TABLAZO COLAN LOTE XIII-A
1.1. INTRODUCCION
La condición de “Slack Flow” (flujo holgado) es un condición
especial particular que puede
ocurrir cuando la fuerza gravitacional propulsora ecede las
p!rdidas totales de fricción de
la tu"er#a$ tal es el caso cuando un l#quido que est% siendo
"o&"eado hacia arri"a$ "aja
so"re un terreno &onta'oso
Fig *ondiciones para Slack Flow
La fuerza de la gravedad tra"aja en contra del flujo en el lado
ascendente + a+uda al flujo
en el lado descendente$ el tra"ajo de la "o&"a es llevar el
fluido a la parte superior de la
colina La presión &#ni&a en el punto , en la parte superior
de la colina + la tasa de flujo
est%n deter&inadas por el "alance entre la altura de "o&"eo
+ las resistencias de fricción
+ gravitacional para el fluido en el lado ascendente o cuesta
arri"a -hora la fuerza
propulsora en el lado descendente (del punto , al punto .) est%
deter&inada sola&ente
por la diferencia de energ#a potencial (presión + gravedad) entre
estos dos puntos$ la cual
es independiente de la tasa de flujo Sin e&"argo la fuerza
propulsora de"e ser
equili"rada por las p!rdidas de fricción (resistencia) en la
tu"er#a
Las p!rdidas de fricción est%n deter&inadas por las propiedades
del fluido$ la velocidad
del fluido$ + el ta&a'o de la tu"er#a Si la tu"er#a est% llena
de l#quido$ la velocidad est%
deter&inada por el di%&etro + la tasa de flujo$ los cuales
son los &is&os tanto en el lado
de su"ida co&o en el lado de "ajada para una tu"er#a de %rea
constante /uesto que la
fuerza propulsora en el lado descendente es principal&ente
de"ido a la gravedad$ cuanta
&%s alta es la colina &a+or es la fuerza propulsora
relativa a la resistencia del flujo de
“tu"er#a llena” /or lo tanto es "astante facti"le que$ para una
tu"er#a llena$ las
condiciones cuesta a"ajo ser%n tales que la energ#a potencial
supere a las p!rdidas de
tu"er#a llena en el tra&o descendente
0e"ido a que el "alance de energ#a de"e satisfacerse$ nosotros
o"serva&os que las
p!rdidas de fricción en el lado descendente de"en incre&entarse
para equili"rar esta
fuerza propulsora La 1nica for&a que esto pueda ocurrir es
porque la velocidad se ha
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MANUAL DE DISEÑO
transversal del flujo ha dis&inuido (de"ido a que la tasa de
flujo es fija) La 1nica v#a para
que el %rea del flujo pueda ca&"iar es porque el l#quido llena
solo una parte de la tu"er#a$
p ej 0e"e fluir parcial&ente llena (con el espacio restante
llenado con vapor) 2sta
condición es conocida co&o slack flow (flujo holgado)3 la
tu"er#a est% llena cuesta arri"a
de la colina pero solo parcial&ente llena cuesta a"ajo$ con una
correspondiente &a+or
velocidad en la tu"er#a descendente de tal &anera que las
p!rdidas de fricción en el lado
descendente equili"ran la fuerza i&pulsora /uesto que la
presión en el espacio de vapor
es unifor&e$ no ha"r% “ca#da de presión” en el slack flow de la
tu"er#a cuesta a"ajo$ + la
fuerza i&pulsora en esta sección es de"ida sola&ente a la
gravedad
La sección transversal del fluido en la tu"er#a parcial&ente
llena no ser% circular$ de
&anera que los &!todos usados para flujo en un conducto no
circular son aplica"les$ pej
el di%&etro hidr%ulico es aplica"le La for&ula de 4anning
para conductos no circulares
se aplica para el c%lculo del slack flow en el presente
estudio
0e otro lado en l#neas eistentes de oleoductos de trans&isión
que tienen ca&"ios
significativos en su elevación a lo largo de su ruta$ hacen que
estos sean suscepti"les de
operar en condiciones de “slack flow” (flujo holgado) 2l Slack flow
ocurre en un oleoducto
cuando la presión en el ducto cae por de"ajo de la presión de vapor
del l#quido (por
eje&plo la altura de presión decrece por de"ajo de la elevación
en cierto punto + causa
que la presión &ano&!trica en aquel punto caiga por de"ajo
del cero at&osf!rico)
2n el caso del ca&po de producción de 5l+&pic el terreno es
prácticamente plano por
lo !"e las con#iciones #e slac$ %lo& son #esprecia'les +
por ello que no se
consideraron inicial&ente en el &anual de dise'o Sin
e&"argo se han realizado los
c%lculos para de&ostrar que no ha+ tales fenó&enos -
continuación se realizan los
c%lculos respectivos
1.(. )STUDIO D) SLACK FLOW
/ara este estudio se usa la fór&ula de 4anning que per&ite
analizar flujos hasta en
tu"er#as no circulares$ inclu+endo tu"er#as parcial&ente llenas
en las que ocurre el slack
line flow (flujo holgado de tu"er#a)
TABLAZO COLAN LOTE XIII-A
D 7 0i%&etro de la tu"er#a
v 7 velocidad
f 7 coeficiente de fricción en la tu"er#a
2l la figura de a"ajo se &uestra la sección de una tu"er#a
parcial&ente llena
2n la ecuación anterior se eli&ina la velocidad + el %rea 2sto
da6
π 2 f
f o vo|vo| 2 gD
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MANUAL DE DISEÑO
2n la siguiente figura se &uestra el %rea de sección para las
regiones Slack co&o función
de la elevación o gradiente hidr%ulico
Cross Sectional Area versus Hydraulic Gradient
Slack Line Hydraulic Gradient Relative to Tight Line Gr adient
[(-dz/d!/"#o$%/(%&g!!'
