UNIVERSIDAD DE ORIENTE NUCLEO ANZOATEGUI ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS POSTGRADO ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE GAS COHORTE XI – 2012 SIMULACIONDE PROCESOS ESTUDIO DE FLUJO DE FLUIDOS EN ESTADO TRANSITORIO UTILIZANDO EL PROGRAMA DE SIMULACION PIPEPHASE CON EL MODULO “TACITE” Tutorial Prof. Jose Rengel, Msc, PhD REALIZADO POR: -Ing. Mónica Zabala C.I. 15.401.226 PUERTO LA CRUZ, 22 DE ENERO DE 2013 EL PROBLEMA Fuente Flujo composicional P (estimada) = 1000 kPa T= 350 K Flujo másico (fijo) = 18000 kg/h Datos de la válvula: Di entrada (real)= 80 mm Di salida (real)= 80 mm K=1 Entrega P (fija) = 1000 kPa T= 350 K Flujo másico (estimado) = 10000 kg/h L1 = 500 m D1= 146 mm Rugosidad absoluta= 0.01 Coeficiente U= 5.6783 W/m2.°C Componente C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 nC8 fracción molar 0.45 0.25 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.20 L2 = 500 m D2= 146 mm Rugosidad absoluta= 0.01 Coeficiente U= 5.6783 W/m2.°C Se solicita: Realizar la corrida de simulación con PIPEPHASE en transiente, considerando la perturbación del sistema de las siguientes variables: 1. Variación en el porcentaje de apertura de la válvula. 2. Variación en el flujo másico de la fuente SOLUCION PASO A PASO 1. Se crea un nuevo archivo. Se le coloca nombre al mismo, tomando en cuenta que debe ser pequeño para minimizar errores posteriores dentro de la simulación. SOLUCION PASO A PASO (continuación) 2. Al crear un nuevo archivo, automáticamente inicia un tutorial de inicio. Se hace clic en “siguiente” 3. Luego se selecciona el tipo de simulación. En este caso, modelo de red. composicional. . Se selecciona el tipo de fluido. Luego se selecciona el comportamiento de fases. 5.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 4. riguroso multifásico. 6. Se selecciona el sistema de unidades a utilizar en la simulación. Esta selección la modificaremos más adelante. En esta pantalla se indica el resumen de las selecciones realizadas previamente. . Se hace clic en “finalizar”.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 5. El programa luego muestra la ventana que nos permitirá agregar los componentes que forman parte de la corriente a simular. . Se ubican los componentes indicados en el problema. se seleccionan y posteriormente se hace clic en ¨add components para agregarlos.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 7. 8. Se hace clic en “add”. SOLUCION PASO A PASO (continuación) 9. Ahora se agrega a la simulación la fuente. la entrega y posteriormente se interconectan. Fuente Entrega . es posible modificar el sistema de unidades indicado al inicio. Haciendo clic en ¨General Input units of measurement”. . pues todas las unidades dadas en el problema corresponden al sistema internacional.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 10. se hace clic primero en el tipo de composición de la que se dispone (molar. Para introducir la composición. Una vez realizados los cambios en el sistema de unidades.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 11. . en este caso). se hace doble clic en la fuente para introducir los datos del problema. y luego en ¨define composition¨). Se ingresa aquí la composición de cada uno (en porcentajes en este caso). . Al hacer clic en ¨define composition¨.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 12. aparecerá una pantalla con los componentes agregados inicialmente. .SOLUCION PASO A PASO (continuación) 13. Ahora introducimos los datos de la entrega. Primero los datos correspondientes al primer tramo de tubería. se especifican los datos de las tuberías y válvula. . Ahora.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 14. Se hace clic en ¨pressure drop method¨ y luego seleccionamos la correlación de flujo correspondiente a estado transiente ¨TACITE¨. duplicamos la tubería cargada previamente pues posee los mismos datos. . Ahora agregamos la válvula para introducir sus datos.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 15. Finalmente. Debe hacerse clic en “activate and/or edit TACITE data para activar la función. se hace clic en el botón “TACITE” ubicado en el cuadro de edición del link indicado en el paso anterior. Una vez incluidos todos los dispositivos del link (tuberías y válvula).SOLUCION PASO A PASO (continuación) 16. . se procede a cargar la data de estado transiente. Para esto. Una vez presionado el botón se desplegará un cuadro tal como se muestra en la figura. Para este caso. Se introduce el tiempo de estabilización (tiempo que se tarda el sistema en alcanzar el estado estacionario). Para el perfil de temperatura.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 17. la duración del estado transiente que queremos simular y le indicamos al simulador cómo va a tomar el perfil de temperatura del análisis. se seleccionó como tiempo de estabilización 0 seg y como duración del estado transiente 8000 seg. se utilizará el mismo perfil que el obtenido para estado estacionario. . . Se hace clic en “scenario” y en la ventana que se despliega se hace clic en “add”.