Hidraulica Nivel 1

7/31/2019 Hidraulica Nivel 1

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HIDRULICA - NIVEL 1

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCINPropsitos del Mdulo ____________________________________________ 1

SECCIN 1 - DEFINICIONESIntroduccin ____________________________________________________ 3Hidrulica de Oleoductos __________________________________________ 4Presin__________________________________________________________ 4Presin y Lquidos ________________________________________________ 6Cabeza Esttica __________________________________________________ 8Repaso 1 ________________________________________________________ 13

SECCIN 2 - PRESION DE CABEZA ESTATICA EN EL OLEODUCTOIntroduccin ____________________________________________________ 15Energa Gravitacional ______________________________________________ 16

Repaso 2 ________________________________________________________ 22

RESUMEN______________________________________________________23

GLOSARIO ____________________________________________________24

RESPUESTAS____________________________________________________26


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ATENCIONEl personal de operaciones usa tecnologa para alcanzar metasespecficas. Un objetivo clave del programa de entrenamiento espromover la comprensin de la tecnologa que el personal operativo,usa en su trabajo diario. Este programa de entrenamiento refuerza larelacion trabajo-habilidades mediante el suministro de informacinadecuada de tal manera que los empleados de oleoductos la puedanaplicar in mediatamente.

La informacin contenida en los mdulos es terica. El fundamentode la informacin bsica facilita el entendimiento de la tecnologa ysus aplicaciones en el contexto de un sistema de oleoducto. Todoslos esfuerzos se han encaminado para que reflejen los principioscientficos puros en el programa de entrenamiento. Sin embargo enalgunos casos la teora rie con la realidad de la operacindiaria. La utilidad para los operadores de oleoductos es nuestraprioridad mas importante durante el desarrollo de los temas enel Programa de Entrenamiento para el Funcionamiento deOleoductos.

HIDRAULICA - NIVEL 1Comportamiento de los Fluidos

1995 IPL Technology & Consulting Services Inc.Reproduccin Prohibida (March 28, 1995)

IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC.7th Floor IPL Tower10201 Jasper AvenueEdmonton, AlbertaCanada T5J 3N7

Telephone +1-403-420-8489

Fax +1-403-420-8411

Reference: 1.6 SP Hyd.Level 1 November, 1997


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HABILIDADES DE ESTUDIOPara que el aprendizaje de los mdulos sea ms efectivo, se sugieretener en cuenta las siguientes recomendaciones.

1. Trate de que cada periodo de estudio sea corto pero productivo(de 10 a 45 minutos). Si usted ha establecido que estudiar durantelos cinco dias de la semana un total de dos horas por da, separe lostiempos de estudio con periodos de descanso de dos a cinco

minutos entre cada sesion. Recuerde que generalmente una semanade auto estudio reemplaza 10 de horas de asistencia a clases. Porejemplo si usted tiene un periodo de tres semanas de autoestudio,deber contabilizar treinta horas de estudio si quiere mantener elritmo de la mayora de los programas de aprendizaje.

2. Cuando usted est estudiando establezca conexiones entre captulosy tareas. Entre ms relaciones logre hacer le ser ms fcil recordarla informacin.

3. Hay cuestionarios de autoevaluacin al final de cada seccin delmdulo. Habitualmente el responder a estos cuestionariosincrementar su habilidad para recordar la informacin.

4. Cuando est leyendo una seccin o un mdulo, primero de unvistazo rpido a toda el material antes de comenzar la lecturadetallada. Lea la introduccin, conclusiones y preguntas al final decada seccin. A continuacin como una tarea separada estudie losencabezados, grficos, figuras y ttulos. Despues de esta excelentetcnica de revision previa, usted estar familiarizado con la formacomo est organizado el contenido. Despus de la lectura rpida

continue con la lectura detallada. Su lectura detallada, refuerza loque ya usted ha estudiado y adems le clarifica el tema. Mientrasusted este realizando esta lectura detngase al final de cadasub-seccin y pregntese Que es lo que he acabado de leer?

5. Otra tcnica de estudio til es escribir sus propias preguntasbasadas en sus notas de estudio y/o en los titulos y subtitulos de losmdulos.


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6. Cuando est tomando notas en el saln de clases considere lasiguiente tcnica. Si usa un cuaderno de de argollas escriba soloen las pgina de la derecha. Reserve las pgina de la izquierdapara sus propias observaciones, ideas o reas en las que necesit eaclaraciones. Importante: escriba las preguntas que su instructorhace, es posible que usted las encuentre en el custrionario final.

