1 PROYECTO 1 BOMBAS CENTRÍFUGAS GRUPO A1 _ 09: ADELA BAYONA GÓMEZ JORGE ORLANDO CAMARGO MÉNDEZ JORGE DAVID RUBIO NIETO

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1 1 PROYECTO 1 BOMBAS CENTRÍFUGAS GRUPO A1 _ 09: ADELA BAYONA GÓMEZ - 2154259 JORGE ORLANDO CAMARGO MÉNDEZ - 2161136 JORGE DAVID RUBIO NIETO - 2154686

2 DISEÑO DE UNA LÍNEA DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS PARA LA OPERADORA UIS-COMPANY

3 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2. OBTEJIVOS 3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 4. MARCO TEÓRICO 5. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 7. ANÁLISIS DE COSTOS 8. RECOMENDACIONES 9. CONCLUSIONES 10. BIBLIOGRAFÍA 3

4 1. INTRODUCCIÓN Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. generalmente son las que encontramos en los sistemas de bombeos en fabricas, fincas, plantas de producción de alimentos y demás, debido a su capacidad de mantener siempre una presión constante en el fluido durante todo su funcionamiento.bomba centrífuga 4

5 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL ◆ Diseñar una línea de transporte de hidrocarburos bajo condiciones específicas del proyecto. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ◆ Establecer los parámetros de funcionamiento de la línea. ◆ Escoger el diseño más apropiado según un análisis de alternativas. ◆ Desarrollar los cálculos y selección de la bomba centrífuga. ◆ Realizar un análisis de costos estimados de instalación y mantenimiento. 5

6 3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA En un Campo Petrolero, en conjunto con la actividad de producción se manejan las facilidades de superficie, en donde la operadora UIS-COMPANY desea realizar el diseño de una línea. La línea comienza a la salida de un separador trifásico a una altura de 0,5 metros y 110 Kpa, en donde la fase líquida con una gravedad API de 32 °, es transportada hasta un tanque de almacenamiento que se encuentra a 10 metros en dirección sur y 7 metros en dirección al occidente, la entrada al tanque es por su parte superior con una altura de 14 metros abierto a la atmósfera. Tenga en cuenta las pérdidas en las tuberías y accesorios. 6

7 4. MARCO TEÓRICO ◆ Separador trifásico La línea de tubería comienza en un separador trifásico el cual se define como un recipiente cerrado que tiene como función separar mezclas de fluidos en líquido y gas. Parea el campo petrolero su principal función es separar el agua del petróleo y evitar de esta forma corrosión en la línea o formación de hidratos o emulsiones compactas 7 Fuente: https://docplayer.es/70694101-Facilidades-de-superficie.html

8 4. MARCO TEÓRICO ◆ Gravedad específica Una forma de clasificar el petróleo es por medio de la gravedad API, la cual compara la densidad del fluido a la misma temperatura con la densidad del agua. La gravedad específica del petróleo a 60 ℉ se calcula de la siguiente forma: 8

9 4. MARCO TEÓRICO ◆ Ecuación de energía Para el diseño considerando flujo incompresible estable: 9 Fuente: Staff, Aula virtual, UIS

10 4. MARCO TEÓRICO Para determinar la velocidad del agua en las tuberías ya sean circulares llenas o conductos cerrados que trabajan a presión es: V: Velocidad media del agua en el tubo en [m/s] Q: Caudal o flujo volumétrico en [m3/s] C: Coeficiente adimensional de rugosidad de Hazen & Williams. D: Diámetro interior en [m] 10

11 4. MARCO TEÓRICO S = [Pendiente – Pérdida de carga por unidad de longitud del conducto] [m/m] De la cual resulta: Donde: n: Coeficiente del caudal r: Coeficiente de resistencia del tramo 11

12 4. MARCO TEÓRICO ◆ Ecuación de Darcy Weisbach Se obtiene gracias al análisis de cantidad de movimiento Donde: hf: Pérdida de carga debida a la fricción. f: factor de fricción de Darcy L: Longitud de la tubería D: Diámetro de la tubería V: Velocidad media del fluido Q: Caudal o flujo volumétrico. g: Aceleración de la gravedad. 12

13 4. MARCO TEÓRICO Desde el Análisis dimensional se revela una relación funcional del coeficiente adimensional de fricción de Darcy, f, con el número de Reynolds, Re, y la /: La rugosidad relativa / depende del tipo de material, se encuentra tabulado gracias a pruebas de laboratorio o datos experimentales Si el régimen del fluido es laminar, el factor de fricción es: 13

