fghfgh

1. 1.7. Velocidad Permisible en Tuberias (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) 'i (1.61 )
P
donde:
Vc : Velocidad erosional ,
p Densidad del fluido
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 Y488.
Recorda ndo que v = q/ A la ecuacion (1 .61 ) se convierte en
('
(f"
' = p
ll.,
A
y suponiendo flujo estable ('
I'
" 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

2. T 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 P1 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
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
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

3. Tcmpcratura ("F) ASTM A 106 API SL.
-20 a 100 2000() 20000
200 20000 19100
300 20000 181S0
400 20000 17250 500 18900 16350 600 17300 1:-550
6S0 17000 1')000
Tabla . Esfuerzo basico permisible parea otros grados de tuberia, ANSI B 31.3
Tabla 9 . Esfuerzo basico permisible para tuberia grado B sin costuras, LPC.
Grado
API 5L
A PI 5LX-42
API SLX-46
AP151.X-52
ASTM A-1068
ASTM A-333-6
ASTM A-369-FPA
ASTM A-524-FPB
ASTM A-524-1
ASTM A -524-11
T emperatura Minima
Minima esfucr:lO permitido. Hasta los lOO"F
-20
20000
-20
20000
-20
2 1000
-20
24000
-50
20000
-20
20000
-20
111000
-20
20000
-20
20000
-20
18,100
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
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 .
41

4. Tabla 11-. Norma ANSI 831.3(1)
.:i illla pn'~i(HH' ''' (k tr ::lh:1jo Jlerllli .. ihlt·,,, Tu haia ,I..
SIi A 10(" Crad o B, ~In (:1),Wra
(, "tort· . d~ {, ... rUl' f ltl ohtl'n i<iu, d l' : ... ~J BJ 1.J-] 'l7. I
2
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4
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IGO
~~u
1I/ 1lj Ifill ..l l~q
l:;' 10 XX!; .;~jl)
~; UZ l 'IL~O
l .5.:l0 (I,JOI' ll>.:':"j l~ : 1:.13 11 S: j) ':.(11 ' l~ ~ xx.'" 160 42

5. - - - ----
Tabla 11-. (Cont.)
'LIillla... pr ',iIllH' '> (II;' Il'ahajo lH'rllIiihh', -TulH'rb ,h'
ST" . 10(,. C lado B. ,in 'olura
, .11 01 l', d~ l', ftll'rLtI ohl l'nid(" tll' '.." I ISJ I.J-Il/7.' )
1(,
1 'I"·'" " l" l'1t 1 ,1/ )" III I II III I' J
1',·,,,
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pu~ ,,1.1 " flld!,: ,d.I' I h ItI, C 1.4'1' '" O.~~IJ
O.J.JO
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l,Ji:! ' 1'01.';
It ')fj(J ()-:!;"l) :6.71 III
u~·~ : ~ .5.r.3 2Il I)"',~ u .r,,;, STD .M U I.!! 1.' .:lj 411 o.!l·-.n 'ZN xs
~~, 0:,'" A~ nl t;O
l1!:iJ
O.'i~ 11" · 1:1 !ill 1 5~2 O.9:lij· l.:e ..~ 10,) I.O'JI · ];(, ; ,~
120 l '·).:n 140 HHU~ H(J
In ~.2f~1 ... Z.G5 to U.Jl :! i2.;l('
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IS~] l~h" I~~.tl!' I ~O
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L~'IT' 2:: 00
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~hl
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l~ 1 l.;"-",'. :l~':t, LlU
2:.:--' 7
22·.'
43

6. 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 tuberia.
Ejemplo 3
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°.
La temperatura de flujo se puede asumir constante e igual a 85°F (29.4°C) Ademas:
Y9 =065 f =0.02 Yla 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
Soluci6n
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))
_ 1-_ 8.46d "r,
f
y por tanto I O.3409 pies ::= 4.096jJII lg(/das(I04 I17t11)
j" 1*
8.46
ii)-. Tasa de Flujo
Para calcular la tasa de flujo, se supondra 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

