1DISEO DE FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA ESTACIONES DE PRODUCCION DE PETROLEO Y GAS. I.- INTRODUCCION Lasfacilidadesdesuperficiedeuncampoproductordehidrocarburos,estn constituidasporlosequipos,tanques,tuberas,accesoriosydemsinstalacionesde medicin,supervisin,controlyseguridad,quepermitenquelasoperacionesde produccin,recoleccin,transporte,separacin,almacenamientoybombeodelos hidrocarburos producidos, se realice de una manera optima y segura. Algunas de las funciones de estas facilidades son: Abrir y cerrar el flujo de los pozos y regular su volumen. Dirigirlaproduccindepozosindividualesaundeterminadoequipoofacilidadde almacenamiento. Dirigirunacorrientedeflujoatravsdemltiplesdeproduccin,demaneraqueel volumendegas,larazngas-petrleo,laproduccindeaguayotrosdatos individualesdelpozopuedanserregistradosparallevarunbuencontroldelos parmetrosdeproduccindelmismoytomardecisionesanteunaeventual reparacin. Almacenamiento de fluidos. Control y seguridad. Estecursocubrireldiseodelosequiposmayoresutilizadosenestasoperaciones, tales como tuberas, separadores, tanques, piscinas API, mecheros y calentadores. 1.1.-DESCRIPCIONGENERALDELASOPERACIONESDEPRODUCCIONDE PETROLEO EN SUPERFICIE. Enlafigura1puedenvisualizarselasprincipalesoperacionesdesarrolladasen superficie,acausadelmanejo,recoleccin,separacin,medicin,tratamientoy almacenamiento, de los hidrocarburos presentes en el yacimiento 1, los cuales son producidosporelpozo2yconducidosporsendaslneasdetuberasbajodos posiblesopciones:alseparadordepruebas3oalseparadorgeneralde produccin 4. Captulo I. Introduccin 2Figura 1. Flowing Oil Production Well and Flow Lines Separation and Storage Salt Water Disposal Captulo I. Introduccin 5Acontinuacin,losdiferentesfluidossedirigenenlaformasiguiente:elcrudo, anconpequeosvolmenesdeaguaygasdescarganalostanquesde almacenamiento 6, mediante las lneas de tuberas 7,donde finaliza la separacin deaguaygas,hastaunmnimopermisible,reguladopornormasyporlosclientes,elgasseenvaporlalnea8ala planta de gas, para la extraccin de lquidos, para su compresin y uso en operaciones de recuperacin secundaria, para gas lift, para su venta u otras operaciones. TOMADO DE API, Book 1 of Training Series El agua separada de los tanques se dirige al tanque de tratamiento 5 y de aqu al tanquedisposaldeagua9oalapiscinadeemergenciadedesechosoPIT 17.Unavezqueelaguaesfiltradaen10,esinyectada,utilizandoelpozo disposal 11. Enelgrficotambinpuedeobservarselabombaderecirculacin14,los medidoresdegas15,eldepsitodeinyeccindequmica16yelpersonal encargadodecertificar,muestrearyaforar(medir) el tanque 12 y el certificador de bombeo 13.1.2.- ESTACION DE PRODUCCION TIPICA Unaestacindeproduccintpicaestcompuestaporlossiguienteselementos bsicos: a.- UN MULTIPLE O CABEZAL DE ENTRADA Esteesellugarderecoleccindefluidos,dondetodaslaslneasentranala estacin. Cada lnea de entrada es instalada con una vlvula de retencin, para evitarelretroflujo,pudiendoserenviadoelflujoaunodetrescabezales: cabezal de prueba, un cabezal de alta presin y uno de baja presin. Losregistrosdepresindecadapozosonmonitoreadosdiariamenteala entrada del mltiple, despues de la vlvula de retencin. Tambinpuedeinyectarseenestepunto,qumicadesmulsificanteo antiespumante, aprovechando la mxima agitacin del fluido. b.-JUEGODEVALVULASOPERADASNEUMATICAMENTEINSTALADASEN CADA UNO DE LOS CABEZALES. Al ocurrir una falla o sobrecarga de alguna parte de la instalacin, es decir que si suceden condiciones de presin o de nivel anormales, es enviada una seal a estas vlvulas y las mismas cierran. De esta forma la estacin queda cerrada y se dice que est shut in. Captulo I. Introduccin 6El cierre de estas vlvulas, se reflejar como una sobrepresin en cada uno de lospozos,locualaccionarlasvlvulasdeseguridaddecadapozo, cerrndose tambin la produccin de los mismos. c.- LINEA PRINCIPAL MULTIFASICA Estalneaeslaqueconducelamezclamultifsicahastalosdiferentes separadores. d.- SEPARADOR DE PRUEBA Mediantelamanipulacindevlvulas,puedeenviarseelflujodeunpozo determinado al separador de prueba, permitindose de esta forma, contabilizar la produccin individual de petrleo y gas de cada uno de los pozos. e.- SEPARADOR GENERAL DE ALTA PRESION Aproximadamenteun80%delgasesseparadoenestelugaryladescarga lquida de este separador, se dirige al separador de baja presin. El gas pasa al scrubber de alta, en el cual las ltimas gotas de petrleo entrampadas en el gas son removidas. f.- SEPARADOR GENERAL DE BAJA PRESION La mezcla de gas y lquido es recibida del separador de alta y se remueve gran parte del resto del gas mezclado con el lquido. Lamezcladelquidoygaspuedesertambinrecibidadelmltiplede produccindebaja,sinpasarporelseparadordealta,yaquelospozos alineados a este separador de baja, normalmente no tienen suficiente presin para fluir al separador de alta. g.- SCRUBBER DE ALTA Y BAJA Estos recipientes, instalados a la descarga de gas de los separadores de alta y baja presin respectivamente, actuan como separadores o depuradores de las ltimasgotasdelquidoquepudiesenirentrampadasenlacorrientedegas, antesdeentrarestacorriente,alosgasoductosquellevarnestecaudalde gas a las plantas compresoras. Captulo I. Introduccin 7h.- TANQUES DE ALMACENAMIENTO Y BOMBEO La descarga de los separadores de baja estan direccionadas a los tanques de almacenamiento,cuyacantidaddependedelamagnituddelaproduccin manejada por la estacin. Estostanques tambin se clasifican como tanques deproduccin o de bombeo, en los casos que estn recibiendo la produccin delosseparadoresdebajaoestnalimentandolasbombasquemanejanel crudo a la estacin principal o a los terminales o patios de tanques. i.- BOMBAS DE CRUDO Estas bombas, instaladas en paralelo y alimentadas por el tanque de bombeo, medianteelcabezalrespectivo,envanlaproduccindelaestacinasu estacin principal o los terminales de embarque o patio de tanques. Las bombas pueden ser movidas a gas, mediante motores diesel o elctricos. j.- MECHEROS O VENTEOS Losmecherosoventeosconstituyensistemasdeseguridadparaaliviaro descargarelgasnoutilizadoporlaestacinporrazonesdeemergenciau operacionalesydebeestarcolocadoaciertadistanciareglamentariadela estacin por razones de seguridad. Tambin,porrazonesdeseguridadlosventeosnodebenposeerdispositivos mecnicosollamaspilotoparasuencendido,porloqueesnecesario encenderlos manualmente. k.- SISTEMAS DE SEGURIDAD Y CONTROL Lasestacionesdeflujosondiseadasparaoperarenformasemiautomtica. Esto significa que bajo circunstancias normales deber: 1. Controlar la presin y los niveles de cada recipiente. 2. Registrar y muestrear donde sea necesario. 3. Bombear los fluidos a las lneas principales de transporte. 4. Cerrar la estacin bajo condiciones anormales. 5. Quemar gas no utilizado o no manejado por la estacin. Captulo I. Introduccin 8Enotraspalabras,deberoperarcontinuamentebajocondicionesnormalesy manejar las condiciones anormales o de emergencia. Sicualquierinstrumentodela estacin falla, la estacin se cerrar, excepto 2circunstancias: -El separador de prueba tiene una alarma por alto nivel y el sistema cerrar slo el separador de prueba. -Altapresinenelsistemadegasdealta,cierrasolamenteelcabezalde alta. Las alarmas estandares de una estacin de flujo son las siguientes: -Alta presin en la lnea de gas de alta presin (cierra el separador de alta) -Alta presin en la lnea de gas de baja presin. -Alto nivel en el separador de alta presin, -Alto nivel en el separador de baja presin. -Alto nivel en el depurador de alta presin. -Alta presin en la lnea de bombeo. -Baja presin en el sistema de instrumentacin. -Alto nivel en el separador de prueba (cierra este separador). 1.3.- SIMBOLOGIA DE EQUIPOS Y CODIGOS DE LETRAS Losdiagramasdeflujodeintrumentacinyprocesos(P&Idiagrams),tambin llamadosDIT,definenesencialmentelalgicadecontrolyoperacindeun procesoyproveeunaayudavisualparagerenciaryguaparapotenciales usuarios.Adicionalmente,estosdiagramas,sonmuyutilesenvariasetapasde desarrollo delproyecto para: Analizar la seguridad de la instalacinantes de comenzar su construccin. Tabular equipos e instrumentacin, para propsitos de estimacin de costos. Guaparaelpersonaldeconstruccinymecnicosdurantelaetapade ensamblaje de la planta. Gua para analizar problemas durante la etapa de arranque. Adiestramiento al personal de operaciones. Ayuda para resolver los problemas diarios de operacin y de emergencia. Captulo I. Introduccin 9Los diagramas PI contienen cuatro tipos importantes de informacin, tales como: Brevedescripcinyespecificacionesdetodoslosrecipientes,vlvulasy tuberas. Brevedescripcindetodoslossensores,instrumentosydispositivosde control. La lgica de control utilizada en el proceso. Referencia adicional donde pueda encontrarse mayor informacin. LainformacinnormalmenteexcluidadeundiagramPIeslarelacionadaconel cableadoelctrico(normalmentedebeserconsultadoenundiagramaelctrico separado)yequiposnoincluidosenelproceso(estructurasdesoporte, fundaciones,etc) . Normalmente existen 2 partes del diagrama: el primero suministra un esquema de losequiposyelsegundodetallalosdispositivosdecontroleintrumentacin. Los diagramaPIsuministranuncuadroclarodecadapiezadelequipo, incluyendo la identificacinde las especificaciones, el tamao de varios equipos, materiales de construccinynmeroyrangodelosrecipientesdepresin.Losequiposyla instrumentacinsondefinidosentrminosdeuncdigoqueconsistede smbolos, letras y una numeracin del sistema. Esto es, cada pieza del equipo es asignadaconunsmbolopropio;unaletraesusadaparaidentificarcadatipode equipoyasesorarenclarificarelsmboloyademsseusannmerospara identificar individualmente cada pieza del equipo dentro de un tipo de equipo dado. Las tablas 1.2 y 1.3 anexas, ilustran este tipo de diagramasCuando describimos la instrumentacin es importante entender claramente lo que sedefinecomotal.Lostrminosdeinstrumentacinycontrolfrecuentemente incluidos en un diagrama PI son los siguientes: Lazo de intrumentacin (Instrument Loop) : es una combinacin de uno o mas instrumentos interconectados para medir o controlar una variable del proceso. Elemento final de control: Es un dispositivo que cambia directamente el valor de la variable usada para controlar la condicin del proceso. Transductor (Transducer or Converter):Es un dispositivo que recibe una seal deunafuentedepotenciayenvaunasealproporcionalenotrosistemade potencia.Untransductorpuedeactuarcomounelementoprimario,transmisoru otro dispositivo. Failclosed:Esuninstrumentoquesecerraranteunaprdidadepotencia (neumtica, elctrica, etc). Failopen:Esuninstrumentoqueseabriranteunaprdidadepotencia (neumtica, elctrica, etc). Captulo I. Introduccin 10Failsafe:Esuninstrumentoqueanteunaprdidadepotencia(neumtica, elctrica, etc) se posicionar de tal forma que no pueda crear un riesgo. Variable del proceso: Es una propiedad fsica o condicin en un fluido o sistema. Instrumento: Es un dispositivo que mide o controla una variable. Local: Es un instrumento localizado sobreel equipo. Remoto:Esuninstrumentolocalizadolejosdelequipo(normalmenteenuna central de control). Elemento primario: Es un dispositivo que mide una variable del proceso.Indicador:Esundispositivoquemideunavariabledelprocesoymuestrala variable en el punto de la medida. Transmisor: Es un dispositivo que detecta una variable del proceso a travs de un elemento primario y enva una seal proporcionala la variable, a un instrumento localizado remotamente. Controlador:Es un dispositivo que vara su salida automticamente en respuesta a cambios en la medicin de la variable del proceso, para mantener el valor de la variable en el punto deseado (setpoint). La instrumentacin normalmente se denota por un crculo en el cual la variable a sermedidaocontroladaseescribeconunsmboloapropiadodentrodelcrculo. Cuando el dispositivo de control es localizado remotamente, el crculo se divide por la mitad con una lnea horizontal. Lastuberassondenotadasporlneasslidas.Lastuberaspresentesenun diagrama PI deben ser acompaadas por la siguiente informacin de identificacin: -Nmero de la lnea. -Dimetro nominal y espesor (o Schedule). -Comienzo y final -Presin y temperatura de diseo -Corrosin especfica permisible -Acondicionamiento o requerimiento de proteccin del proceso . -Espesor y tipo del aislante -Presin de prueba (hidrosttica o neumtica) -Rango de flexibilidad de la tubera (esto es la temperatura mxima o mnima de operacin). Captulo I. Introduccin 11Tabla 1-2 (TomadasdeCHEMICALANDPROCESSEQUIMENTDESIGN,DavidAzbel,NicolasP.Cheremisinoff,ANN ARBOR SCIENCE). Captulo I. Introduccin 12Figura 1-3 (TomadasdeCHEMICALANDPROCESSEQUIMENTDESIGN,DavidAzbel,NicolasP.Cheremisinoff,ANN ARBOR SCIENCE). 1II.- CRITERIOS DE DISEO 2.1.- TCNICOS. En la ingeniera de diseo se aplican diferentes criterios tcnicos, unos de carcter generalobligatorios,dependiendodelmaterialdelequipoadisearyotros optativos, dependiendo si el fluido es monofsico o bifsico. Tamao y espesor Separacin entre equipos Disponibilidad de recursos energticos Composicin de los fluidos o productos a procesar Instalacin asistida o desasistida. Velocidad de los fluidos Temperatura de operacin Composicin del material Forma geomtrica Cargas estticas y cclicas Configuracin de la superficie y textura. Mtodos y tcnicas especiales de proteccin. Mantenimiento Compatibilidad con materiales adyacentes. Captulo II. Criterios de Diseo 2CRITERIOSDEDISEOGENERALOBLIGATORIOSPARAACEROAL CARBONO. CAIDACAIDA MAXIMACAIDA MAXIMA PROMEDIO DEDE PRESIONTOTAL DE PRESION PRESION PSI TIPO DE LNEAPSI/100 PIESPSI/100 PIES(APROX.) Lneas de succin de 0.250.4- Bombas y de descarga Por gravedad

Lneas de descarga de1.25 2.0- De bombas (exceptoAlta presin) Lneas de descarga de3.0 4.0 - Bombas de alta presin (700 psig mas) Lneas de vapor (lneas0.20.5 0.5 a 1.0Areas de torres, atmos- frica y de presin). Lneas de gas (dentrode los lmites de batera) 0.2 0.54.5 Lneas de gas (en puntosDe 5 a 10% de De conexin a lneas de la presin Empalme). --disponible. Lneas de succin de Compresores. 0.10.3 De 0.5 a 1.0 Lneas de descarga De compresores. 0.2 0.52 Lneas de vapor deAgua de alta presin(corta) 0.51.0 2 Lneas de vapor de Agua de alta presin (larga) 0.10.4 5 Lneas de descarga Captulo II. Criterios de Diseo 3 CAIDACAIDA MAXIMACAIDA MAXIMA PROMEDIO DEDE PRESIONTOTAL DE PRESION PRESION PSI TIPO DE LNEAPSI/100 PIESPSI/100 PIES(APROX.) De vapor de agua (corta) 0.2 0.4 1 Lneas de descarga De vapor de agua (larga)0.05 0.11.5 a 2 Lneas de agua (larga)0.25 0.55 Lneas de transfe- rencia de lquidos Y lneas de empal- me. -- 25 2.2.- ECONMICOS. En cuanto al aspecto econmico deben ser analizadas las siguientes categoras: Disponibilidad Cantidades requeridas Formas diferentes (barras, moldes determinados etc.) Formas metalizadas y pretratadas (galvanizadas, tratamiento de prefabricacin, plateado, etc) Formas revestidas (revestimiento de acero inoxidable) Uniformidad del material. Libre de defectos. Tiempos de entrega. Costo en formas diferentes -Barras, Hojas, esfricas,etc. -Fundicin. Captulo II. Criterios de Diseo 4-Extrusin. -Forja Limitaciones de tamao y tolerancias en formas diferentes -Longitud -Peso -Medida -Ancho CRITERIOS PARTICULARES Confrecuencia,aparatosysistemascomplejos,tuberasdeprocesoyotras estructurasdesoporteutilizandiferentesmetales,aleacionesyotros materiales.Sonconfrecuencia empleados en ambientes corrosivos o conductivos y, en la prctica, el contacto de materiales dismiles no puede evitarse totalmente. Esimportantequeeldiseominimizelosefectosdedaoporcorrosin, optimizando la compatibilidadde los materiales, por seleccin o por su distribucin en el diseo total. Los materiales compatible son aquellos que no puedan causar unafalladelsistema,pensandosiempreenseleccionaraquellosquese desempearneficientementeenunmedioapropiado,coneltamaoyla composicin optima. Adicionalmente a la influencia de unos materiales sobre otro debidoasudiferentepotencialelctrico,debenconsiderarseeneldiseo,las posiblesreaccionesqumicasadversas.,comoresultadodecambiosenlos materiales originados por variaciones del ambiente. Lassiguientesconsideracionesgeneralesdebenserseguidaseneldiseode todos los tipos de equipos de procesos: ! Metalesdismilesdebernestarencontacto(directamenteoatravesdeun medioconductivocomoagua,condensacin,etc),solamentecuando funcionalmente, el diseo as lo recomiende. ! Escalasdepotencialesgalvnicossonusualmenteindicadoresdecorrosin galvnica, sin embargo, se necesita conocer la cantidad de corriente que fluir entre metales dismiles. ! Para asegurar compatibilidad, se requiere en la descripcin en la ingeniera de detalles, la descripcin de todos los materiales y sus propiedades metalrgicas. Informacin general (esto es acero suave), no suministra suficiente informacin para establecer la compatibilidad en medios conductivos o corrosivos. ! La corrosin galvnica de metales dismiles puede ser minimizada controlando la humedad cercana a la conexin bimetlica. En general, si la junta bimetlica se mantiene seca, no ocurrir corrosin. Captulo II. Criterios de Diseo 5! Eviteelcontactodelasuperficiedemetalesdismiles,separndolos completamente.Estopuedelograrsemedianteseparacionesdielctricas provistasdevariasformas,medianteaislantesdegoma,sellanteso recubrimientos. ! La formacin de grietas o hendiduras entre metales dismiles debe ser evitada. Lacorrosinentales contactos es generalmente mas severa que la corrosin galvnica sola. Tambin, las grietas entre metalesy ciertos tipos de plsticos o elastmerospuedeninducirtasasaceleradasporlacombinacindeataques qumicosylagrieta..Elmuestreoesrecomendadoparaestablecerlas especificaciones finales de diseo. ! Los metales revestidos son candidatos para la corrosin galvnica a lo largo de los bordes expuestos. Un ejemplo es cobre/aluminio revestido de aluminio. ! Secuenciaysistemasapropiadosdesoldaduradepartesbimetlicasdeestructurasydeequipos,debenserespecificadosparaevitardistorsinyesfuerzos internos de los metales involucrados. ! Enfundicionesdealuminio,puedeninsertarsesinproblemasaceros resistentes. ! Fuentes de mercurio (ejemplo, termmetros) deben evitarse en la vecindad de equipos con aleaciones de cobre y aluminio. ! Sedebeevitarcomponentesdecarbnografitoconotrosmetalesen ambientes conductivos. ! Se deben evitar diseos que establezcan grandes gradiente de temperatura en equipos,yaqueocasionanunapolarizacinadversaenlosmetales componentes. ! Siunaseparacindielctricadeconexionesosujetadoresnopuedeser implementadafacilmente,lossujetadoresdebenserrecubiertosconuna pintura decromato de zinc y sus extremos deben ser encapsulados. 1III.- DISEO DE LNEAS DE FLUJO DE LQUIDO Y GAS 3.1.- GUIA GENERAL PARA EL DISEO DE SISTEMAS DE TUBERAS a.Asegureunaseparacinefectivaentreseccionesoconexionesdemetales diferentes, instalando medios aislantes. b.Latuberanodebeestarencontactodirectoconestructurasmetlicas conductivas. c.En calentadores y otros equipos crticos, situados aguas arriba de sistemas de tuberaconteniendounmedioconductivo,nodebenutilizarseempaquesde carbn o grafito. Las partculas de carbn pueden depositarse sobre los tubos de los intercambiadores de calor y provocar corrosin galvnica d.TAMAOSUTILIZADOSFRECUENTEMENTE:enlosEstadosUnidos, durante la poca de control de produccin fueron instaladas tuberas de 2 y 2 pulgadasdedimetro.Enotrospasessinrestriccionesdeproduccin,las lneasindividualesdelospozossonusualmentede2a4pulgadasde dimetro.Enalgunospozosdondenoseinstalatuberadeproduccin (ejemplo, en el oriente medio), se utilizan dimetros de hasta 6 pulgadas para elflujodepozosindividuales.Enoperacionesdeproduccincostafuera, tambin se utilizan lneas de gran tamao. e.MATERIALES: Lnea de acero API o su equivalente se usa normalmente como tuberadeflujo.EstatuberausualmenteestespecificadaporlanormaAPI Standars5L(APISpec.5L,SpecificationforlinePipe)paratuberasdebaja presin(menoresde1000psi)oAPIStandard5LXAPISpec.5LX, SpecificationforHighTestLinePipe)paraaltapresin,hasta aproximadamente 7500 psi. Elpuntocedente(yieldstrength)delosacerosrecomendadosporestas2 normas pueden observarse en la Tabla I. Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 2TABLA I MINIMUM SPECIFIED YIELD STRENGTHS S - PSI f.PRESION: La Tabla II presenta los valores de la presin de diseo lmite para variosgradosdetuberadelneadesde1hasta8,usadasparael transporte de petrleo, los cuales son derivados de la ecuacin: P = (2st/D)xFET En la cual: P = presin de diseo, psi t = espesor de pared, pulgadass = mnimo punto cedente especfico (yield strength), psi F = 0.72 E = 1.00(tubera sin costura) 0.60(tubera con costura) T = 1.00 (temperaturas desde 20 hasta 250 grados Fahrenheit) Los requerimientospara instalaciones de lneas de gas se dividen en 4 clases basadasenladensidaddepoblacindelasreasdondeseinstalar, proximidaddeinstalacionesindustriales,edificios,trficopesadoyotras consideracionespblicas,locualpudiesecontribuiradesastresencasode fallar la tubera. Estas clasificaciones son: Clase 1:reas abiertas o rurales con una densidad de poblacin menor a 12 personas por milla cuadrada, medida en cualquiera milla lineal del rea. Clase 2:Franjas de reas alrededor de ciudades o pueblos donde la densidad de poblacin excede a 12 personas por milla cuadrada. LINE PIPE API STD, 5L HI-TEST LINE PIPE API STD, 5LX BUTTWELDSEAMLESSOR ELECTRICWELD SEAMLESS OR ELECTRICAL WELD OHCLASS I GRADE AGRADE BGRADEX42GRADEX46 GRADEX52 250003000035000420004600052000 Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 3Clase3:reassubdivididasparausoindustrialocomercial,enlascualesel 10%delos lotes adyacentes al derecho de paso de la tubera son ocupados por casas o edificios industriales. Clase4:reasenlascualesexisten4omasedificioscomerciales,trfico pesado y otras instalaciones subterrneas. Las tasas de presin son calculadas aplicando la ecuacin anterior, ajustando el factor F en la forma siguiente: Clase 1F = 0.72 Clase 2F = 0.60 Clase 3F = 0.50 Clase 4F = 0.40 Laspresionesdelneasdegasparavariascondicionesdereas(clases)y grados de tubera son mostradas en la Tabla IV.Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 4Tabla II Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 5Tabla III Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 6Tabla IV Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 73.2.- CAPACIDAD DE LINEAS DE FLUJO MONOFSICO Y MULTIFSICO FLUJO DE LIQUIDOS a.- Ecuacin Bsica: WgDflv 2g 2v vX Vdp2 2122 = == = + ++ + + ++ + Para un cambio de velocidad despreciable: = == = = == = D gfLv 2Pc2fCada de presin debido a friccin Esta es la Ecuacin de Fanning: f es el factor de friccin de FanningRe16= f (Para Flujo Laminar) = fP Psi = L pies = v pies/seg = Lb/pies3 = Dpies b.- Frmula de Darcy-Weisbach = = f f 4'Factor de friccin de Moody o de Darcy-Weisbach D gLv fPcf22 '= Frmula de Darcy-Weisbach Re64'= = =Darcy Moodyf f f (Flujo Laminar) Para17 . 32 =cg y usando otras unidades convenientes: ( (( ( ) )) )dLv f 00129 . 0P2 'f = == = = PCada de pesin, psi = L Longitud de la tubera, pies = Densidad del Lquido, lb/pies3 Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 8= vVelocidad del Flujo, pies/seg = dDimetro de la tubera, pulgadas ='fFactor de friccin de Moody Tambin podemos escribir: 52 'fdV L f 76 . 43P = == = = Ppsi = LPies = Lb/pies3 = VPies3/seg = dPulgadas = == ='fFactor de friccin de Moody Nota:LaecuacindeFanningaplicatantoparaflujolaminarcomoparaflujo turbulento. Para 000 . 2 Re < >> >: (Turbulento) 194 . 0Re 04 . 0 = f(Tubera lisa) 172 . 0Re 04 . 0 = f(Tubera comercial) c.- Frmula de Hazen-Williams 54 . 063 . 2 54 . 0g 04 . 62 . 1Cd PQ = == = = Pprdida de friccin PSI/mile = QTasa, BBL/hora = ggravedad especfica = dI.D., pulgadas = ccoeficiente de aspereza 100 = cpara tuberas mas viejas (normales) Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 9 120 = cpara tuberas nuevas 100 < c para tuberas viejas en mal estado d.- Ecuacin de Miller 52dS fmQP = == = = Pcadade presin, psi/milla=mffactor de friccin de Miller = Qtasa de flujo, Bbl/hora = Sgravedad especfica= dI.D. de la tubera, pulgadas 210m01 . 2dZQ 24Log 8 . 1194 . 34 f( (( (( (( (( (( (( (( ( ( (( (

+ ++ += == = = Z Viscosidad, centistokes DensidadAbsoluta . Viscinemtica idad cos Vis = == =, Especfica GravedadPoiseStoke = == =, especfica GravedadCentipoises Centistoke = == =3.3.- LNEAS COMPLEJAS a.- Clculo de dimetros y longitudes equivalentes para la mismaP . Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 10 Para la misma cada de presin, fP : 2222 2'21121 1'1fgd 2v L fgd 2v L fP = == = = == = 2 1 = == = 211111d 785 . 0QAQv = == = = == =222222d 785 . 0QAQv = == = = == =2 1Q Q= == =512'2'11 2ddffL L| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = 5 11'12'21 2L fL fd d| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =Si '2'1f f = == = ;b.- Para lneas en serie 5121 25 / 1121 2ddL LLLd d| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = c.-. Lneas Paralelas EQUIVALENTE

Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 11 1. 2 1 0P P P = = 2. 2 1 0Q Q Q + = 3. 2 1 0L L L = =( (( ( ) )) )522 'fd 785 . 0 g 2LQ fP = == = Resolver para cadaQ, sustituir en (2.) y simplificar: ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )5 / 22 / 1'22 / 522 / 1'12 / 515 / 1'0 0fdfdf d( (( (( (( ( ( (( (

+ ++ + = == = Omitiendo la diferencia en 'f : [ ]5 / 22 / 52/" 51 0d d d + =PARA LONGITUDES IGUALES EJEMPLO Para dos lneas paralelas: [ [[ [ ] ]] ] ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ ] ]] ]5 / 22 / 5 2 / 55 / 22 / 522 / 51 0065 . 6 065 . 6 d d d + ++ + = == = + ++ + = == = 80 = dpulgadas Ahora, tenemos: Expresar como una tubera equivalente de ' '02 . 10 : (ARBITRARIO) Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 12 55121 2802 . 10500ddL L | || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =15422 = L pies de una tubera equivalente de ' '02 . 10 . Entonces tenemos: Lalongitudtotal,5542 1542 4000 = + =TL piesdeunatubera equivalente de ' '02 . 10 . 3.4.- ECUACIN GENERAL DE FLUJO DE GAS ( (( ( ) )) )2 / 15 222100GTfLd P PPTK Q( (( ( ( (( (

= == = o en terminologa general de tuberas: ( (( ( ) )) )2 / 15 222100GTfLd P PPT77 . 38 Q( (( ( ( (( (

= == =

Donde: = Q Tasa de gas, pies3/da @ 0 0, P T= f factor de friccin = T temperatura del flujo de gas,460 + = F R= G Gravedad especfica del gas = L Longitud de la tubera, millas = d I.D. de la tubera, pulgadas=1P Presin de entrada, psia =2P Presin de salida, psia =0T Temperatura base,R =0P Presin base, psia Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 13a.CLASES DE ECUACIONES DE FLUJO DE GAS 1.Frmulas donde el factor de friccin es constante. (Para sistemas de gas a baja presin). 2.Frmulasdondeelfactordefriccinesexpresadocomounafuncindel dimetro. (El ms usado). 3.Frmulasdondeelfactordefriccinesexpresadocomounafuncindel nmero de Reynolds. Ejemplos de las frmulas clase 2: Ecuacin de Weymouth Ecuacin de Panhandle Panhandle modificado Estas son las mas extensamente usadas por la industria del gas. ECUACIN DE WEYMOUTH ( 500 , 12' '< < P d PSI) 33 . 0008 . 0 d f =( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) E dGTLZP PPT49 . 433 Q3 / 85 . 0a222100( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =Podemos extender la aplicacin incluyendo la compresibilidad del gas. Tambin, podemos incluir un factor de eficiencia de la tubera,E , (a veces llamado factor de experiencia que usualmente vara de8 . 0a95 . 0 ). = Q pies3/da a 0 0& P T=2 1&P P Presin, psia =fT Temperatura promedio en el segmento de lnea,R . = d I.D. de la tubera, millas= L Longitud del segmento de tubera, millas =aZ Factor de compresibilidad promedio evaluado a f mT P & Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 14( (( ( ( (( (

= == =22213231mP PP P32P ECUACIN DE PANHANDLE ( 500 12' '> > P d psi) ( (( ( ) )) )1461 . 0d QG 52 f 1 = == =( (( ( ) )) ) E dG1LZ TP PPT87 . 435 Q6182 . 24606 . 05394 . 0a f22210788 . 100| || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || | | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =PANHANDLE MODIFICADA ( ) ( )01961 . 0 5 . 01 d QG f =( (( ( ) )) ) E dG LZ TP PPT737 Q530 . 2510 . 0961 . 0a f222102 . 100| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || | | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =Con las mismas unidades que antes. Enlamayorpartedelasaplicacionesdetuberas,elfactorE varade 0.85 a 0.95 en una lnea limpia. CORRECCIN POR ALTURA/" 1e22s 21LP e PA Q( (( ( ( (( (

= == =Donde: /" 52 / 1a f 00dfZ GT1PT77 . 38 A( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == == e Base del logaritmo natural 718 . 2 =a fZ TGH 0375 . 0s = == == H Altura de salida menos altura de entrada, pies Y en lo que respecta al factor de friccin? Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 15PARA PENDIENTE UNIFORME ( (( ( ) )) )SL 1 eLse = == =PARA PENDIENTE NO-UNIFORME ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )nns s33s s s22s s11seSL 1 e e...SL 1 e eSL 1 e eSL 1 eLn 1 nn1 3 2 1 2 1 1 + ++ + + ++ + + ++ + + ++ + = == = + ++ + a f Z TGHS110375 . 0=a f Z TGHS210375 . 0=a f Z TGHS310375 . 0=a fnZ TGHS0375 . 01 =n 3 2 1S ... S S S S + ++ + + ++ + + ++ + + ++ + = == = CORRECCINPORALTURAAPLICADOALAECUACINDE WEYMOUTH ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )E dZ LGT 1 eS e P PPT49 . 433 Q3 / 82 / 1a fss 222100( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =b.APLICACIN A LNEAS DE GAS COMPLEJAS LNEAS EN SERIE ) )) ) ` `` ` | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =16 / 3212 13 / 16212 1LLD DDDL LWEYMOUTH Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 16 ) )) ) ` `` ` | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =2060 . 0212 1854 . 4212 1LLD DDDL LPANHANDLE LNEAS EN PARALELO (WEYMOUTH) 2 / 1n3 / 8n2 / 123 / 822 / 113 / 812 / 103 / 80LD...LDLDLD+ ++ + + ++ + + ++ + = == =o si las longitudes de cada lnea paralela son iguales: ( (( ( ) )) )8 / 33 / 8n3 / 823 / 81 0D ... D D D + ++ + + ++ + + ++ + = == = Cuando la lnea forma un lazo en toda su longitud: ( (( (( (( ( ( (( (

| || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ + = == =3 / 81 1DD1QQ = Q Tasa en la lnea original = D Dimetro de la lnea original =1Q Nueva tasa en el sistema de lazos=1D Dimetro de la lnea en lazo Cuando solo una porcin de la lnea forma un lazo: = X fraccin de la lnea original( (( ( ) )) )23 / 813 / 83 / 821D DD1Q Q 1( (( ( ( (( (

+ ++ + = == =EJEMPLO 1: - Sistema en Serie Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 17101 = L millas ' '15 . 15 = D I.D.152 = L millas ' '25 . 17 = DI.D. 253 = L millas ' '34 . 19 = DI.D. Expresar como una tubera I.D. equivalente de ' '5 . 17 . (Esto es arbitrario) 10 . 195 . 155 . 1710DDL L3 / 163 / 161e1 e1= == = | || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = millas 152=eL millas 43 . 144 . 195 . 1725DDL L3 / 163 / 163e3 e3= == = | || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = millas 43 . 14 15 1 . 193 2 1+ + = + + =e e e tL L L L= X 53 . 48 =tL millas de una tuebra equivalente de ' '5 . 17 . Entonces, ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )3 / 82 / 1a12210085 . 1759 . 48 GTZP PPT49 . 433 Q( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =Sideseamosreemplazarlalneaporunalneadedimetrosimple, cuando tL esconocida,podramoscalculareldimetroequivalente correspondiente a aquella longitud total. 3 / 163e33 / 162e23 / 161e1 tDDLDDLDDL L| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ +| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ +| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = ( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ + = == =3 / 16333 / 16223 / 16113 / 16e tDLDLDLD L Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 18ENTONCES, ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )16 / 33 / 163 33 / 162 23 / 161 1teD L D L D LLD( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ += == =El alcance de este curso no permite la revisin de toda la hidralica, leyes de los gases o problemas de flujo multifsico envueltos en cada problema de flujo encontrado en el campo de operaciones. Sinembargo,ademsdelosejerciciosprcticosdeflujomonofsicoy multifsicosrealizadosamanoenclase,serealizarnejerciciosdeflujo monofsicoymultifsicoutilizandomodernasherramientasde computacin, adems de comprobar igualmente mediante el computador, los ejercicios hechos a mano. LaTablaVpresentalosprincipiosfundamentalesyfrmulasnecesarias paracalcularcaidasdepresinatravesdelneasdeflujoy potencia de bombeo requerido para mover un volmen de petrleo o agua a traves de la lnea, dada una caida de presin.Lafigura2esunnomogramabasadoenlafrmuladeHazen-Williams para la cantidad de flujo de gas a traves de lneas hasta 10 pulgadas. LaTablaVIesunajemplodevalorescalculadosdecaidadepresin(y HP) por cada 1000 pies de tubera para petrleo de 30 grados API (SG = 0.876)fluyendoatravsdelneasdesde2hasta6pulgadas.Tabla similares estn disponibles en la literatura para otras gravedades y agua fresca. Elvolmendegasquepuedesermanejadoa traves de varios tamaos detuberaspuedesercalculadoporlafrmuladeWeymouth.Esta formulaestaasociadaconlosfactoresmostradosenlaTablaVII,para tubera nueva. Las Tablas VIII presenta valores de flujo de gas y caida de presin por el mtododeWeymouthparalongitudesdelneashasta10millas. Volmenesycaidasdepresinparalongitudesintermediaspueden aproximarse por extrapolacin, descrito en la esquina inferior derecha de la Tabla III. La figura 2 es un nomograma que facilita rpida y facilmente el clculo del manejodeunvolmendegasporcada1000psidecaidadepresin, para dimetros de tubera hasta 12 pulgadas. Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 19 Figura 2 Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 20Tabla VI Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 21Tabla VII Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 22Tabla VIII - IX Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 23Tabla VIII 1B Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 24Tabla VIII - 2 Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 25 Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 26 EJEMPLO 2: 201 = L millas ' '14 . 19 = D I.D. 202 = L millas ' '25 . 15 = D I.D. 303 = L millas ' '34 . 19 = D I.D. De la misma forma para lazos de lnea: Primero reducir las lneas paralelas: ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ ] ]] ]8 / 33 / 8 3 / 88 / 33 / 823 / 81 05 . 15 4 . 19 D D D + ++ + = == = + ++ + = == =longitud de millas e equivalent Dimetro D 20 86 . 22' '0 = Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 27Entonces tenemos:Expresar como una tubera equivalente de ' '4 . 19: (ARBITRARIO) 33 . 886 . 224 . 1920DDL L3 / 163 / 16121 2= == = | || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = millas de la equivalente de ' '4 . 19 . De esta manera, 33 . 38 30 33 . 8 Lt= == = + ++ + = == =millas de ' '4 . 19Entonces entramos en la ecuacin de Weymouth. PROBLEMAS CLASE -A Calcular los hp de la bomba requeridos para enviar 1000 barriles por hora a travsdelsiguientesistemadepetrleo.Lagravedaddelpetrleoes35 API y la viscosidad es de 20 centipoise. La altura de salida esta 100 pies por debajo de la entrada. La eficiencia de la bomba es de 88 por ciento. PROBLEMA CLASE -B 1. Considere el siguiente sistema de gas: Sedeseaincrementarlacapacidaddelsistemaenun25porciento enlazando toda la distancia (24 millas de lazo). Qu dimetro de lnea en lazo, en pulgadas, se requiere?. La altura de salida es de 2000 pies por debajo de la entrada. Use la Ecuacin de Weymouth. Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 28 2. Calculelatasadeflujodegas,enMMCFD,acondicionesbasesde 60Fy14.4PSIAparaelsistemaenlazodelaparteI.Lapresinde entrada es de 900 PSIA, y la presin de salida es de 700 de PSIA. La temperatura de flujo de gas es de 70F. La gravedad especfica del gas esde 0.63.Use la Ecuacin de Weymouth. Asuma la eficiencia de la tubera de 90 porciento. SOLUCIN DE PROBLEMA DE CLASE-A Primero, reducir las lneas paralelas: /" 122 / 522 / 112 / 512 / 102 / 50LdLdLd+ ++ + = == = Seleccionar065 . 60 = d pulgadas y encontrar 0L : ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( (( (( ( ( (( (

+ ++ += == =( (( ( ( (( (

+ ++ += == =2 / 12 / 52 / 12 / 52 / 52 / 122 / 522 / 112 / 512 / 50 2 / 1010065 . 68071 . 8065 . 6LdLddL 927 . 00 = L millas de ' '065 . 6Entonces tenemos: ,927 . 20 =teL millas de tubera de ' '065 . 6,equivalente al sistema original Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 29 Calcular el nmero de Reynolds: = == =vdRe 85 . 035 5 . 1315 . 141API 5 . 1315 . 141. G . S = == =+ ++ += == = + ++ += == ==0Densidad de crudo( ) 04 . 53 4 . 62 85 . 0 = =LB/PIES3 ( )( ) 01344 . 0 000672 . 0 20 = = CP SEG PIES LB cp LB/PIE-SEG | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =BBLpies62 . 5SEG 3600HRHRBBL1000 Q3 561 . 1 = QPIES3/SEG ( (( ( ) )) ) 2006 . 012065 . 64d4A220= == = | || |. .. .| || |

\ \\ \| || | = == = = == = pies2 entonces, 782 . 7PIES 2006 . 0SEG PIES 561 . 1A Q v23= == = = == = = == = PIES/SEG De esta manera,( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )01344 . 012 065 . 6 782 . 7 04 . 53 vdRe= == = = == =522 . 15 Re= == =( (( ( ) )) )172 . 0172 . 0e522 , 15 04 . 0 R 04 . 0 f = == = = == =076 . 0 f= == =(para tuberas comerciales) Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 30d gfLv 2Pc2f = == = ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 12 065 . 6 2 . 3204 . 53 782 . 7 5280 927 . 20 0076 . 0 2P2f= == = 485 , 331 Pf= == = PSF HEAD t fP P P + ++ + = == = HEAD f tP P P = == = ( (( ( ) )) ) 5304 PIES 100PIESLB04 . 53 P3HEAD = == = | || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = LB/PIES2 Entonces,( (( ( ) )) )1 2 tP P PSF 181 , 326 5304 485 , 331 P = == = = == = = == = PSF 181 , 326 P P2 1= == = Entonces, ( (( ( ) )) ) 88 . 0HR HPLB PIES10 98 . 1PIESLB181 , 326BBLPIES62 . 5HRBBL1000HP623| || |. .. .| || |

\ \\ \| || | | || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == =1052 HP = == = HP SOLUCIN PROBLEMA DE CLASE-B 1.- 24 mi., d=? Encontrar 0d de la lnea en serie para24 =teL millas 3 / 163e33 / 162e23 / 161e1 e e e eDDLDDLDDL L L L L3 2 1 t | || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ +| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ +| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = + ++ + + ++ + = == = Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 31Resolver para eD : 16 / 33 / 16333 / 16223 / 1611eeDLDLDLLDr( (( (( (( (( (( (( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ += == = ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )16 / 33 / 16 3 / 16 3 / 16e712879524D( (( (( (( (( (( (( (( (( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ += == = 489 . 7 =eDpulgadas para 24 millas Ahora tenemos: ( (( (( (( ( ( (( (

| || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ + = == =3 / 81 1DD1QQ ( (( ( ) )) )( (( (( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |+ ++ + = == =3 / 83 / 81489 . 7D1QQ 25 . 1 Resolver para 1D (dimetro del lazo) 453 . 41 = Dpulgadas Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 32 2.- ( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ + = == =2 12 12 1 mP PP PP P32P( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ( (( (

+ ++ + + ++ + = == =700 900700 900700 90032Pm PSIA Pm2 . 804 =ParaPSIA P R T Gc c670 368 , 63 . 0' '= = =20 . 1 670 2 . 804' '= = =c m RP P P ( ) 44 . 1 368 460 10' '= + = =c f RT T T Entonces, del cuadro,865 . 0 =AZ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 530 865 . 063 . 0 2000 0375 . 0T ZhG 0375 . 0Sf A = == = = == = 1031 . 0 = S ( ) 902 . 0 71828 . 21031 . 0= = Se 098 . 0 0 . 1 902 . 0 1 = = Se Ahoraconvertirelsistemaenlazodelaparte1enunalneasimple equivalente. De la Parte 1, tenemos: [ ]8 / 33 / 823 / 81 0D D d + = ( ) ( ) [ ]8 / 33 / 8 3 / 80453 . 4 489 . 7 + = d 145 . 80 = dpulgadas para 24 millas equivalentes al sistema en lazo Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 33( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )ELZ GT 1 eS d e P PPT49 . 433 Q2 / 1A fS3 / 16 S 222100 ( (( ( ( (( (

| || || || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ ] ]] ]( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 90 . 0865 . 0 24 530 63 . 0 098 . 01031 . 0 145 . 8 902 . 0 700 9004 . 1452049 . 433 Q2 / 13 / 16 2 2 ( (( (( (( ( ( (( (

