UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Ingeniería de Gas Natural II Flujo en Tubería: Horizontal Horiz ontal e Inclinada Incl inada Por
MSc. MS c. Víct Víctor or Alex Alexei ei Hu Huerta erta Quiñ Quiñone oness
[email protected],
[email protected] alexe
[email protected] m Abril, 2010
FACILIDADES DE SUPERFICIE EN POZOS DE GAS
NÚMERO DE REYNOLDS
Adimensional
Relación Fuerza Momento Fluido - Fuerza Corte Viscosidad Criterio: Laminar - Turbulento. Determinar el factor de friccion f (Moody). N Re = 1488
Du ρ µ
N Re
20qγ g =
µ D
Diámetro: Pies.
q = Tasa de flujo en Mscfd.
Velocidad: Pies/Sec.
Yg = Gravedad del gas.
Densidad: Lbm/pie3
µ = Viscosidad, cp.
Viscosidad: cp.
D = Diámetro, Pulgadas.
DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DEL GAS
RUGOSIDAD RELATIVA Y FACTOR DE FRICCIÓN
Rugosidad Relativa - e/D
Factor de fricción - f
•e = rugosidad absoluta, D = Diámetro pipe.
.Función de rugosidad relativa y NRE. .Determina flujo: Laminar, Transitorio, Turbulento. .Se determina del gráfico de Moody.
•Adimensional.
•Función del diámetro de tubería. •e = 0.0006, Tubería completación. •e = 0.0007, Tubería LP. •e = 0.00085, Tubería al carbono (inyección).
f =
64 µ dv ρ
=
64 N Re
DIAGRAMA DE MOODY
ECUACIONES PARA DETERMINAR EL FACTOR DE FRICCION - f
0.32 f = 0.0056 + 0.5 N Re
2e = 174 . − 2 log D f
1
.Tuberías nuevas, no muy rugosas. .3x103 < Nre <3x106
.Ecuación de Nikuradse’s. .La mas aceptable actualmente. .Flujo turbulento y tubería rugosa.
f = 0316 . N Re
0.25
.Tuberías rugosas, envejecidas. .Flujo Turbulento.
2e 18.7 . − 2 log = 174 + D f N Re f
1
.Ecuación de Colebrook and White. .Se obtiene por aproximaciones sucesivas.
CAÍDA DE PRESIÓN EN TUBERÍAS ECUACIÓN GENERAL.
Ecuación de energía mecánica.
∂ P ∂ L
=
f ρ u
2
2 gc D
=
PM
fu
2
* zRT 2 g c D 1
Se deduce la ecuación general.
q=
q = Tasa de producción, MM scfpd. C = Constante función de las unidades a utilizarse. Tb = Temperatura base, R° Pb = Presión base, psia. P = Presión, psia. D = Diámetro, pulgadas. Yg = Gravedad del Gas (Aire = 1.00). T = Temperatura promedio, R°. z = Factor desviación del Gas a T y Po. Po = (P1 + P2)/2, Psia. f = Factor de fricción de Moody. L = Longitud, Pies.
2 2 5 2 CT b P1 − P2 D
Pb
(
)
γ g TzfL
Ecuación de WEYMOUTH
Asunciones:
Energía cinética es irrelevante.
Flujo isotérmico y estabilizado.
Flujo horizontal.
Condiciones adiabáticas.
Trabajo realizado por el gas es irrelevante.
Composición homogénea del gas.
Ecuación de WEYMOUTH
f =
0032 . 3
D
16 2 2 T b ( P1 − P2 ) D 3 q h = 18062 . Pb γ g TLz
1
qh
1
2
2 2 5 T b 1 2 ( P1 − P2 ) D = 3.23 Pb f γ TLz
qh = Tasa de producción, scfph. Tb = Temperatura base, R° Pb = Presión base, psia. f = Factor de friccion. P1 = Presión entrada, psia. P2 = Presión Salida, psia. D = Diámetro, pulgadas. (g = Gravedad del Gas (Aire = 1.00). T = Temperatura promedio, R°. L = Longitud, Millas. z = Factor desviación del Gas a T y Po.
0.5
Ecuación de WEYMOUTH: Tuberías Inclinadas s 2 2 5 T b ( P1 − e P2 ) D q h = 3.23 Pb γ g TfLz
0.5
S = 0375 . 2 2 5 s T b ( P1 / e − P2 ) D qh = 3.23 Pb γ g T fLz
0.5
γ g H Tz
Ecuación de WEYMOUTH: Tuberías Inclinadas Ecuación Generalizada
q h = 3.23
S = 0375 .
T b 1
Pb f
γ g ∆ Z Tz
0.5
( P − e P )D γ g TLe z 2 1
Le =
s
(e
2 2
s
− 1) s
5
L
0.5
Ecuación de WEYMOUTH: Tuberías en Serie 16 2 2 T b ( P1 − P2 ) D 3 qh = 18.062 Pb γ g TLz
D 3 qh = K 1 L 16
1 0.5 1 0.5 − L qhf − q h L Aequ = ∆ qh = 0.5 qh 1 L
D A D B
L A' = LB
16
1
1
2
16
2
D 3 L = K 2 qh
3
L A L B
3 16
D A = DB '
D A L Aequiv= L +A L B D B
16
3
Ecuación de WEYMOUTH: Tuberías en Paralelo
LONGITUDES IGUALES (Dos tuberías).
qt q A+ q B q B = = 1+ = 1 + q A qA q A
D B D A
8
3
D = 100 B %qh = 100 q A D A q B
LONGITUDES DIFERENTES (Dos tuberías).
q t q A
=
D 8 3 L q B A = 1 + B = 1 + B qA q A D A L B
q A+ q
TRES O MAS TUBERIAS.
D163 L =
n
∑
16
Di
L
3
D
5
fL
n
=
∑
5
Di
f L
D B %qh = 100x D A
8
3
L A L B
8
3
