locallzaciones , de Ina milia " 0 "indice de las a siguiente manera Se 'ncho a lado y lado y se que habiten personas , o millas es el promedio o millas Con base en ablecen las slguientes )OS o planas en las que ,:ualquier seccion es de 0 7 2 Recorda ndo que v = q/A la ecuacion (1 .61 ) se convierte en = (f "­ \' A (' p ll., y suponiendo flujo estable (' I' " \ pueblos , 0 areas ) 0 el de 10 millas ~ 0 .6 . ; 0 comerclales via en la cual se se encuentran Aqu i se toma ~ 4 pisos , hay Ie asigna un A p*A II~ P y despejando (qsc)e y utilizando la definicion de densidad de un gas se tiene finalmente (162) donde (qsc)e Es la tasa maXima permisible para evitar erosion de la tuberfa medida a condiciones normales . d Diametro de la tuberfa P Presion en la linea Yo Gravedad especffica del gas Z Factor de compresibilidad a P y T 39 T Tabla 9 . E! Temperatura de flujo C es una con stante que depende de las unldades usadas para las variables Cuando se usan unidades absolutas su valor es 24 .82 y 17.72 para los sistemas ingles y SI de unidades respectivamente ; y cuando se usan las unidades del grupo 4 para los mismos sistemas ingles y SI que aparecen en la tabla 2 su valor es 1012.435 Y 48.4 respectivamente. Como en una tuberia la presi6n varia desde P 1 hasta P2 y el volumen de gas aumenta al disminuir la presion , para aplicar la ecuacion (162) se debe usar la presion minima a la que se encontrara el gas en la tuberia . 1.8. Determinacion del Diametro de Tuberia Requerido T eml! Tabla . EsfuE Gr AP A I) 151 Cuando se quiere transportar una cantidad dada de gas a traves de una distancia dada y con una determinada caida de presion , el diametro de la tuberia requerida se calcula de la slguiente manera - Haciendo usa de las ecuaciones de flujo (Weymouth , Pan-Handle u otra) se determina d , diametro interno de la tuberia requendo para lIevar el gas bajo la caida de presion establecida - Usando la ecuacion (1 .62) se despeja d , el cual es el diametro requerido para que no haya velocidad erosional. EI mayor de los dos diametros calculados se selecclona como el diametro interno requerido. - Usando las ecuaciones (1 .68) 0 (1 .60) se encuentra el espesor de la tuberia , recordando que Do = DI + 2d Y de esta forma se puede seleccionar el tamano comercial de tuberia requerida Las tablas 9-11 fueron tomadas de la referencia (1) Y se pueden utilizar para encontrar los limites de proporcionalidad para diferentes tlPOS de acero 0 para seleccionar tuberias de acuerdo con las normas ANSI B31 .3 0 B31 .8 Las tablas estan dadas en unidades del sistema ingles (\ PI 51 A PI 5 !. ASTM f AST M A ASTM A -~ AST M A-: ASTM A ASTM A­ m.m .) 0 el mis m.m .). Diametr( mas el e Espesor o (1 .60) . -Peso . E: Clase de I y ultra - S XXS es el 1.9. Denominacion de Tuberias Para identificar adecuadamente la tuberia que se requiere para trabajar en unas condiciones dadas se deben especiflcar una serie de caracteristicas relacionadas con tamano , espesor tipo de acero y condiciones de trabajo En general los para metros a especificar son : (Ver tabla 11 , Norma ANSI -B313) . Tamano Nominal. Generalmente es un nl.Jmero entero, el mas proximo al diametro externo de la tuberia cuando este es menor de 14 pulgadas (355 40 Codlgo de tres cifras , de