Flujo de Gases

Flujo de Gases

Comportamiento del gas

Volumen Volumen

PP

TT

Z (P, T, fluido)

. . .n R T zVP

=

- Composicional

- Gravedad especifica

Flujo de Gases

Comportamiento del gas en una tubería

P1 P2

P1 P2>

VolumenQTiempo

=. . .n R T zV

P=

El gas se expande dentro de la tubería

El caudal de operación es

variable

Flujo de Gases

Flujo del gas en una tubería

Norma Venezolana COVENIN 3568-1:2000

Flujo de gas

- Másico- Molar- Volumétrico

Q (MMPCED, SCFM, m3/h)

Operación

Condiciones de referencia

Q (P, T)

Sistema Internacional Temperatura 288,15 K (15 °C) y Presión 101,325 kPa (760 mm Hg)

Sistema Inglés:Temperatura 60 °F y Presión 14,6959 psia(760 mm Hg)

Condiciones de referencia

Flujo de Gases

Diferencia entre caudal de operación y estándar

Si el flujo de gas es 100 MMPCED

¿Realmente circula ese flujo de gas a través de la tubería?

. .

. .CE CE CO CO

CE CE CO CO

P Q P QT z T z

=

Condiciones estándar Condiciones de operación

PCE= 14,7 psia

TCE = 60 °F = 520 °RQCE = XX MMPCED

PCO

TCO

QCO

Conocido

Calculado

Se aplica la ecuación de gas

para ambas condiciones

Flujo de Gases

Caída de presión en una tubería

El flujo de gas en tuberías es mas complejo que el

liquido

.. .g

m P PMV RT z

ρ = =

Dependencia con la Densidad

2 . .2. .V L fhf

D gc=

La ecuación de Darcy se aplica donde la densidad

es esencialmente constante

No es recomendable

para fluidos compresibles

Flujo de Gases

Caída de presión en una tubería

Para predecir el flujo de gas en tuberías se utilizan correlaciones empíricas basadas en una formula general

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

b

b g prom

P P dTQ CP z T f Lγ

⎡ ⎤−⎛ ⎞⎢ ⎥= ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦

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

P2 = Presión aguas abajod=Diámetro internoT = Temperatura L=Longitud de la tuberíaf = Factor de fricción

Donde =

Flujo de Gases

Formula General para Gases

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

b

b g prom

P P dTQ CP z T f Lγ

⎡ ⎤−⎛ ⎞⎢ ⎥= ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦

Consideraciones de la formula general

Cambio de energía cinética se desprecia

Temperatura constante

Sin cambio de elevación

A partir esta ecuación se generaron varias

correlaciones

1f

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

del factor de fricción

Flujo de Gases

Ecuaciones para el flujo de Gases

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

El coeficiente de fricción es una constante numérica

1f

RixPole

El coeficiente de fricción es función del diámetroSpitglass Weymouth

El coeficiente de fricción es función del numero de Reynold

Panhandle APole

Unwin Oliphant

Panhandle B BlasiusMueller

Fritzsche

El coeficiente de fricción es función del numero de Reynold y el diámetro de la tubería

Lees

Flujo de Gases

Ecuaciones para el Flujo de Gases

Ecuación de Weymouth

( ) ( )

0,52 2

2,6671 2433,5 . . . .. . . . .

b

b m prom prom

T P PQ E dP s g L T z

⎡ ⎤⎛ ⎞ −= ⎢ ⎥⎜ ⎟

⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦

La ecuación esta dentro de la segunda clasificación, ya que el coeficiente de fricción de es

una función del diámetro interno de la tubería: 0,333

0,008fd

=

Si se sustituye en la ecuación general, se obtiene:

. .s gγ =Nota:

Flujo de Gases

Ecuaciones para el Flujo de Gases

Ecuación de Panhandle A:

Si se sustituye en la ecuación general, se obtiene:

. .s gγ =Nota:

El factor de fricción puede expresarse en función del número de Reynolds, en virtud de la siguiente relación empírica.

( ) 0,07301 6,872 ReNf=

( )( )

6182,2

5392,0

prompromm853,0

22

21

0788,1

b

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

PP.E.

PT

.87,435Q⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Flujo de Gases

Ecuaciones para el Flujo de Gases

Ecuación de Panhandle B:

Si se sustituye en la ecuación general, se obtiene:

. .s gγ =Nota:

El factor de fricción puede expresarse en función del número de Reynolds, en virtud de la siguiente relación empírica.

( ) 0.019611 16,49 ReNf=

( )( )

53,2

51,0

prompromm961,0

22

21

02,1

b

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

PP.E.

PT

.737Q⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Flujo de Gases

Aplicación de las ecuaciones para flujo de gases

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

D>12”

Panhandle B

0,9 – 0,92Alta presión y gran diámetroParcialmente turbulento 4x106 < NRe < 4x107

D>12”

Panhandle A1Diámetros ≤ 12”WeymouthEAplicaciónAutor

E (Eficiencia) Factor de corrección basado en la experiencia

Flujo de Gases

Cambio de elevación

Las ecuaciones se corrigen agregando un factor Ch:

( ) 0,52 2 51 2.

. . . .hb

b g prom

P P d CTQ CP z T f Lγ

⎡ ⎤− −⎛ ⎞⎢ ⎥= ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦

Corrección por nivel

( ) 22 10,0375. .

.prom

hprom

h h PC

z T−

= Ch = Factor de corrección por nivelh2 – h1 = Cambio de elevación, pies

Donde =

Flujo de Gases

( )

3

5

43

2 a

mprom

aaa2

2

2

2

1

1

a

b

b1 L.T

1.d..g.s1.

zP

zP.

PT

.E.aQ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Ecuación general en función de constantes

Turbulencia desarrolladaD>12”

2,5300,49010,51001,020737Panhandle B

4x106 < NRe < 4x107

D>12”2,6182

0,45990,53921,0788435,87Panhandle A

D ≤ 12”2,6670,5000,5001,000433,5Weymouth

a5a4a3a2a1

AplicaciónValores de las constantes

Autor

Flujo de Gases

NORMA PDVSA 90616.1.024 “DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍAS DE PROCESO”Recomendaciones para Gases:

0,5 – 1,0Por encima de 200

0,25 – 0,550 – 100

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

0,50Por encima de 200

0,2550 - 100

0,12510 - 50

0,05 – 0,125Succión, 0 - 10

Compresor (lpcm)

0,5 - 2Líneas de Transferencia

Caída de presión(psi/100 pies de tubería)SERVICIO

CAÍDAS DE PRESIÓN RECOMENDADAS

NORMATIVA DE DISEÑO (CAÍDA DE PRESIÓN PERMITIDA)

Flujo de Gases

100 a 170120 a 22080 a 14020

90 a 160110 a 21075 a 13516 a 18

80 a 145100 a 19070 a 13012 a 14

65 a 12580 a 16065 a 1258 a 10

45 a 9050 a 12060 a 1206

35 a 7045 a 9050 a 1103 a 4

30 a 6040 a 8045 a 1002 o menor

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

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

VELOCIDADES TÍPICAS EN LÍNEAS DE GASES Y VAPOR

NORMATIVA DE DISEÑO (VELOCIDAD)

NORMA PDVSA 90616.1.024 “DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍAS DE PROCESO”Recomendaciones para Gases: