HIDRÁULICA - NIVEL 1

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓNPropósitos del Módulo ____________________________________________ 1

SECCIÓN 1 - DEFINICIONESIntroducción ____________________________________________________ 3Hidráulica de Oleoductos __________________________________________ 4Presión__________________________________________________________ 4Presión y Líquidos ________________________________________________ 6Cabeza Estática __________________________________________________ 8Repaso 1 ________________________________________________________ 13

SECCIÓN 2 - PRESION DE CABEZA ESTATICA EN EL OLEODUCTOIntroducción ____________________________________________________ 15Energía Gravitacional ______________________________________________ 16Repaso 2 ________________________________________________________ 22

RESUMEN ______________________________________________________ 23

GLOSARIO ____________________________________________________ 24

RESPUESTAS ____________________________________________________ 26

1

Este módulo integra la información de todos los módulos anteriores en lafase básica del comportamiento de los fluidos y aplica esta informaciónal campo de la hidráulica en oleoductos. La hidráulica de oleoductos esuna herramienta invaluable que permite a los operadores monitorear ycontrolar los oleoductos y responder en la forma más apropiada a loscambios de condiciones. El conocimiento de la hidráulica de oleoductoshabilita a los operadores para anticipar el comportamiento del oleoductoy las condiciones irregulares y a responder a estas antes de alcanzar elpunto de alarma. Específicamente, la hidráulica de los oleoductosdemuestra como los cambios de variables de densidad, viscosidad yvariación de flujo, combinada con las condiciones establecidas delongitud de el oleoducto, rugosidad interna de la misma y cambios en laelevación para determinar el total de fluido transportado para cualquiertiempo dado.

Este módulo comienza por proveer definiciones y conceptos de términosrelativos a la hidráulica y sus fórmulas básicas. La segunda sección deeste módulo presenta términología adicional relativa a principioshidráulicos de oleoductos con fluído en reposo, incluyendo el gradientetotal de cabeza estática y cabeza de elevación. Esta sección de estemódulo proporciona también ejemplos prácticos de la aplicación defórmulas útiles en cálculos hidráulicos.

Los lectores notarán que este módulo trata de los principios hidráulicoscuando estos se aplican al oleoducto estático (cuando no está fluyendo).La información hidráulica pertinente al oleoducto fluyendo, se encuentraen la fase Avanzada del Comportamiento de los Fluidos.

Este módulo proporciona información en los siguientes aspectos:

• explica como la presión actúa sobre los líquidos.

• define y calcula cabeza estática, presión de cabeza estática y gradientetotal de cabeza estática.

• muestra como sacar conclusiones correctas del estado del líquido en eloleoducto, basándose en los cálculos.

Todos los módulos de la fase básica del comportamiento de fluidos.

HIDRAULICA - NIVEL 1

INTRODUCCIÓN

PROPOSITOS DELMÓDULO

PREREQUISITOS

3

HIDRAULICA - NIVEL 1

La hidráulica investiga el comportamiento de los fluidos. Para entenderla hidráulica, los operadores necesitan familiarizarse con la términología relacionada con la misma, como también con los principios teóricos de la presión y el comportamiento de los fluidos. Lasiguiente sección de este módulo define y discute temas relativos a lahidráulica. Adicionalmente, también provee fórmulas básicas importantes para los cálculos hidráulicos.

Después de ésta sección, usted debe estar en capacidad de cumplir lossiguientes objetivos:

• Identificar el término hidráulica de oleoductos.

• Reconocer las tres variables importantes para hidráulica de oleoductos.

• Identificar el término hidráulica estática.

• Identificar el término presión.

• Identificar el término presión atmosférica.

• Identificar el término presión manométrica.

• Identificar el término cabeza estática.

• Identificar el término presión de cabeza estática.

OBJETIVOS

SECCIÓN 1

DEFINICIONES

INTRODUCCIÓN

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

4

Hidráulica es el conjunto de leyes que gobiernan el comportamiento delos líquidos en estado de movimiento y en reposo. La hidráulica de losoleoductos se refiere al conjunto de leyes que gobiernan el movimientode los líquidos y la aplicación práctica de éstas leyes en un sistema deoleoducto. Más específicamente, la hidráulica de oleoductos se refiere acomo las variables de las propiedades de los líquidos se combinan conlos características constantes de un oleoducto para determinar lacantidad de flujo en cualquier tiempo dado. Las variables en la cantidadde flujo incluyen:

• densidad

• viscosidad, y

• variación de fluído.