7. Revise. Revise. Revise, El revisar el material aumentarenormemente su capacidad de recordar.

8. El uso de tarjetas para notas, le ayudar a identificar rpida-mente reas en las cuales usted necesita repasar antes de unexmen. Comience por ordenar a conciencia las tarjetas despusde cada sesin de lectura. Cuando aparezca una nueva palabra,escrbala en una cara de la tarjeta y en el reverso escriba ladefinicin. Esto es aplicable para todos los mdulos. Porejemplo, simbolos qumicos/que representan; estacinterminal/defincin; una sigla (acronismo)/que significa. Una vezhaya compilado sus tarjetas y se este preaparando para unaprueba, ordnelas con el lado que contiene las palabras haciaarriba; pase una tras otra para verificar si usted sabe que hay enel reverso. Se ha preguntado usted por qu gastar tiempo

innecesario en significados o conceptos? Porque las tarjetas queno pudo identificar, le indican las reas en las cuales necesitareforzar su estudio.

9. Adicionalmente estos mdulos tienen identificados mtodos deenseanza especfica para ayudar a la comprensin del tema y surevisin. Los trminos (palabras, definiciones), que aparecen ennegrilla estn en el glosario. Para relacionar la informacin delos trminos y su significado, los nmeros de las pginasaparecen en las definiciones del glosario con el objeto deidentificar donde apareci el trmino por primera vez en eltxto. Las definiciones que en el glosario no tienen ningnnmero de pgina es importante de igual manera entenderlas,pero estn completamente explicadas en otro mdulo.


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Este mdulo integra la informacin de todos los mdulos anteriores en lafase bsica del comportamiento de los fluidos y aplica esta informacinal campo de la hidrulica en oleoductos. La hidrulica de oleoductos esuna herramienta invaluable que permite a los operadores monitorear ycontrolar los oleoductos y responder en la forma ms apropiada a loscambios de condiciones. El conocimiento de la hidrulica 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. Especficamente, la hidrulica de los oleoductosdemuestra como los cambios de variables de densidad, viscosidad yvariacin de flujo, combinada con las condiciones establecidas delongitud de el oleoducto, rugosidad interna de la misma y cambios en laelevacin para determinar el total de fluido transportado para cualquiertiempo dado.

Este mdulo comienza por proveer definiciones y conceptos de trminosrelativos a la hidrulica y sus frmulas bsicas. La segunda seccin deeste mdulo presenta trminologa adicional relativa a principioshidrulicos de oleoductos con fludo en reposo, incluyendo el gradientetotal de cabeza esttica y cabeza de elevacin. Esta seccin de estemdulo proporciona tambin ejemplos prcticos de la aplicacin defrmulas tiles en clculos hidrulicos.

Los lectores notarn que este mdulo trata de los principios hidrulicos

cuando estos se aplican al oleoducto esttico (cuando no est fluyendo).La informacin hidrulica pertinente al oleoducto fluyendo, se encuentraen la fase Avanzada del Comportamiento de los Fluidos.

Este mdulo proporciona informacin en los siguientes aspectos:

explica como la presin acta sobre los lquidos. define y calcula cabeza esttica, presin de cabeza esttica y gradiente

total de cabeza esttica. muestra como sacar conclusiones correctas del estado del lquido en el

oleoducto, basndose en los clculos.

Todos los mdulos de la fase bsica del comportamiento de fluidos.

HIDRAULICA- NIVEL1

INTRODUCCIN

PROPOSITOS DELMDULO

PREREQUISITOS


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HIDRAULICA- NIVEL1

La hidrulica investiga el comportamiento de los fluidos. Para entenderla hidrulica, los operadores necesitan familiarizarse con latrminologa relacionada con la misma, como tambin con los

principios tericos de la presin y el comportamiento de los fluidos. Lasiguiente seccin de este mdulo define y discute temas relativos a lahidrulica. Adicionalmente, tambin provee frmulas bsicasimportantes para los clculos hidrulicos.

Despus de sta seccin, usted debe estar en capacidad de cumplir lossiguientes objetivos:

Identificar el trmino hidrulica de oleoductos.

Reconocer las tres variables importantes para hidrulica deoleoductos.

Identificar el trmino hidrulica esttica. Identificar el trmino presin. Identificar el trmino presin atmosfrica. Identificar el trmino presin manomtrica. Identificar el trmino cabeza esttica. Identificar el trmino presin de cabeza esttica.