tuberia . ~e Tabla 9 . Esfuerzo basico permisible para tuberia grado B sin costuras, LPC . flujo ! depende de las unidades usadas para las variables . des absolutas su \/",1- 24 .82 Y 17.72 para los ~ unirl~~ : y cuando se usan las y SI que aparecen en la Y el volumen de gas 1 (1 .62) se debe usar la :J 2 ~. Tcmpcratura (" F) ASTM A 106 2000() A PI SL. -20 a 100 200 20000 19100 300 20000 18 1S0 400 20000 17250 500 18900 16350 20000 600 17300 1:-550 6S0 17000 1')000 Tabla . Esfuerzo basi co permisible parea otros grados de tuberia, ANSI B 31.3 Grad o 's a traves de una el diametro de la -Handle u otra) se 'var el gas bajo la requerido para )s calculados se T em pe ra tura Minima M inim a es fu c r:lO pe rmitid o. Has ta los lOO"F AP I 5L -20 20000 A PI 5LX-42 -20 20000 AP I SLX-46 -20 2 1000 AP 151.X-52 -20 24000 ASTM A-1068 -50 20000 ASTM A-333-6 -20 20000 ASTM A-369-FPA -20 111000 ASTM A-524-FPB -20 20000 ASTM A-524 -1 -20 20000 ASTM A -524- 11 -20 18,100 -0 ,r de la tuberfa , mar el tamano utilizar para acero a para 831 .8. Las 1 m.m.) a el mismo diametro externo cuando este es mayor de 14 pulgadas (355 m.m) . Oiametro Externo. En el diametro interno seleccionado para la tuberfa mas el espesor requerido . Espesor. Es el valor de t, obtenido par ejemplo de las ecuaciones (1 .58) a (1 .60) . -Peso . Es el peso de la tuberfa en Ibs/pie . (Kgs/m) . Clase de Peso . Se habla de peso Standard (STO) , extra - Standard (XS) y ultra - Standard (XXS) . Normalmente el peso STO , es el menor y el XXS es el maximo peso para una tuber fa de un diametro dado 3bajar en terfsticas )ajo En 313) C6digo de la Tuberfa . Para un tamario dado , es un numero de dos a tres cifras , terminando siempre en cera , can el cual se identlfica el tlPO de tuberfa . )(fmo al 5 41 T Tabla 11-. Norma ANSI 831.3(1) illl a\ p n' ~i(HH' ''' (k t r ::l h:1j o Jle rllli .. ih lt·,,, T u haia ,I.­ .\SIi\\ A 10(" Crad o B, ~In (:1),Wr a (, " tort· . d ~ {,... rUl' f ltl ohtl'n i<iu, d l' :\ ... ~J BJ 1.J-] 'l7. I \ .:i 2 I· " p ~ I u p . I I Utl",, ' 1 I I I . I ;'HI IllIt!!..ld,h 'lId~. d .... UP ' f llll i ll 'It" '1111111 .I I' ,I P,Ut'" JI .. I:.,. .. I h " 1\ ",. '''''In,' I h li lt.: I I.. \ 1\ 1 \ I' I{I ' I I!" III I" I xs J{ II ' oI HI ~ ' f{ " \ III "" ,\ ,' , - 2101;\'-'0' F {lJ l . l-UtJ ~}" 50 1 6U 1 l' \Ju t , 1:,:11.. .. f:' 12 fO IGO ~~ u 1I/ 1lj l:;' 1 0 ~; l .5.:l0 (I ,J OI' l~ : 1:.13 j) ':.(11 ' 4. Ifill XX!; ..l l ~ q .; ~ j l) l ' IL~O UZ ll>.:':"j 1 1 S: l~ ~ x x.'" 4.5 )0 xxs 1< Q.27'i 1) .;)2 2 ST/, 0 .·10 0 0.'''W J:: S 1\ .:1 .1, L' 71ft II ).l~ · il>-: !" . (I . ~· U o · 10 160 13 l O,T:')} I.,,', .p I " ,.r 42 Tabla 11-. (Cont.) 'LI\il lla ... p r ' ,iIll H' '> , .11 01 Il'a h aj o lH'rllIi\ihh', - Tu lH' r b ,h' 1(, Iv : \ 'Il l' , (II;' \ST" .\ 10(,. C lado B. ,in 'o\l ura d~ l', ftll' rLtI ohl l'nid(" tl l' \ '\.." I ISJ I.J - Il/ 7.' ) 1 ' I"·'" 1 f1 Hll' .UIIII ..! r1ll 1:.. .. ,I" l i l t II. " ., '\ ounll .." I \.Ttl ll .' · ,kl"rt'fi pu ~ ,, 1.1 " flld!,: , d.I' " \ \l " 1',·,,, 'IIn i n , 1 I h I tI, \ l'1t 1 ,1/ )" II I I II III \ I' J 1' 1' H C 1.4' 1' '" "'-11 11 I I 1'1 O .~ ~IJ O.J.JO 0 ..1 ;5 ~Tl1 O.4 n ..-; X8 O.r,{l fi o GoI3 2 {J It ')fj(J G..