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 18. Si ya se dispone de un escenario y se requiere modificar. Se procede ahora a definir los escenarios bajo los cuales el programa realizará las variaciones de los parámetros. se selecciona y se hace clic en el botón “edit”. Si es necesario. Posteriormente se define el parámetro que se estará variando en función del tiempo. a su vez que se especifica el nombre de la misma. se hace clic en “more data: para agregar datos en caso que las filias mostradas no sean suficientes. .SOLUCION PASO A PASO (continuación) 19. Haciendo clic en el único link indicado en la simulación. Para el caso del problema. Se indica ahora cómo variará el porcentaje de apertura de la válvula en función del tiempo. se selecciona el tipo de dispositivo la válvula. 20. será el % de apertura de la válvula. Se agrega el primer escenario. en este caso al hacer clic\ en el botón “add” aparece el recuadro indicado a continuación. Asimismo. Primero se selecciona el tipo de nodo (fuente). se procede a agregar el segundo escenario. seguidamente su respectivo nombre. . Para este problema el segundo escenario se refiere a la variación del flujo másico en la fuente.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 21. Una vez completado el primer escenario. se define el parámetro a variar y cómo lo hará en función del tiempo. Hacer clic en “device data”. se hace clic en “ok” para introducir el resto de la información requerida para la simulación transiente.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 22. Aparecerá un recuadro en el que es posible introducir datos de segmentación de líneas. dependiendo de cómo se prefieran segmentar los tramos de tubería para los cálculos. 23. . Fijados ambos escenarios. se segmentó cada tramo de 500 m en 10 segmentos cada uno. Para este caso. se utiliza la metodología “component clustering”. . se le indica a el simulador que agrupe los componentes (8) en 5 pseudocomponentes. Haciendo clic ahora en el botón “ source data”.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 24. Este numero nunca podrá ser mayor que el numero de componentes presentes en el fluido. se indican los datos de la fuente para la simulación transitoria. en el cual se indica el numero de pseudocomponentes en el que se quiere que se agrupen los componentes que conforman el fluido de la fuente para realizar la corrida de simulación en estado transitorio. En este caso. Para el problema dado. se agrega información complementaria de la simulación transiente. .SOLUCION PASO A PASO (continuación) 25. También es posible ingresar la frecuencia y la tolerancia. únicamente se incluyen intervalos de tiempo para el cálculo de 10 segs. Haciendo clic ahora en “ other data”. En este caso. pero para este caso se dejan en blanco. y posteriormente “PVT data”. Aparecerá una ventana con el grupo de propiedades 1. se revisan las propiedades termodinámicas que no se han revisado aun. Se revisa el sistema termodinámico y se selecciona el sistema Tacite que es el adecuado para la simulación a realizar. Para ubicar el menú.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 26. para verificar que el modelo termodinámico sea el adecuado para la simulación a realizar. hacemos clic en “general” en la parte superior. Finalmente. se tienen listas las condiciones de los escenarios para el estado transiente. . Una vez introducidos todos los datos. Se hace clic en “edit” para editar las mismas. . En la configuración de la simulación. De esta manera realizaremos el agrupamiento de los componentes en pseudocomponentes antes de correr la simulación. y aparecerá una pantalla como la que sigue a continuación: 28. Una vez seleccionada esta opción.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 27. Se hace clic en el icono que corresponde a iniciar la simulación. se hace clic en “run”. se selecciona primeramente la opción “ component clustering”. Una vez modificado el sistema termodinámico. se dispone de la simulación lista para iniciar la corrida. Una vez realizada la corrida.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 29. . confirmamos que se ha creado el agrupamiento de componentes previa simulación transiente. El reporte indica que efectivamente se completo la generación de pseudocomponentes. Habiendo creado el agrupamiento en pseudocomponentes.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 30. y posteriormente se hace clic en “run” . se selecciona nuevamente el tipo de simulación a realizar (para este caso TACITE transient. . la simulación fue resuelta y los resultados de la misma pueden visualizarse haciendo clic en “TRAS”.SOLUCION PASO A PASO (continuación) 31. el cuadro mostrado abajo indica el momento que culmina y si no hubo errores en la misma. Al correr la simulación. Para este caso. DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS En la parte lateral izquierda pueden observarse los diversos parámetros que pueden ser revisados y analizados en función de su variación al ocurrir alguno de los escenarios planteados. Asimismo. . Para este caso en particular se muestran únicamente las tendencias en función del tiempo. es posible que las graficas de cada parámetro sean agrupadas