OBJETIVOS

SECCIN 1DEFINICIONES

INTRODUCCIN


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PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

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Hidrulica es el conjunto de leyes que gobiernan el comportamiento delos lquidos en estado de movimiento y en reposo. La hidrulica de los

oleoductos se refiere al conjunto de leyes que gobiernan el movimientode los lquidos y la aplicacin prctica de stas leyes en un sistema deoleoducto. Ms especficamente, la hidrulica de oleoductos se refiere acomo las variables de las propiedades de los lquidos se combinan conlos caractersticas constantes de un oleoducto para determinar lacantidad de flujo en cualquier tiempo dado. Las variables en la cantidadde flujo incluyen:

densidad viscosidad, y

variacin de fludo.

Las caractersticas constantes de la de oleoducto incluyen:

longitud dimetro interno rugosidad de la pared interna, y cambios en la elevacin.

Los trminos de la hidrulica esttica se refieren a las propiedades delos lquidos cuando stos estn en reposo; es as, como la presin y los

cambios en la elevacin afectan los fluidos en el oleoducto.

En esta seccin, comenzamos por definir presin, y por aprender comose calcula. Luego examinamos como la presin en un tanque cambia deacuerdo con la altura del fludo. Finalmente, se discute como la presinafecta y es afectada por un lquido en reposo en un tramo del oleoducto.

El trmino presin es definido como la fuerza ejercida en una unidad derea. La unidad estndar para la medicin de la presin es la libra de

fuerza (lb ) por pulgada cuadrada (in) 2 o simplemente psi.

Para calcular la presin en Psi, se usa la frmula :

P = F/Asiendo: P = Presin

F = FuerzaA = Area

PIPELINE OPERATIONS TRAINING PROGRAM

HIDRULICA DEOLEODUCTOS

PRESIN


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Hay diferentes formas para obtener las medidas de presin:

presin atmosfrica. presin absoluta. presin manomtrica.

El trmino presin atmosfrica se refiere a la presin ejercida por laatmsfera y algunas veces se le llama presin baromtrica. La presinatmosfrica es expresada como PATM y vara de acuerdo con la altitud.A mayor altura que se encuentre una persona est sometida a menorpresin atmosfrica, porque hay menos cantidad de atmsfera pesandosobre el. La medida estndar de la presin atmosfrica es a nivel del mary a 60F. Al nivel del mar y a 60F (15C) el valor de la presin es unaatmsfera (atm). En las aplicaciones de oleoducto, la unidadatmosfrica generalmente no es usada. En vez de sta, es usada launidad estndar, psi. Luego en nuestros clculos:

1 atm = 14.7 psi

En este mdulo los clculos se hacen usando psi.

El trmino presin absoluta (PA) se refiere a la cantidad total de la presin ejercida sobre un objeto y se expresa como psiA. La presinabsoluta incluye la presin atmosfrica as como cualquier presin quese aada. Por ejemplo, si 1.5 psi es ejercida sobre un objeto, la presinabsoluta ejercida ser de 1.5 psi ms la presin atmosfrica, 14.7 psi. Lapresin absoluta (PA) entonces ser:

1.5 psi + 14.7 psi = 16.2 psi A.

El trmino presin manomtrica (PG) se refiere a la presin medidasobre la presin atmosfrica y es expresada como psiG. La presinmanomtrica es usada para expresar la presin ejercida sobre un objeto

una vez la presin atmosfrica ha sido tenida en cuenta.

PRESIN ATMOSFRICA

PRESINMANOMETRICA YABSOLUTA

HYDRAULICS- LEVEL1


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Para calcular la presin manomtrica (PG):PG = PA P atm

Por ejemplo, si la presin absoluta es 36 psi A:PG = 36 psi A - 14.7 psi

PG = 21.3 psi GEn el oleoducto, la practica normal es medir la presin manomtricasolamente.

La presin acta de forma especfica sobre los lquidos. Las siguientes

reglas explican los principios bajo los que se calcula la presin en unaseccin del oleoducto. (Ver modulo: H IDRAULICA NIVEL 1 - L IBRO DETRABAJO para clculos actuales):

En un volumen pequeo de lquido la presin acta uniformemente.La presin aplicada se esparce sobre toda la superficie del lquido.Cuando la presin es calculada ms adelante en ste mdulo, esexpresada como fuerza por unidad de rea.

Figura 1La presin acta uniformemente en todas las direcciones en un pequeo volumen de lquido.