~;'; ]07.28 1,0 01'!" ! : 1).,"" ~I 1.l"(" ;J \fe'~ l,Ji:! ' 1'01.'; xx s :6.71 III u ~·~ : ~ .5.r.3 u .r,,;, 2Il I)"' ,~ U I.!! 1.' .:lj o.!l·-.n 'ZN 0:,'" In ~ .67 Q I-! , ()-:!;"l) A~ STD .M 411 xs ~~, nl t;O O . 'i~ l1!:iJ 11" · 1:1 l.:e .. ~ 1 5~2 O.9:lij· !ill 10,) I. O'JI · ];(, ; ,~ 120 l '·\).:n 140 HHU~ H(J to ~ . 2f~1 ... Z.G5 U.Jl :! i2 .;l(' ~O 0.315 ':2. .l'ix :)(1 (I . I~ ~ I} l\ ~\II) 1) . X 4,~ · I.i' (I.S,OO 13 ", 4~ I I:.! ! " l~" 'JO h ' .,JO l ~ h\ " I ~~ .t l!' L ~'IT ' 2:: 00 ~ It 100 IS~] I~O 110 2; 31 2:,2';4 O _~ S() ,; ~9 o 31 ~ I'J ;,\ 1i~ R ~3 20 o :n~ -O .S·j ·173 r·!ll 0 .·1:18 !2 .0 ~ O..!,f..(J ~.~ "r, ~ T lJ 30 X3 J21 ·US ~:l1 I i() 1.i 3~f ~ ;-b F.2~ '; <1 3 Hit; ~ hl 11 ;,n tUi ~i2 1( .5(11) 1(101 1) 71 l\ ]: lOO 1:1.0:00 2(oJ1.0n III l ;: p" 117 1 1.156· l.;"\-",'. 167 1 2 WO :l~':t, LlU 1!">{l6 l~ 1 2:.:--' 7 22·.' 0.:' J7' - - - 43 ---- Para seleccionar una tuberia requerida , conociendo el tipo de acero , el diametro interno, la presion y la temperatura de trabajo , se va a la norma AINSI apropiada con esta informacion y alii se obtiene el diametro nominal , el espesor, el peso , la clase de peso y el codigo de la tuber ia . Usando esta Ejemplo 3 Obtencion dl Se tiene una tuberia de dos secciones para transportar gas . La primera seccion es de 1.5 millas (2413 .5 m) y se puede considerar horizontal , y la segunda seccion es de una longitud de 2 millas (3218 m) con un angulo de elevacion de 30°. sP c sTc = 16! 10 La temperatura de flujo se puede asumir constante e igua l a 85°F (29.4 °C) Ademas : Y9 = 065 f = 0.02 = 75, sP r = 67( sT r = (463( Y la presion de entrada es 3526 Ipc (24 .29 Mpa) Calcular i) Diametro de tuberia ii) Tasa de flujo iii) Presion al final de la linea =428 Soluci6n iii) Presion al " i) Diametro de Tuberia - Como dan factor de friccion f como una constante es de suponer que es funcion solamente del diametro y por tanto se puede aplicar el concepto de Weymouth ( ecuacion (1.43)) Calculo de La ecuacion MPCN/D es : _ 1- _ 8.46d "r, qb f =4 .335 y por tanto Supongamos I I 1*8.46 j" ­ O.3 409 pies ::= 4.096jJII lg(/das( I 04 I17t11 ) ii)-. Tasa de Flujo -P - 2- * [ 3 - T Para calcular la tasa de flujo , se supond ra que es la maxima , 0 sea la correspondiente a la velocidad permisible; y para encontrar la tasa de flujo correspondiente a la velocidad permlsible 5e puede usar la ecuacion (162) pero tomando la minima presion que se presenta en la linea ; supongamos que sea 1000 Ipca (6.89 MPa) 44 sP r = 3: =­67 tuberfa requerida , conociendo el tipo de acero, el sion y la temperatura de trabajo , se va a la norma AINSI 'formacion v ~I'f se obtiene el diametro nominal , el ,e dF> ~ digo de la tuberfa . Usando esta presion y la ecuacion (162) se tlene 0 .< (qsc)e= 1012.435 d * 2 (yJ, 1 P ~ Obtenclon de Z La pnmera para transportar gas puede considerar horizontal , y la nillas (3218 m) con un angulo de sP c = 7568 - 131 Yg - 36 sTc = 169.2 + 349 .5 sP r "3526 Ipc (24 .29 Mpa) 1000 = -670.13 - = y/ = 670 .13 Ipca yg 74 yg2 = 365 .11 °R 1.49 => Z = 0.86 sT r = (460+ 85) = 1.49 365 .11 0< (q sc)e= 1012.45 * ( * 4.096 2 1000 0.65 * 0.86 * 54 5 ) 3 = 428 .63 Km 1D (30.8 MPCNID) iii) Presion al final de la tuberfa - Calculo de perdldas de presion en la primera seccion de suponer que es )Iicar el concepto de La ecuacion de Weymouth para flujo horizontal , cuando qb esta dado en MPCN/D es Supongamos P 2 = 3000 Ipc (20 .67 MPa) p = ~* r 3526 ' - 3000 :; 3 o sea la "1 de fluJo :m (162) nos que 3526 1 ­ 3000 2 j- 3270 1{JUl (22 .53 MPa) 3270 sP r = - - - 4.9 670. 