3. 1. INTRODUCCIÓN
Las tuberías son el medio más seguro y eficaz del transporte del gas
natural desde el pozo de origen hasta las plantas de extracción y
fraccionamiento; donde luego de su procesamiento para deshidratarlo
y recuperar los hidrocarburos líquidos queda el metano como gas
residual, el cual es comprimido e ingresa al sistema de transmisión para
ser despachado al consumidor industrial y doméstico. Las
conducciones de acero o polietileno sirven para transportar gases
combustibles a gran escala. Estos gasoductos son por lo general tubos
de grandes diámetros empleados para transportar gas natural; muchos
de los gasoductos que existen son subterráneos. Los construidos sobre
el terreno se usan a menudo para transportar combustible hasta
terminales marinos y posteriormente distribuidos a otros lugares.
4. SISTEMA DE TUBERIAS
Las tuberías que se utilizan en el transporte de gas natural pueden
medir desde 6 a 48 pulgadas en diámetro, pero algunos componentes
de las tuberías pueden tener diámetro menores de hasta 0.5 pulgadas
en diámetro. Las tuberías de transporte están diseñadas de acuerdo a
los estándares de la American Petroleum Institute (API).
v
5. ECUACIÓN GENERAL DE FLUJO DE GAS
La ecuación general de flujo de gas a través de tubería circular de
longitud L y de diámetro D se expresan en función de la presión para
poder integrar esa expresión diferencial, en este entendido
consideraremos que a lo largo de la tubería ocurre lo siguiente:
6. • El Flujo es isotérmico, por lo tanto la energía interna no varía ΔU = 0.
• Existe una diferencia de nivel por lo tanto la energía potencial varía
con la altura, debido al peso de la columna del fluido (columna
hidrostática).
• Es despreciable la variación de energía cinética, siempre que la
longitud de la tubería sea suficientemente grande respecto al
diámetro (L>>>D).
• Solo se considera la variación de la energía de presión, la cual es única
que balancea el trabajo de fricción realizado por el gas.
8. ELEVACIÓN DE LA TUBERÍA
La diferencia de elevación entre los extremos de un segmento de
tubería se incluyen, la ecuación general de flujo de gas se modifica de
la siguiente manera:
15. ECUACIÓN DE WEYMOUTH
La ecuación de Weymouth es usada para presiones altas, altos flujos
de gas, y diámetros grandes en el sistema.
En elevaciones
16. ECUACIÓN DE PANHANDLE A
En esta ecuación se incorporando la eficiencia para el número de
Reynolds en un rango de 5 a 11 millones. En esta ecuación, la
rugosidad de la tubería no es usada.
En elevaciones
17. ECUACIÓN DE PANHANDLE B
Es usada para diámetros grandes de tubería, alta presión en las líneas.
En flujo total turbulento, es adecuado usar valores del número de
Reynolds de 4 a 40 millones.
En elevaciones
18. VELOCIDAD DE GAS
La velocidad del flujo de gas en una tubería representa la velocidad a la
que las moléculas de gas se mueven de un punto a otro. Debido a la
compresibilidad, la velocidad del gas depende de la presión y, por lo
tanto, variará a lo largo de la tubería.
19. VELOCIDAD DE GAS
La velocidad más alta estará en el extremo, donde la presión es la
mínima.
La velocidad del gas en cualquier punto de una tubería viene dada por:
20. VELOCIDAD EROSIONAL
La velocidad del gas está directamente relacionada con el caudal. A
medida que aumenta el caudal, también lo hace la velocidad del gas. A
medida que aumenta la velocidad, la vibración y el ruido son evidentes.
21. Las velocidades más altas causarán la erosión del interior de la tubería
durante un largo período de tiempo.
Entre los aspectos más importantes asociados a este fenómeno podemos
anotar que:
El incremento en la velocidad ocurre por la reducción de presión en la
tubería y por la presencia de accesorios o dispositivos que provocan
variaciones de presión.
Cualquier reducción de presión producirá un incremento de la energía
cinética o de la velocidad en la tubería.
Los puntos de mayor preocupación son los de baja presión en la tubería.
Normalmente se considera una velocidad límite, como referencia puede
tomarse 20 m/s.
22. El límite superior de la velocidad del gas generalmente se calcula
aproximadamente a partir de la siguiente ecuación:
23. Dado que la densidad del gas puede expresarse en términos de presión
y temperatura, utilizando la ley de los gases
24. El caudal de erosión a condición estándar (qsc) resultará
donde,
P = presión (Psia) ,
D = diámetro interno (in) ,
T = temperatura (°R)
qsc = caudal (Mscfd).
5
,
0
2
435
,
1012
GZT
P
D
qsc
25. CAÍDA DE PRESIÓN POR UNIDAD DE LONGITUD
Este parámetro es una referencia importante para la toma de decisiones en el
diseño a costo eficiente de una tubería.
Por estudios realizados por TransCanada y sugeridos por AGA (American Gas
Asociation) las caídas de presión óptimas oscilan entre 15 a 25 kPa /km (3,5 a 5,85
Psia/milla).
Caída de presión superiores o iguales a 25 kPa/km provocan una sobrecarga al
compresor y este opera con un elevado factor de carga y mayor consumo de
combustible por mayor cantidad de irreversibilidades.
26. DISEÑO MECANICO
Se requiere que algunos datos sean conocidos, esta información necesaria se
presenta en el cuadro a continuación
27. PRESIÓN DE DISEÑO (MOP, MAOP)
Máxima Presión Admisible de Operación (MAPO): Presión máxima a la
cual una tubería, o tramo de la misma puede ser operada.
Máxima Presión de Operación (MPO): Presión máxima a la cual un
tramo de tubería es operada.
Máxima Presión Admisible de Operación
Máxima Presión de Operación
Presión de Operación
28. PRESIÓN DE DISEÑO
La presión de diseño para los sistemas de tuberías o el espesor de pared para una
presión de diseño, se deberá determinar mediante la siguiente ecuación de
“Barlow”:
29. FACTOR DE DISEÑO SEGÚN LA CLASE DE LOCALIDAD (F)
La clase de localidad es un área geográfica a lo largo de un ducto es clasificada de
acuerdo al número y proximidad de los edificios construidos para la ocupación
humana y otras características que se consideran cuando se prescribe los factores
de diseño para la construcción.
30. Factor de junta longitudinal (E)
Esta en función al método de fabricación de la tubería, los valores de E están
tabuladas.
31. FACTOR DE TEMPERATURA (T)
El factor de disminución de temperatura contempla en el diseño la temperatura a la
que se encuentra el ducto en operación y cómo éste afectara en el
dimensionamiento de la línea.