Las características constantes de la de oleoducto incluyen:

• longitud

• diámetro interno

• rugosidad de la pared interna, y

• cambios en la elevación.

Los términos de la hidráulica estática se refieren a las propiedades delos líquidos cuando éstos están en reposo; es así, como la presión y loscambios en la elevación afectan los fluidos en el oleoducto.

En esta sección, comenzamos por definir presión, y por aprender comose calcula. Luego examinamos como la presión en un tanque cambia deacuerdo con la altura del fluído. Finalmente, se discute como la presiónafecta y es afectada por un líquido en reposo en un tramo del oleoducto.

El término presión es definido como la fuerza ejercida en una unidad deárea. La unidad estándar para la medición de la presión es la libra defuerza (lbƒ) por pulgada cuadrada (in)2 o simplemente psi.

Para calcular la presión en Psi, se usa la fórmula :

P = F/Asiendo: P = Presión

F = Fuerza

A = Area

PIPELINE OPERATIONS TRAINING PROGRAM

HIDRÁULICA DEOLEODUCTOS

PRESIÓN

5

Hay diferentes formas para obtener las medidas de presión:

• presión atmosférica.

• presión absoluta.

• presión manométrica.

El término presión atmosférica se refiere a la presión ejercida por laatmósfera y algunas veces se le llama presión barométrica. La presiónatmosférica es expresada como PATM y varía de acuerdo con la altitud.A mayor altura que se encuentre una persona está sometida a menorpresión atmosférica, porque hay menos cantidad de atmósfera pesandosobre el. La medida estándar de la presión atmosférica es a nivel del mary a 60ºF. Al nivel del mar y a 60ºF (15ºC) el valor de la presión es unaatmósfera (atm). En las aplicaciones de oleoducto, la unidad atmosférica generalmente no es usada. En vez de ésta, es usada launidad estándar, psi. Luego en nuestros cálculos:

1 atm = 14.7 psi

En este módulo los cálculos se hacen usando psi.

El término presión absoluta (PA) se refiere a la cantidad total de lapresión ejercida sobre un objeto y se expresa como psiA. La presiónabsoluta incluye la presión atmosférica así como cualquier presión quese añada. Por ejemplo, si 1.5 psi es ejercida sobre un objeto, la presiónabsoluta ejercida será de 1.5 psi más la presión atmosférica, 14.7 psi. Lapresión absoluta (PA) entonces será:

1.5 psi + 14.7 psi = 16.2 psiA.

El término presión manométrica (PG) se refiere a la presión medidasobre la presión atmosférica y es expresada como psiG. La presiónmanométrica es usada para expresar la presión ejercida sobre un objetouna vez la presión atmosférica ha sido tenida en cuenta.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

PRESIÓN MANOMETRICA YABSOLUTA

HYDRAULICS - LEVEL 1

6

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Para calcular la presión manométrica (PG):PG = PA – Patm

Por ejemplo, si la presión absoluta es 36 psiA:PG = 36 psiA - 14.7 psi

PG = 21.3 psiGEn el oleoducto, la practica normal es medir la presión manométricasolamente.

La presión actúa de forma específica sobre los líquidos. Las siguientesreglas explican los principios bajo los que se calcula la presión en unasección del oleoducto. (Ver modulo: HIDRAULICA NIVEL 1 - LIBRO DE

TRABAJO para cálculos actuales):

• En un volumen pequeño de líquido la presión actúa uniformemente.La presión aplicada se esparce sobre toda la superficie del líquido.Cuando la presión es calculada más adelante en éste módulo, esexpresada como fuerza por unidad de área.

Figura 1La presión actúa uniformemente en todaslas direcciones en un pequeño volumen delíquido.