13 --:> Z = 0.808 45 sT r Suponga 545 = - - = 1.49 365. 17 ~ - P = P" _ (!J, P~ , ( , [ 43305'10 ' 'T. P, -( 3526 " - -I 30.8*14 .7 \ 4.3305*10 1 *520 = 3390 .Lpca 1::. ", - * r~ ZT L ( d "" L p = -: Oespejando P2 de la ecuacion de Weymouth ) , ] " < sPr = 1 * ( 0.65*0.808*5~5 ~ )" ~ 1 ' r ' 4.096 j 1 (" Supong, 3000 Lpca Se supone ahora P2=3390 Lpca . P= j 2 [ 3526' - 3390 ; p=- , , - 3458 (23 .83 MPa) 3 3526 - - 3390" s sP,. = 3458 '= 5.16 670.13 sT r =1.43 - Z = 0816 30.8* 14.7 ( 4.3305 * 10 ~ * 520 = 3388 ~ * ( 0.65*0.816*5~5*1.5 )1l' 121\)5 4.096 16 , Ahora s 3390 (2336 MPa) AI finalizar la seccion 1, la presion es de 3388 Ipca (23.36 MPa) I~P - Calculo de perdidas de presion en la seccion 2 Para este caso se aplica Weymouth para calcular la presion al final de la linea como si el tramo fuera horizontal, 0 sea se obtiene [>2 ' Y luego se calcula la correcclon por cambio de altura que se Ie debe sumar a Para calcular P2 se tiene P,=3388 Lpca . 1\ Suponi [> : L=2.0 millas 46 P; = 3000 Ipc (20.67 MPa) Supongamos que 19 - 2 [ 3388 .1 - 3000' ] p=) , -= 3198 Ipca (22.03 MPa) 3 :n88 - - 3000­ Weymouth sP - 3 198 =4.77 Z 65*0.808*545*1.5 ) " 2] 1J :i 5J 4.0961!,j; sT r =1.49 670 . 13 r = 0.805 P,' =( 3388 2 _[ 30.8*14.7 4.3305*10 -4 *520 * ( 0.65*0.805*5~5*2.0 )'" J2: ' ' - J I98. 23 f-p ca. 4.096 1(" 3198.23 ;t: 3388 Supongamos ahora P>3198 Lpca -[> = -2 [ 3388'? -3198.1 J 3 3388- -3198 2 = 3293.9 Lpca .IP _ 3293.9 = 4.91 5 670.13 (2007 MPa) sT r=1.49 I' L 1\ If)')'" = ( 3388 2 - al final de la linea 'ego se calcula la 30.8*14.7 *( 0.65*0 .805*5:5*2.0 ) "'J"]0' = 3198.23Lpca. 4.3305* 10 - 4 *520 4.096 1(", Ahora se debe calcular la correcci6n por cambio de altura . Para ella se tiene h MPa) _[ = 0.805 -= L *W:'n 60 =-2. * 0.5 = I milia = 5280 pie.l· ~[> =P;(':+~ ' ) 5,' = 0.0 1875 * r~ h ZT Suponiendo P2= 3000 Lpca p -= 2[ 3198'2 - J 3000' = 3 100 L co 33 198 -3000 2 P 47 sP ,. = ~ I 00 = 4.626 sT r =1.49 670.13 z == 0.795 l2 S = 0.01875 * Y.l! h = 0.01875 IT 0.65 * 5280 = 0.1485 0.795*545 )=3198 *( l_e OI4X' ) -= -441.3 24 Lpea. (i-e' e e t-.P - p~- - !S () I"'X ~ y por tanto P, - P~ !- 6.P=3198 - 441.324=2756.68 :;1':3000 Suponiendo ahora P2=2756 Lpca. psP,. 1 - EI isc Sl~ 2 [ 3 198 "- - 2756 "-.] _ 2978,566 L )ca 33198 2 - 2756 2 r = el de int fin la lin de 2978.566 _ 4.445 670.13 EI COl apl sT r =1 .49 0.79 S = 0.0 1875 0.65 * 5280 0.79*545 = O. 1494 dOl I - e () 1404 ) 6.P=3198* ( -()I ~' = -443.8039 Lpco. e [>2 = Po + P = 3198 -- 443.8039 = 2754 ;i: 2756 La presion al final de la linea es entonces 2754 Lpca 1.10. Sistemas de Tuberias Ay En muchas ocasiones es necesario modificar la configuracion de un gasoducto para mejorar sus condiciones de trabajo. Las modificaciones que se hacen a un gasoducto pueden ser por razones como las siguientes • Reducir las perdidas de presion para proteger la tuberia porque se sospecha que se han alterado sus propiedades mecanicas , 0 porque ha disminuido \a presion disponible para transportar el gas 48 Y10 Los enc