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

PRESIN YLQUIDOS

Figura 2 La Presin se Distribuye Igualmente sobre una

Superficie la presin se distribuye igualmente sobre una unidad de rea de una superficie. Ningn rea individual en la superficie tiene mayor presin que otras reas, la

presin es, medida como fuerza por pulgada cuadrada y no por fuerza acumulada o total. Una

fuerza F1 de 162 lbf es aplicada en la cara de trabajo (A) de el pistn. Puesto que el rea de la cara de

trabajo (A) del pistn es 9 pulgadas cuadradas, una presin de 162 lbf/9in 2 o 18 libras, es ejercida en cada

pulgada cuadrada de la superficie de trabajo.


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HIDRAULICA- NIVEL1

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En un lquido confinado por barreras slidas la presin actaperpendicular a las barreras. Esto significa que si la presin de unlquido contra el fondo del tanque es 14.5 psi, y una vlvula es abiertaen el fondo del tanque, el lquido fluir a travs de la vlvula a 14.5psi. Esto va a ser importante ms tarde en este mdulo cuando sediscuta la diferencia entre presin de cabeza esttica en un oleoductoy presin gravitacional.

Figura 3 La Presin Acta Perpendicular a las Barreras del Recipiente

En un sistema cerrado, un cambio de presin producido en unpunto del sistema ser transmitido a travs de todo el sistema.Una persona que pesa 180 lbf, se para en un pistn con una seccintransversal de 1.55 pulgadas cuadradas, y genera una presin de180 lb f /1.55 in

2 = 116lb f /in2 = 116 psi.

Esta presin de 116 psi es transferida a un pistn ms grande con un reade seccin transversal de 15.5 pulgadas cuadradas para levantar unvehculo que pesa 1800 lbf.

Pistn pequeoPP =

FP =180 lb f = 116 lb f /in2 = 116 psiAP 15.5 in

2

Pistn GrandePV =

FV =1800 lb f = 116 lb f /in 2 = 116 psi

AV 15.5 in2

Piscina Seccintransversal

de la Tuberia

Represa


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Figura 4 Cambio de Presin en un Sistema Cerrado En un sistema cerrado, el cambio de presin producido en un punto del sistema ser transmitido uniformemente a travs de todo el sistema:P p = P = P v.

El trmino cabeza esttica se refiere a la altura de una columna lquida

sobre 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 esttica 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 cabezaesttica del crudorespecto al fondo deltanque es de 40 ft.

Figura 5 Cabeza Esttica La cabeza esttica es la elevacin o altura, de una columna de lquido sobre un punto de referencia.

(12.2 m)Linea

deReferencia

40 ft

P

P

P

P

V

CABEZAESTTICA


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El trmino presin de cabeza esttica se refiere al total de presinejercida sobre una unidad de rea por una columna de lquido. En estosmdulos, el trmino presin de cabeza esttica es usado para evitarconfusin con cabeza esttica como fue definida previamente. Lapresin de cabeza esttica varia de acuerdo con:

la cabeza esttica del lquido. la gravedad especfica del lquido.

Cuando la presin es medida, estamos midiendo una fuerza con respectoa una unidad de rea y no simplemente el total de la fuerza ejercida.Porque debido a como se considera la unidad de rea, el volumen dellquido no afecta la presin de cabeza esttica. Por ejemplo, hay dostanques: un tanque tiene un dimetro pequeo y el otro tiene un dimetrogrande. Si los dos tanques son llenados con el mismo lquido a la mismaaltura, o cabeza esttica entonces la presin de cabeza esttica de cadatanque es la misma. El tanque B tiene menos lquido que el tanque A,pero el tanque B tambin tiene una unidad de rea ms pequea para ellquido que presiona en su interior.

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

La presin de cabeza esttica de un lquido tambin depende de lagravedad especfica del fluido. Existe una relacin directa entre lagravedad especfica y la presin de cabeza esttica. esto es que si lacabeza esttica de dos lquidos es la misma, entonces:

un lquido con una gravedad especfica alta tiene una presin decabeza esttica alta, y

un lquido con una gravedad especfica baja tiene una presin decabeza esttica baja.

HIDRAULICA- NIVEL1

PRESIN DE CABEZAESTTICA

65.6 ftLineade

Referencia

65.6 ft

200 psi 200 psi

Figura 6 Igual presin de cabeza esttica Los dos tanques tienen la misma cabeza esttica y por esta razn la misma presin de cabeza esttica, a pesar de que el tanque A contiene ms lquido y conse- cuentemente mayor fuerza total.


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Para calcular la presin de cabeza esttica de un lquido use la formulaP = G W GE H

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

(remtase a la pagina 12 para una explicacin ydel origen de esta constante).