Cross sectional Area o" lo) relative to *i+e Cross Sectional
Area
9r%fica :; <
2n la figura siguiente se &uestra la velocidad del Slack line
co&o función del gradiente de
elevación
*o&o se puede o"servar a &edida que au&enta la
pendiente en relación al gradiente de
presión din%&ica o perdida din%&ica por fricción hidr%ulica
la sección transversal del
fluido dentro de la tu"er#a dis&inu+e
TABLAZO COLAN LOTE XIII-A
#elocity versus Hydraulic Gradient or Slack Line lo)
Slack Line Hydraulic Gradient Relative to Tight Line Gradient
[(-dz/d!/"#o$%/(%&g!!'
#elocity o" lo) Relative to velocity to Tight Line Area
9r%fica :; <, “=elocit+ versus 8+draulic 9radient For Slack Line
Flow”
/ara las l#neas de tu"er#as de petróleo la p!rdida por k& de
tu"er#a est% general&ente en
el rango de > & a ?@ & por kiló&etro (< a .<
pies por &illa) Los gradientes de
elevación en las regiones de Slack est%n general&ente en el
rango de < a << veces
esta longitud (8a+ una li&itación en el gradiente de elevación
dz/dx, !ste no puede ser
&%s grande que <<< & por A& B ?,C< pies por
&illa)
Las figuras anteriores pueden ser usadas para esti&ar las
velocidades del Slack Line (en
l#nea holgada) + el %rea de sección transversal del fluido
para cualquier tu"er#a
2n nuestro caso se puede considerar un gradiente de p!rdidas
&%i&o de ,&DA& (<
piesD&illa) + si considera&os un Slack line flow con
fuerte pendiente de .<<< piesD&illa $
que no es el caso que nos ocupa 2ntonces$ el gradiente hidr%ulico
del Slack line es
ta&"i!n .<<< piesD&illa *o&o consecuencia el
ratio del gradiente Slack line a gradiente
tight line es de .<< (.<<<D<) 0e la gr%fica :;
<, “=elocit+ versus 8+draulic 9radient For
Slack Line Flow” corresponde una velocidad nor&alizada del
Stack Line de > 2s decir
para una velocidad &#ni&a de < piesDs la velocidad en la
región Slack es de >< piesDs
0e la 9rafica :; < figura “*ross Sectional -rea versus
8+draulic 9radient” la sección
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para pendientes elevadas el flujo se estrechar#a
enor&e&ente + ha"r#a el fenó&eno de
“slack flow”
0e lo anterior se deduce que la fracción de l#quido en regiones
Slack var#a gradual&ente
con el gradiente de elevación Sin e&"argo para regiones con
pendiente suave$ co&o es
el caso del siste&a de "o&"eo de las "ater#as de
producción de 5l+&pic$ no es necesario
considerar el fenó&eno del “slack flow” +a que su efecto es
desprecia"le
-lgunas veces se hace necesario utilizar la gr%fica :;<.
&ostrada para &edir la velocidad
Slack Line con respecto a la velocidad Eight Line para cada
gradiente de elevación co&o
se &uestra a continuación
Slack Line #elocity versus Tight Line #elocity "or S+eci,ed
-levation Gradient
#elocity o" Slack Line Region as (raction &esign #elocity
#elocity o" Tight Line Region as (raction o" &esign
#elocity
9r%fica :; <. =elocidad de l#nea holgada (slack line) versus
velocidad de l#nea llena (tight
line) para un gradiente especifico de elevación
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MANUAL DE DISEÑO
0ado que no ha+ grandes pendientes de elevación en los ca&pos
de producción de
5l+&pic ni grandes p!rdidas en sus l#neas de recolección 2l
efecto de Slack Flow es
desprecia"le tal co&o se puede deducir de las esti&aciones
anterior&ente hechas + las
graficas de variación de la sección transversal de flujo +
velocidad del flujo en relación al
gradiente hidraulico para una tu"er#a en slack line