Curso Hidraulica de OLeoductos

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CURSO DE HIDRAULICA DE OLEODUCTOS OLEODUCTO DE CRUDOS PESADOS OCP. Ecuador S.A.Febrero del 2007

Wagner Carrera V.

1. Generalidades.Generalidades. 1.1 Definicin de oleoducto: oleoducto: Posee varios significados segn el contexto que se utilice. utilice. Puede significar solamente la tubera, pero en el sentido ms amplio el termino oleoducto puede significar todas las facilidades adicionales a la tubera y accesorios indispensables para transportar los hidrocarburos, desde los puntos de recepcin hasta los puntos de entrega. entrega.

1.2 Estaciones de bombeo.Compuesta principalmente por un arreglo determinado de bombas, proporcionan al fluido la energa requerida para superar el punto ms alto aguas abajo de la misma 1.3 Estaciones reductoras de presin.Compuesta principalmente por un arreglo determinado de vlvulas reductoras de presin, convierten la energa del fluido en irreversibilidades para proteger de sobre presiones al oleoducto aguas abajo de la estacin. 1.4 Estacin automtica de bloqueo.Compuesta por vlvulas automticas de bloqueo que seccionan la cabeza de presin en el ltimo tramo del oleoducto para protegerlo de sobre presiones no deseadas.

El Oleoducto de Crudos Pesados (OCP) esta conformado por un patio de tanques en la estacin Amazonas (punto de recepcin), cuatro estaciones de bombeo, dos estaciones reductoras de presin, una estacin automtica de bloqueo y un patio de tanques en el Terminal martimo (punto de entrega),la tubera tiene dimetros de 24, 32, 34 y 36. Con una capacidad sostenible de 24, 32, 34 36 410000 BPD desde Amazonas y 450000 BPD desde La estacin Sardinas (crudos desde 18 API). 18 API).SARDINAS Kp: 148+200 Elev: 1806 m.s.n.m CAYAGAMA Kp: 67+400 Elev: 1028m.s.n.m PARAMO Kp: 185+800 Elev: 2862 m.s.n.m CHIQUILPE Kp: 275+033 Elev: 2963 m.s.n.m

PTO. QUITO Kp: 327 Elev: 801 m.s.n.m

M. TERMINAL Kp: 484+580 Elev: 206 m.s.n.m

32AMAZONAS Kp: 0+00 Elev: 303m.s.n.m

34

32

24 36

ABS Kp: 327+200 Elev: 801 m.s.n.m

2.- Conceptos fundamentalesFluido.Sustancia que debido a su poca cohesin intermolecular carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.

Caudal.Es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a travs de una seccin transversal a la corriente

Q m3 ! 3600 *V m * A( m 2 )( h ) ( s ( )

Q Bls ! 11.51*V m * D 2 (in )( h ) s )

Ejemplo.Se requiere correr un pig en el tramo PRS2 M.T con una velocidad mnima de 0.9 m/seg; determinar el caudal necesario en Bls/h, con esta velocidad que tiempo tarda el pig en llegar a su destino?

Densidad.Es la relacin entre la masa de una sustancia y el volumen que sta ocupa.

m V! VLas unidades frecuentemente utilizadas son: Kg/m3, lb/ft3, gr/cm3 Los fluidos se expanden cuando se calientan reduciendo su masa por unidad de volumen, por esta razn la densidad se la reporta a una temperatura estndar de 60F (15.5C). La variacin de la densidad con la presin es muy pequea salvo a muy altas presiones, y para todos los clculos prcticos esta variacin puede despreciarse.

Peso especfico.Es la relacin entre el peso de una sustancia y el volumen que sta ocupa.

w K ! VLas unidades frecuentemente utilizadas son: Nw/m3, lbf/ft3

K

(

Nw m3

)

!V

(

Kg m

) 3

*g

(

m seg2

)

Gravedad especfica.Es la relacin del peso de un determinado volumen de lquido al peso de igual volumen de agua en condiciones estndar.(T= 60F, p= 1atm) De esta forma la gravedad V agua especfica ser siempre adimensional La densidad del agua en condiciones estndar es: 1000 Kg/m3, 1 gr/cm3 Ejemplo: a) Determinar la G.E de un crudo cuya densidad es 934 Kg/m3G.E ! V fluido V agua 934kg / m 3 ! ! 0.934 1000kg / m 3

G.E !

V fluido

b) Determinar la densidad de un crudo en gr/cm3, sabiendo que su S.G es de 0.925, y razone sobre el resultado numrico

Densidad API (grados Baum).El American Petroleum Institute linealiz la escala Baum y la utiliz para medir las densidades de los hidrocarburos, conocido como grados API

r API !

141.5 131.5 G.E

Ejemplo: a) Determinar la densidad API de un crudo, sabiendo que su S.G es de 0.925

r API !

