Gu¡a Separadores

7/24/2019 Gua Separadores

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INTRODUCION

En la industria del petrleo y del gas natural, un separador es un cilindrode acero que por lo general se utiliza para disgregar la mezcla dehidrocarburos en sus componentes bsicos, petrleo y gas. Adicionalmente,el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros componentesindeseables como la arena y el agua, citadas a ttulo de ejemplo.

Otras veces, cuando se utiliza en plantas de tratamiento este equipo seemplea para separar el glicol (que se usa como deshidratante del gasnatural), de las naftas que se condensan dentro de las torres de absorcin; o,cuando entran en contacto con las aminas, que circulan en contracorriente

con el gas natural para eliminar los componentes cidos, como el sulfuro dehidrgeno y el dixido de carbono.

Gracias a que el operador los utiliza para un fin determinado, el nombreque se le asigna a estas unidades est muy determinado por la funcin querealiza en cada caso en particular. En primera instancia es convenienteaclarar que la primera clasificacin est en funcin del nmero de fases quesepara; se les llama separadores bifsicos (cuando separan dos fases, comopetrleo y gas o agua y petrleo). Siempre se deber especificar las fasesque entran en juego. Se conoce como separadores trifsicos a los que sedisean para separar tres fases (agua, petrleo y gas) y tetrafsicos,aquellos en los cuales se ha previsto, adicionalmente, una seccin para laseparacin de la espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.

Si se toma en cuenta la posicin del cilindro, habr que reconocerloscomo verticales u horizontales. Adicionalmente si al calificativo por laposicin del recipiente se le agrega el trabajo que realiza se hablar deseparadores horizontales bifsicos o trifsicos, segn sea la posicin delrecipiente y el nmero de fases que separan.

Al referirse a la ubicacin relativa que ocupa el separador con respectoa los otros equipos, tambin aparece otra clasificacin:

- Separador de entrada, cuando estn ubicados a la entrada de la planta,para recibir los fluidos en su condicin original, cruda; obviamente en estecaso habr que esperar la posibilidad de recibir impurezas de cualquiertipo.

- Separadores en serie, los que estn colocados uno despus del otro; o,en paralelo, uno al lado del otro. En el primer caso la depuracin serealiza de manera progresiva y, en el segundo, las dos unidades hacen elmismo trabajo.


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Cuando la actividad por desarrollar tiende a la especialidad, losnombres que toman las unidades de separacin son muy especficos. Quizssea necesario apelar a un glosario de trminos para explicar estosconceptos:

Separador tipo filtro (1) y (2). Los que promueven la separacineficiente de los lquidos que eventualmente pudieran permanecer en la fasegaseosa para evitar que, al condensarse aguas abajo, puedan daar equiposmuy costosos como los compresores y expansores. Otras veces, los lquidosque se depositan en el sistema ocasionan toda clase de inconvenientes. Porello estas unidades estn provistas de filtros, especficamente diseadospara retener el tamao de las partculas que deban ser retiradas de lacorriente.

Tanques de venteo o Flash tanks. Son recipientes utilizados para

separar el gas que se produce cuando se expande un lquido. En estaprofesin se conoce como flash al cambio sbito que sufre un fluido cuandola presin desciende violentamente. As, al tumbar la presin del fluido seproducir una separacin de fases, que le dar origen al gas y al petrleo. Y,en correspondencia con la accin que se realiza, el trmino Flash tank se leasigna al separador donde se lleva a cabo la expansin del fluido.

Trampas o Knockout drums. Son recipientes diseados para separarcorrientes con una alta relacin gas lquido. Estas unidades por lo generaltienen poca capacidad para la retencin de lquidos.


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Separador de baches Slug Catcher. Es un recipiente diseado paraatrapar grandes cantidades de lquido que ocasionalmente llegan en lacorriente de gas.


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Separador Gas Lquido

Es un equipo que tiene como funcin separar el gas del lquido, con lafinalidad de que este no llegue al compresor a fin de evitar daos en elmismo. Debido a que estos son equipos que trabajan por encima de lapresin atmosfrica se deben disear bajo ciertas caractersticas especiales.

Clasificacin General

Normas de diseo

Atmosfricos (P 15 PSIG)Segn forma y dimensiones

a. Tanques CilndricosTecho FijoTecho flotante externo e internoRefrigerados de pared simple y dobleAbiertosDe lavado


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b. Tanques EsfricosProductos muy voltiles / LPG

c. Cilindros PresurizadosSeparadores horizontales y verticalesBalas de almacn de LGP y LGNCilindros para separacin crudo - agua

d. Cilindros CombinadosReactores en procesos de desintegracin catdicaReactores de procesos petroqumicos

e. Cilindros Combinados

Longitud del cilindro / dimetro del cilindro > 5

Usos

a. Adaptados para el almacenamiento: Crudo, gasolina, lubricantes,residual, LPG presurizado, propano, isobutano, agua, qumicos, otros.

b. Adaptados para el almacenamiento (presurizados) Torres: Fraccionadoras, contactadoras, recuperadoras, estabilizadoras Separadores: Bifsicos, depuradores.

Acumuladores: Propano, LPG, aire de inst., aceite Reactores Otro: Intercambiadores, filtros, trampas de vapor

TABLA N1Clasificacin de los Separadores

NUMERO DEFASES A SEPARAR

TIPOS DE FASES ASEPARAR

FORMA Y POSICIONDEL SEPARADOR

PROCESOS DESEPARACION

GAS LIQUIDO CONVENCIONALESGAS SOLIDO DEPURADORESBIFASICO

LIQUIDO LIQUIDO

VERTICALES

TIPO DE FILTROLIBERACIONINSTANTANEALIQUIDO SOLIDOTIPO PULMON

HORIZONTALES

TRATADORES TERMICOSTORRES DE DESTILACIONSOLIDO SOLIDO

GOTEO EN LINEALIQUIDO LIQUIDO

TRIFASICO

GAS LIQUIDO SOLIDOESFERICOS

OTROS


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Requisitos necesarios para el diseo

Controlar la energa del fluido. Las tasas de flujo lquido y gas debe estar comprendida entre lmites

(accin de la gravedad y lograr equilibrio). Minimizar turbulencia en la zona del gas. Controlar las partculas contaminantes y la formacin de espuma. Las fases lquidas y gaseosas no deben ponerse en contacto una vez

separadas. Las salidas de los fluidos deben ser provistas con controles de presin y/o

nivel. La regin donde se acumularan los slidos deben ser provistas con

dispositivos para su remocin. Se le debe proveer al equipo con una vlvula de seguridad o de alivio. Se deben dejar facilidades para la instalacin de: manmetros,

termmetros, Indicadores de nivel visibles, controladores de nivel, etc.

TABLA N2Obtener informacin de Procesos (Propiedades de las corrientes)

INFORMACION VAPOR / GAS LIQUIDO (S) GENERALDENSIDAD X XVISCOSIDAD X XTENSION SUPERFICIAL XFLUJO MASICO O VOLUMETRICO X X

PRESION DE OPERACIN XTEMPERATURA DE OPERACIN X

MATERIAL PEGAJOSO? XARRASTRE DE SOLIDO? X

VARIACION FUERTE EN EL FLUJO DE VAPOR GAS? XVARIACION FUERTE EN EL FLUJO DE LIQUIDO(S)? X


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TABLA N3Definir tipo de separador y servicio

RECOMENDACIN DEL TIPO DE SEPARADORSITUACION VERTICAL SIN

MALLAVERTICAL CON

MALLAHORIZONTAL SIN

MALLAHORIZONTAL CON

MALLAAlta relacin vapor lquido

Muy recomendable Muy recomendable Moderado Moderado

Alto turndwon de flujode gas

Muy recomendable Muy recomendable Moderado Moderado

Baja relacin vapor lquido

Moderado Moderado Muy recomendable Muy recomendable

Alto turndwon de flujode lquido


Presencia de slidos,materiales pegajosos

Recomendable Moderado (considerarinternos especiales)

Moderado (considerarinternos especiales

inclinados)

Moderado (considerarinternos especiales

inclinados)Separacin Lquido lquido solamente

No recomendable No recomendable Recomendables No Aplica

Separacin lquido lquido vapor


Limitaciones en rea deplanta

Recomendable Recomendable No recomendable No recomendable

Limitaciones en espaciovertical o altura

No recomendable No recomendable Recomendable Recomendable

Gua General para el Diseo de Separadores

Localizar criterios de diseo tpicos para separadores y consideracionesadicionales para la configuracin del tambor.