| || |. .. .| || |

\ \\ \| || |= == = 27 . 28 Q = == = MMCFD aF 60 &4 . 14PSIA APENDICE: LABORATORIO DE COMPUTACION A.- PRESENTACION DEL PROGRAMA FEP (FACILITY ENGINEERING PROGRAM) 1.1 CARGA DEL PROGRAMA: ARCHIVO FEP.bat B.- DISEO DE LNEAS DE LQUIDO 1.1 ECUACION DE DARCY 1.2 ECUACION DE HAZEN-WILLIAMS 1.3 DISCUCIN DEL PROGRAMA 1.4 SELECCIN DE LA ECUACION ADECUADA. 1.5 SOLUCION DE PROBLEMAS CON AYUDA DEL COMPUTADOR. C.- DISEO DE LNEAS DE GAS 1.1 ECUACION DE OLIPHANT 1.2 ECUACION DE WEYMOUTH CON P1 Y P2 1.3 ECUACION DE WEYMOUTH CON CAIDA DE PRESION 1.4 ECUACION DE PANHANDLE 1.5 ECUACION DE AGA (EXXON) 1.6 DISCUSIN DELPROGRAMA Captulo III. Diseo de Lneas de Flujo de Lquido y Gas 341.7 SELECCIN DE LA ECUACIN ADECUADA. 1.8 SOLUCION DE PROBLEMAS CON AYUDA DEL COMPUTADOR. 1IV. DISEO DE SEPARADORES 4.1.- SEPARADORES. a.PRINCIPIOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS Losprincipiosbsicos,leyesfsicasyaccesoriosutilizadosparasepararelgas dellquidosonlagravedad,lasfuerzascentrfugas,elefectodedeflectoresy platosperforadosomallas.Otroefectoaprovechadopara separar el lquido del gas, es el efecto de mojamiento, el cual consiste en la propiedad que poseen las pequeasgotasdellquidodeadherirseadeflectoresyplatosporadhesiny capilaridad.Tambin,lascadasdepresinatravsdepequeosorificiosde coladores ocasiona que el lquido caiga. Los separadores son construidos de tal forma que el fluido entre produciendo un movimientorotacional,impartiendoalfluidounmovimientocentrfugoque ocasionaqueellquidochoqueconlasparedesdelrecipienteycaigapor gravedad.Amedidaqueellquidocae,chocaconlosdeflectoresyplatos, producindose por agitacin separaciones ulteriores. El gas sale por el tope y el lquidoporelfondo.Elniveldelquidodelseparadorescontroladoporuna vlvulaflotanteyunavlvulatipobackpressurealasalidadelseparador, controla la presin de salida del mismo. b.DIAGRAMADEFASESYFACTORESQUEAFECTANELPROCESODE SEPARACION. Lapresindeoperacindeunseparadordependetantodelapresinfluyente del tubing del pozo (THP), como de la relativa cantidad de gas natural presente enlafaselquida.Deacuerdoconeldiagramadefases,uncambioenesta presin, afecta las densidades de gas y de lquido, la velocidad de los fluidos y el volumenactualdela mezcla. El efecto neto de un incremento en la presin, es un incremento en la capacidad de gas del separador. Latemperaturaafectalacapacidaddelseparador,solamentesiafectael volumen actual de la mezcla y las densidades del gas y el lquido. El efecto neto deunincrementodelatemperatura,esunadisminucinenlacapacidadde separacin.Loscontrolesdetemperaturageneralmenteinvolucransistemasde enfriamiento, los cuales generalmente van acompaados de intercambiadores de calor, torres de enfriamiento, etc. La composicin de las mezcla multifsica, la tasa de flujo, las propiedades fsicas delamezcla,diseodelequipo,extractoresdeneblina,gradodeagitacindel fluido,reade la interfase gas-lquido, volmenes de gas y petrleo, cantidad y Diseo de Separadores Gas Lquido 2tipodeaguaygradodeemulsindelamezcla,sonengenerallosfactoresa considerar en un proceso de separacin gas-petrleo. c.NIVELES Y ETAPAS DE SEPARACION Para obtener una separacin mas eficiente y completa, 2 o mas separadores se conectanenserie,reducindoselapresinencadaetapa,loqueseconoce como etapas o niveles de separacin o separacin en mltiples etapas. El lquido saliendo de cada separador, experimenta una separacin de gas, cada vez que se reduce la presin en la etapa subsiguiente. Estesistemaesusadoenaquelloslugaresdondeespreferibletenerpequeas cantidades de gas en solucin en la fase de petrleo o un pequeo destilado en lacorrientedegas.Estasseparacionesmltiples,operacionalmenteeficientes, dan como resultado productos lquidos de calidad y gas seco. Diseo de Separadores Gas Lquido 3Para mejorar la separacin y recuperacin mxima de lquidos, puede combinarse con las etapas de separacin, la instalacin de depuradores de gas o scrubbery el enfriamiento del gas. 4.2.- DISEO GENERAL DE SEPARADORES GAS-LQUIDO. a.SEPARACIN VAPOR LQUIDO b.ALCANCE Presentarlosconceptosrequeridoseneldiseoderecipientesseparadores demezclasdevaporlquido,lquidolquidoylquidolquidovapor;tales como:principiosbsicosdelaseparacindemezclas,descripcindelos diferentestiposdeseparadoreseinternosqueloconforman,ylos fundamentos tericos que rigen el diseo de los mismos, haciendo nfasis en la separacin vapor-lquido. c.CONSIDERACIONES BSICAS d.SEPARADORES FSICOSPrcticamente cada proceso en la industria petrolera requiere de algn tipo de separacin de fases. El trmino separador es aplicado a una gran variedad de equiposusadosparasepararmezclasdedosomsfases.Estasmezclas pueden estar formadas por: una fase vapor y una lquida; una fase vapor y una slida;dosfaseslquidasinmiscibles(aceite/agua);unafasevaporydos lquidas o alguna otra combinacin de las anteriores. El diseo apropiado de los separadores es de suma importancia, debido a que estostiposderecipientessonnormalmentelosequiposinicialesenmuchos procesos. Un diseo inadecuado puede crear un cuello de botella que reduzca la capacidad de produccin de la instalacin completa. Diseo de Separadores Gas Lquido 4 e.PRINCIPIOS DE SEPARACIN Eneldiseodeseparadoresesnecesariotomarencuentalosdiferentes estadosenquepuedenencontrarselosfluidosyelefectoquesobrestos puedan tener las diferentes fuerzas o principios fsicos. Losprincipiosfundamentalmenteconsideradospararealizarlaseparacin fsicadevapor,lquidososlidosson:elmomentumcantidadde movimiento, la fuerza de gravedad y la coalescencia. Toda separacin puede emplear uno o ms de estos principios, pero siempre las fases de los fluidos debenserinmisciblesydediferentesdensidadesparaqueocurrala separacin. 1.-Momentum(CantidaddeMovimiento):Fluidoscondiferentes densidadestienendiferentesmomentum.Siunacorrientededosfases cambianbruscamentededireccin,elfuertemomentumolagran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partculas de la fase pesadasemuevantanrpidamentecomolasdelafaseliviana,este fenmeno provoca la separacin. 2.- Fuerza de Gravedad: Las gotas de lquido se separan de la fase gaseosa, cuandolafuerzagravitacionalqueactasobrelasgotasdelquidoes mayorquelafuerzadearrastredelfluidodegassobrelagota.Estas fuerzasdefinenlavelocidadterminal,lacualmatemticamentese presenta usando la ecuacin siguiente: ( (( ( ) )) ) C 3d 4Vgg l g gt = == = (Ec. 1) donde:En unidades SI En unidades Inglesas Vt = Velocidad terminal de la gota de Lquido m/spies/s g=Aceleracin de la gravedad9.807 m/s2 32.174 pie/s2 dg =Dimetro de la gotampies Diseo de Separadores Gas Lquido 5 En unidades SI En unidades Inglesas g = Densidad del gaskg/m3 lb/pie3 l = Densidad del lquidokg/m3lb/pie3 C = Coeficiente de arrastre que depende del Nmero de ReynoldsAdimensional Para caso de decantacin de una fase pesada lquida discontinua en una fase liviana lquida continua, aplica la ley de Stokes (Ec. 2). ( (( ( ) )) ) = == =18gd FVL P2g 1t (Ec.2) donde: En unidades SI En unidades Inglesas Vt = Velocidad terminal de decantacin m/spies/s dg =Dimetro de la gotampies F1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 10001 g=Aceleracin de la gravedad9.807 m/s2 32.174 pie/s2 p = Densidad de fase pesadakg/m3 lb/pie3 L = Densidad de fase livianakg/m3lb/pie3 = Viscosidad de la fase continua mPaslb/pie/s gg l2 cF V = == = (Ec. 3) donde: Diseo de Separadores Gas Lquido 6 En unidades SI En unidades Inglesas Vc = Velocidad criticam/spies/s l = Densidad del lquido a condiciones de operacin kg/m3 lb/pie3 g = Densidad del vapor a condiciones de operacin kg/m3lb/pie3 F2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0.0480.157 3.-FlujoNormaldeVapor:Elflujonormaldevapor(ogas),eslacantidad mximadevaporalimentadaaunseparadoracondicionestpicasde operacin(esdecir,enausenciadeperturbacionestalescomolasque aparecenaconsecuencia de inestabilidades del proceso o a prdidas de la capacidad de condensacin aguas arriba del mismo). Losseparadoressonaltamenteefectivosparaflujosdevapordelorden de150%delflujonormaly,porlotanto,noesnecesarioconsiderarun sobrediseoeneldimensionamientodetalestambores.Sisepredicen flujosmayoresal150%,eldiseodeltambordebeconsiderardicho aumento. f.EFICIENCIA DE LA SEPARACIN La eficiencia de separacin del lquido se define segn la Ec.(4). ( (( ( ) )) )FC F100 E = == =(Ec. 4) donde: En unidades SI En unidades Inglesas E = Eficiencia de separacin, % F= Flujo del lquido alimentado al tambor kg/slb/h C = Lquido arrastrado hacia la cabecera del tambor kg/slb/h Diseo de Separadores Gas Lquido 7g.INTERNOS Paraayudaralprocesodeseparaciny/impedirproblemasdeoperacinaguas abajo del equipo separador, dentro del tambor se incluyen ciertos aparatos, los cuales sern conocidos genricamente como Internos. Entre los internos ms usados se tienen: Deflectores/Distribuidores/Ciclonesdeentrada:Estosaditamentos internos adosados a la(s) boquilla(s) de entrada, se emplean para producir un cambio de cantidad de movimiento o de direccin de flujo de la corriente deentrada,yasproducirlaprimeraseparacinmecnicadelasfases, ademsdegenerar(enelcasodelosdistribuidores),unpatrndeflujo dentro del recipiente que facilite la separacin final de las fases, reduciendo posiblementeeltamaodelaboquilladeentraday,enciertamedida,las dimensiones del equipo mismo. EliminadoresdeNiebla:Loseliminadoresdenieblasonaditamentospara eliminarpequeasgotasdelquidoquenopuedenserseparadasporla simpleaccindelagravedadenseparadoresvaporlquido.Entrelos diferentestiposexistentes,destacanlasmallasdealambreplstico, conocidos popularmente como demisters Mallas Rompevrtices:Estnadosadosinternamentealasboquillasdelquido,y sufuncinesevitarelarrastredeburbujasdevapor/gasenlacorriente lquida que deja el tambor. h.CLASIFICACIN Y DESCRIPCIN DE LOS SEPARADORES Los separadores pueden clasificarse, segn su forma en: Separadores cilndricos Separadores esfricos Separadores de dos barriles Tambin los separadores cilndricos pueden clasificarse segn su orientacin en: Separadores verticales - Separadores horizontales Otraclasificacinseradeacuerdoalamaneradeinducirfsicamentela separacin: Separadores por gravedad (tpico separador vertical gaslquido) Diseo de Separadores Gas Lquido 8 Separadores por impacto (separadores de filtro) - Separadores por fuerza centrfuga (separadores centrfugos) Acontinuacinsehaceunabrevedescripcindealgunosdeestostiposde separadoresy,enelcasodelosseparadoresmsusados(verticalesy horizontales), se presentan algunas ventajas y desventajas. - Separadores Verticales (fig. 1)Enestosequipos,lafasepesadadecantaendireccinopuestaalflujo vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede levemente la velocidad de decantacin de la fase pesada, no seproducirlaseparacindefases,amenosqueestafasepesada coalescaenunagotamsgrande.Entrelasventajasydesventajasdel separador vertical estn: Ventajas ! Normalmenteempleadoscuandolarelacingasovaporlquidoes altay/ocuandoseesperangrandesvariacionesenelflujode vapor/gas. ! Mayor facilidad, que un tambor horizontal, para el control del nivel del lquido,yparalainstalacinfsicadelainstrumentacindecontrol, alarmas e interruptores. ! Ocupa poco espacio horizontal ! Lacapacidaddeseparacindelafaseliviananoseafectapor variaciones en el nivel de la fase pesada. ! Facilidad en remocin de slidos acumulados. Desventajas ! El manejo de grandes cantidades de lquido, fuertes variaciones en la entradadelquido,separacinlquidolquido,obligaatener excesivostamaosderecipientes,cuandoseseleccionaesta configuracin. ! Requierenmayordimetro,queuntamborhorizontal,parauna capacidad dada de gas. ! Requieren de mucho espacio vertical para su instalacin! Fundacionesmscostosascuandosecomparancontambores horizontales equivalentes. Diseo de Separadores Gas Lquido 9! Cuando hay formacin de espuma, o quiere desgasificarse lquido ya recolectado, se requieren grandes volmenes de lquido y, por lo tanto, tamaos grandes de tambores verticales. Como ejemplos de separadores verticales, tenemos: ! Tambordesuccindecompresor:Serequiereunaseparacin lquidovapormuyeficiente,especialmenteparatamboresasociados acompresoresreciprocantes.EstostamboresKOsediseanpara incluirmallaseparadoradegotasy,algunasveces,seincluye calentamientoportrazasdelasalidavaporparaevitarcondensacin en la lnea ! TambordelaalimentacinalAbsorbedordeGascido:Se requiereunaseparacinlquidovapormuyeficiente,paraevitarla formacin de espuma en el absorbedor. - Separador horizontal (fig. 1 y 3) En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la direccin horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua puedaviajaraunavelocidadsuperioralavelocidaddedecantacindela fasepesadadiscontinua(hastaunciertolmite).Entrelasventajasy desventajas de este tipo de separadores estn: Ventajas ! Normalmenteempleadoscuandolarelacingasvaporlquidoes baja. ! Requieren de poco espacio vertical para su instalacin. ! Fundacionesmseconmicasquelasdeuntamborvertical equivalente. ! Por lo general, son ms econmicos. ! Requierenmenordimetro,queuntamborvertical,parauna capacidad dada de gas. ! Manejangrandescantidadesdelquido,fuertesvariacionesenla entradadelquido,separacinlquidolquido,optimizandoel volumen de operacin requerido. ! Los volmenes de retencin facilitan la desgasificacin de lquido y el manejo de espuma, si se forma. Diseo de Separadores Gas Lquido 10Desventajas ! Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separacin de la fase liviana. ! Ocupan mucho espacio horizontal. ! Difcilremocindeslidosacumulados(Necesidaddeinclinarel recipiente aadir internos como tuberas de lavado) Como ejemplo de separadores horizontales, tenemos: ! Separadoresdeproduccin:(tambinconocidoscomoTambores FreeWaterKnockOut(FWKO));serequieredeunseparacin vaporlquidoeficiente,especialmentecuandoelgasfluyehaciaun compresor.Ademslaseparacindelaceiteopetrleodelafase acuosa(Separadorlquidolquidovapor),debeserrazonablemente buena para evitar sobrecargar los equipos aguas abajo de tratamiento deagua.Muyamenudo,serequieredeinyeccindequmicos desemulsificantes y rompedores de espuma. ! Tamboresdealivio:.Serequieredeunaseparacinvaporlquido razonablementebuena,paraasevitararrastredegotasdematerial hidrocarburoquearderanenelmechurrioasociado,yaquedichas gotas produciran una excesiva radiacin en el mechurrio, adems que podrancaergotasdematerialardiendodesdeelmechurrio, generando posibles emergencias. - Separador Centrfugo (Fig. 4.) Ofrecenunespacioeficiente,perosonmuysensiblesalatasadeflujoy requierenunamayorcadadepresinquelaconfiguracinestndardeun separador.- Separador de filtro (Fig. 5.) Los separadores de filtro usan el principio de aglomeramiento de goticas de lquido en un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla.Elaglomeramientomscomnyeficienteestcompuestodeunmedio filtrantetubulardefibradevidrio,elcualescapazderetenerpartculasde lquidohastatamaosdesubmicrones.Elgasfluyedentrodelaparte superior del empaque del filtro, pasa a travs de los elementos y luego viaja haciaafuerapormediodelostubos.Laspartculaspequeassecas(silas hay, por arrastres de slidos productos de corrosin), son retenidas en los elementos filtrantes y el lquido se aglutina para formar gotas ms grandes. Diseo de Separadores Gas Lquido 11La eficiencia de un separador de filtro depende mayormente del diseo apropiado del empaque del filtro y que este produzca una cada de presin mnima, mientras retiene una eficiencia de extraccin. Losseparadoresfiltrosonutilizadosenaplicacionesdealtoflujodegas/ bajoflujodelquidoypuedentenerambasconfiguracioneshorizontalo vertical. Son utilizados comnmente a la entrada de los compresores en las estacionescompresoras,comoundespojadorfinalaguasarribadelatorre contractoradeglicolyenaplicacionesdegasdeinstrumentacin/ combustible. i.DESCRIPCIN DE LOS INTERNOS DE UN SEPARADOR Losinternosdeunseparadorprestanunagranvariedadde funciones, todas conelobjetivodemejorarlaseparacindelasfasesy/ogarantizaruna operacinconfiableyseguradelosequiposaguasabajo.Entretales funciones estn: ! Separacinprimariadelasfases:Reduccindelmomentumdelas fasesocambioenladireccindelflujodelasmismas(deflectores, distribuidores de entrada). ! Reduccinenoleajeosalpicaduras:evitaoreduceelrearrastrede gotasdelquidoporlacorrientedevapororeducelaturbulenciaen separaciones lquidolquido (planchas rompe olas). ! Coalescenciadegotasmuypequeas:Paraseparacionesvaporlquido,los eliminadores de niebla (mallas de alambre, laberinto de aletas, etc). Paraseparacin lquidolquido, los platos o esponjas coalescedoras ! Reduccindelarrastredeburbujasdevapor/gasenlasalidade lquido: rompe vrtices. ! Reduccin mecnica de formacin de espuma: placas rompe espuma. ! Limpiezainternaderecipientes:Cuandoseesperaunadeposicin continua de slidos que no pueden ser fcilmente removibles ! Reduccindeltiempodedecantacin:enelcasodeseparaciones lquidolquido,sebuscareducireltiempoenqueunagotadelafase pesadadiscontinuaalcancelainterfasepesadaliviana(placasde decantacin). Acontinuacinsepresentaunabrevedescripcindealgunosejemplosde internos: Diseo de Separadores Gas Lquido 121.- Deflectores (Fig 6.) Los deflectores tienen una gran variedad de formas; pueden ser de placa, ngulo, cono, codo de 90 , o semiesfera. El diseo y forma del deflector depende principalmente del soporte requerido para resistir la carga de impacto a la cual es sometido. Estas fuerzas de impacto pueden llegar a desprender el elemento y ocasionar serios problemas de arrastre. Para efectos prcticos, eltipodedeflectorausar(cuandonoseempleendistribuidores)esel codo de 90 . 2.- Distribuidores de entrada (Fig 6.) Losdistribuidoressonaditamentosdetuberainternamentecolocados perpendicularmentealaboquilladeentrada,loscualestienenranuras orificios,porloscualessalenlasdosfasesaunabajavelocidad.Estos aparatos,adems,ayudanaunadistribucinparejadelasfasesenel rea disponible de flujo, que favorece la separacin de la mismas. 3.- Ciclones (Fig 7.) Losciclonesfuncionandeformaquelaseparacinmecnicaseefecta porlafuerzacentrfugaqueactasobrelaspartculasalprovocarel movimientogiratoriosobrelacorrientedealimentacin.Paralograreste efectosecolocaunachimeneaciclnicacercadelaboquillade alimentacin. Esta chimenea produce una alta velocidad y una gran cada de presin. Estosdispositivosproducenlaseparacindebidoauncambioenla cantidad angular de movimiento de la corriente bifsica. Estos elementos tienenformadecicln,esdecir,uncilindrohuecoconaberturasque permitenlaentradadelacorrienteenformatangencial.Elgasgiraen tornoalejedelcilindroyabandonalapartesuperior,mientrasquelas partculaslquidasporefectodeladiferenciadedensidadessalen desprendidasdelacorrientelafuerzacentrfugaaplicadasobreellas debido a la rotacin, golpeando las paredes del elemento y goteando por laparteinferior.Suprincipalusoselimitaacorrientesformadas bsicamente por gas o cuando la diferencia de densidad relativa entre las fases es pequea. Un aspecto importante respecto a estos eliminadores es que la eficiencia deseparacindependemuchodelavelocidaddelgasyporlotantodel caudalmanejado.Cuandoestecaepordebajodelosvalores recomendadosporelfabricante,laeficienciadeseparacindisminuye drsticamente,porestaraznnosonrecomendadoscuandoelflujode alimentacinesvariable,comoporejemploenlosseparadoresde estacionesdeflujo.Porotraparte,cuandolavelocidadesmuyaltase Diseo de Separadores Gas Lquido 13produce abrasin y desgaste excesivo, obligando al cambio frecuente del mismo y generando cadas de presin de hasta 140 pulg de agua.4.- Eliminador de niebla tipo malla (Mallas) (Fig 7.) Descrito en general como demister Malla de Alambre, consiste en un filtro trenzado de alambre, normalmente de acero inoxidable empacado en formadeesponjacilndrica,conunespesorentre3y7pulgadasy densidadentre10y12lb/pie3.Esteelementoretienelaspartculas lquidashastaqueadquierenuntamaosuficientementegrandecomo paraqueelpesosuperetantolatensinsuperficialcomolaaccinde arrastreproducidaporelgas.Poseeunadelasmsaltaseficienciasde remocin y es preferido debido a su bajo costo de instalacin.Estoseliminadorestienenlaventajadequeproducenunabajacadade presin,ysonaltamenteefectivossilavelocidaddelvaporpuede mantenersedentrodeunrangoapropiado.Ladesventajaprincipal respecto a los otros tipos de eliminadores radica en el hecho que el gas es forzadoapasaratravsdestosporlosmismoscanalesporlosqueel lquidoesdrenadobajolainfluenciadelagravedad,esdecir,enelrea libredeleliminadorexisteflujoendossentidos.Sinosonespecificados apropiadamente, puede suceder que: ! El lquido no pueda abandonar el elemento y se acumule en ste. ! Elflujodegassearestringidocomoconsecuenciadeesta acumulacin. ! Lacadadepresinllegueatalvalorqueellquidoseaexpulsado aguas abajo del separador, ocasionando arrastre. ! Ladesventajaconrespectoaotroseliminadoresdeniebla,es que si hay slidos pegajosos en la corriente de gas es un servicio sucio, el sistema es ms propenso a obstruirse. 5.- Eliminador de niebla tipo aleta (Fig 7.) Los eliminadores tipo aleta consisten en un laberinto formado por lminas de metal colocadas paralelamente, con una series de bolsillos recolectores de lquido. Elgasesconducidoentrelasplacas,sometidoasucesivoscambiosde direccin,mientrasquelaspartculaslquidastiendenaseguirenlnea rectaysonatrapadasenlosbolsillosdeleliminador.Unavezall, coalescenysonconducidasendireccinperpendicularalflujodegas hasta el fondo del recipiente. Una caracterstica de este elemento es que el lquido recolectado no es drenado en contracorriente al flujo de gas; en Diseo de Separadores Gas Lquido 14consecuencialaeficienciadeseparacinconrespectoaleliminadortipomalla aumenta considerablemente. Las ventajas de este eliminador son su alta eficiencia y durabilidad. Adicionalmente,debidoaqueseconstruyenenformacompactanoson propensos a desarmarse. Lasdesventajassonsususceptibilidadataponarsecuandomanejan crudos parafinosos o asfaltnicos, adems su alto costo en relacin a los otros tipos de eliminadores.6.- Rompe vrtices (Fig. 8.) Cuandounliquidoesdrenadodeunrecipiente,sepuedenproducir condicionesqueoriginenlaformacindeunremolino.Esteefectoen separadoresocasionaelescapedelafasedevaporporlaboquillade desalojodelquido,locualesindeseablesobretododesdeelpuntode vistadeseguridad.Parasolventaresteproblemaesusualdotaralos recipientesdeelementosqueobstruyanodificultenlaformacinde remolinos. 7.- Placas rompe espumas (Fig. 8.) Consisteenunaseriedeplacasparalelaslongitudinalesdireccionadoras del flujo, colocadas en la zona de retencin de lquidos de los separadores horizontales. Estasplacasevitanquelasburbujasdegasqueasciendenatravsdel lquidocolapsenyproduzcanlaagitacinnecesariaparaformarla espuma. 8.- Rompe olas (Fig. 8.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar la propagacindelasondulacionesyloscambiosdenivelendireccin longitudinalquesonproducidosporlaentradasbitadetaponesde lquidodentrodelseparador.Paraeliminardichasondulacionesesusual colocarplacasensentidotransversalalseparador,conocidascomo rompeolas. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas errneas producto del oleaje interno.9.- Tuberas internas (Fig. 8.) Cuando se manejan crudos y productos sucios, es recomendable adecuar tantoelseparadorhorizontalcomoelvertical,conunsistemainternode Diseo de Separadores Gas Lquido 15tuberasquepermitanlainyeccindeagua,vaporosolventesparaeliminarlas impurezas que se depositan en el equipo durante su operacin o para desplazar a loshidrocarburosantesdeprocederalaaperturadelrecipiente,porlo cualestosequipossonmuytilescuandoseefectanparadaspor mantenimiento.j.Problemas Operacionales Tpicos a Tomar en Cuenta en el Diseo - Formacin de espuma Latendenciaaformarespumadeunamezclavaporlquidoovaporlquidolquido afectar severamente el desempeo del separador. Generalmente, si se sabe que la espuma es un problema antes de instalar el recipiente, pueden incorporarse deflectores de espuma como el mtodo mseconmicodeeliminarelproblema.Sinembargoenalgunoscasos puedesernecesarioresolverunproblemaenparticular,usando soluciones ms efectivas como agregar longitud extra al recipiente o usar aditivosqumicos.Cualquierinformacinquepuedaobtenersesobrela dispersindeespumaporanlisisdelaboratorio,antesdeldiseodel separadoresdemuchaayuda.Uncaso especfico de esta situacin son los separadores de Produccin (gaspetrleo o gaspetrleoagua). - Flujo de avance Algunaslneasdeflujobifsicomuestranlatendenciaauntipodeflujo inestable,deoleaje,quesedenominaflujodeavance.Obviamentela presenciadelflujoavancerequiereincluirplacasrompeolasenel separador. - Materiales pegajosos Alimentacionesconmaterialespegajosos,comoeselcasodecrudos parafinosos,puedenpresentarproblemasoperativos,debidoal ensuciamiento o incrustacin de los elementos internos. - Rompe olas (Fig. 8.