por tendencia (en función del tiempo) o por perfil (se generan curvas individuales para cada tiempo en función de la longitud de la tubería). Es posible notar que la presión varia muy poco aguas abajo de la válvula. Esto es perfectamente lógico pues se comienza a disminuir la restricción de flujo al abrir la válvula hasta el 80%. específicamente aguas arriba de la válvula. entre t=300seg y t=400 seg se visualiza una ligera estabilización de la presión y a partir de 400 seg la presión comienza a disminuir. se visualiza un incremento de presión hasta t=300 seg. siendo la presión mas alta la que corresponde a la fuente (x=0m). y prácticamente se mantiene estable. las presiones en cualquier punto de la tubería se mantienen estables aunque con valores superiores a los que tuvieran si la válvula quedara 100% abierta.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para el primer intervalo de tiempo (donde ocurre el escenario 1 – variación en la apertura de la válvula). Posterior a los 600 seg. puede visualizarse que para cualquier punto de la tubería desde t= 0 seg hasta t= 100seg la presión se mantiene estable. Aguas arriba de la válvula. Los efectos de variar la apertura de la válvula no afectan la presión aguas debajo de la válvula. . Al llegar a t=100 seg puede visualizarse un incremento en la presión . A partir de t=4000 seg hasta t=5000 seg la presión se mantiene estable dada la estabilidad del flujo másico de la fuente . A partir de t5000 seg comienza a visualizarse una disminución de la presión a medida que va cayendo el flujo hasta t=6500. Para este caso. cuando el flujo se estabiliza y por ende la presión del tubo. presurizándose la tubería aguas arriba de la válvula. no se observa ningún cambio en términos de presión para el punto de entrega. mientras que los puntos que se van acercando a la válvula muestran variaciones considerables en sus picos de presión. .DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para el segundo intervalo de tiempo (donde ocurre el escenario 2 – variación en el flujo másico de la fuente) puede visualizarse que a medida que aumenta el flujo másico desde t=1000 seg hasta t=4000 seg se incrementa la presión. en todo el intervalo de tiempo. se estabilice y luego disminuya (ver explicación por escenario en las próximas laminas).DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) En el área lateral izquierda se selecciona ahora el flujo másico de liquido. Asimismo. . se visualiza el incremento del flujo másico toda vez que se incremente el flujo de la fuente. Nótese que para la zona donde ocurre el escenario 1 se visualiza una disminución del flujo másico y un aumento brusco posteriormente (se explicará en la siguiente lámina). .la válvula (tal como se evidencia en las laminas anteriores). puede observarse un incremento del flujo hasta t=400 seg. Efecto contrario se produce entre t=400 y t=600 seg. Esta disminución de flujo se produce por la disminución en la caída de presión en la válvula lo cual ejerce un efecto de disminución de flujo hasta estabilizarse presión y flujo a t=600 seg. esto es por que para este caso el efecto de esta caída de presión en la válvula es mucho mas grande que el que produce la propia restricción de la válvula. aún cuando entre 200 y 400 seg se mantiene la válvula en 40% de apertura. En este caso. Esto ocurre debido a que la restricción de flujo no sólo produce disminución de flujo sino un aumento en la presión aguas arriba de . puede visualizarse que a t=100 seg comienza una disminución brusca de flujo másico producto de la restricción de flujo provocada por la válvula. Sin embargo. para el flujo másico de liquido.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Primero revisamos el intervalo donde ocurre el escenario 1. Como la presión comienza a elevarse gradualmente en la línea hasta la fuente. pues a pesar que se está aumentando el porcentaje de apertura de la válvula en t=500 seg se observa una disminución del flujo hasta t=600 seg. el diferencial de presión entonces es mucho mas grande y el efecto se traduce en un aumento de flujo másico. Desde 5000 hasta 6500 seg visualizamos la disminución del flujo. mostrando un ligero aumento a partir de 375 m (aguas arriba de la válvula) hasta estabilizarse. y a partir de 6500 observamos que el flujo se estabiliza hasta 8000 seg.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Al revisar el segundo intervalo (t=-1000 seg a t= 8000 seg) para el flujo másico de liquido. se visualiza el efecto lógico de aumento de flujo con el aumento de flujo en la fuente. . .DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) En esta gráfica se observa la variación del flujo másico de gas durante todo el tiempo de duración del estudio transiente a diferentes puntos de la tubería. mostrando el efecto de ambos escenarios de estudio. DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para este primer intervalo (donde se observa la ocurrencia del escenario 1) el comportamiento del flujo másico de gas es similar que para el flujo de liquido: se visualiza una disminución del flujo de gas durante la restricción otorgada por el cierre parcial de la