Dimensionamiento del tambor a travs de los clculos de:a. Velocidad crtica del tamborb. Area de flujo de vapor requerida disponiblec. Relacin L/D (Esbeltez)d. Volumen de retencin del lquido en el tambore. Niveles bajos y altos de lquidos para separadoresf. Diseo / especificaciones de internos que afecten el diseo del

recipiente

g. Volumen total del recipienteh. Definicin y dimensionamiento de las boquillas de entrada y salida

Clculo de cada de presin del equipo Peso del equipo y diferentes cargas por viento y sismo


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Funcionamiento

Imaginemos lo que sucede cuando se vierte gasolina sobre unrecipiente abierto. El gas tender a desprenderse dejando en el fondo losfluidos que permanecen en estado lquido. En este caso la separacin sehabr producido a presin atmosfrica (14,7 lpca) y a temperatura ambiente(90 F, por ejemplo). Cuando cambian las condiciones de presin ytemperatura a la cual se produce la separacin, tambin cambiar lacantidad de gas y/o de lquido que se separa de la corriente. La cantidad delquido que permanece en el fondo del recipiente ser tanto mayor cuandoms alta sea la presin y ms baja la temperatura (P y T).

De la misma manera, para cada patrn de P y T, ser diferente lacomposicin del gas y del lquido que se separan en la unidad. Desde elpunto de vista prctico estas composiciones se pueden calculartericamente. La actividad se conoce como Separacin instantnea (flashcalculation).

Hasta hace algunos aos estos clculos eran sumamente fastidioso yse requeran de varias horas para conocer la cantidad de lquido y lacomposicin resultante mediante clculos manuales. En la actualidad, losclculos se efectan por medio de simuladores. No obstante, el ingeniero sedebe mantener siempre alerta para interpretar la veracidad de la respuestaque eventualmente arroje un determinado simulador, porque es muy comnque la persona se equivoque al introducir la informacin y, por lo tanto, sean

errneas los resultados.

As, cuando se desea disear un separador, lo primero que deberhacerse es calcular la cantidad de lquido que permanecer en el fondo delrecipiente y las respectivas composiciones y caractersticas de las fases quese separan. Eso servir de punto de apoyo para hacer el diseo conceptual.


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Aplicaciones

Antes de empezar el diseo es preciso estar muy claro en cuanto al usoque se le dar al recipiente. De ello depender la calidad de la respuesta. Noes lo mismo un petrleo pesado, con arena, a altas velocidades que un fluidolimpio voltil a la entrada de una planta de fraccionamiento. En efecto, el usodel recipiente determina en grado sumo las caractersticas del diseo y loscomponentes que interiormente lleva la unidad.

Para seleccionar un separador lo ideal sera que intervinieran en ladecisin un operador de experiencia y un buen calculista. Con el tiempo lashabilidades de ambos se mezclan y le dan origen a un buen diseador.

Qu parmetros intervienen en el diseo? A ttulo de ejemplo,empecemos el diseo con un separador vertical. Adems de lo que se hamencionado, anteriormente es necesario conocer lo siguiente:

Caractersticas y cantidad de gas que se producir por el tope de launidad.

Caractersticas y cantidad de lquido que maneja el separador.

Con estos parmetros se suelen calcular el dimetro del recipiente, concapacidad para manejar la cantidad de gas que habr de producirse en las

peores condiciones. Ello corresponde al fluido ms liviano, a la presin msbaja y a la ms alta temperatura que eventualmente pueda producirsedurante la vida til de la unidad.

Toca ahora verificar el tipo de fluido que permanecer en el fondo delrecipiente. Tericamente 30 segundos deberan ser suficientes para que laespuma que se forma por agitacin se reduzca al mnimo, de tal manera queese lapso debera ser suficientes para considerar que el gas se ha separadode los lquidos. En la prctica las normativas vigentes aplican condicionesms seguras.

Con la gravedad API o densidad de los fluidos, se seleccionar el

tiempo de retencin que deba tener el lquido, para garantizar la separacin.Fluidos livianos (por encima de 40 API) tendrn 1, 5 minutos como tiempo deresidencia; para aquellos por debajo de 25 API o p ara los petrleosespumosos, indistintamente de su densidad, se reservan 5 minutos detiempo de retencin y, minuto y medio para los que estn en el centro de laclasificacin (entre 25 y 40 API). De esa manera e l interesado podr calcularel espacio que debe reservar para que la unidad est en capacidad deretener el lquido que se va a separar y se mantenga dentro del separador eltiempo necesario para que se produzca la separacin.


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Al dividir el volumen retenido entre el rea correspondiente al dimetroseleccionado se tendr la altura terica que se debe reservar para elalmacenamiento de los lquidos.

Dimensionamiento de la unidad

Una vez que se conoce l dimetro del recipiente y la cantidad delquido que se ha de recibir se procede a dimensionar el equipo (1) SegnGPSA y (2) Segn PDVSA. Entonces, se debe seleccionar el dimetrocomercial y calcular la longitud del equipo. Una serie de normasperfectamente establecidas le sirven de gua al diseador para seleccionar laaltura de cada una de las partes que configuran el recipiente: altura de la

zona lquida, espacio entre el nivel de lquido y la boquilla de entrada,dimetro de la boquilla de entrada de los fluidos, altura entre el tope de laboquilla y el extractor de niebla, espacio libre requerido para instalar elextractor de niebla y la zona inmediata superior hasta la costura delseparador. Al sumar estas longitudes se debe obtener una razn de esbeltez(altura / dimetro) que, de acuerdo con las diferentes normas puede oscilarentre 2 y 6. No pasaremos por alto que los constructores de equipos utilizanrazones de esbeltez que, en ocasiones, se salen de las normas.

Cuando el diseador ha sido cuidadoso en seleccionar y calcular elrecipiente que desea, el vendedor deber ajustarse a los requerimientos delcomprador. En ocasiones, unas veces por desconocimiento y otras poragresividad manifiesta de las partes, el equipo que se adquiere no se adaptaa las necesidades del usuario y la inversin no cumple con los objetivos.

Un ingeniero, consciente de su responsabilidad y bien entrenado,siempre tendr la ocasin de adquirir lo que necesita e invertir su dinero conmayores probabilidades de xito.


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Clculo para el diseo de Separadores Gas - Lquido

En esta seccin es la aplicacin de los CODIGOS, NORMAS YREGULACIONES, para el Diseo y Fabricacin de RECIPIENTES APRESION.

En este caso se ha seleccionado como ejemplo de diseo de unrecipiente a presin el de un DEPURADOR DE GAS a ser instalado en lasuccin de una unidad compresora de gas. El diseo comprende eldimensionamiento del depurador, segn las condiciones de operacinestablecidas:

Mxima Presin de operacin = 270 psigTemperatura de operacin = 86 F

Todo esto basado en los estndares internacionales del CODIGOASME SECCION VIII DIVISION 1, Y LAS NORMAS PDVSA y se incluyenlas etapas de:

Ingeniera conceptual e Ingeniera bsica

Separador gas - lquido


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Diseo de un Depurador de Gas

Funcin del depurador de gas seleccionado: La funcin bsica del depuradorde gas seleccionado para este ejemplo es la de minimizar la presencia arrastre de lquido dentro de una unidad compresora, por lo cual debe serinstalado en la succin de un compresor.

Diseo Conceptual de un Depurador de Gas

a.- Condiciones de operacin (datos)

Mxima presin de operacin: 270 Psig.Temperatura de operacin: 86 F

b.-Caractersticas de los fluidos.

En la tabla se muestra la composicin molar de los fluidos que salen deldepurador y las cuales fueron obtenidas mediante anlisis cromatogrficos.

TABLA N4Composicin Molar (%)

0.6860.830SG0.000.66N2

-0.01H2S0.020.78CO2

57.331.7 H2O 2 .080.68C7+

5.870. 1C61.880. 6n C51.260.80i C51.602.70n C40.491.18i C41.267.51C30.5812.0 C2

LI UIDOGASCOMPONENTE


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A continuacin se muestra un diagrama y los resultados de la

simulacin del proceso que ocurre en el depurador. Para ello se utiliz elsimulador HYSIN con el cual se logro calcular las propiedades requeridas enel diseo conceptual del depurador.

TABLA N5Principales resultados obtenidos con El Simulador HYSIM

Mxima presin de operacin 270 psigTemperatura de operacin 86 FFlujo volumtrico del gas 17 MMPCED ( 60 F y 14,7 psia)Densidad del gas 0,2527 lbm / pieDensidad del lquido 44,3227 lbm / pieDensidad de la mezcla gas-lquido 0,2693 lbm / pieFactor de compreesibilidad (Z) 0,9797Peso molecular del gas (Mwg) 24,01 lbm / lbmol

Flujo de lquido 253,71 barriles / da

c.- Gas, datos de la tabla N5

g= 0,2527 lbm/pie (Densidad del Gas)Z = 0,9797 (Factor de Compresibilidad)Mwg= 24,0 lbm/lbmol (Peso Molecular del Gas)


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A continuacin se muestran fotografas de algunos cromatografosusados en la industria:


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Flujo Volumtrico que recibe el Compresor

Qsc= 17 Mmscfd (dato) [ Mmscfd (Millones de pes estndar por da )]Condiciones estndar : 60F y 14.7 Psia.