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

18 psi

Fuerza

Frente Superficie Superior

1 in

1 in

AA

P

P P

P P

P P

P

PRESIÓN YLÍQUIDOS

Figura 2La Presión se Distribuye Igualmente sobre una

Superficiela presión se distribuye igualmente sobre una unidadde área de una superficie. Ningún área individual en

la superficie tiene mayor presión que otras áreas, lapresión es, medida como fuerza por pulgada

cuadrada y no por fuerza acumulada o total. Unafuerza F1 de 162 lbf es aplicada en la cara de trabajo

(A) de el pistón. Puesto que el área de la cara detrabajo (A) del pistón es 9 pulgadas cuadradas, una

presión de 162 lbf/9in2 o 18 libras, es ejercida en cadapulgada cuadrada de la superficie de trabajo.

HIDRAULICA - NIVEL 1

7

• En un líquido confinado por barreras sólidas la presión actúaperpendicular a las barreras. Esto significa que si la presión de unlíquido contra el fondo del tanque es 14.5 psi, y una válvula es abiertaen el fondo del tanque, el líquido fluirá a través de la válvula a 14.5psi. Esto va a ser importante más tarde en este módulo cuando sediscuta la diferencia entre presión de cabeza estática en un oleoductoy presión gravitacional.

Figura 3La Presión Actúa Perpendicular a las Barreras del Recipiente

• En un sistema cerrado, un cambio de presión producido en unpunto del sistema será transmitido a través de todo el sistema.Una persona que pesa 180 lbf, se para en un pistón con una seccióntransversal de 1.55 pulgadas cuadradas, y genera una presión de180 lbf /1.55 in2 = 116lbf /in

2 = 116 psi.

Esta presión de 116 psi es transferida a un pistón más grande con un áreade sección transversal de 15.5 pulgadas cuadradas para levantar unvehículo que pesa 1800 lbf.

Pistón pequeñoPP =

FP =180 lbf = 116 lbf /in2 = 116 psi

AP 15.5 in2

Pistón Grande PV =

FV =1800 lbf = 116 lbf /in2 = 116 psi

AV 15.5 in2

Piscina Secciòn transversal

de la Tuberia

Represa

8

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Figura 4Cambio de Presión en un Sistema CerradoEn un sistema cerrado, el cambio de presión producido en un punto delsistema será transmitido uniformemente a través de todo el sistema:Pp = P = Pv.

El término cabeza estática se refiere a la altura de una columna líquidasobre un punto de referencia dado. Por ejemplo, si un vaso es llenadocon agua, hasta que el agua alcanza una altura de 2.5 pulgadas, respectoal fondo del vaso, la cabeza estática del agua en el vaso es de 2.5pulgadas respecto al fondo del mismo. Igualmente si un tanque de crudo

es llenado hasta queel mismo alcanzauna altura de 40 piessobre el fondo deltanque, la cabezaestática del crudorespecto al fondo deltanque es de 40 ft.

Figura 5Cabeza EstáticaLa cabeza estática es la elevación o altura, de una columna de líquidosobre un punto de referencia.

(12.2 m)Linea

deReferencia

40 ft

P

P

P

P

V

CABEZAESTÁTICA

9

El término presión de cabeza estática se refiere al total de presiónejercida sobre una unidad de área por una columna de líquido. En estosmódulos, el término presión de cabeza estática es usado para evitarconfusión con cabeza estática como fue definida previamente. Lapresión de cabeza estática varia de acuerdo con:

• la cabeza estática del líquido.

• la gravedad específica del líquido.

Cuando la presión es medida, estamos midiendo una fuerza con respectoa una unidad de área y no simplemente el total de la fuerza ejercida.Porque debido a como se considera la unidad de área, el volumen dellíquido no afecta la presión de cabeza estática. Por ejemplo, hay dostanques: un tanque tiene un diámetro pequeño y el otro tiene un diámetrogrande. Si los dos tanques son llenados con el mismo líquido a la mismaaltura, o cabeza estática entonces la presión de cabeza estática de cadatanque es la misma. El tanque B tiene menos líquido que el tanque A,pero el tanque B también tiene una unidad de área más pequeña para ellíquido que presiona en su interior.

Por lo tanto, aunque el tanque A tiene una mayor fuerza total, la presiónejercida por el líquido en cada pulgada cuadrada es la misma en ambostanques.