GE = gravedad especfica del lquido ()H = cabeza esttica del lquido (ft)

Por ahora use la formula como fue dada en el Libro de T RABAJO DEHIDRAULICA - N IVEL 1, usted puede aprender como deducir esta y otrasfrmulas para calcular la presin de cabeza esttica.

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

Usando la formula, calcule la presin esttica de la gasolina en el tanque.

P = G W GE H

P = 0.4333 psi/ft 0.750 66 ftP = 21 psi

Figura 7 Calculo de la presin de cabeza esttica con Diferentes Cabezas Estticas

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

65.6 ft

Lineade

Referencia32.8 ft

16.4 ft

Tonque A Tonque B Tonque C

CALCULO DE PRESINDE CABEZA ESTTICA EN

PSI


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Usando la formula P = G W x GE X H, calcule la presin de cabezaesttica en cada uno de los tanques:

Tanque A:PA = G W GE HPA = 0.4333 psi/ft 0.920 65.6 ftPA = 26.2 psi

Tanque B:PB = G W GE HPB = 0.4333 psi/ft 0.920 32.8 ftPB = 13.1 psi

Tanque C:PC = G W GE HPC = 0.4333 psi/ft 0.920 16.4 ftPC = 6.5 psi

La figura 8 ilustra tres tanques ms, cada uno contiene un lquidodifirente, con densidades diferentes y la altura produce la mismapresin, 200 psi.

Figura 8 Clculo de presin de cabeza esttica con Gravedades Especficas Variables

Para obtener 200 psi se necesita menor altura del lquido en el tanque Aporque tiene una gravedad especfica mayor. Reciprocamente serequiere una mayor altura del lquido en el tanque B para producir 200psi que cualquiera de los lquidos en el tanque A o en el tanque C,porque el lquido en el tanque B tiene la gravedad especfica ms 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 presin en cada unidad de superfice cuadrada.

HIDRAULICA- NIVEL1

200 psi200 psi

Tanque AGE Alta

Tanque BGE Baja

Tanque CGE Media

200 psi


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Usamos agua pura como el punto de referencia estndar con unadensidad de 62.4 lbm / ft 3 a 60F (15C) . La fuerza de un pi cbico deagua acta sobre un rea de un pie cuadrado (1 ft 2) en la base del cubo.

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

Como esta presin es el resultado del peso de la columna de agua de unpie de altura podemos decir que el gradiente de presin esttica para elagua (G w) es:

GW = 0.4333 psi/1 pie de columna de aguao simplemente

GW = 0.4333 psi/ft

Puesto que el peso especfico (sW) de cualquier lquido (la fuerzaejercida por un pie cbico) es igual a la gravedad especfica del lquidomultiplicada por el peso especfico 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 presin esttica basada en la gravedad especfica del petrleolquido viene siendo:

P = G W GE H

Las dimensiones son :

[ psi ] = [psi ] [-] [ ft ]ft

GRADIENTE DE PRESINESTTICA PARA AGUA

PURA

=62.4 lb m

ft3

P = F/A

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

x 1 ft 3 32.2 ft/seg 2 x 1 lb f 32.2 lbm/seg 2

A = rea de la base del cubo = 1 ft 2

P =62.4 lb f

1 ft 2x 1 ft

2

144 in 2

= 62.4 lb f


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1. La afirmacin el conjunto de leyes que gobierna el movimiento de los lquidos y su aplicacin prctica en los sistemas de oleoducto se refiere a ____________.a) mecnicab) termodinmicac) hidrulica de oleoductosd) hidrosttica

2. Las variables claves que afectan el movimiento de los lquidos son densidad, viscosidad y ________________.a) gravedad especfica

b) caudalc) temperaturad) longitud del tubo

3. El trmino hidrulica esttica se refiere a las propiedades de los lquido cuando estos estn

________________.a) en reposob) en movimientoc) aceleradosd) en evaporacin

4. El trmino presin es definido como la _______________.a) cantidad de cabeza dividida por la fuerza que ejerceb) gravedad especfica, multiplicada por la aceleracin debida a la

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

5. Si una presin de 2.1 psiG es ejercida sobre un objeto, la presin absoluta sobre el objeto en psiA es

__________________.

a) 2.0b) 6.1c) 12.6d) 16.8

HIDRAULICA- NIVEL1

REPASO 1


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

7. En la figura superior la presin de cabeza esttica es __________.a) 6.4 psib) 7.1 psi

c) 9.1 psid) 19.6 psi

8. Si la gravedad especfica de A es menor que la gravedad especfica de B, y A y B tienen la misma cabeza esttica entonces la presin de cabeza esttica ejercida por A es ________________ B.a) ms baja queb) ms alta quec) la misma qued) dependiente de

Las respuestas estn al final del mdulo.