Flujo de Gas Expresado a Condiciones Operacionales (Qop)

Qop= Qscx Psc x Top x ZPop Tsc

Donde: Psc y Tsc son condiciones estndar

Psc = 14,7 Psia.Tsc = 60 F + 460 = 520 R

Popy Top son las condiciones de operacin

Pop = 270 Psig + 14,7 = 284,7 PsiaTop = 86 F + 460 = 546 R

Qop= 17 x106

x 14,7 x 546 x 0,9797 = 0,90 x106

pie284,7 520 da

Flujo Volumtrico de Diseo (Gas)

Obteniendo el flujo volumtrico de operacin podemos calcular el flujovolumtrico de Diseo que es el flujo de operacin mas un incremento de un20 %, sustituyendo:

Qdg = 1,2 x Qop= 1,2 x 0,90 x106 pie = 1,08 x 106 pie = 12,5 pieda da seg


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Flujo Msico de Diseo

mg= 2636 x Mwg x Qg/ 24, Donde: 2636 es un factor de conversin quecorresponde a 2636 lbmol por cada milln de pies a condiciones estndar(Se utiliza factores de conversin)

Horas por da (24)

Mwg = Peso molecular del gas = 24.01 lbm/mol

Qsc = Flujo volumtrico de gas (a condiciones estndar) = 17 Mmscfd

mg = 2636 x 24,01 x (1,2 x 17 )/24 = 53.796,81 lbm/hr

d.- Lquido

Flujo de lquido = 253.71 Barriles/ da (tabla N 5, pag13)

Qopl= (253,71 barriles/ da)(42 galones/ barril) /(24 horas/ da)(60 minutos /h)= 7,4 galones/ minuto.

L= 44,3227 lbm/pie (tabla 5, pag 13)

Flujo Volumtrico de Diseo

Qdl= 1,2 x Qopl= 1,2 x 7,4 = 8,88 Gpm x 0,1336 pie/ minGpm

Qdl = 1,19 pie cbico/ minuto.

Flujo Msico de Diseo

ml = l x Qdl = 44,3227 lbm/ pie x 1,19 pie/ min x 60 min/1 hora

ml = 3.165,35 lbm/hr


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e.- Dimensionamiento preliminar del recipiente.

Seleccin de la posicin normal del recipiente de acuerdo con lanorma PDVSA N MDP- 03- S- 03. De acuerdo con esta norma, serecomienda, utilizar el depurador en posicin vertical en la succin delcompresor.


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Clculo de la Velocidad Crtica del Gas

Si excedemos esta velocidad, la rata de arrastre de lquido seria muyalta y perjudicara al compresor.

PDVSA 90616.1.027 (ver pag. 19). Por esta razn, el proceso de depuracinse debe realizar a velocidades del gas menores que la velocidad critica delgas.

La ecuacin para determinar la velocidad critica es la siguiente:

Vc = K(L - g ) /g (pie/seg)

Determinacin del Factor K

Para poder obtener el factor K se debe calcular primero la relacin:ml/mg= 3.165,35/53.796,81= 0,0588como : mL/mg< 0,1 se tiene que K = 0,35 (ver pag. 19).ml= Wl, mg= Wg,

sustituyendo en la ecuacin anterior

Vc =0,35 x(44,3327 0,2527 ) /0,2527 (pie/seg) = 4,62 pie/seg


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Clculo del rea Transversal del Depurador

A = (Qdg/Vc) = (12,5 pie/seg)/( 4,62 pie/seg )= 2,70 pie

A = D/4

Por lo tantoD=( 4A/) = ( 4 )(2.70pie)/D= 1.85 pie= 22.25 pulgadas

comparamos este dimetro con los dimetros comerciales existentes en elmercado de donde resulta que el dimetro disponible para el depurador es

Dstd= 24 pulg. Segn norma API 12J(El valor del dimetro comercial de 24 pulgadas corresponde al ms cercanosuperior con respect al dimetro de diseo de 22,25 pulgadas)


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Clculo del Volumen de Retencin de Lquido

VRL = tR x QDL, donde tR es el tiempo de retencin y para este tipo dedepurador es de 10 min, segn PDVSA MDP 03 S 03

Por lo tanto, VRL= ( 1,19 pie/ min) 10 min = 11,9 pie


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Clculo de la Altura de Lquido en el Depurador (Hliq)

Hliq = VRL = 11,9 pie Hliq= 3,79 pieA 3,14 pie

NOTA: El rea utilizada en este caso se determino con el dimetro comercialseleccionado, es decir, Dstd = 24 pulgadas

Como la altura es mayor que la mnima que la mnima recomendada de 2pies, mantenemos el valor calculado de 3.14 pies.


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Clculo de la Altura del Depurador ( HS)

HS = Cm + Hm + Cm + Nod + Ho + Hliq ( 1 )


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Donde:

Cm = ( Dstd - Nod )/ 2Hm = Espesor de la malla (Demister)Nod = Dimetro comercial de la boquilla de entradaHo = Altura entre el tope del liquido y la parte inferior de la boquilla de entradaHliq = Altura de liquido

Como se puede observar lo primero que debemos calcular es el dimetrocomercial de la boquilla de entrada del depurador.


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Boquillas

Tubo utilizado para hacer penetrar, a gran velocidad y en forma de chorro ungas o un lquido en otro fluido.

Tipos de boquillas

Boquillas tipo Venturi con inserto de Carburo de Tungsteno: Para trabajosde alto volumen.

Boquillas tipo Venturi con inserto de Carburo de Silicio: De mayorduracin y menor peso.

Boquillas tipo Venturi con inserto de Carburo de Boro: La boquilla msduradera y ligera del mercado. Boquillas tipo Venturi de Alta Produccin: Nos brindan un incremento del

15% en la produccin en comparacin de cualquier boquilla venturinormal

Boquillas para Sopleteo Hmedo: Empleadas para disminuir de manerasiginifcativa la generacin de polvo consecuencia del sandblasteo.

Otro tipo de boquillas

Boquillas Rectas: Para trabajos de medio y bajo volumen. Boquillas de Cermica: Son las boquillas de menor costo. Insertos de Carburo de Silicio, Carburo de Tungsteno y Carburo de Boro. Boquillas en ngulo (de 45 y 90 grados). Boquillas de Carburo de Tungsteno Cortas. Boquillas tipo Venturi Cortas. Boquillas tipo Rectas Largas. Boquillas tipo Rectas Cortas. Doble Venturi ( Para mayor rea de limpieza y velocidad). Diferentes tipos de boquillas para pistolas.

Boquillas Rebordeadas.

Nota: En un buen diseo de un sistema de canal caliente, es sumamenteimportante definir correctamente el tipo de boquillas a usar, de ellodepender en gran parte su buen funcionamiento


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Clculo del Dimetro de la Boquilla de Entrada.

El espesor de la pared del cuello de la boquilla o de otra conexin, conmargen con corrosin, pero no deber ser menor que el valor mayor de losiguiente: El espesor calculado para las cargas aplicables sobre el cuello dela boquilla (presin, reaccin de la tubera, etc.)

El valor menor de lo siguiente:

El espesor de la cabeza o casco (donde est conectada la boquilla)necesario para soportar la presin interna (E=1) ms el margen porcorrosin, pero para recipientes soldados en ningn caso deber sermenor que 1/16 E=0.80, si el registro est en un recipiente que no va aser radiografiado.

El espesor mnimo de la pared del tubo estndar ms el margen porcorrosin. El espesor mnimo de un tubo (ANSI B 36. 10-1979) es elespesor nominal de pared menos 12.5% de tolerancia permitida.

Segn las normas de diseo de procesos de PDVSA . La velocidad enla boquilla de entrada se debe determinar con la siguiente ecuacin:

Vboq = 80 / m , Donde:Vboq 30 pie/seg (ver diseo conceptual)


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Sustituyendo: : Vboq = 80 / 0,2693 = 154, 16 pie/seg.

Como Vboq >30pie/seg se tomara como

Vboq= 30pie/seg

Para la mezcla se tiene mm = ml + mg

Donde: mm = 3.165,35 lbm/hr + 53.796,81 lbm/hr = 56.962,16 lbm/hr .