válvula a t=100 seg hasta t=200 seg. Nótese que las variaciones de flujo se muestran de forma más evidente a distintos puntos a lo largo de la tubería. no así en la fuente ( a x= 0 m) donde se visualiza una ligera disminución entre t=100 seg y t=600seg. luego un aumento brusco a partir de este punto hasta t=300 seg y luego gradual hasta t=500seg (por el efecto que genera el aumento de la caída de presión). lo cual hace que su efecto sobre el flujo sea de disminución). a partir d aquí una disminución hasta t= 600seg donde se estabiliza (por la disminución d la caída de presión. para luego estabilizarse nuevamente a partir de t=600 seg hasta 1000 seg. . disminución hasta t=6500seg y estabilización hasta la finalización del estudio transiente. se observa el mismo comportamiento que el obtenido para el flujo másico de liquido: aumento desde t=1000 seg hasta t=4000seg. estabilización hasta t=5000 seg. En este caso.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para el flujo másico de gas en el segundo intervalo (donde se visualiza el escenario 2). . las variaciones realizadas a la fuente se evidencian a lo largo del tiempo en todos los puntos de la tubería. Se observa que una vez inicia la apertura de la válvula hasta 80 % ocurre una disminución del slug hasta que. en función del tiempo y de la distancia. pues la disminución del flujo másico se traduce en una reducción de la velocidad y por ende mayor tendencia del liquido a acumularse en la tubería. . Nótese que el pico más alto de slug se observa en el momento en que se mantiene la restricción de flujo por la válvula.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) En esta gráfica se observa la fracción de slug que se forma en la tubería durante los diferentes escenarios. y justamente a 575 m (justo a la salida de la válvula). luego de oscilar un poco entre subir y bajar se estabiliza hasta t=1000 seg. Entre t=4000 seg y t= 5000seg ocurre una ligera estabilización. esto se explica debido a que a mayor flujo mayor presión y por ende menos probabilidad de formarse acumulaciones de liquido dentro del tubo (se visualiza una especie de arrastre de liquido). Finalmente. y una vez que el flujo comienza a disminuir hasta t=6500 seg la acumulación de líquido en la tubería es mayor. A partir de acá la fracción de slug comienza a disminuir producto del aumento en el flujo másico de la fuente. luego de t=6500seg la fracción de slug se mantiene estable. DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) En esta gráfica se es posible visualizar la cantidad de liquido que se acumula en la tubería (hold up) durante todo el estudio transiente. En las siguientes láminas se puede ver con mayor detalle. Para este problema. . visualizamos un pico de acumulación de liquido en el tiempo donde ocurre el primer escenario y otro pico en el segundo escenario. tiempo en el cual la cantidad de liquido comienza a disminuir producto del arrastre ocurrido debido a la apertura de la válvula hasta 80% en t=600seg. tiempo en el cual la cantidad de liquido acumulado en la tubería comienza a estabilizarse hasta t=100seg.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para el tiempo donde ocurre el primer escenario. . donde ligeramente se mantiene hasta t =400seg. puede visualizarse que a partir de t=100 seg comienza a aumentar la cantidad de líquido en la tubería hasta t=300seg. La estabilización en la cantidad de liquido desde t=4000 seg hasta t= 5000seg coincide con el flujo másico constante de la fuente para este intervalo de tiempo. Del mismo modo.DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS (continuación) Para el tiempo donde ocurre el segundo escenario. entre t=5000 seg y t=6500 seg se observa un aumento en la cantidad de liquido producto de la disminución del flujo másico en la fuente. esto producto del aumento en el flujo másico desde la fuente que hace que el liquido sea arrastrado de la tubería y no se acumule. puede observarse una disminución gradual de la cantidad de líquido acumulado en la tubería desde t=100 seg hasta t=4000 seg. . aunque el porcentaje de apertura de la válvula disminuyera y el resultado lógico de esto fuese una disminución del flujo másico. La presión aguas arriba de la válvula aumenta a medida que se disminuye el porcentaje de apertura de la válvula. el efecto que produjo esta acción en la caida de presión hizo que el flujo aumentara por el aumento en dicha caida de presión. creando escenarios que permitan evaluar el efecto de la variación de diversos parametros en intervalos de tiempo dados para un sistema o proceso específico. Pudo visualizarse en el primer escenario que. la presión aumenta a medida que el flujo másico aumenta. Asimismo. La cantidad de líquido acumulado en la tubería aumenta a medida que disminuye el flujo másico. .ALGUNAS CONCLUSIONES DERIVADAS DE ESTE EJERCICIO Es posible verificar el comportamiento de un gran número de variables. sea cual sea el origen de la disminución (por disminución del flujo desde la fuente ó por restricción del flujo debido a la disminución del porcentaje de apertura de la válvula).
Report "Tutorial ejemplo-simulación con Pipephase"