La presión de cabeza estática de un líquido también depende de lagravedad específica del fluido. Existe una relación directa entre lagravedad específica y la presión de cabeza estática. esto es que si lacabeza estática de dos líquidos es la misma, entonces:

• un líquido con una gravedad específica alta tiene una presión decabeza estática alta, y

• un líquido con una gravedad específica baja tiene una presión decabeza estática baja.

HIDRAULICA - NIVEL 1

PRESIÓN DE CABEZAESTÁTICA

65.6 ftLineade

Referencia

65.6 ft

200 psi 200 psi

Figura 6Igual presión de cabezaestática Los dos tanques tienen la mismacabeza estática y por esta razónla misma presión de cabezaestática, a pesar de que el tanqueA contiene más líquido y conse-cuentemente mayor fuerza total.

10

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Para calcular la presión de cabeza estática de un líquido use la formula

P = GW × GE × H

Dadas: P = altura de presión estática (psi)GW = gradiente de presión estática para agua pura = 0.4333 psi/ft

(remítase a la pagina 12 para una explicación ydel origen de esta constante).

GE = gravedad específica del líquido (–)H = cabeza estática del líquido (ft)

Por ahora use la formula como fue dada en el Libro de TRABAJO DE

HIDRAULICA - NIVEL 1, usted puede aprender como deducir esta y otrasfórmulas para calcular la presión de cabeza estática.

Suponga que un tanque de 66 ft es llenado hasta el tope con gasolina, lacabeza estática de la gasolina con respecto al fondo del tanque, es 66 ft. Lagasolina tiene una gravedad específica de alrededor de 0.750.

Usando la formula, calcule la presión estática de la gasolina en el tanque.

P = GW × GE × H

P = 0.4333 psi/ft × 0.750 × 66 ft

P = 21 psi

Figura 7 Calculo de la presión de cabeza estática con Diferentes CabezasEstáticas

En la figura 7 hay tres tanques, A, B y C, cada uno lleno hasta diferentesniveles con el mismo tipo de hidrocarburo. La gravedad específica es 0.920.

65.6 ft

Lineade

Referencia32.8 ft

16.4 ft

Tonque A Tonque B Tonque C

CALCULO DE PRESIÓNDE CABEZA ESTÁTICA EN

PSI

11

Usando la formula P = GW x GE X H, calcule la presión de cabezaestática en cada uno de los tanques:

Tanque A:PA = GW × GE × H

PA = 0.4333 psi/ft × 0.920 × 65.6 ft

PA = 26.2 psi

Tanque B:PB = GW × GE × H

PB = 0.4333 psi/ft × 0.920 × 32.8 ft

PB = 13.1 psi

Tanque C:PC = GW × GE × H

PC = 0.4333 psi/ft × 0.920 × 16.4 ft

PC = 6.5 psi

La figura 8 ilustra tres tanques más, cada uno contiene un líquidodifirente, con densidades diferentes y la altura produce la mismapresión, 200 psi.

Figura 8Cálculo de presión de cabeza estática con GravedadesEspecíficas Variables

Para obtener 200 psi se necesita menor altura del líquido en el tanque Aporque tiene una gravedad específica mayor. Reciprocamente serequiere una mayor altura del líquido en el tanque B para producir 200psi que cualquiera de los líquidos en el tanque A o en el tanque C,porque el líquido en el tanque B tiene la gravedad específica más baja.Note que decimos que a una mayor altura, con preferencia a unacantidad mayor, porque es la altura de la columna y no el volumen, elque produce la presión en cada unidad de superfice cuadrada.

HIDRAULICA - NIVEL 1

200 psi200 psi

Tanque AGE Alta

Tanque BGE Baja

Tanque CGE Media

200 psi

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

12

Usamos agua pura como el punto de referencia estándar con unadensidad de 62.4 lbm / ft3 a 60°F (15°C). La fuerza de un pié cúbico deagua actúa sobre un área de un pie cuadrado (1 ft2) en la base del cubo.