Qm = mm = 56.962,16 lbm/hr = 211.519,3 pie/hr = 58,75 pie/segm 0,2693 lbm/pie

donde m se determino con el Hysim (dato de la tabla N5, pag 13)

conocemos que Q = V x A. Por lo tanto A = Q/V

Aboq = Qm / Vboq

Aboq = 58,75 pie/seg = 1,95 pie30 pie/seg

conociendo el rea de la boquilla, podemos calcular su dimetro

Nod=((4 x A)/)x 12

Nod=((4 x 1,95 pie)/) x 12 = 18,90 pulg

Este no es un dimetro comercial por lo cual escogemos el inmediatosuperior y el cual es:

Nod = 20 pulg 1,67 pie (tablas N6-A y 6-B)

Vboq = 30p/s


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TABLA N6-AAberturas de inspeccin para

las boquillas externas peso en lbm

ANSI CLASE 16150 525300 830400 990600 1325

TABLA N6-B

Peso estimado en libras de las boquillas externasdel separador en funcin del tamao y clase

Tamao de la boquilla (pulg)ANSICLASE 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20

150 10 30 45 65 100 140 185 240 320 345 410300 15 30 55 95 130 170 245 325 440 565 670400 20 40 70 100 150 205 295 370 490 580 705500 20 40 75 120 180 270 330 485 675 825 1020

Para obtener Cm,sustituimos en : Cm =( Dstd - Nod )/2 = (24 20)/2 = 4/2 =

Cm = 2 pulgadas

Cm = 0,16 pies

Para el extractor de niebla (Demister), se recomienda una espesor de 6pulgadas segn norma PDVSA MDP 03 S 03 ,(ver pag. 29)


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Por lo tanto,

Hm = 6 pulg ( 0,5 pie)

Como recomendacin de diseo la altura mnima desde la entrada alseparador y el nivel mas alto de liquido debe ser de 2 pies. Es decir,

Ho = 2 pies ver Proceso de separacin Gas Lquido

Proceso de separacin Gas - LquidoDiseoConceptual de

un Separador

Diseo de losProcesos de

separacin

El volumen de la seccin de gas en un separador horizontalest comprendido entre la mitad o las 2/3 partes del

volumen total del separador. En un separador horizontal, lasrelaciones ptimas de la tasa de longitud / dimetro estncomprendidas entre 4 y 6. Es de sealar que un separadorhorizontal resulta ms econmico aumentar su longitud quesu dimetro.En un separador vertical se distinguen cuatro secciones quese pueden dimensionar de manera independiente, estassecciones son:

De la salida del vapor a la malla metlica (o dispositivoequivalente):La distancia de la salida del vapor a la mallase muestra en la figura 1-15, pag siguiente.

De la malla metlica al orificio de entrada: La distanciade la malla metlica al orificio de entrada debe ser por lomenos de 18 pulgadas y adems, por lo menos igual a ladistancia de la malla metlica al orificio de salida.En separadores que carezcan de malla metlica (o suequivalente, la distancia entre los orificios de entrada ysalida no debe ser inferior a 3 pies.

Del orifico de entrada al nivel ms alto del lquido (Ho):La distancia comprendida entre e fondo del orificio deentrada y el nivel ms alto del lquido debe ser, por lomenos, igual al dimetro del orificio de entrada. Sinembargo, se prefiere usar una distancia de por lo menos 2pies para evitar que el lquido sea atrapado nuevamente porla corriente gaseosa.


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Sustituyendo en la ecuacin 1:HS = Cm + Hm + Cm + Nod + Ho + HliqHS = 2 x (0,16) + 0,5 + 1,67 + 2 + 3,79 = 8,29 piesHS = 8,29 pies

La altura comercial de un depurador cuya altura de diseo es de8,29 pies es de 10 pies

HS = 10 pies(Anexo N6, pgina N33 )

Clculo de la Relacin Hs / D del Depurador

HS / D = 10/2 = 5Esta relacin debe ser mayor de dos 2 Segn la norma API12J(Anexo N6 pgina N33 ) y preferiblemente debe e star en el rango comprendidoentre 3 y 4 (Anexo 7, pgina N42 ).

Por esta razn, como la relacin L/D = 5 , nos vemos obligado a utilizar otrodimetro (mayor) para el depurador.

Seleccionando 36 pulg (Dstd) . (Anexo N6, pgina N 33 ) se obtiene un nuevovalor del volumen de retencin del liquido:

Hliq = (VRL/A) = 11,9 pie / 7,06 pie = 1,68 pies.Como Hliq es menor de 2 pies debemos usar un valor de Hliq = 2 pies,(Anexo N7 pgina N42 )

Cm = (Dstd - Nod)/2 = ( 36 20)/2 = 16/2 = 8 pulg = 0,66 pies

Sustituyendo de nuevo en la ecuacin (1), obtenemos la nueva altura del depurador.

HS = 2 x ( 0,66 ) + 0,5 + 1,67 + 2 + 2 = 7,49 pies

De acuedo al anexo en la pagina siguiente, la altura comercial correspondiente esHS=L=7.5 pies Verificamos de nuevo la relacin L/D = 7,5 / 3 = 2,50 la cualpodemos aceptar por ser un valor por ser un valor mayor de 2 y como indica la API12J y menor de 4 (ver tabla pag 32)


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Proceso de separacin Gas - LquidoDiseo

Conceptual deun Separador

Diseo de los

Procesos deseparacin

El espacio asignado al lquido (HL)La seccin inferior del

separador se dimensiona tomado en cuenta el tiempo deretencin del lquido. Se usa un mnimo de dos pies porencima de la lnea tangente inferior. El nivel ms alto delquido debe estar por lo menos un pie por encima del nivelnormal. La mayora de los separadores verticales poseenuna tasa altura/dimetro entre 3 y 4. Cuando losseparadores son dimetros apreciables, los clculospueden conducir a una tasa altura/diametro apreciables,los clculos pueden conducir a una tasa altura/ dimetroinferior a 3. En estos casos se debe agregar altura en lasdos zonas intermedias del separador.

Orificios y dispositivos de entrada y salida al

separador: Para dimensionar los orificios de entrada ysalida se aplican los mismos criterios de dimensionamientode tuberas. Por lo tanto, es necesario tomar en cuenta lacada de presin a lo largo de los conductos de entrada ysalida, as como tambin las prdidas debido al efecto deentrada y salida.Estas prdidas, en trminos de longitud equivalente,pueden obtenerse de manuales sobre el tema.El dimetro de las entradas y salidas debe ser un pocomayor que el de la tubera que va al separador. Esto tienecomo finalidad disminuir las prdidas por efectos deentradas, salidas y vrtices.


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Clculo de la Boquilla de Salida del Gas

Segn la Norma PDVSA MID N906.16.1.027 y MDP 0 3 S 03.

La velocidad del gas a la salida debe estar entre 60 y 90 pies/seg. Seleccionando:

Vgas = Velocidad promedio = 60 + 90 = 75 pies/seg2

Conocemos que Q = V x A , donde: A = Q/V

Agas = Qdg / VGAS = 12,5 pie/ 75 pies/seg. = 0,16 pie

Dgas = (( 4 x AbGAS) /) x 12 = ((4 x 0,16)/ ) x 12 = 5,41pulg.

Dimetro comercial de la boquilla de salida de gas = 6 pulg . = 6 pulg(ver tablas de la pag 28)


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Clculo de la Boquilla de Salida de Lquido

Segn Norma PDVSA 906.16.1.027, La velocidad del liquido debe sermenor o igual a 3 pies/seg. (ver pag 33, diseo conceptual)

Usando :

Vliq = 3 pies/seg x (60 sen/min) = 180 pie/min

Aliq = Qdl / Vliq = (1,19 pie/ min)/ 180 pie/min= 0,00661 pie

Dliq = (( 4 x Aliq)/ ) x 12 = 1,1 pulg.

El dimetro comercial de tubera para esta boquilla es de 2 pulg.

Dliq = 2 pulg. (ver tablas de la pag 28)


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f.- Dimensionamiento Final del Depurador

DIMETRO ( ) = 36 = 3H (ALTURA) = 7,5

SALIDA DE GAS = 6 pulg

Cm = 0,66MALLA

Hm = 0,5 piesCm = 0,66

ENTRADA MEZCLA

= 20 pulg Nod = 1,67

Ho = 2 pies = 3 Pies

Liquido -----------------__

Hl = 2 piesFaldn: 1.73 pies

SALIDA DE LIQUIDO = 2 pulg PESOTOTAL:4462 lbm


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Diseo Mecnico del Depurador de Gas

Ingeniera Bsica

La ingeniera bsica de un proyecto, o ms especfico de un elementomecnico comprende los siguientes tpicos:

Seleccionar configuraciones pticas Clculo de dimensiones de los elementos que conforman el sistema Determinacin y clculo de las presiones y temperaturas de diseo Determinacin de tolerancias por corrosin Seleccin de materiales basados en las caractersticas de los fluidos y

de las condiciones de trabajo Elaboracin de hojas de datos correspondientes al equipo Ajustarse a las normas

En concreto, la Ingeniera Bsica es la etapa donde se traducen losconceptos, en expresiones matemticas que redunden a un resultadoseguro, eficiente y de menor costo. En el caso especfico del recipiente apresin, para el clculo se analizan cuidadosamente todas las variables queestn involucradas en cuanto a la resistencia mecnica.