7. Usando esta presion y la ecuacion (162) se tlene
2 * P
(qsc)e= 1012.435 d ~
(yJ, 10.<
Obtenclon de Z sPc = 7568 -131 Yg -36 y/ = 670.13 Ipca sTc = 169.2 + 349.5 yg 74 yg2 = 365.11°R
1000
sPr = --= 1.49
670.13
=> Z = 0.86
sT = (460+ 85) = 1.49
r 365 .11
0<
(q sc)e= 1012.45 * ( 1000 * 4.096 2
)
0.65 *0.86 * 545
= 428.63 Km31D (30.8 MPCNID) iii) Presion al final de la tuberfa
-Calculo de perdldas de presion en la primera seccion
La ecuacion de Weymouth para flujo horizontal , cuando qb esta dado en MPCN/D es
Supongamos P2 =3000 Ipc (20.67 MPa) p =~*r 3526' -3000 :; j-3270 1{JUl (22.53 MPa)
3000 2
3 3526 1 3270
sPr =---4.9
670. 13
--:> Z = 0.808 45

8. 545
sTr = --=1.49
365.17
Oespejando P2 de la ecuacion de Weymouth
-", P = P" _ (!J, P~ * r~ ZT L , ] < , ( , [ 43305'10 ' 'T. ( d "" ) 1 "
P, -(3526" -I 30.8*14.7 *(0.65*0.808*5~5~)" ~ 1 'r'
1
- 4.3305*10 *520 4.096 1j
("
= 3390.Lpca 1::. 3000 Lpca Se supone ahora P2=3390 Lpca.
-2 [ 3526' -3390; j
p = --, , -3458 (23.83 MPa)
3 3526--3390"
sP,. = 3458 '= 5.16 sTr=1.43
670.13
-
Z = 0816
30.8* 14.7 *(0.65*0.816*5~5*1.5)1l'121)5
( 4.3305 * 1 0 ~ * 520 4.096 16 ,
= 3388 ~ 3390 (2336 MPa) AI finalizar la seccion 1, la presion es de 3388 Ipca (23.36 MPa) -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 1 Para calcular P2 se tiene P,=3388 Lpca. L=2.0 millas
46

9. Supongamos que P; =3000 Ipc (20.67 MPa)
-2 [3388.1 -3000']
p = -) , -= 3198 Ipca (22.03 MPa)
3 :n88--3000sP
-3198 =4.77 sTr=1.49
r
670 .13
Z =0.805
P,' =( 3388 2 _[ 30.8*14.7 *(0.65*0.805*5~5*2.0)'"J2: ''' -J I98. 23 f-p ca. -4.3305*10 -4 *520 4.096 1("
3198.23 ;t: 3388
Supongamos ahora P>3198 Lpca
-2 [ 3388' -3198.1 J
[> = -? =3293.9 Lpca (2007 MPa)
3 3388--3198 2
.IP _ 3293.9 = 4.91 5
sTr=1.49
I'
670.13
L =0.805
1 =(3388 2 _[ 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 -= 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' -3000' J= 3 1 00 L co
331982-30002 P
47

10. sP = ~ I 00 =4.626 sTr=1.49
,. 670.13
z == 0.795
S =0.01875 * Y.l! h =0.01875 0.65 * 5280 = 0.1485
IT 0.795*545
(i-e' ) ( l_eOI4X' )
t-.P -p~ -=3198 * -= -441.324 Lpea.
-! S () I"'X~
e e
y por tanto
P, -P~ !-6.P=3198 -441.324=2756.68 :;1':3000
Suponiendo ahora P2=2756 Lpca.
p-2 [ 3 198 "--2756"-.] _ 2978,566 L )ca
331982 -2756 2 r
sP,. = 2978.566 _ 4.445
sTr=1 .49
670.13
1 -0.79
S = 0.0 1875 0.65 * 5280 =O. 1494 0.79*545 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
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