14 4. MARCO TEÓRICO Si el régimen del fluido es turbulento: Con el diagrama de Moody se pueden calcular las diferentes variables de una forma más sencilla 14

15 4. MARCO TEÓRICO 15

16 4. MARCO TEÓRICO ◆ Pérdida en accesorios Para el diseño de la línea se pueden requerir accesorios tales como válvulas, codos o pueden haber ensanchamientos y contracciones bruscas o graduales, por ello se generan pérdidas de presión en el transporte del fluido. Se puede calcular dichas pérdidas con la expresión Donde: El valor de Ki se estima utilizando tablas como el manual de Crane. 16

17 4. MARCO TEÓRICO Para el cálculo de la potencia de la bomba se tiene la siguiente ecuación: ℎ = Cabeza de la bomba = Eficiencia de la bomba = Peso específico del fluido = Caudal que pasa por la bomba. 17

18 4. MARCO TEÓRICO ◆ Bombas centrífugas La función de la bomba centrífuga es transformar la energía mecánica a energía cinética del fluido en cuestión. 1. Radial, axial y mixto. (Dirección del flujo)  2. Horizontales, verticales e inclinados. (Posición del eje de rotación)  3. Voluta y las de turbina. (Diseño de la coraza )  4. Axialmente bipartidas y las radialmente bipartidas. (Diseño de la mecánico coraza) 5. Sencilla y doble. (Forma de succión) 18

19 4. MARCO TEÓRICO ◆ Aplicación Toda la información presentada será aplicada para la obtención de las diferentes dimensiones de la línea de transporte. ◆ Aplicación en otros campos Industria alimentaria (transporte de bebidas), Industria de farmacéuticos (transporte de medicamentos líquidos), Industria de cosméticos (transporte de aceites, lociones, etc.) entre otras industrias que requieren el transporte de sus productos líquidos o gaseosos. También en plantas de energía para el suministro de agua a los diferentes sectores residenciales e industriales. 19

20 5. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS 20 ABC

21 5. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS 21 Evaluación de Alternativas

22 5. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS La alternativa C presenta la disposición de las tuberías que mejor se adecúa para darle solución al problema de la compañía UIS-COMPANY. Se ha dispuesto de solo una bomba centrífuga puesto que el recorrido del hidrocarburo no supera los 17 metros. Sin embargo, al momento de seleccionar la bomba, si esta tiene un requerimiento un poco elevado, se puede proceder a construir la línea de transporte con dos bombas centrífugas que cumplan con los requerimientos. Como conclusión de esta parte del diseño se puede decir que el arreglo de bombas es susceptible a cambios. Otro de los aspectos claves es la implementación de las válvulas. En este caso no se han especificado las válvulas en las diferentes alternativas que se han bosquejado anteriormente, debido a que no se llegó a especificar el lugar sobre la tubería donde serían instaladas las válvulas. Pero sí se sabe con claridad que se instalarán válvulas check y los respectivos soportes para las tuberías y los accesorios que también deben incluirse en el diseño y el análisis de presupuesto de la línea de transporte. 22

23 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Caracterización del fluido: Para caracterizar el fluido de trabajo se debe tener en cuenta la escala API dada por el enunciado del proyecto. API=32 23 Fuente: https://www.venelogia.com/archivos/9589/.

24 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Selección del hidrocarburo 24

25 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN Propiedades de algunos combustibles e hidrocarburos comunes. 25 Fuente: Fuente: Yunus Cengel, 2004, Termodinámica Apéndice 1 Metanol con un error del 9,54%.

26 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Temperatura de operación Teniendo en cuenta que se necesita saber a qué temperatura trabajan los separadores Para nuestros cálculos según lo consultado escogemos una temperatura de 70 ° C para tener una mejor confiabilidad del sistema 26 Fuente: Sedano Inocente, separadores.

27 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 27

28 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Selección del material de la tubería Teniendo en cuenta los requerimientos establecidos anteriormente, se concluyó que se utilizara una tubería de acero sin costura L ASTM A106 GR. B usadas para tuberías de petróleo debido a que es resistente a la corrosión. Tubería de acero sin costura L ASTM A106 GR. B usada para tuberías de petróleo y GAS OD de 21 MM a 762 MM, peso de 3 MM a 50 MM, longitud fija o aleatoria Superficie pintada negra y extremo biselado con tapas de plástico. 28

29 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Cálculo de dimensiones Para el primer cálculo asumiremos que los diámetros son iguales en toda la tubería. Para los siguientes cálculos para hallar el diámetro óptimo se utilizará la siguiente ecuación que permite determinar el diámetro mínimo que debe poseer la tubería con el fin de cumplir con la demanda del sistema. 29 Fuente: TIC UIS, Diámetro óptimo.