Es prctica comn hacer superficies de control en las partes msdelicadas para deducir el comportamiento del elemento y posteriormente sehace el balance de energa para obtener una condicin segura. Uno de lospuntos a considerar con especial atencin es el de la deformacin y otrascondiciones necesarias para finalmente hacer un clculo fiable.

Parmetros a considerar para el diseo de un recipiente sometido a presininterna

i) Presin de operacin

Es la presin que se requiere en el proceso del que forma parte elrecipiente, al cual trabaja normalmente.

ii) Presin de Diseo

Presin que debe soportar el elemento ms la recomendacin deaumentar un 10% a la presin de trabajo.


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iii) Mxima presin permitida de operacin

Como se disea para lo ms desfavorable, se toma el elemento msdbil del recipiente para relacionarlo con el esfuerzo mximo admisiblecuando se supone que el recipiente est:

a) En estado de desgaste por corrosin.b) A una temperatura determinadac) En posicin normal de trabajod) Bajo el efecto de otras cargas, tales como: por vientos, presin

externa, presin hidrosttica, sismos, otras que son aditivas a lapresin interna.

Una prctica comn considerar la presin mxima de trabajo permitidade la cabeza o del casco, y no de elementos pequeos como bridas,boquillas, bocas de inspeccin, etc.

Seleccin del Material del Cilindro

Para la seleccin se debe cumplir con las normas de PDVSA,especficamente con la PDVSA D-211-PRT ( ver pag. 38) y la cual especificaque para el diseo de este tipo de recipiente a presin, se recomienda acero

al carbono. Por lo tanto se selecciona el acero SA- 516 Gr.70 que contiene :C, Mn y Si, por ofrecer un esfuerzo mximo permitido de 17500 Psi en unamplio rango de temperatura de operacin y adems se manufactura enlminas (Plate). Esta informacin se obtiene de la seccin II del cdigoASME, linea 23, (ver pag. 39)


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Calculo del Espesor Preliminar de Pared del Cilindro.

Espesor (tc) por Esfuerzo Circunferencial (costura longitudinal)

Del la normas ASME Seccin VIII 1995, divisin 1, UG-27,ecuacin (1)


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Tenemos: tc = PxRi

SxE - 0.6xP

Donde: P = 270 psig + 30 psig = 300 psig

P representa la presin de diseo del depurador


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Ri = Di/2 = 36/2 , Ri = 18

E = 0,85

S = 17.500 psi

donde: Di = Dimetro del depuradorRi = Radio interior del depuradorE = Eficiencia de la junta a tope, segn la norma UW-12,

Tabla, UW-12, (anexo tabla UW-12) y radiografa spot.S = Esfuerzo permitido por el material a la presin y

temperatura de diseo. (ver tabla siguiente)


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Por lo tanto,

tc = 300 x 18 . = 0,36717.500 x 0,85 - 0,6 x 300

tc = 0,367

Espesor (tl) por Esfuerzo Longitudinal (Costura Circunferencial)

De las normas ASME Seccin VIII 1995, UG-27c (2)

Se deduce: tl = PxRi . = 300 x 18 = 0,182 SxE + 0.4xP 2x17.500 x 0,85 + 0,4 x 300

Seleccin del Espesor Preliminar del Cilindro

El espesor seleccionado es el obtenido usando el esfuerzo circunferencial,por ser mayor que el espesor obtenido usando el esfuerzo longitudinal. Esto sehace como una primera aproximacin.

Debemos tomar en cuenta el espesor o tolerancia a la corrosin, UG-25

La correccin por corrosin para este servicio es de 1/8= 0,125. (ver pagina44). Por lo tanto el espesor inicial de diseo es igual a:

tc+ 0,125 pulgadas = 0,367 +0,125 = 0,492 pulgadasEl espesor comercial del cilindro t = = 0,5 pulgadas (ver pag 45 )


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Clculo del Espesor del Cabezal

Segn las norma de PDVSA D-251-PRT, establece que los cabezalesdel tope y fondo deben ser de diseo elipsoidal o toriesfrico. Por ser lapresin de trabajo mayor de 100 psig, se selecciona un cabezal elipsoidal derelacin 2:1, por ser el mas adecuado para esta presin.


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Por lo tanto, usando la ecuacin (1) de la pgina 88 del anexo N11 se

puede derivar para un cabezal elipsoidal de relacin 2:1, la siguienteecuacin:

t = xDo + 0,1252 x S xE + 1.8 x P

t = 300 x 37 + 0,125 = 0,4912 x 17.500 x0.85 + 1.8 x 270

Por lo tanto, se selecciona el espesor comercial correspondiente y el cual es:

t = 0,5 pulgadas (ver pag. 45)

Clculo del Peso del Depurador

El peso W del depurador esta dado por la ecuacin siguiente:

W = WV + WP + WE + WS (1) donde :

WV = Wb x L + Wi + Wn (2)

Wb = 180 x tm x Dstd (3)

Tm = Espesor del depuradorDstd = Dimetro interior del depurador en piesW = Peso total del depurador en lbmWV = Peso del depurador vaco sin incluir resto del equipo en lbmWb = Peso por unidad de longitud, incluyendo peso de los cabezales en lbm/pieL = Longitud del depurador entre costurasWi = Peso de los dispositivos internos del depurador en lbm = 19 lbm. Pesola malla (ver tabla de eliminador de neblina, pag 48)Wn = Peso de las boquillas en lbm

WP = Peso de los internos/tuberias = 0.4 WVWE = Peso de la instrumentacin = 0.08 WVWS = Peso de la plataforma = 0.1 WVUsando Dstd = 3 pies y tm = 0.5 pulgadas, en la ecuacin 3, se obtiene losiguiente:

Wb = 180 x 0,5 x 3 = 270 lbm/pie

Peso de las boquillas (Wn): de la tabla N1.C (ver pag 28)


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Tabla N7Eliminador de neblina

Dimetro del separador Laberinto Malla2 14 12

26 17 1530 22 1936 28 2340 33 2746 40 3250 46 3656 53 41

60 60 4666 68 5170 75 5676 84 6280 93 6886 103 7490 116 8096 126 86

tenemos:

Boquilla de Entrada (20 300 lbs) = 670 lbmBoquilla de Salida (6 - 300 lbs) = 95 lbmBoquilla de salida de liquido (2 - 300 lbs) = 15 lbm

Por lo tanto, Wn = 670 + 95 + 15 = 780 lbm

Usando L = 7,5 pies, Wn = 780 lbm, Wi = 19 lbm (malla) y Wb = 270 lbm/piese obtiene con la ecuacin (2)

WV = 270 x 7,5 + 19 + 780 = 2.824 lbm

Usando la ecuacin (1)W = WV + WP + WE + WS

Usualmente, como un primer estimado se hacen las siguientesaproximaciones:

WP = 0,4 WVWE = 0,08 WVWS = 0,1 WV


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Sustituyndolos los valores anteriores en la ecuacin (1)se obtiene:

W = 2.824 + 0,4 x 2.824 + 0,08 x 2.824 + 0,1 x 2.824 = 4.462 lbm

Peso Total del Depurador = 4.462 lbm


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Clculo del Momento por Viento (Mv)

Mv = V.( L + h) . (ver diseo de torres altas)2

donde: V =es la fuerza de corte basal = Pv x Do x (L+h) (4)

Pv = Es la presin que ejerce el viento =0,0025 x (Vw), ((ver diseo detorres altas)


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Donde, Vw es la velocidad promedio del viento donde se instalara eldepurador.En nuestro caso, se supone Vw = 60 mph.Usando este valor enla ecuacin 4 se obtiene,

Pv = 0,0025 x (60)= 9 lbs/pieDo =es el dimetro exterior del recipiente = 37L = es la altura del recipiente = 7,5

h es la altura del faldn. Se supone una altura del faldn igual al rdioexterior del recipiente mas una holgura para el drenaje y mantenimiento; porlo tanto,

h = 18,5 pulgadas x 1,125 ( se incrementa en un 12.5 %)

h = 20,8 = 1,73V = esfuerzo cortante

V= Pv.Do. (L+h) (ver diseo de torres alta, pag 51)

V = 9 lbs/pie x 3.1 pie x ( 7,5 + 1,73) pie = 257.5 lbs

Sustituyendo:

Mv = 257.5 lbs x ( 7,5 + 1,73)pies = 1.188 lbs.pies2


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Momento Neto en el Fondo del Recipiente Causado por el Viento

MT = Mv ht x ( V 0,5 x Pv x Do x ht )


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Sustituyendo:

MT = 1.188 1,73 x ( 257,5 0,5 x 9 x 3.1 x 1,73 ) = 784,2 lbs-pie

Clculo del Espesor por Viento

t = 12 x MT = 12 x 784.2 = 0,0006 pulgRoSE 3,14x(18.5) x 17.500 x 0,85

Este espesor se suma con el espesor obtenido por esfuerzos longitudinal esdecir 0,18 pulgadas

Efecto combinado = 0,0006 + 0,18 = 0,1806

Como se puede observar este espesor es menor que el obtenido

usando el esfuerzo circunferencial. Por esta razn se mantiene el espesorobtenido mediante el esfuerzo circunferencial, es decir 0.5 pulgadas


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Clculo del Momento por Sismo (Ms)

Para calcular el momento por sismo es necesario en primer lugardeterminar el perodo de vibracin del envase. Para ello es necesario usar lasiguiente ecuacin.

