EJercicios de compresibles

4.2.3 Flujo de N2 en una tubería corta.
Se ha de alimentar nitrógeno a través de una tubería de acero al carbono ASTM A 106
Gr B de DN= ½” Sch 40 y 11,5 m de largo a una planta de amoníaco. La presión aguas
arriba es de 600kPaa y temperatura es igual a 27 ºC.
Calcular la presión aguas abajo de la línea de alimentación si se quiere tener un caudal
de 1,5 mol/s.
Se tiene la siguientesituación:

Supongo k=1,4 para el N2.
Como la tubería es corta, se puede considerar que el flujo es adiabático con lo cual se
puede emplear el gráfico de Levenspield.
En primer lugar, se debe calcular el valor de N correspondiente a la fricción en la
cañería.

Para un DN= ½” y Sch 40 se obtiene de tablas:
Para el acero al carbono tengo una rugosidad de

Con el valor de la rugosidad relativahallado y suponiendo un Reynolds relativamente
alto, estimo el factor de fricción con el gráfico de Moody.

Ahora voy a calcular el valor de G.

Calculo G/G* para ingresar al gráfico de Levenspield.

Es importante notar que para la constante de los gases estoy empleando el valor de
y un
para ser congruente con las unidades.

Empleando este valor de abscisas y subiendo hasta intersecar lacurva de N=14,6
puedo leer en ordenadas el valor de P3/P0.

4.2.4 Flujo de metano a través de una tubería con accesorios.
Una corriente de 35.000 kg/h de metano a 80 ºC se inyecta en un recipiente desde
donde se descarga a la atmósfera a través de un caño de acero comercial de DN = 12"
Sch 30 de 60 m de longitud. La cañería tiene 4 codos de 90º RL.
Se pide calcular
a) La presión en elrecipiente cuando el sistema alcanza el estado estacionario.
b) El flujo máximo que se puede inyectar en el recipiente si se sabe que la presión
máxima que soporta es de 340 kPa(g).
Estamos en la siguiente situación:

101325Pa

Supongo k=1,4 para el metano.
a) Supongo que el flujo es adiabático ya que la cañería es corta. En primer lugar, se debe
calcular el valor de N correspondiente a lafricción en la misma.

Para un DN= 12” y Sch 30 se obtiene de tablas:
Para el acero comercial tengo una rugosidad de

Con el valor de la rugosidad relativa hallado y suponiendo un Reynolds relativamente
alto, estimo el factor de fricción con el gráfico de Moody.
Para hallar el valor de K en los codos empleo los datos del instituto hidráulico por una
cuestión de simplicidad. Para codos 90°Radio Largo bridados, K = 0,12.

Ahora voy a calcular el valor de G.

Nuestra incógnita en este caso es Po, con lo cual no podemos calcular el valor de G/G*
ni el de P3/P0 para utilizar el gráfico de Levenspield. Debemos plantear una resolución
iterativa.

Para ello, en primer lugar voy a dejar planteado G/G* en función de P o. Es importante
notar que para la constante de los gases estoyempleando el valor de
y un
para ser congruente con las unidades.

Ciclo iterativo:
Supongo P0  calculo P3/P0  entro por ordenadas hasta N = 2,82  obtengo G/G* 
vuelvo a calcular P0.
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°

P0 (Pa)
202.650
136.833
167.551
146.607
157.884
149.273
154.906
152.037

P3/P0
0,5
0,74
0,60
0,69
0,64
0,68
0,65
0,67

G/G*
0,6
0,49
0,56
0,52
0,550,53
0,54
0,54

P’0 (Pa)
136.833
167.551
146.607
157.884
149.273
154.906
152.037
152.037

Gráficamente: (se muestra hasta la 6° iteración por cuestiones de claridad)

b) Tenemos una nueva P0 dada por la máxima presión admisible por el recipiente.

Al cambiar la presión inicial, estamos en una nueva condición de trabajo y cambia
también el G/G*. Supongo, por otra parte que T0 esla misma que en el primer caso y
que sigue siendo expulsado el gas hacia la atmósfera.

Puedo usar nuevamente el gráfico de Levenspield con la nueva relación de presiones
Vemos rápidamente que el flujo se encuentra estrangulado en estas
condiciones de trabajo. El G/G* ya está definido por el N para cualquier relación de
presiones en las que el flujo esté estrangulado (ver que la línea de...