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar la propagacindelasondulacionesyloscambiosdenivelendireccin longitudinalquesonproducidosporlaentradasbitadetaponesde lquidodentrodeseparador.Paraeliminardichasondulacionesesusual colocarplacasensentidotransversalalseparador,conocidascomo rompeolas. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas errneas producto del oleaje interno Diseo de Separadores Gas Lquido 16- Tuberas internas (Fig. 8.) Cuando se manejan crudos y productos sucios, es recomendable adecuar tanto el separadorhorizontalcomoelvertical,conunsistemainternodetuberas quepermitanlainyeccindeagua,vaporosolventesparaeliminarlas impurezasquesedepositanenelequipodurantesuoperacinopara desplazaraloshidrocarburosantesdeprocederalaaperturadel recipiente,porlocualestosequipossonmuytilescuandoseefectan paradas por mantenimiento. - Gua a Seguir para todo Tipo de Separadores Lasiguientemetodologaesconlafinalidaddeserutilizadacomouna gua general para el diseo de separadores. Paso1.Obtencindelainformacindeproceso(propiedadesdelas corrientes)ydelafuncinqueseesperarealizar.Deacuerdoalos procedimientosquesepresentarnenlosdocumentossiguientes,se requiere obtener la siguiente informacin: InformacinVapor/gasLquido(s)General DensidadXX ViscosidadXX Tensin superficialX Flujo (msico o volumtrico) XX Presin de operacinX Temperatura de operacinX Material pegajoso?X Arrastre de slidos?X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas?X Variaciones fuertes en el flujo de lquido(s)x Diseo de Separadores Gas Lquido 17 Paso 2. Definicin del tipo de separador y de servicio Recomendacin de Tipo de Separador SituacinVertical sin Malla Vertical con Malla Horizontal sin Malla Horizontal con Malla Alta relacin Vapor/lquido Muy recomendable Muy recomendable ModeradoModerado Alto tumdown de flujo de gas Muy recomendable Muy recomendable ModeradoModerado Baja relacin vapor/lquido ModeradoModeradoMuy recomendable Muy recomendable Alto tumdown de flujo lquido ModeradoModeradoMuy recomendable Muy recomendable Presencia de slidos, materiales pegagosos RecomendableModerado: considerar internos especiales Moderado: Considerar internos especiales/ inclinacin Moderado: Considerar internos especiales/ inclinacin Separacin lquido-lquido solamente No recomendable No recomendable RecomendableNo aplica Separacin lquido-lquido-vapor ModeradoModeradoMuy recomendable Muy recomendable Limitaciones en rea de planta RecomendableRecomendableNo recomendable No recomendable Limitaciones en espacio vertical o altura No recomendable No recomendable RecomendableRecomendablePaso 3. Localizacin de los criterios de diseo tpicos para el servicio en cuestin,criteriosyconsideracionesadicionalesylaconfiguracindel tambor:Paso 4. Dimensionamiento del tambor a travs del calculo de: Velocidad crtica del vapor rea de flujo de vapor requerida disponible Relacin L/D Volumen de retencin de lquido en el tambor Nivelesbajobajo,bajo,alto,altoaltodellquido,cuandosetrate deseparadoresvaporlquido.Paraseparacinvaporlquidolquido, aadir nivel bajo y nivel alto de interfase. Diseo/especificacin de Internos que afecten el diseo de Proceso del recipiente Diseo de Separadores Gas Lquido 18Volumen del tambor Paso 5. Definicin y dimensionamiento de las boquillas de entrada y de salida Paso 6. Especificacin de los internos faltantes del separadorPaso7.Clculodelacadadepresindelequipo:como la suma de la cadadepresindelaboquilladeentrada,desalidadegasydelos internos (cuando aplique) k.Nomenclatura En unidades SI En unidades Inglesas C = Lquido arrastrado hacia la cabecera del tambor kg/slb/s C = Coeficiente de arrastre que depende del Nmero de Reynolds.Adimensional dg = Dimetro de gota.mpie E =Eficiencia de separacin, % F = Flujo de lquido alimentado al tambor.kg/slb/s F1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. 2) 10001 F2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. 3). 0.0480.157 g = Aceleracin debido a la gravedad0.807m/s232.174 pie/s2 Vc = Velocidad crticam/spie/s Vt = Velocidad terminal de la gota del lquido, velocidad terminal de decantacin. m/spie/s = Viscosidad de la fase continuamPas/s lb/pie/s g = Densidad del gaskg/m3 lb/pie3 l = Densidad del lquidokg/m3lb/pie3 p = Densidad de la fase pesadakg/m3lb/pie3 L = Densidad de la fase livianakg/m3lb/pie3 Diseo de Separadores Gas Lquido 194.12.- APENDICE Figura 1 Separadores gasliquido Figura 2 Separador vertical Figura 3 Separador horizontal Figura 4 Separador centrifugo Figura 5 Separador filtro Figura 6 Tipos de deflectores y distribuidores Figura 7 Tipos de eliminadores de niebla Figura 8 Otros internos Diseo de Separadores Gas Lquido 20 Fig. 1 Separadores de Gas-Lquido Diseo de Separadores Gas Lquido 21Fig. 2. Separador Vertical NAAL: NIVEL ALTO-ALTO DE LQUIDO NAL : NIVEL ALTO DE LQUIDO NBL : NIVEL BAJO DE LQUIDO NBBL: NIVEL BAJO-BAJO DE LQUIDO Diseo de Separadores Gas Lquido 22 Fig. 3. Separador Horizontal Diseo de Separadores Gas Lquido 23 Fig. 4. Separador Centrfugo Diseo de Separadores Gas Lquido 24 Fig. 5 Separador Filtro Diseo de Separadores Gas Lquido 25 Fig. 6. Tipos de deflectores y distribuidores Diseo de Separadores Gas Lquido 26Fig. 7. Tipos de Eliminadores de Niebla Diseo de Separadores Gas Lquido 27Fig. 8. Otros Internos Diseo de Separadores Gas Lquido 284.3.- SEPARADORES VERTICALES LQUIDO VAPOR CILNDRICOS ElobjetivodeestepuntoesentregarsuficienteinformacinparaelDiseode procesos completo de Separadores LquidoVapor cilndricos, ya sean verticales u horizontales. a. ALCANCE Secubrirelclculodeprocesodetamboresseparadoresvaporlquido horizontalesyverticales,principalmenteparaoperacionesdeRefinaciny manejodeGasenlaINDUSTRIA,incluyendoeldiseo/especificacinde boquillasdeprocesodeinternosnecesariosparaunaoperacinconfiabledel equipo con respecto a la instalacin donde est presente. Adems,paraciertosserviciosespecficos,sepresentarnlineamientos precisosparafijareltiempoderesidenciay/ovolumendeoperacinpor requerimientosdeproceso,ytiemposderetencinnecesariosparael funcionamiento de alarmas y/o interruptores de nivel para proteger equipos y/o instalaciones aguas abajo del separador.b. CONSIDERACIONES DE DISEO 1.- Servicio a prestar Lanecesidaddeuntamborseparadorapareceparacumplirunaetapa dentro de un proceso de refinacin de petrleo, o de produccin, etc. Para facilitarelusodeesteprocedimiento,sehanidentificadociertosservicios normalmenterequeridosenplantasderefineras,querepresentanla mayoradeoperacionesdeseparacinvaporlquidoenlaINDUSTRIA. Tales servicios son: ! Tambores de abastecimiento de lquido y tambores de destilado. ! Tambores separadores para la succin e interetapas de compresores. ! Separadores de aceite lubricantes para la descarga de compresores. ! Tamboresseparadoresdegascombustiblelocalizadosaguasarriba de hornos. ! Tambores de recoleccin central de gases combustibles. ! Tambores de vapor para servicios de calderas. ! Tambores de separacin de agua. ! Tambores de descarga. ! Tambores separadores de alimentacin para depuradores de MEA. Diseo de Separadores Gas Lquido 29! Separadores de alta presin. ! Tambores alimentados solamente de descargas de vlvulas de alivio. Sielcasobajoestudiocaedentrodealgunadelasdescripcionesya presentadas, este documento ofrece un resumen de los criterios de diseo aaplicarenlaTabla(CriteriosdeDiseotpicosparaalgunosservicios especficos), tales como: Orientacindeltambor,tiempoderesidenciadeoperacin,velocidadde diseo dela zona del vapor/gas, etc. Sin embargo, puede que el caso bajo estudionoestdentrodelosserviciosespecficos:alolargodeeste documento,sepresentarn criterios, recomendaciones, figuras ilustrativas, etc.,quepermitirneldesarrollodeloscriteriosdediseoparaelcaso particular bajo escrutinio. 2.- rea de flujo de vapor La velocidad crtica es una velocidad de vapor calculada empricamente que seutilizaparaasegurarquelavelocidadsuperficialdevapor,atravsdel tamborseparador,sealosuficientementebajaparaprevenirunarrastre excesivodelquido.Talvelocidadnoestrelacionadaconlavelocidad snica. La velocidad crtica viene definida por la Ec. (11). gg l21 cF V = == = (Ec. 11) donde: En unidades SI En unidades Inglesas VC = Velocidad criticam/spie/s L = Densidad del lquido a condiciones de operacin.kg/m3 lb/pie3 Dp = Dimetro de gota.kg/m3 lb/pie3 g = Densidad del vapor a condiciones de operacin kg/m3lb/pie3 F21 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas. 0.0480.157 La velocidad de vapor permisible en el recipiente (Vv), ser un porcentaje de la velocidad critica de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1 en combinacin con el punto (d, pag. 41)). Si el caso bajo estudio no est cubierto en dicha tabla, consultar(punto (d, pag. 41) Diseo de Separadores Gas Lquido 30El rea de flujo de vapor ser calculada por la expresin (12): ) V /( Q Av v v = == =(Ec. 12) En unidades SI En unidades Inglesas Av = rea de seccin transversal para el flujo de vapor. m2pie2 Qv = Flujo de descarga de vapor. m3/spie3/s Vv = Velocidad de vapor permisible en el recipiente. m/s pie/s 3.- Niveles/tiempos de residencia A continuacin se presentarn definiciones y comentarios sobre niveles de lquido,tiemposderesidenciaytemasrelacionados,conelobjetivode justificar criterios de diseo que posteriormente sern presentados. -Identificacin de los niveles en un recipiente DeacuerdoalonormalmenteempleadoenlaINDUSTRIAparahablar de niveles en un recipiente lquidovapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Fig. 11.) Siglas tpicas en espaolDescripcin tpicaSiglas tpicas en ingls NAALNivel alto-alto de lquidoHHLL NALNivel alto de lquidoHLL NNLNivel normal de lquidoNLL NBLNivel bajo de lquidoLLL NBBLNivel bajo-bajo de lquidoLLLL Diseo de Separadores Gas Lquido 31-Volumen de operacin EselvolumendelquidoexistenteentreNALyNBL.Estevolumen, tambinconocidocomovolumenretenidodelquido,yeninglscomo surge volumen o liquid holdup, se fija de acuerdo a los requerimientos delproceso,paraaseguraruncontroladecuado,continuidaddelas operacionesduranteperturbacionesoperacionales,yparaproveer suficientevolumendelquidoparaunaparadaordenadaysegura cuando se suceden perturbaciones mayores de operacin. -Tiempo de residencia de operacin Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de lquido puede llenar el volumendeoperacinenelrecipientebajoestudio.Lamayoradelas veces,cuandosequiereespecificarelvolumendeoperacin,loque realmenteseindicaescuantosminutosdebentranscurrirentreNALy NBL. Tambin es conocido en ingls como surge time. -Tiempo de respuesta o de intervencin del operador Eseltiempoquetardaeloperador(ogrupodeoperadores),en respondercuandooriginlaalarma,antesqueotrossistemas automatizados(interruptoresoswitchesdenivel),originenparadas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. Sideuntamborseparadorestamosalimentandoaunabomba,sera muy engorroso que la bomba se quedara seca, es decir, que no tuviera lquido que bombear, ya que eso podra daar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta a un horno, se podra generar una emergencia mayor en laplantaporroturadeuntubodelhorno,yaqueste,asuvez,ha quedadoseco.Poresarazn,eltamboralimentadordelabombase equipaconalarmasdeniveldeNALyNBL,yconinterruptoresy/o alarmasdeNAALyNBBL:alsonarlaalarmadeNBL,losoperadores investigaranyresolveran,enmenosdelllamadotiempoderespuesta deloperador,elproblemaqueoriginlareduccindenivel;enelcaso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBL activara una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura del horno y de toda la planta. Debidoalasdiferentestradicionesoperativasqueexistenenla INDUSTRIA, es difcil establecer un criterio uniforme acerca de cul es el tiempopromedioderespuestadeloperador;sinembargo,seusar, como criterio general, que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retencin de lquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), ser de cinco minutos. Diseo de Separadores Gas Lquido 32-Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al lquido que debe satisfacer el llamadotiempoderespuestaodeintervencindeloperador:de acuerdoaloexpresadoenelpuntopag.31(IntervencindelOperador), cuando setenganinterruptoresy/oalarmasde NAAL o NBBL, se tendrn cinco minutosadicionalesdetiempoderesidenciadelquidoporinterruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se aaden10minutosdetiempoderesidencia,alocualcorrespondeun volumendelquidodeemergenciade10minutosdelmximoflujode lquido. -Nivel bajobajo de lquido (o bajo, cuando aplique) Ladistanciamnimadesdeelnivelbajobajodelquido,sisetieneun Interruptor y/o alarma de nivel bajobajo de lquido, (o nivel bajo, si no se tieneuninterruptory/oalarmadenivelbajobajo),hastalaboquillade salida del lquido es 230 mm mnimo (9 pulg). Este criterio aplicar tanto para tambores verticales como horizontales. -Criterios para fijar el volumen de operacin/tiempo de residencia La Tabla 1 (anexa), presenta criterios para fijar el volumen de operacin ovolumenretenidodelquido,paraciertosserviciosespecficos plenamente identificados. Si el servicio escogido no coincide con lo presentado en la Tabla 1, usar como gua lo presentado en la lista anexa: DescripcinTiempo de Residencia de Operacin, min Tambores de Alimentacin a Unidades Alimentacin desde otra unidad (diferente cuarto de control). 