T = 0,0000265{( L + h )/( Do)} {W Do/ H t} (ver pag 56)

T = 0,0000265 ( 7,5 + 1,73)/(3.1)(483,42 x 3.1/.5) = .013 segundos.

El depurador se instala en una zona ssmica 3 (Dato) (ver pag. 56)

Usando el periodo de vibracin previamente calculado:

(T = 0,013segundos), para una zona ssmica 3 se obtiene el coeficientessmico C = 0,20

Clculo del Periodo Mximo de Vibracin Permitido (Ta)

Es necesario comprobar si el periodo de vibracin T es aceptable. Paraello se debe calcular el periodo mximo de vibracin permitido (Ta).

Esto se hace utilizando la ecuacin siguiente.

Ta = 0,80 x (W x H)/ Vx g ; donde: V = C x W; g = 32,2 pies/seg

C = 0,20 (Zona Ssmica 3 . T < 0,4 seg )

V = 0,20 x 4.462 = 892,4 lbm

Ta = 0,80 x ( 4.462 x 9,23 ) / 892,4 x 32,2 = 0,95 seg < T

El periodo de Vibracin del sistema (T = 0,013 segundos) no excede elperiodo mximo de vibracin permitido (Ta = 0,95 segundos) Por esta raznse acepta el valor de T obtenido y los resultados usando T = 0,013 segundos


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Momento Neto en el Fondo del Recipiente Causado por Sismo

El momento por sismo Ms se determina mediante la ecuacin siguiente:(ver pag 56)

Ms = CWL(3h + 2L) = 0,20 x4.462 (7,5)( 3 x 1,73 + 2 x 7,5) =3(L + h) 3 (7,5 + 1,73)

Ms = 3965,60 lbs-pies

Clculo del Espesor Por Sismo

t = 12 x Ms = ; E = 0,85Ro . . S . E

Ms = C.W.X. (3H X) ;3H

X es el valor en el punto ms desfavorable = 7,5 pies

Mx = (0,2) (4.462) (7,5) (3x9,23 7,5) = 3.965,463( 9,23 )

t = 12 x 3.965,46 = 0,003 pulgadas(18,5) (3,14) (17.500) (0,85)

Este espesor se, suma con el obtenido por esfuerzos longitunales, esdecir (0,18 pulgadas)

Efecto combinado = 0,003 + 0,18 = 0,183 pulgadas

Como se puede observar este espesor es menor que el obtenidousando el esfuerzo circunferencial. Por esta razn, se mantiene el espesorobtenido mediante el esfuerzo circunferencial, es decir 0,5 pulgadas


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Clculo del Faldn

Clculo del Espesor de Pared del Faldn

El espesor de pared del faldn se calcula a partir de la siguiente ecuacin:

tf = 12 x Mt + W . (ver diseo de soporte del faldn ).Ro.S.E . Do .S.E

Donde:S = 17.500 psi para el acero SA 516 Gr.70E = 0,85 para soldadura embutida (anexo uw-12)


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Do = dimetro exterior del faldn = 37

Ro = radio exterior del faldn = 18,5

W = es el peso del recipiente = 4.462 lbm

Mt = es el momento mayor entre el producido por el viento(Mv) y elproducido por Sismo (Ms), los cuales se determinaron en la seccin anterior:

Mt = 784,2 lbs-pies (momento neto en el fondo del recipiente causado por elviento)

Ms = 3965,6 lbs-pies ( momento neto en el fondo del recipiente causado por

sismos

Por lo tanto el espesor por viento se obtiene utilizando la ecuacin:

tv = 12 x Mt + W .. Ro.S.E . Do.S.E

tv = (12) (784,2 ) + 4.465 = 0,0031(3.14) (18,5) (17.500) (0,85) (3,14) (37) (17.500) (0,85)

el espesor por sismo se obtiene utilizando la ecuacin anterior, dondeMt = Ms 3965,6 lbs-pies

ts = (12) (3965,6) + (4.465) . = 0.0055(3,14) (18,5) (17.500) (0,85) (3,14) (37) (17.500) (0,85)

Estos espesores son menores que el obtenido para las paredes delrecipiente, por lo tanto se usa como espesor del faldn un valor igual al delas paredes del depurador, es decir 0.5 pulgadas.


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Ingeniera de Detalles

CALCULO DE BOQUILLAS ( UG 27 ) BOQUILLA DE ENTRADA AL DEPURADOR ( BOQUILLA A ) : DATOS CONOCIDOS:

Material : A 106 Gr. B SMLS. Segn PDVSA D 211 PRTDimetro Nominal : 20 pulgRadio Exterior (Ro) : 10 pulgMax. Esfuerzo permisible (S) : 15.000 psi (Seccin II, cdigo ASME)Eficiencia de la junta ( E ) : 1Factor de Corrosin ( C ) : 0,125 pulgTolerancia de Fabricacin : 12,5 %Presin de Diseo ( P ) : 270 Psig

CALCULOS

ESPESOR REQUERIDO (APENDICE 1 / EC 1.1 )

Ecuacin de espesor para Esfuerzo circunsferencial, en conchas cilndricas

tn= P x Ro = 270 x 10 = 0,18 pulgS x E + 0,4xP 15.000 x 1 + 0,4 x 270

t= ( tn+ CA ) = ( 0,18 + 0,125 ) = 0,348 pulg0,875 0,875

Se usara el espesor nominal para la tubera de 20 pulg de la boquilla deentrada al separador. La cual corresponde a un SCH STD, por lo tanto t= 3/8 =0,375 pulg

TAMAO DE LA SOLDADURA ( UW 16.1.b )

El espesor de la soldadura tc viene dado por : tc = no menor que el maspequeo de 0,7 x tmin, donde: tmin = Es el menor de el espesor de lasms delgada de las partes, unidas por un filete,bisel simple, soldadura en J

simple.De esta manera: tmin = menor de 3/8 = 0,375 pulg ( Espesor de Boquilla )

( Espesor de la virola), donde el tmin = 3/8 pulg y por lo tanto: tc= no menor que el menor0,7 x tmin= 0,7 x 0,375 = 0,2625 tc=

Requerimiento de refuerzos ( UG 37 )


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Se requiere refuerzos si : A1+ A2+ A3+ A41+ A43< A Donde : A1= rea disponible en la Virola

A2= rea disponible en la BoquillaA3= 0 ( la boquilla no atraviesa la pared del recipiente)A41= rea disponible en las soldaduras(refuerzo y la boquilla)A43= Area disponible en las soldaduras (refuerzo y el cilindro)

Clculo de rea requerida ( A ): Donde A = dtrF+ 2tntrF ( 1 fr1) ( 1 )F = 1 ( UG 37 Pag 46 )fr1 = San = 15.000 = 0,857Sv 17.500tn = 0,375 pulg ( espesor nominal de la pared de la boquilla )tr = 0,325 pulg ( espesor requerido por el recipiente, calculado)

d = 20 2x( 0,375 ) = 19,25 pulgSustituyendo en 1A = 19,25 x 0,325 x 1 + 2 x 0,375 x 0,325 x 1 ( 1 0,857 ) = 6,29 pulg

Calculo del rea disponible en la Virola ( A1):

d (E1 t F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) (1)A1 = Ser el resultado mayor de esta dos ecuaciones 1 y 2:2(t + tn) (E1 t - F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1)(2)

E1= 1,00 ; t = = 0,5 pulg. (espesor nominal de la virola)

Sustituyendo:d (E1 t F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) == 19,25 ( 1 x 0.5 1x0,325 ) 2 x 0,375 ( 1 x 0,5 - 1x0,325 ) ( 1 0,857 ) = 3,35 pulg

2(t + tn) (E1 t - F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) =2 x ( 0,325 + 0,375 ) ( 1 x 0,5 1x0,325 ) - 2 x 0,375 (1 x 0,5 - 1x0,325) (1 0,857 )= 0,22 pulg

El mayor resulta es = 3,35 pulg, por lo cual A1= 3,35 pulg

Calculo de rea disponible en la Boquilla (A2):

( tntrn) x fr2t

A2 debe ser Menor de 5 ( tntrn) x fr2tntrn= 0,18 pulgfr2= Sn = 15.000 = 0,857Sr 17.500Como trn < t


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A2= 5 ( tntrn) x fr2tn= 5 x ( 0,375 0,18) x 0,857 x 0,375 = 0,31 pulgA2=0,31 pulg

Calculo del rea disponible en la soldadura (A41)A41= 2 x ( leg ) x fr2= 2 x 0,5 x ( 0,375 ) x 0,857 = 0,12 pulg

REA EXCEDENTE ( A0 )

Es la suma del rea disponible en la virola mas el rea disponible en la Boquillamas el rea disponible en la soldadura.