Así, para un cubo de agua cuya altura es de 1 pie:

Como esta presión es el resultado del peso de la columna de agua de unpie de altura podemos decir que el gradiente de presión estática para elagua (Gw) es:

GW = 0.4333 psi/1 pie de columna de agua

o simplemente

GW = 0.4333 psi/ft

Puesto que el peso específico (sW) de cualquier líquido (la fuerzaejercida por un pie cúbico) es igual a la gravedad específica del líquidomultiplicada por el peso específico del agua, entonces :

sW = sW del agua × GE

= 0.4333 psi/ft × GE

Si reemplazamos 0.4333 psi/ft con Gw, entonces la formula usada paracalcular la presión estática basada en la gravedad específica del petróleolíquido viene siendo:

P = GW × GE × H

Las dimensiones son :

[ psi ] = [ psi ] × [-] × [ ft ]ft

GRADIENTE DE PRESIÓNESTÁTICA PARA AGUA

PURA

=62.4 lbm

ft3

P = F/A

donde: F = densidad de agua pura x volumen del cubo × (gc/g)

x 1 ft3 × 32.2 ft/seg2 x 1 lbf32.2 lbm/seg2

A = área de la base del cubo = 1 ft2

P =62.4 lbf

1 ft2x 1 ft2

144 in2

= 62.4 lbf

13

1. La afirmación “el conjunto de leyes que gobierna elmovimiento de los líquidos y su aplicación práctica enlos sistemas de oleoducto” se refiere a ____________.a) mecánicab) termodinámicac) hidráulica de oleoductosd) hidrostática

2. Las variables claves que afectan el movimiento de loslíquidos son densidad, viscosidad y ________________.a) gravedad específicab) caudalc) temperaturad) longitud del tubo

3. El término hidráulica estática se refiere a laspropiedades de los líquido cuando estos están________________.a) en reposob) en movimientoc) aceleradosd) en evaporación

4. El término presión es definido como la _______________.a) cantidad de cabeza dividida por la fuerza que ejerceb) gravedad específica, multiplicada por la aceleración debida a la

gravedadc) cantidad total de fuerzas multiplicada por el volumend) fuerza ejercida sobre unidad de área

5. Si una presión de 2.1 psiG es ejercida sobre un objeto, lapresión absoluta sobre el objeto en psiA es__________________.a) 2.0b) 6.1c) 12.6d) 16.8

HIDRAULICA - NIVEL 1

REPASO 1

14

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

6. En la siguiente figura la cabeza estática es ____________.a) 10 ftb) 16 ftc) 23 ftd) 0.920

7. En la figura superior la presión de cabeza estática es__________.a) 6.4 psib) 7.1 psic) 9.1 psid) 19.6 psi

8. Si la gravedad específica de A es menor que lagravedad específica de B, y A y B tienen la mismacabeza estática entonces la presión de cabeza estáticaejercida por A es ________________ B.a) más baja queb) más alta quec) la misma qued) dependiente de

Las respuestas están al final del módulo.

16 ft 23 ft

GE = 0.920

10 ft

15

HIDRAULICA - NIVEL 1

En el oleoducto, la presión es potencial o cabeza de energía que puedeser convertida en velocidad de flujo. Esta presión es creada a través delos cambios en la altura o por las unidades de bombeo que son equivalentes a cambios positivos en la altura. Cuando una válvula esabierta, la energía potencial (presión) se convierte en velocidad de flujo,que es energía cinética. Del mismo modo que la velocidad aumenta laenergía cinética, la presión estática (energía potencial) decrece. Estasección considera la presión estática solamente; que es, la presióncuando la línea está cerrada.

Después de ésta sección usted debe ser capaz de:

• Identificar el término energía gravitacional.

• Identificar el término gradiente de cabeza estática total.

• Reconocer la relación entre presión de cabeza estática y energía gravitacional.

• Reconocer la relación entre elevación y presión.

• Analizar un perfil de elevación e identificar las áreas de alta y bajapresión, donde existen separación de columna y donde se ha excedidoel MPO.