16 ft23 ftGE = 0.920

10 ft


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HIDRAULICA- NIVEL1

En el oleoducto, la presin es potencial o cabeza de energa que puedeser convertida en velocidad de flujo. Esta presin es creada a travs delos cambios en la altura o por las unidades de bombeo que sonequivalentes a cambios positivos en la altura. Cuando una vlvula esabierta, la energa potencial (presin) se convierte en velocidad de flujo,que es energa cintica. Del mismo modo que la velocidad aumenta laenerga cintica, la presin esttica (energa potencial) decrece. Estaseccin considera la presin esttica solamente; que es, la presincuando la lnea est cerrada.

Despus de sta seccin usted debe ser capaz de:

Identificar el trmino energa gravitacional. Identificar el trmino gradiente de cabeza esttica total.

Reconocer la relacin entre presin de cabeza esttica y energagravitacional.

Reconocer la relacin entre elevacin y presin. Analizar un perfil de elevacin e identificar las reas de alta y baja

presin, donde existen separacin de columna y donde se ha excedidoel MPO.

SECCIN 2PRESION DE CABEZA ESTATICA EN

OLEODUCTO

INTRODUCCIN

OBJETIVOS


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ENERGAGRAVITACIONAL

El trmino energa gravitacional se refiere a la energa potencialcausada por cambios en la altura. Recuerde que la energa potencial esconvertida en flujo o velocidad cuando se abre una vlvula. A mayoraltura, mayor tiempo de aceleracin, debido a la gravedad, aumentn-dose la velocidad conque el lquido fluye pendiente abajo. Antes de quela vlvula sea abierta o sea en condicin esttica, la energa es potencial

El trmino gradiente de cabeza esttica total se refiere a la suma de lacabeza esttica y la altura sobre cualquier punto dado del oleoducto. El

gradiente total de cabeza esttica es una constante para cada bache delquido (GE) cuando el flujo es cero. Esto es:

Dado:H = presin de cabeza esttica

EL = elevacin (energa gravitacional)Entonces,

H + EL = gradiente de cabeza esttica total y paracada GE cuando flujo = 0 gradiente de cabezaesttica total = constante

En hidrulica de oleoductos, la presin es expresada en trminos decabeza o elevacin (pies) para tener en cuenta la presin gravitacionalproducida por los cambios en la elevacin que se combina con lapresin generada por la bomba para producir presin total de la lnea opresin piezomtrica (cabeza esttica ms presin de elevacin) sobrecualquier punto dado. En resumen, la cabeza (pies) tiene en cuenta elefecto de los cambios en la altura. De esta manera el gradientehidrulico puede mostrarse en relacin con el perfil.

El perfil de elevacin del oleoducto es la elevacin del oleoducto sobreel nivel del mar visualmente muestra los puntos crticos a lo largo de lalnea, donde la presin ms baja y la ms alta ocurren cuando la lneaest cerrada. La figura 11 representa el perfil de elevacin de la seccinde un oleoducto entre los puntos A y B. Verticalmente, EL representa laaltura de cualquier punto a lo largo del oleoducto con respecto a la lneade referencia donde se asume que la altura es cero o el nivel del mar. Yaque la suma de la cabeza y la elevacin es una constante cuando el flujoes = 0, una lnea horizontal puede ser dibujada paralela a la lnea dereferencia. Esta lnea de referencia dibujada se llama el gradiente de

GRADIENTE DE CABEZAESTTICA TOTAL

PERFIL DE ELEVACIONEN UN OLEODUCTO


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HIDRAULICA- NIVEL1

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cabeza esttica total. El gradiente de cabeza esttica total permite elclculo de la presin o de la cabeza en cualquier punto a lo largo deloleoducto. Por ejemplo, sobre el punto A la cabeza de presin es H A ysobre el punto B la altura es H B

Figura 9 Generacin de Presin de Cabeza Las unidades de bombeo producen cabeza de presin. al salir un lquido de la unidad de bombeo, queda bajo una cabeza de presin de la misma manera que un lquido saliendo del fondo del tanque.Simplemente la cabeza es una presin producida por el peso de una columna de lquido.