A0= A1+ A2+ A41 = 3,35 pulg + 0,31 pulg + 0,12 pulg = 3,78 pulg

Como A0< A Entonces se requiere REFUERZOSe selecciona un refuerzo del mismo material y espesor que el cilindro virola,

de ancho 2 pulg.

Limites del refuerzo: ( UG 40 )d = D 2tn= 20 2 x 0,375 = 19,25 pulgd > Rn + tn+ tdonde Rn= D 2t = 20 - 2 x 0,375 = 19,25 pulg

2 2

sustituyendo: 19,25/2 + 0,375 + 0,5 = 10,5 pulgse toma como limite de refuerzo = 19,25 pulg

Limite normal a la plancha del separador2,5 x t < 2,5 x tn+ te; 2,5 x 0,5 = 1,25 < 2,5 x (0,375) + 0,5 = 1,43donde te = espesor de refuerzo ( 0,5 )

Revisin del tamao de la soldaduras ( UW - 16 )

Filete interior del refuerzo:

tw= 0,7 tmin = 0,7 x 0,375 pulg = 0,2625 ( MINIMO ANCHO REQUERIDO) ACTUAL

Filete externo del refuerzo: ANCHO = x tmin= x 0,375 = 0,1875 ( MINIMOANCHO REQUERIDO)

ANCHO ACTUAL 0,7 x ( 1 1,43) = 0,7 x 0,43 = 0,30 de esta manera se puedeobservar que las soldaduras tienen un ancho satisfactorio , porque el ancho actuales mayor que el ancho requerido.

REVISION DE LAS AREAS CON LA INCLUSION DEL REFUERZO ( UG 37 )


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Calculo del rea requerida ( A ), Igual que la anterior A = 6,29 pulg

Calculo del rea disponible en la virola (A1) Igual que el anteriorA1= 3,35 pulg

Calculo del rea disponible en la boquilla (A2)( tntrn) x fr2t = 5 ( 0,375 0,18 ) x 0,857 x 0,375 = 0,313

A2 debe ser Menor de 2 ( tntrn) x ( 2,5xtn+ te) x fr2te= 0,5 pulg

A2= 2 x ( 0,375 0,18) x( 2,5 x 0,375 + 0,5 ) x 0,857 = 0,55 pulg

Calculo del rea disponible en las soldaduras entre el refuerzo y la boquilla (A41

)A41= (leg) x fr3,

Donde fr3=fr2(Material del refuerzo igual al del cilindro)A41= ( 1,375 ) x 0,857 = 0,1205 pulg

Calculo del rea disponible en las soldaduras entre el refuerzo y el cilindro (A42)

A42= ( leg ) x fr4Donde : fr4 = Sp/ Sv = 17.500 / 17.500 = 1A42= (0,5625) x 1 = 0,3171 pulg

Calculo del rea disponible en la plancha del refuerzo ( A5)A5= ( Dp d 2tn) x tex fr4 ; donde: Dp= d + 2 x 2 = 19,25 + 4 = 23,25A5= ( 23,25 19,25 2 x 0,375 ) x 0,5 x 1 = 1,625 pulg

rea excedente ( A0 )

A0= A1+A2+ A41+ A42+ A5A0= 3,35 pulg + 0,55 pulg+ 0,1205 pulg + 0,3171 pulg + 1,625 pulgA0 = 5,9626 pulg

De esta manera se puede ver que es menor que A0< A = 6,29 pulg

Por lo cual el refuerzo seleccionado debe ser de mayor ancho

Para seleccionar un ancho mayor solamente haremos variar el rea de la planchade refuerzo y seleccionaremos un refuerzo de 4 pulg.


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Por lo cual con esta variacin, se variara solamente el rea A5A5= ( Dp d 2tn) x tex fr4 ; donde: Dp= d + 2 x 4 = 19,25 + 8 = 27,25 pulgA5= ( 27,25 19,25 2 x 0,375 ) x 0,5 x 1 = 3,625 pulg

rea excedente ( A0 )A0= A1+A2+ A41+ A42+ A5A0= 3,35 pulg + 0,55 pulg + 0,1205 pulg + 0,3171 pulg + 3,625 pulgA0 = 7,9626 pulg

NOTA: El refuerzo de 4 pugs para la boquilla de entrada del depurador (boquilla )esta adecuada para lo requerido.

CALCULO DE LAS CARGAS EN LAS SOLDADURAS ( UG 41 )

Calculo de las cargas a ser soportadas por las soldaduras ( W )

W = [A A1+ 2 x tn x fr1x ( E1 x tF x tr )]x SvE1= 1 Soldadura categora B

W = [6,29 3,35 + 2 x 0,375 x 0,857 x ( 1 x 0,5 1 x 0,325 )]x 17.500 = 53.418, 42lbs

Calculo de la carga por esfuerzos en la direccin 1 1 ( W1-1)

W1-1= ( A2+ A5+ A41+ A42) x Sv

W1-1= ( 0,55 + 3,625 + 0,1205 + 0,3171 ) x 17.500 = 80.720,5 lbs

Calculo de la carga por esfuerzos en la direccin 2-2 (W2-2)W2-2 = ( A2+ A3+ A41+ A43) x SvW2-2 = ( 0,55 + 0 + 0,1205 + 0 ) x 17.500 = 11.733,75 lbs

Calculo de la carga por esfuerzos en la direccin 3-3 (W3-3)

W3-3 = ( A2+ A3+ A5+ A41+ A42+ A43+ 2tnt fr1) x Sv

W3-3 = (0,55 + 0 + 3,625 + 0,1205 + 0,3171 + 0 + 2 x 0,325 x 0,375 x 0,857) x 17.500W3-3 = 84.376,14 lbs.

Tomando en cuenta que la carga W es menor que las cargas W1-1y W3-3 , sepuede usar W en lugar de estas para comparar la capacidad de las soldaduras.


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CALCULO DE ESFUERZOS UNITARIOS ( UW 15 & UG 45 )

1.- Corte en la soldadura de filete = 0,49 x 17.500 = 8.575 psi2.- Tensin en la soldadura de la garganta = 0,74 x 17.500 = 12.950 psi3.- Corte en la soldadura de la garganta = 0,60 x 17.500 = 10.500 psi4.- Corte en la pared de la Boquilla = 0,70 x 15.000 = 10.500 psi

Resistencia de los elementos de conexin:

1.- Corte en la soldadura de filete interior

_/2 x OD boquilla x Well leg x esfuerzo de corte en sold de filete == 3,14/2 x 20 x 0,375 x 8.575 = 100.970,62 lbs

2.- Corte en la soldadura de filete exterior=_/2 x OD reforzado x Well leg x Esfuerzo de corte en sold de filete =1,57 x 38,5 x 0,5625 x 8.575 = 291.552,67 lbs

3.- Tensin en la soldadura de la garganta=_/2 x OD boquilla x tx Esfuerzo de tensin en la garganta1,57 x 20 x 0,5625 x 12.950 = 228.729,37 lbs

4.- Corte en la pared de la boquilla=_/2 x OD promedio de la boquilla x tnx Esfuerzo de corte en la pared de la boquilla1,57 x 19,375 x 0,375 x 10.500 = 119.773,82 lbs

REVISION DE LA RESISTENCIA DE CADA UNA DE LAS DIRECCIONES

(VER FIG. UG 41.1)Direccin 1 1 : 119.773,82 + 291.552,67 = 411.326,49 lbsDireccin 2 2 : 100.970,62 + 228.729,37 = 329.699,99 lbsDireccin 3 3 : 290.552,67 + 228.729,37 = 519.282,04 lbs

De esta manera se puede ver que para la BOQUILLA A todas las rutas son mas

fuertes que la resistencia requerida de W = 53.418,42 lbs, por lo tanto la aberturaest suficientemente reforzada.