SECCIÓN 2

PRESION DE CABEZA ESTATICA EN ELOLEODUCTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

16

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

ENERGÍA GRAVITACIONAL

El término energía gravitacional se refiere a la energía potencialcausada por cambios en la altura. Recuerde que la energía potencial esconvertida en flujo o velocidad cuando se abre una válvula. A mayoraltura, mayor tiempo de aceleración, debido a la gravedad, aumentán-dose la velocidad conque el líquido fluye pendiente abajo. Antes de quela válvula sea abierta o sea en condición estática, la energía es potencial

El término gradiente de cabeza estática total se refiere a la suma de lacabeza estática y la altura sobre cualquier punto dado del oleoducto. Elgradiente total de cabeza estática es una constante para cada bache delíquido (GE) cuando el flujo es cero. Esto es:

Dado:H = presión de cabeza estática

EL = elevación (energía gravitacional)Entonces,

H + EL = gradiente de cabeza estática total y para cada GE cuando flujo = 0 gradiente de cabeza estática total = constante

En hidráulica de oleoductos, la presión es expresada en términos decabeza o elevación (pies) para tener en cuenta la presión gravitacionalproducida por los cambios en la elevación que se combina con lapresión generada por la bomba para producir presión total de la línea opresión piezométrica (cabeza estática más presión de elevación) sobrecualquier punto dado. En resumen, la cabeza (pies) tiene en cuenta elefecto de los cambios en la altura. De esta manera el gradientehidráulico puede mostrarse en relación con el perfil.

El perfil de elevación del oleoducto es la elevación del oleoducto sobreel nivel del mar visualmente muestra los puntos críticos a lo largo de lalínea, donde la presión más baja y la más alta ocurren cuando la líneaestá cerrada. La figura 11 representa el perfil de elevación de la secciónde un oleoducto entre los puntos A y B. Verticalmente, EL representa laaltura de cualquier punto a lo largo del oleoducto con respecto a la líneade referencia donde se asume que la altura es cero o el nivel del mar. Yaque la suma de la cabeza y la elevación es una constante cuando el flujoes = 0, una línea horizontal puede ser dibujada paralela a la línea dereferencia. Esta línea de referencia dibujada se llama el gradiente de

GRADIENTE DE CABEZAESTÁTICA TOTAL

PERFIL DE ELEVACIONEN UN OLEODUCTO

HIDRAULICA - NIVEL 1

17

cabeza estática total. El gradiente de cabeza estática total permite elcálculo de la presión o de la cabeza en cualquier punto a lo largo deloleoducto. Por ejemplo, sobre el punto A la cabeza de presión es HA ysobre el punto B la altura es HB

Figura 9Generación de Presión de CabezaLas unidades de bombeo producen cabeza de presión. al salir unlíquido de la unidad de bombeo, queda bajo una cabeza de presiónde la misma manera que un líquido saliendo del fondo del tanque.Simplemente la cabeza es una presión producida por el peso de unacolumna de líquido.

Figura 10 La Cabeza Estática Depende de la AlturaPorque la columna de líquido sobre EL1 es mayor que la columnasobre EL2, la presión de cabeza estática sobre EL1 es mayor, por lamenor elevación y el mayor peso del líquido. Relacione la variaciónde elevación de un fluido dentro de un tanque. A menor elevaciónmayor presión de cabeza estática.

Unidadde

Bombeo

P P

H H

H 2

H1

EL 2

EL 1

18

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Figura 11Perfil de elevación Mostrando la Línea de Cabeza Total

Los puntos de menor elevación tienen mayores presiones, mientras lospuntos más elevados tienen presiones más bajas. Recuerde, paracualquier punto en el oleoducto con líquido en reposo, H + EL = constante. A mayor elevación en el oleoducto, menor es lacabeza.

La comprensión de la hidráulica de oleoductos puede ser uno de losrecursos más útiles que usted puede poseer durante una potencial emergencia. Por ejemplo, fallas en la comunicación, o fallas en el transmisor de presión pueden ocasionar que las presiones aguas arriba oaguas abajo de una estación, no sean disponibles. Sin embargo, como elsiguiente ejemplo lo demuestra, mediante la comprensión de lahidráulica de oleoductos se pueden obtener valores de presión pormedio de ecuaciones:

Gradiente total de cabeza estática = H + EL = una constante (cuando el fluido = 0)

yP = Gw x GE x H

Usted puede calcular datos que pueden ser críticos en la determinaciónde las consecuencias en una situación de emergencia.

En lo más alto de una montaña la línea de presión puede ser reducidapor debajo de la presión de vapor de un líquido, mientras que en unamenor altura la Máxima Presión de Operación(MPO) puede serexcedida. La figura 12 muestra el perfil entre dos estaciones durante uncierre de oleoducto con una falla de comunicación (COMMOUT) en laestación aguas abajo. En la línea hay combustible diesel con unagravedad específica de 0.830.