Figura 10 La Cabeza Esttica Depende de la Altura Porque la columna de lquido sobre EL 1 es mayor que la columna sobre EL 2 , la presin de cabeza esttica sobre EL 1 es mayor, por la menor elevacin y el mayor peso del lquido. Relacione la variacin de elevacin de un fluido dentro de un tanque. A menor elevacin mayor presin de cabeza esttica.

Unidadde

Bombeo

P P

H H

H2

H1EL2

EL1


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Figura 11Perfil de elevacin Mostrando la Lnea de Cabeza Total

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

La comprensin de la hidrulica de oleoductos puede ser uno de losrecursos ms tiles que usted puede poseer durante una potencialemergencia. Por ejemplo, fallas en la comunicacin, o fallas en el

transmisor de presin pueden ocasionar que las presiones aguas arriba oaguas abajo de una estacin, no sean disponibles. Sin embargo, como elsiguiente ejemplo lo demuestra, mediante la comprensin de lahidrulica de oleoductos se pueden obtener valores de presin pormedio de ecuaciones:

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

yP = Gw x GE x H

Usted puede calcular datos que pueden ser crticos en la determinacin

de las consecuencias en una situacin de emergencia.En lo ms alto de una montaa la lnea de presin puede ser reducidapor debajo de la presin de vapor de un lquido, mientras que en unamenor altura la Mxima Presin de Operacin(MPO) puede serexcedida. La figura 12 muestra el perfil entre dos estaciones durante uncierre de oleoducto con una falla de comunicacin (COMMOUT) en laestacin aguas abajo. En la lnea hay combustible diesel con unagravedad especfica de 0.830.

AEL

B

AElevacin tuberia, EL (ft)

ELB

HBHA

HC

ELC

Longitud de Tuberia (mi)

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

C

0


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HIDRAULICA- NIVEL1

Figura 12 Perfil de elevacin de un Oleoducto en Reposo Considerando Fallas de Comunicacin en la Estacin B

La presin en la estacin A es 290 psi. Con esta informacin y usando elgradiente esttico del lquido y el perfil del oleoducto, puede determinarla presin mxima y mnima en esta seccin del oleoducto, as como lapresin en la estacin B o cualquier otro punto entre estas.

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

Use la frmula:

por lo tanto

Conociendo la presin, la gravedad especfica, y el gradiente de presinesttica para el agua pura, la altura de el gradiente esttico sobre laestacin A se determina:

and

1791

1200

1000

800

600

A l t u r a

( m )

Gradiente de Cabeza de Presi n Estotica

Estaci n A Estaci n B

290 psi

Distancia

HA =PA

GW GE

PA = G W GE HA

HA =PA

GW GE

= 290 [psi]

0.4333 [psi/ft] x 0.830= 806 ft

HA + EL A= constant

806 + 1000 = 1806 ft


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Se necesita una columna de 806 ft con una gravedad especfica de 0.830para producir una presin de 290 psi en la estacin A. El gradiente decabeza esttica total de la lnea puede ser ahora dibujado.

Luego, determine el cambio en la elevacin entre los puntos alto y bajoen relacin con la estacin A

punto de elevacin alto = 1000 ft - 1200 ft= -200 ft (ms alto que A)

punto de elevacin bajo = 1000 ft - 700 ft= 300 ft ( ms bajo que A)

Recuerde, a mayor cabeza, mayor presin, eso es, la presin es mayor enla base de la montaa. Reciprocamente a mayor elevacin, menorpresin. Esto es, la presin es ms baja en el tope de la montaa.

Basados en la altura del gradiente, ahora se pueden calcular presionesmximas y mnimas.

La cabeza en el punto alto es:HHP = H A+ EL HPHHP = 806 - 200HHP = 606 ft

La cabeza en el punto bajo:

HLP = H A+ EL LPHLP = 806 + 300HLP = 1106 ft

Como el gradiente de presin define la presin en cualquier punto dadoa lo largo de la lnea. Para determinar la presin en el oleoducto puedeser usado el gradiente de cabeza total. Reste el gradiente de cabezaesttica total de la elevacin para establecer la cabeza en el punto.

Convierta esta cabeza a presin usando la frmula:P = G W GE H:

PHP = 0.4333 psi/ft

0.830

606 ftPHP = 218 psiPLP = 0.4333 psi/ft 0.830 1106 ftPLP = 398 psi


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Mediante el establecimiento de el gradiente de presin de cabeza totalpara una seccin de la lnea con una bache, la presin en cualquierpunto a lo largo de el oleoducto puede ser determinada mediante ladiferencia entre el gradiente de cabeza total y la elevacin en ese punto.