141.5 131.5 ! 21.47r API 0.925

b) Determinar la densidad en gr/cm3, de un crudo de 19.52 API

PresinEs la fuerza que se aplica sobre un rea determinada

F P! AUnidades: N/m2 (Pa), lbf/in2 (psi), atm (atmsferas), bar (bares), otras Equivalencia de unidades: 1 psi = 6,8947 Kpa = 0,0689 Bar 1 Pa = 1,4504 * 10-4 psi = 1*10-5 bar 1 atm = 101,32 KPa = 1,0132 bar = 14,69psi

Se debe tener clara la diferencia entre presin atmosfrica, presin manomtrica y presin absoluta. Pabsoluta = P atmosfrica + Pmanomtrica La presin atmosfrica vara segn la elevacin, con respecto a un nivel de referencia. Normalmente este nivel es el nivel del mar (m.s.n.m / a.s.l ).

PRESION ESTATICA.Es la presin en un punto de un recipiente que contiene un fluido en reposo, depende de la altura o columna del lquido situada sobre l y de la gravedad especfica de ste.

Z

P= *g*Z P(psi) = 0.1448 * H(m)* g(m/s2)* S.G

La presin esttica conocida tambin como CABEZA ESTATICA, o simplemente cabeza es proporcional a la altura del lquido Todos los puntos dentro del fluido estn a la misma presin, si se encuentran a la misma profundidad. La presin esttica depende nicamente del fluido y de la altura, no de la forma, volumen del recipiente, o el rea del fondo del recipiente.

PRESION ESTATICA.Ejemplo: a) Si se conoce que la estacin Sardinas esta ubicada a 1800 m.s.n.m, y la estacin Pramo a 2863 m.s.n.m. Determinar la cabeza esttica que debe vencer la estacin Sardinas, asumiendo que la tubera est llena de un crudo con una gravedad especfica de 0.943.

P(psi) = 0.1448 * H(m)* g(m/s2)* S.G P(psi) = 0.1448 *(2863-1800)m* 9.8m/s2* 0.943 P = 1422 psib) Resolver el problema anterior asumiendo que la tubera est llena de un crudo de 24 API

Viscosidad dinmica (

)

Propiedad del fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus molculas

Unidades: N*seg/m2 , Pa/m2, kg/(m*seg) dina*seg/cm2 = 1 poise 1cp = 1*10-3 kg/(m*seg) En los fluidos poco viscosos la resistencia a la deformacin en el interior del fluido es muy pequea, pero la viscosidad se hace sentir intensamente en la capa lmite donde se denomina Resistencia de superficie

Viscosidad cinemtica ( )Es la relacin entre la viscosidad absoluta o dinmica ( ) de un fluido y su densidad ( )

K ( cst ) !

Q ( cp ) V ( gr / cm3 )

!

Q ( cp ) G.S

3.- Flujo de fluidosFlujo LaminarLas partculas se mueven paralelas al eje axial de la tubera, en delgadas lminas de fluido que se deslizan unas sobre otras. Las lminas cercanas a la pared del tubo tienen una velocidad cercana a cero, la cual se incrementa hasta llegar a su valor mximo en el centro de la tubera.

La accin del esfuerzo cortante en la pared consiste en retardar el fluido cerca de la pared, como consecuencia de la continuidad, la velocidad se debe incrementar en la regin central del ducto

Flujo TurbulentoAl incrementarse la velocidad, el patrn de laminacin se rompe y las partculas se mueven en forma aleatoria generando la denominada turbulencia, el fluido se mezcla permanentemente dentro de la tubera, la distribucin de velocidades es plana

La turbulencia est compuesta de pequeos remolinos que en forma rpida convierten energa mecnica en irreversibilidades

Nmero de Reynolds ( Re )El flujo dentro de un tubo depende de cuatro variables bsicas: Dimetro del tubo. Velocidad del flujo. Viscosidad del fluido. Densidad del fluido. Reynolds relacion estas cuatro variables en un nmero adimensional

Re !

V( m / s ) * D( m ) * V ( kg / m3 ) *103 Q ( cp )

Re !

V( m / s ) * D( m ) *10 6 K ( cst )

Nmero de Reynolds ( Re )Re ! 2214 * Q( BPH ) * G.E Q ( cp ) * D( in ) !

2214 * Q( BPH ) K ( cst ) * D( in )

Re < 2000 : Flujo laminar Re > 4000 : Flujo turbulento 2000 < Re < 4000 : Flujo en transicin Considere un crudo con G.E = 0.934, tiene una viscosidad de 450 cp a la temperatura de bombeo (88F), determinar: a) Condiciones mnimas necesarias para tener flujo laminar en el OCP b) Condiciones mnimas necesarias para tener flujo turbulento en el OCP

Prdidas de presin por friccinLa fuerza de friccin, es en general, una fuerza que se opone al movimiento y su efecto es una reduccin de presin.

Xo*2T*r*(L (p*T*r2 . (L El factor de friccin (f) Es un factor que se utiliza para determinar los efectos necesarios para vencer la friccin y hacer posible el movimiento. Es una funcin del nmero de Reynolds, material del tubo y condicin de la pared del tubo. La naturaleza del fluido estn considerados en el nmero del Reynolds.

Para regmenes turbulentos (Re>4000)1 D ! 2 log10 1.74 2*I fPara regmenes laminares (Re