AEL

B

A

Elev

acin

tube

ria, E

L (ft

)

EL B

H BH A

H C

EL C

Longitud de Tuberia (mi)

Linea de Presi n Total O Gradiente de Presi n de Cabeza

C

0

19

HIDRAULICA - NIVEL 1

Figura 12Perfil de elevación de un Oleoducto en Reposo ConsiderandoFallas de Comunicación en la Estación B

La presión en la estación A es 290 psi. Con esta información y usando elgradiente estático del líquido y el perfil del oleoducto, puede determinarla presión máxima y mínima en esta sección del oleoducto, así como lapresión en la estación B o cualquier otro punto entre estas.

Para encontrar la altura relativa del gradiente estático sobre la estación Adebemos primero convertir 290 psi a pies o cabeza.

Use la fórmula:

por lo tanto

Conociendo la presión, la gravedad específica, y el gradiente de presiónestática para el agua pura, la altura de el gradiente estático sobre laestación A se determina:

and

1791

1200

1000

800

600

Altu

ra (m

)

Gradiente de Cabeza de Presi n Estotica

Estaci n A Estaci n B

290 psi

Distancia

HA =PA

GW × GE

PA = GW × GE × HA

HA =PA

GW × GE

=290 [psi]

0.4333 [psi/ft] x 0.830

= 806 ft

HA + ELA= constant

806 + 1000 = 1806 ft

20

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Se necesita una columna de 806 ft con una gravedad específica de 0.830para producir una presión de 290 psi en la estación A. El gradiente decabeza estática total de la línea puede ser ahora dibujado.

Luego, determine el cambio en la elevación entre los puntos alto y bajoen relación con la estación A

punto de elevación alto = 1000 ft - 1200 ft

= -200 ft (más alto que A)

punto de elevación bajo = 1000 ft - 700 ft= 300 ft (más bajo que A)

Recuerde, a mayor cabeza, mayor presión, eso es, la presión es mayor enla base de la montaña. Reciprocamente a mayor elevación, menorpresión. Esto es, la presión es más baja en el tope de la montaña.

Basados en la altura del gradiente, ahora se pueden calcular presionesmáximas y mínimas.

La cabeza en el punto alto es:HHP = HA+ ∆ELHP

HHP = 806 - 200

HHP = 606 ft

La cabeza en el punto bajo:

HLP = HA+ ∆ELLP

HLP = 806 + 300

HLP = 1106 ft

Como el gradiente de presión define la presión en cualquier punto dadoa lo largo de la línea. Para determinar la presión en el oleoducto puedeser usado el gradiente de cabeza total. Reste el gradiente de cabezaestática total de la elevación para establecer la cabeza en el punto.

Convierta esta cabeza a presión usando la fórmula:

P = GW × GE × H:PHP = 0.4333 psi/ft × 0.830 × 606 ftPHP = 218 psiPLP = 0.4333 psi/ft × 0.830 × 1106 ftPLP = 398 psi

HIDRAULICA - NIVEL 1

21

Mediante el establecimiento de el gradiente de presión de cabeza totalpara una sección de la línea con una bache, la presión en cualquierpunto a lo largo de el oleoducto puede ser determinada mediante ladiferencia entre el gradiente de cabeza total y la elevación en ese punto.

Por ejemplo, para encontrar la cabeza en el punto alto, tome el gradientede cabeza total, 1806 ft, y reste la elevación al punto alto usando lafórmula de conversión:

P = GW × GE × HP = 0.4333 psi/ft × 0.830 × 606 ftP = 218 psi

De modo semejante, este método puede ser usado para determinar lacabeza y la presión en un punto bajo. Nuevamente tome el gradiente decabeza total, 1806 ft, y réstele la elevación de el punto inferior, 700 ft,resultando 1106 ft. Usted puede calcular ahora la presión en el puntoinferior mediante el uso de la siguiente fórmula de conversión:

P = GW × GE × HP = 0.4333 psi/ft × 0.830 × 1106 ftP = 398 psi

Note que la cabeza y la presión son idénticas a los primeros cálculos.Usando este método mas corto, usted puede rapidamente encontrar lapresión en cualquier punto de el oleoducto, dado el gradiente de cabezatotal.