20 Alimentacin desde otra unidad (mismo cuarto de control) 15 Alimentacin desde tanquera lejos del rea de operacin. 15-20 Diseo de Separadores Gas Lquido 33DescripcinTiempo de Residencia de Operacin, min Otros tambores Alimentacin de una columna (diferente cuarto de control) 7 Alimentacin a una columna (mismo cuarto de control) 6 Producto de tanquera lejos del rea operativa o a otro tambor de alimentacin, directo, sin bomba. 2 Producto a tanquera lejos del rea operativa o a otro tambor de alimentacin, directo, con bomba. 5 Producto a tanquera lejos del rea operativa o a otro tambor de alimentacin, con bomba, que pasa a travs de un sistema de intercambio calrico. 3-5 nica carga a un horno de fuego directo. 10 -Longitud efectiva de operacin (Leff ) Eslalongitud(altura),detamborrequeridaparaquesesucedala separacin vapor operacin como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros clculos de proceso. Enelcasodetamboreshorizontalesdeunasolaboquillade alimentacin, corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la desalidadegas,lacualesesladistancia horizontal que viaja una gota de lquido desde la boquilla de entrada, hasta que se decanta totalmente y se une al lquido retenido en el recipiente, sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. Sinembargo,paraobtenerlalongitudtangentetangentedeltambor horizontal,esnecesariosumarlostamaosdelasboquillasantes mencionadas,lastoleranciasdeconstruccinnecesariasparasoldar dichas boquillas, soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. Acriteriodeldiseadordeprocesos,stepuedeaproximarlalongitud efectivaalalongitudtangentetangente,yesperarquelaespecialidad Diseo de Separadores Gas Lquido 34mecnicacompleteeldiseodeltambor,paraluegoverificarsise cumple la separacin. Comentariossemejantesaplicanparatamboresverticales,exceptoque losvolmenesaretenerinfluyensobrelaaltura(longitud)tangentetangente de dichos equipos. 4.- Arrastre en la superficie del lquido En muchas operaciones, especialmente a altas presiones y temperaturas, el lquidopuedeserarrastradodelasuperficielquidayllevadohaciaarriba. La proporcin de arrastre depende de la velocidad del gas en la tubera de entrada, del tipo de boquilla de entrada, de la distancia entre la boquilla de entradayelniveldelquidoolasuperficiedechoque,delatensin superficialdellquidoydelasdensidadesyviscosidadesdellquidoydel gas. A continuacin se presentan los criterios para estimar la velocidad mxima demezclasalasalidadelaboquilladeentrada,demaneratalqueno ocurra arrastre desde la superficie del lquido: a. Tambores verticales ! BoquillasdeEntradasimples(FlushInletNozzles),Ec(2a)y (2b): 5 . 0LGG2EfFV = == = para h 2.5 dp (Ec. 2a) 5 . 0LG5 . 0ppG3Ed 5 . 0 hdfFV = == = para h > dp (Ec.2b) ! Boquilla de Entrada con codo de 90, Ec(2c): 5 . 0LGG2EfFV = == = (Ec. 2c) Diseo de Separadores Gas Lquido 35! Distribuidores con Ranuras, Ec (2d) y (2e): 5 . 0LGG2EFV = == =para5SXran (Ec. 2d) 5 . 0ran5 . 0LGG2EXSFV = == =para5SXran> >> > (Ec. 2e) ! Distribuidor con orificios: Use la ecuacin (2d) para 5dXh Y 5 . 0h5 . 0LGG5EXdFV = == =para5dXh> >> > (Ec. 2f) donde la nomenclatura de (2a) a (2f) es: En unidades SI En unidades inglesas VE= Velocidad mxima de la mezcla a la salida de la boquilla de entrada, tal que no ocurra arrastre en la superficie del lquido M/spies/s f= Factor de disipacin de la velocidad del chorro (jet). Como se muestra en la figura 6, f es una funcin de la distancia X (la cual es la distancia entre la boquilla de entrada y la superficie de choque), y del dimetro de la boquilla de entrada dp. Adimensional h= Distancia desde la parte inferior de la boquilla de entrada al nivel alto alto de lquido (NAAL) mmpulg dp= Dimetro de la boquilla de entrada mmpulg dh= Dimetro del orificiommpulg Diseo de Separadores Gas Lquido 36 En unidades SI En unidades inglesas Sran= Altura de la ranura. Usualmente, las ranuras son estrechas y largas. La altura de la ranura es la dimensin ms estrecha. mmPulg X = Distancia desde la boquilla de entrada, hasta la superficie de choque (ver figura 6). Para tambores verticales con boquillas de entrada simple, X es el dimetro del tambor, X es igual a h para tambores verticales con distribuidores ranurados (o con orificios), o codos de 90. mmPulg G= Viscosidad del vapor a condiciones de operacin MPa.scP G= Densidad del vapor a condiciones de operacin kg/m3lb/pie3 L= Densidad del lquido a condiciones de operacin kg/m3lb/pie3 = Tensin superficial del lquido a condiciones de operacin mN/mmN/m F2 = Factor que depende de las unidades usadas 1.62x10-45.3x10-4 F3 = Factor que depende de las unidades usadas 1.1x10-43.6x10-4 F4 = Factor que depende de las unidades usadas 7.0x10-42.3x10-4 F5 = Factor que depende de las unidades usadas 3.05x10-41.0x10-4 b. Tambores horizontales -Boquilladeentradaconcodode90-Uselaecuacin(2c).Sin embargo,paraestecaso,X(enlafigura6)esladistanciadesdela boquilla hasta la tapa ms cercana del tambor. Conunacombinacindemallaverticalyhorizontal,lavelocidad mximapermisibledelamezclaescincoveceselvalorcalculado usando la ecuacin (2c). Sinmallavertical(conosinmallahorizontal),lavelocidaddela mezcla mxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuacin (3c). Diseo de Separadores Gas Lquido 37-DistribuidoresconranurasuorificiosUselaecuacinqueaplica entrelas(2d),(2e)o(2f).Sinembargo,enestecaso,Xesla distancia desde el distribuidor hasta la tapa ms cercana del tambor. Con una combinacin de malla vertical y horizontal, la velocidad de la mezcla mxima permisible es cinco veces el valor calculado usando la ecuacin apropiada. Sinmallavertical(conosinmallahorizontal),lavelocidaddela mezcla mxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuacin apropiada. c.Tamboresseparadoresverticalesconentradastangenciales horizontales Para estos tambores se debera usar los siguientes criterios de diseo: -rea de la seccin transversal El rea de la seccin transversal se deberadimensionarpara170%delavelocidadcrtica,alflujo mximo de gas. -TamaodelaentradaParaprevenirelarrastredelapelculade lquido que se acumula en la pared del separador, la velocidad de la mezcla en la tubera de entrada no debera exceder el valor dado por la ecuacin (3): 5 . 0G6SFV = == =(Ec. 3) Donde: En unidadesSI En unidades inglesas VS = Velocidad superficial de la mezcla en la tubera de entrada. m/spies/s G= Densidad del vapor a condiciones de operacin kg/m3lb/pie3 F6 = Factor que depende de las unidades usadas 37202500 -Otras caractersticas El resto de los factores de diseo se muestra enlafigura7.Laplacadeflectoralocalizadaencimadelnivelde lquidolimitalaregindevrticesdelgasyevitaelarrastreenla superficiedellquido.Ladistanciamnimadesdelaparte inferior de laboquilladeentradaalaplacadeflectoraoparrilladeberaestar Diseo de Separadores Gas Lquido 38entre0.5y1.0veceseldimetrodeltambor,preferiblemente,una vezeldimetro.Lasplacasanti-vrticeslocalizadasencimadela boquilladesalidadellquidoprevienenelarrastredegasenla corrientedelquidodebidoalaformacindevrticesysedeberan disear de acuerdo con los criterios dados en esta subseccin. Debidoalosefectosdelosflujossecundariosdegas,ellquido acumuladoenlasparedesdelseparadorpuededeslizarsehacia arriba por las paredes y dirigirse a la boquilla de salida del gas y ser arrastradoconlacorrientedesalida.Estopuedeprevenirseo minimizarsefijando una falda (Skirt) en la boquilla de salida de gas, como se muestra en la Figura 7. Eltamaodegotamspequeoquepuedeserseparadoenun tamborconunaboquilladeentradatangencialhorizontalsepuede estimar usando la ecuacin (4): 5 . 0e S L38pG7DH VFdF d = == = (Ec. 4) Donde: En unidades SI En unidades inglesas d = Dimetro de la gotammpulg D = Dimetro del tambormmpulg He= Altura del cicln: Esta es la distancia desde la parte superior de la boquilla de entrada hasta la superficie del lquido mmpie F7 = Factor que depende de las unidades usadas 3.0090.936 F8 = Factor que depende de las unidades usadas 112 Los otros trminos ya han sido definidos con anterioridad. La cada de presin para un tambor separador vertical diseado con unaboquilladeentradatangencialhorizontal,sepuedeestimar usando la expresin dada, para los ciclones primarios con el trmino de aceleracin igual a cero. Diseo de Separadores Gas Lquido 39c. BOQUILLAS DE PROCESO ! Boquilla de entrada. Sepuedenpresentarregmenesdeflujoen las tuberas de entrada de los tambores separadores. Estos regmenes de flujo se definen en la Norma en la seccin 14D. Lostamboresseparadoressediseannormalmenteconrgimendeflujo anular/rocooflujotiporocoenlatuberadeentrada.Conestetipode flujo, el arrastre de lquido aumenta al incrementar la velocidad del gas en la tuberadeentrada.Lapresenciadeflujoestratificado,flujoanularpor debajodelcomienzoinminentedearrastredelquido,odeflujoondulado enlatuberadeentradadelostamboresseparadores,incrementala eficienciadeseparacindelquidodeltamborhasta99.8%.Sinembargo, estostiposdeflujonoseencuentranusualmenteenlasoperacionesde proceso,debidoaqueserequerirandimetrosdetuberarelativamente grandes para lograrlos. A pesar de lo anterior, el diseo de la tubera de entrada para obtener estos regmenes de flujo se debe considerar para aquellos servicios especiales en los que es esencial minimizar el arrastre de lquido y el uso de malla u otros internosnosepermitedebidoaquesetratadeunserviciocon ensuciamiento.Sedebeevitarelflujotipotapnoelflujotipoburbujaenlatuberade entradadetamboresseparadoresverticales.Estosregmenesdeflujo resultanenarrastreexcesivodelquidoyvibraciones.Siestosregmenes de flujo no se pueden evitar a la entrada del tambor, el arrastre de lquido se puede minimizar con un distribuidor con ranuras.Enelcasoqueelflujotipotapnoelflujotipoburbujaenlatuberade entrada,aparezcaparatamboreshorizontales,serecomiendausarflujo dividido de alimentacin, con dos boquillas de entrada en los extremos del tambor, y una boquilla central de salida de vapor/gas. Para prevenir la inundacin de un tambor con corrientes lquidas, se deben evitar puntos bajos en la lnea de entrada del tambor (drenaje libre hacia el tambor). ! Boquillas de proceso en general Sonmuchosloscasosdondelainformacindelastuberasde interconexinnoestdisponiblealmomentodeprepararlaespecificacin deprocesosdeltambor,porloqueesnecesariopresentaruntamao preliminardeboquillasparaqueseaconsideradoenlacotizacindel fabricantedeltambor.Paratodoslosefectos,sepresentaunatablacon Diseo de Separadores Gas Lquido 40recomendaciones para disear las boquillas de proceso: Descripcin del Caso En unidades SI En unidades inglesas Alimentacin lquida: Velocidad menor o igual que: 3.0 m/s10 pie/s Salida de lquido: Seguir los criterios indicados las secciones 10D Cabezal Neto de succin positiva - , y 14B Flujo en fase lquida), para la succin de bombas, drenajes por gravedad, etc. (Pendiente)(Pendiente) Salida de vapor: Velocidad menor que:73.2/(G)1/2, m/s60/(G)1/2, pie/s Alimentacin bifsica en tambores sin malla: Velocidad de la mezcla menor o igual que: 54.9/(L)1/2, m/s45/(L)1/2, pie