BOQUILLA DE SALIDA DEL DEPURADOR ( BOQUILLA B ) :


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DATOS CONOCIDOS

Material : A 106 GR. B SMLSDimetro nominal : 6 pulgRadio exterior (R0) : 3,375 pulgMax. Esfuerzo Permisible(S) : 15.000 psi (Seccin II Cdigo ASME)Eficiencia de la junta (E) : 1Factor de Corrosin ( C ) : 0,125 pulgTolerancia de Fabricacin : 12,5 %Presin de Diseo ( P ) : 270 psig

Clculos:

Calculo del espesor requerido (Apndice 1 / Ec. 1.1)

tn= P x Ro = 270 x 3,375 = 0,06 pulgS E + 0,4 P 15.000 x 1 + 0,4 x 270

t = ( t + CA ) = 0,06 +0,125 = 0,21 pulg0,875 0,875

Seleccin del espesor comercial. Se usara como espesor nominal para latubera de 6 pulg de la boquilla de entrada al separador, la cual corresponde a unSCH STD . Por lo tanto t= = 0.25 pulg

Tamao de la soldadura ( UW 16.b ), El espesor de la soldadura tc vienedado por: tc = no menor que el mas pequeo de 0,7 x tmin

tmin= El menor de el espesor de las ms delgada de las partes unidas por unfilete, bisel simple soldadura en J simple. De esta manera:

tmin = menor de 1/4 = 0.25 pulg ( Espesor de Boquilla), ( Espesor de la virola )donde el tmin = 1/4 pulg, por lo tanto:

tc= no menor que el menor, 0.7 x tmin= 0.7 x 0.25 = 0.175

tc=

Requerimiento de refuerzos ( UG 37 )

Se requiere refuerzos si : A1+ A2+ A3+ A41+ A43< ADonde :

A1= rea disponible en la VirolaA2= rea disponible en la BoquillaA3= 0 ( la boquilla no atraviesa la pared del recipiente)A41= rea disponible en las soldaduras(refuerzo y la boquilla)A43= Area disponible en las soldaduras (refuerzo y el cilindro)


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Clculo de rea requerida ( A ):

Donde A = dtrF+ 2tntrF ( 1 fr1 ) ( 1 )F = 1 ( UG 37 Pag 46 )fr1= Sn= 15.000 = 0,857

Sv 17.500

tn = 0,25 pulg ( espesor nominal de la pared de la boquilla )tr = 0,325 pulg ( espesor requerido por el recipiente, calculado)d = 6 pulg

Sustituyendo en 1A = 6 x 0,325 x 1 + 2 x 0,25 x 0,325 x 1 ( 1 0,857 ) = 1,98 pulg

Calculo del rea disponible en la Virola ( A1):

d (E1 t F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) (1)A1 = Ser el resultado mayor de esta dos ecuaciones 1 y 2:2(t + tn) (E1 t - F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1)(2)

E1= 1,00 ; t = = 0,5 pulg. (espesor nominal de la virola)

Sustituyendo:d (E1 t F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) == 6 x ( 1 x 0.5 1x0,325 ) 2 x 0,375 ( 1 x 0,5 - 1x0,325 ) ( 1 0,857 ) = 1,03 pulg

2(t + tn) (E1 t - F tr) - 2tn(E1 t - F tr) ( 1 - fr1) =2 x ( 0,325 + 0,25 ) ( 1 x 0,5 1x0,325 ) - 2 x 0,25 ( 1 x 0,5 - 1x0,325 ) ( 1 0,857 )= 0,18 pulg

El mayor resulta es = 1,03 pulg, por lo cual A1= 1,03 pulg

Calculo de rea disponible en la Boquilla (A2): ( tntrn) x fr2tA2 debe ser Menor de 5 ( tntrn) x fr2tntrn= 0,06 pulg

fr2= Sn = 15.000 = 0,857Sr 17.500

Como trn < t

A2= 5 ( tntrn) x fr2tn= 5 x ( 0,25 0,06) x 0,857 x 0,25 = 0,20 pulgA2=0,20 pulg

Calculo del rea disponible en la soldadura (A41)A41= 2 x ( leg ) x fr2= 2 x 0,5 x ( 0,25 ) x 0,857 = 0,05 pulg


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REA EXCEDENTE ( A0 ), Es la suma del rea disponible en la virola mas elrea disponible en la Boquilla mas el rea disponible en la soldadura.

A0= A1+ A2+ A41 = 1,03 pulg + 0,20 pulg + 0,05 pulg = 1,28 pulg

Como A0< A ENTONCES NO SE REQUIERE REFUERZO

Se selecciona un refuerzo del mismo material y espesor que el cilindro virola,de ancho 1 pulg.Limites del refuerzo: ( UG 40 )

d = D 2tn= 6 2 x 0,375 = 5,25 pulg d > Rn + tn+ t

donde Rn= D 2t = 6 - 2 x 0,375 = 5,25 pulg = 2,6252 2 2

sustituyendo: 2,625 + 0,375 + 0,5 = 3,5 pulg

se toma como limite de refuerzo = 5,25 pulg

Limite normal a la plancha del separador2,5 x t < 2,5 x tn+ te; 2,5 x 0,5 = 1,25 < 2,5 x (0,375) + 0,5 = 1,43

donde te = espesor de refuerzo ( 0,5 )

Revisin del tamao de la soldaduras ( UW - 16 )

Filete interior del refuerzo:tw= 0,7 tmin = 0,7 x 0,375 pulg = 0,2625 (mn. ancho requerido) = (actual)

Filete externo del refuerzo: ANCHO = x tmin= x 0,375 = 0,1875(mn. ancho requerido) = (actual)

0,7 x ( 1 1,43) = 0,7 x 0,43 = 0,30, de esta manera se puede observar que lassoldaduras tienen un ancho satisfactorio, porque el ancho actual es mayor que elancho requerido.

CALCULO DE LAS CARGAS EN LAS SOLDADURAS ( UG 41 )

Calculo de las cargas a ser soportadas por las soldaduras ( W )

W = [A A1+ 2 x tn x fr1x ( E1 x tF x tr )]x SvE1= 1 Soldadura categora BW = [1 ,03 0,20 + 2 x 0,375 x 0,857 x ( 1 x 0,5 1 x 0,325 )]x 17.500 = 4.510,29 lbs


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Calculo de la carga por esfuerzos en la direccin 1 1 ( W1-1)

W1-1= ( A2+ A5+ A41+ A42) x Sv

W1-1= ( 0,20 + 0 + 0,05 + 0 ) x 17.500 = 4.375 lbs


W2-2 = ( A2+ A3+ A41+ A43) x SvW2-2 = ( 0,20 + 0 + 0,05 + 0 ) x 17.500 = 4.375 lbs


W3-3 = ( A2+ A3+ A5+ A41+ A42+ A43+ 2tnt fr1) x SvW3-3 = (0,20 + 0 + 0 + 0,05 + 0 + 0 + 2 x 0,325 x 0,375 x 0,857) x 17.500 =W3-3 = 8.030,64 lbs.

Tomando en cuenta que la carga W1-1 es menor que las cargas W y W3-3 , sepuede usar W1-1 enlugar de estas para comparar la capacidad de las soldaduras.

CALCULO DE ESFUERZOS UNITARIOS ( UW 15 & UG 45 )

1.- Corte en la soldadura de filete = 0,49 x 17.500 = 8.575 psi

2.- Tensin en la soldadura de la garganta = 0,74 x 17.500 = 12.950 psi

3.- Corte en la soldadura de la garganta = 0,60 x 17.500 = 10.500 psi

4.- Corte en la pared de la Boquilla = 0,70 x 15.000 = 10.500 psi

Resistencia de los elementos de conexin:

Corte en la soldadura de filete interior_/2 x OD boquilla x Well leg x esfuerzo de corte en sold de filete =

= 3,14/2 x 6 x 0,375 x 8.575 = 30.291,18 lbs

Corte en la soldadura de filete exterior=_/2 x OD reforzado x Well leg x Esfuerzo de corte en soldadura de filete =1,57 x 0 x 0,5625 x 8.575 = 0 lbs

Tensin en la soldadura de la garganta=_/2 x OD boquilla x tx Esfuerzo de tensin en la garganta1,57 x 6 x 0,5625 x 12.950 = 66.711,26 lbs


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Corte en la pared de la boquilla= _/2 x OD promedio de la boquilla x tnx Esfuerzo de corte en la pared de laboquilla1,57 x 6 x 0,375 x 10.500 = 37.091,25 lbs

REVISION DE LA RESISTENCIA DE CADA UNA DE LAS DIRECCIONES

(VER FIG. UG 41.1)

Direccin 1 1 : 37.091,25 + 0 = 37.091,25 lbsDireccin 2 2 : 30.291,18 + 66.711,26 = 97.002,44 lbsDireccin 3 3 : 0 + 66.711,26 = 66.711,26 lbs

De esta manera se puede ver que para la BOQUILLA A todas las rutas son masfuertes que la resistencia requerida de W1-1= 4.375 lbs, por lo tanto la abertura estsuficientemente reforzada.

CONCLUSIONES

- El diseo del depurador, permite garantizar en la unida compresora la nopresencia de humedad o condensado.

- El depurador de gas requerido es de: 7,5 pies de altura, dimetro de 3pies, con un espesor de 0,5 pulgada y un peso total de 4.462 lbm.

- El diseo del depurador permiti conocer y aplicar las normasinternacionales y nacionales sobre el DISEO DE RECIPIENTES APRESION, as como el de las etapas de un proyecto de Ingeniera.

ANEXOS N

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