22

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

1. El término energía gravitacional se refiere a la___________.a) energía potencial causada por un cambio de alturab) punto de presión más bajo en el oleoductoc) velócidad del líquido cuando la válvula está abiertad) suma de la presión de cabeza estática y el gradiente de cabeza

estática

2. Para un líquido único cuando el flujo = 0, el gradientede cabeza estática total ____________al mismo tiempoque nos movemos a través el oleoductoa) invariablemente se incrementab) invariablemente disminuyec) permanece constanted) fluctúa

3. Hay un punto 12.5 millas al oriente de la estación Adonde la altura es de 2395 pies. En la estación B laaltura es alrededor de 2100 pies. Bajo condicionesestáticas, si la presión de la estación B es 1000 psi, y lagravedad específica del diesel es 0.735, entonces lapresión de la cabeza estática en el punto 12.5 millas aloriente de la estación A es _____________.a) 668 psib) 762 psic) 906 psid) 1046 psi

Las respuestas están al final del módulo.

REPASO 2

HIDRAULICA - NIVEL 1

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SECCIÓN 1 - DEFINICIONES

• Densidad, viscosidad y caudal son las tres variables que másafectan el producto de un oleoducto

• La presión de cabeza estática sobre cualquier punto de referenciaen un recipiente, no depende del tamaño ni de la forma delmismo. Esta depende de la densidad del líquido y de su alturasobre un punto de referencia.

• La cabeza estática se refiere a la altura del líquido sobre un puntode referencia.

• La fórmula para calcular presión de cabeza estática es P = 0.4333 x GE x H

SECCIÓN 2 - CABEZA ESTÁTICA DE PRESIÓN EN EL OLEODUCTO

• La energía gravitacional se refiere a la energía potencial que escausada por cambios en la altura. A mayor altura, mayorvelocidad con que el líquido fluye pendiente abajo.

• El gradiente de cabeza estática total es la suma de la cabezaestática y de la altura en cualquier punto dado de el oleoducto.

• Los puntos menos elevados tienen la mayor altura de cabezaestática mientras que los puntos más elevados tienen la altura decabeza estática más baja.

RESUMEN

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PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

cabeza estática la altura de una columna de líquido que genera presión estática sobre unpunto de referencia. (p.8)

energía gravitacionalenergía potencial, causada por cambios en la altura. (p.16)

gradiente de cabeza estáticala suma de la cabeza estática y la elevación en cualquier punto dado deel oleoducto. (p.16)

gradiente estáticoIndica por medio de su altura sobre la tuberia la presión en cualquierpunto de la misma

hidráulicael conjunto de leyes que gobiernan el comportamiento de los líquidos enestado de reposo y de movimiento. (p.4)

hidráulica estáticalas propiedades de los líquidos en reposo. (p.4)

hidráulica de tuberíael conjunto de leyes que gobiernan el movimiento de los líquidos y suaplicación práctica en los sistemas de tubería. (p.4)

perfil de elevación del oleoductoelevación de el oleoducto sobre el nivel del mar. (p.16)

potencial o energía de cabezaen el oleoducto, la presión es energía que puede ser convertida envelocidad o flujo. Esta presión se crea a través de los cambiosproducidos en la elevación o por las unidades de bombeo que son equiv-alentes a cambios positivos en la elevación. (p.15)

presión (P)la cantidad de fuerza (F) ejercida en una unidad de área (A) o superficie.(p.4)

presión absolutala cantidad de presión ejercida sobre un objeto; la suma de la presiónmanométrica y la presión atmosférica. (p.5)

presión atmosféricatambién llamada presión barométrica, es igual a 14,7 psi sobre el niveldel mar y 60 °F (15 °C). (p.5)

GLOSARIO

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HIDRAULICA - NIVEL 1

presión de cabeza estáticacantidad de presión ejercida por una columna de líquido sobre unaunidad de área. (p.9)

presión de línea totalpresión gravitacional más presión de bombeo

presión estáticapresión cuando la línea está cerrada

presión manométricapresión medida sobre la presión atmosférica, expresada como psig. (p.5)

velocidadrapidez en una dirección dada.