Por ejemplo, para encontrar la cabeza en el punto alto, tome el gradientede cabeza total, 1806 ft, y reste la elevacin al punto alto usando lafrmula de conversin:

P = G W GE HP = 0.4333 psi/ft 0.830 606 ftP = 218 psi

De modo semejante, este mtodo puede ser usado para determinar lacabeza y la presin en un punto bajo. Nuevamente tome el gradiente decabeza total, 1806 ft, y rstele la elevacin de el punto inferior, 700 ft,resultando 1106 ft. Usted puede calcular ahora la presin en el puntoinferior mediante el uso de la siguiente frmula de conversin:

P = G W GE HP = 0.4333 psi/ft 0.830 1106 ftP = 398 psi

Note que la cabeza y la presin son idnticas a los primeros clculos.Usando este mtodo mas corto, usted puede rapidamente encontrar lapresin en cualquier punto de el oleoducto, dado el gradiente de cabezatotal.


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1. El trmino energa gravitacional se refiere a la ___________.a) energa potencial causada por un cambio de alturab) punto de presin ms bajo en el oleoductoc) velcidad del lquido cuando la vlvula est abiertad) suma de la presin de cabeza esttica y el gradiente de cabeza

esttica

2. Para un lquido nico cuando el flujo = 0, el gradiente de cabeza esttica total ____________al mismo tiempo que nos movemos a travs el oleoducto

a) invariablemente se incrementab) invariablemente disminuyec) permanece constanted) flucta

3. Hay un punto 12.5 millas al oriente de la estacin Adonde la altura es de 2395 pies. En la estacin B la altura es alrededor de 2100 pies. Bajo condiciones estticas, si la presin de la estacin B es 1000 psi, y la gravedad especfica del diesel es 0.735, entonces la presin de la cabeza esttica en el punto 12.5 millas al oriente de la estacin A es _____________.a) 668 psib) 762 psic) 906 psid) 1046 psi

Las respuestas estn al final del mdulo.

REPASO 2


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HIDRAULICA- NIVEL1

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SECCIN 1 - DEFINICIONES Densidad, viscosidad y caudal son las tres variables que msafectan el producto de un oleoducto

La presin de cabeza esttica sobre cualquier punto de referenciaen un recipiente, no depende del tamao ni de la forma delmismo. Esta depende de la densidad del lquido y de su alturasobre un punto de referencia.

La cabeza esttica se refiere a la altura del lquido sobre un puntode referencia.

La frmula para calcular presin de cabeza esttica esP = 0.4333 x GE x H

SECCIN 2 - CABEZA ESTTICA DE PRESIN EN ELOLEODUCTO

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

El gradiente de cabeza esttica total es la suma de la cabezaesttica y de la altura en cualquier punto dado de el oleoducto.

Los puntos menos elevados tienen la mayor altura de cabezaesttica mientras que los puntos ms elevados tienen la altura de

cabeza esttica ms baja.

RESUMEN


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cabeza estticala altura de una columna de lquido que genera presin esttica sobre unpunto de referencia. (p.8)

energa gravitacional energa potencial, causada por cambios en la altura. (p.16)

gradiente de cabeza estticala suma de la cabeza esttica y la elevacin en cualquier punto dado deel oleoducto. (p.16)

gradiente estticoIndica por medio de su altura sobre la tuberia la presin en cualquierpunto de la misma

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

hidrulica estticalas propiedades de los lquidos en reposo. (p.4)

hidrulica de tuberael conjunto de leyes que gobiernan el movimiento de los lquidos y suaplicacin prctica en los sistemas de tubera. (p.4)

perfil de elevacin del oleoductoelevacin de el oleoducto sobre el nivel del mar. (p.16)

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

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

presin absolutala cantidad de presin ejercida sobre un objeto; la suma de la presinmanomtrica y la presin atmosfrica. (p.5)

presin atmosfricatambin llamada presin baromtrica, es igual a 14,7 psi sobre el niveldel mar y 60 F (15 C). (p.5)

GLOSARIO


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HIDRAULICA- NIVEL1

presin de cabeza estticacantidad de presin ejercida por una columna de lquido sobre unaunidad de rea. (p.9)

presin de lnea total presin gravitacional ms presin de bombeo

presin estticapresin cuando la lnea est cerrada

presin manomtricapresin medida sobre la presin atmosfrica, expresada como psig. (p.5)

velocidad rapidez en una direccin dada.


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REPASO 1 REPASO 21. c 1. a2. b 2. c

3. a 3. c

4. d

5. d

6. b

7. a

8. a

RESPUESTAS

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