30 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 30

31 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN Las alturas del sistema y las presiones las cuales son a la entrada del separador y en la descarga, son: 31

32 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN En este balance de energía se debe tener en cuenta las pérdidas de la línea como sus accesorios. Ecuación del espesor de pared Presión nominal o de diseño 32

33 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN Presión nominal o de diseño en término de alturas energéticas Ecuación de la celeridad 33 Fuente: STAF, TIC UIS

34 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 34

35 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 35

36 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 36

37 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Resultados para la primera condición de operación D12=D34 37

38 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN La velocidad de flujo se debe mantener dentro de los siguientes límites 38

39 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN La solución de estos primeros sistemas de ecuaciones permite hallar el diámetro óptimo de La tubería. Con los diámetros de tubería que se hallaron y el espesor mínimo se debe establecer una tubería de cedula 40 de diámetros 3,5 ” con espesor 5,74 mm para el diámetro de descarga y un diámetro de 4 ” y 6,02 mm de espesor para el diámetro de succión igualmente de cedula 40. Los datos fueron extraídos del CRANE. Espesor de la tubería según número de cédula: 39 Fuente: TIC UIS, Crane.

40 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN Se modifica el código, teniendo los cálculos hallados anteriormente para la tubería. Segunda búsqueda: 40

41 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Cálculo de NPSHR, NPSHA y eficiencia de referencia. Para la selección de la bomba es necesario calcular la presión de vapor estando a la temperatura de operación y determinar una diferencia entre el NPSHR y NPSHA de 0,6 m el cual es un valor establecido por norma Ecuación de eficiencia de referencia: 41 Fuente: STAF, TIC UIS

42 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN 42

43 6. CÁLCULOS Y SELECCIÓN ◆ Resultados cálculos finales. 43

44 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Tubería El primer tramo 1-2 tiene un peso total de 200kg (0,2 toneladas) y el segundo tramo 3-4 tiene un peso total de 150kg (0,15 toneladas) 44

45 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Válvula de compuerta ◆ Para esta línea de tubería se precisaron 2 válvulas de compuerta, según el catálogo “ helbertycia ” el precio de esta válvula es de US$ 970,2 45

46 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Válvula de retención de disco oscilante Para el primer tramo, se requiere 1 válvula de retención de disco oscilante, con un precio de US$ 168,68 46

47 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Costos de materiales 47

48 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Costos de mano de obra 48

49 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Costos de maquinaria 49

50 7. ANÁLISIS DE COSTOS ◆ Costos de mantenimiento 50

51 9. CONCLUSIONES ◆ Con la documentación se aclararon los conceptos y normas de diseño necesarios para la realización del ejercicio. ◆ El líquido para transportar que se tomó de referencia para este apartado fue estimativo, ya que el problema nos da solamente la gravedad API del mismo, es decir, los resultados pueden variar si se escoge otro con la misma densidad, pero diferentes propiedades. ◆ Como se evidencia en los resultados, la solución más viable fue la escogida con anterioridad donde la línea de tubería realiza el menor recorrido posible, ya que se disminuyen en gran medida las perdidas por accesorios. ◆ La teoría de diámetro óptimo utilizada nos da un diámetro seguro, los diámetros finalmente tomados que deben estar por encima del anteriormente hallado nos dan un buen margen de seguridad. 51

52 10. BIBLIOGRAFÍA ◆ ATB. Bomba centrífuga. [En línea]. [Consultado el 24 de mayo del 2019]. Disponible en: http://www.atb.com.mx/producto/0005/bombas+centrifugas+de+proceso+mod elo+ANSI.html ◆ Separador trifásico, [en línea]. [Consultado el 21 de junio del 2019]. Disponible en: https://www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/t/three _ phase _ separato.aspx ◆ Anónimo. Gravedad API. [en línea]. [Consultado el 21 de junio del 2019]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad _ API ◆ MONOGRAFÍAS. Una guía para el diseño de tuberías. {En línea}. {Consultado el 24 de mayo del 2019}. Disponible en: https://www.monografias.com/trabajos25/disenio-tuberias/disenio- tuberias.shtml 52

53 GRACIAS! Alguna pregunta? 53