Instal Indust Premaestr 2013

8/17/2019 Instal Indust Premaestr 2013

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INSTALACIONES INDUSTRIALES

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INSTALACIONES

INDUSTRIALES

JORGE SIFUENTES SANCHO

2013

DE GAS NATURAL

RAMAL EXTERNO RED INTERNA


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICADEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA APUNTES DE CLASE DEL CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS IIDOCENTE: JORGE SIFUENTES SANCHO

FECHA: MARZO DEL 2013

JULIO DEL 2011

© Editorial COSAN, 2011Calle Linares 213, Urb La Capilla, La MolinaLima, Perú.Teléfono: 991 855 515Correo. [email protected]

[email protected]

PARA USO INTERNO

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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CONTENIDO

Página

1. INTRODUCCIÓN1.1 El Gas natural 5

1.2 Requerimientos del cliente 161.3 Tipos de quemadores 181.4 Clasificación de los sitemas de distribución 21

2. CONSIDERACIONES2.1 Condiciones en las caídas de presión de la instalación 222.2 La velocidad de circulación del gas 222.3 Relación caudal- diámetro 22

3. FÓRMULAS PARA CÁLCULO3.1 Para baja presión: La fórmula del doctor Poole 233.2 Media presión: La fórmula de Renouard simplificada 243.3 Alta presión: La fórmula de Weymouth 483.4 NTP 111.010 51

4. VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DE LA TUBERÍA SELECCIONADA 4.1 De la Resistencia de Materiales 524.2 ASME B31.8 56

5. DISEÑO DE TUBERÍAS

PROBLEMAS 59MATERIAL DE REFERENCIA 61

APÉNDICE 62


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GLOSARIO


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INTRODUCCIÓN

1.1 EL GAS NATURAL

Se denomina Gas Natural a la mezcla de diversos hidrocarburos gaseosos que seencuentran en el subsuelo, que pueden estar asociados con el petróleo ó no. En estamezcla el principal componente es el Metano, en una proporción del 70% al 95%. Elporcentaje restante está constituido por Etano, Propano, Butano e hidrocarburossuperiores, pudiendo contener en proporciones mínimas: vapor de agua, AnhídridoCarbónico, Nitrógeno, Hidrógeno Sulfurado, etc.

En dichos yacimientos, el petróleo es más liviano que el agua, suele flotar sobre lagossubterráneos de agua salada, y en la parte superior se encuentra el gas, que al ejercerenormes presiones, hace fluir el petróleo hacia la superficie.

Para tener un combustible apropiado para el consumo doméstico y/o industrial, esconveniente realizarle un tratamiento que permita separar del metano otros cuerposque podrían perjudicar la buena combustión y producir corrosión en los conductos ocondensaciones si se comprime el gas.

Tenemos diversas variedades de gas natural, según su composición: Gas seco (metano en su mayor parte; Gas húmedo (con grandes cantidades de hidrocarburos,de peso molecular más altos); Gas agrio (con mucho ácido sulfúrico);Gas residual (el restante después de la extracción de las parafinas de peso molecular elevado) y elGas de pozo (obtenido de la superficie de los pozos petrolíferos).

EJEMPLO 11.01: La composición de un gas típico en volumen, de un gas natural(de los pozos argentinos), es la siguiente: Metano 87 %, Etano 8,5 %, Propano 2,5 %,Butano 0,9 %, Anhídrido carbónico 0,2 % y Nitrógeno 0,9 %.

a. Determine el valor medio del Poder Calorífico del gas natural, usando losvalores porcentuales de sus componentes.

b. Determine la densidad relativa del gas natural respecto al aire. Considere ladensidad del aire = 1,00, en condiciones normales.

Metano 87,00 0,870 9530 8291,1 0,544 0,47328Etano 8,50 0,085 16860 1433,1 1,049 0,089165Propano 2,50 0,025 24340 608,5 1,562 0,03905Butano 0,90 0,009 31820 286,38 2,077 0,018693Anhídrido carbónico 0,20 0,002 0 0 1,526 0,003052Nitrógeno 0,90 0,009 0 0 0,967 0,008703

100,00 1,000 PC mezcla = 10619,08 DR mezcla = 0,631943

Poder Ca l or ífi co Ga s Na tur al : 1 06 19 ,1 Kc al / Nm 3

en Ar genti na s e a dopta el va lor: 93 00 Kca l / Nm 3

Densi dad Relativa del Gas Natura 0,63194

en Argentina s e adopta el valor: 0,65

DensidadRelativaComponente

Porcentajeen volumen

%

PoderCalorífico

Kcal / Nm


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CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES DEL GAS NATURAL

Componentes FórmulaquímicaPeso

molecular

Densidadrelativa

Podercaloríficosuperior[ PCS ]

Kcal / m3

Podercaloríficoinferior[ PCI ]

Kcal / m3

Aire teóricopara la

combustión

m 3 / m 3

Volumende

humossecos

m 3 / m 3

Volumende

m 3 / m 3 L í m i t e

I n f e r i o r

d e

i n f l a m a

b i l i d a

d %

L í m i t e S u p e r i o r

d e

i n f l a m a

b i l i d a

d

%

Podercaloríficosuperior[ PCS ]

Kcal / kg

Podercaloríficoinferior[ PCI ]

Kcal / kg

Metano ( CH4 ) 16.043 0.5537 9530 8570 9.52 8.52 10.52 5 15 14050 12635

Etano ( C 2H 6 ) 30.070 1.0378 16860 15390 16.67 15.17 18.17 3 12.5 13262 12106

Propano ( C 3H 8 ) 44.097 1.5219 24350 22380 23.81 21.81 25.81 2.2 9.5 13061 12004

Butano ( C 4H 10 ) 58.124 2.0061 32060 29560 30.95 28.45 33.45 1.7 8.5 13046 12029

Anhidridocarbónico ( CO 2 ) 44.011 1.5189 0 0 0 1 1 0 0

Oxígeno ( O 2 ) 32.000 1.1044 0 0 0 1 1 0 0

Hidrógeno ( H 2 ) 2.016 0.0695 3050 2570 2.38 1.88 2.88 12.5 74 35824 30186

Nitrógeno ( N 2 ) 28.016 0.9669 0 0 0 1 1 0 0

Aire 28.970 1 0 0 0 1 1 0 0

Ejemplo:Gas

Natural 95.0 % metano y 5.00 % etano

(i) PCS = 9530 x 0.95 + 16860 x 0.005 = 9896.5 Kcal / m3 (ii) DR = 0.5537 x 0.95 + 1.0378 x 0.05 = 0.577905

En general las propiedades del GN se pueden calcular a partir de la proporción metano - etano.Las del GLP tomando en cuenta su contenido de propano, isobutano y butano normal.

etc.

Para todos los casos úsese la fórmula:donde Xj es la fracción molar (volumétrica) del componente "j",y Pj es alguna propiedad, como el Poder calorífico, densidad

j

mezcla j 1

P Pj Xjn


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EJEMPLO 11.02: Grafique DR del GN vs % de metano y luego determine una relación analítica de la forma DR = A + B x ( % de metan

% metano DR delGN PCSKcal / m3

PCIKcal / m3

PCS - PCIKcal / m3

100 0.554 9530 8570 96098 0.563 9677 8706 97097 0.568 9750 8775 97596 0.573 9823 8843 98095 0.578 9897 8911 98694 0.583 9970 8979 99193 0.588 10043 9047 99692 0.592 10116 9116 100191 0.597 10190 9184 100690 0.602 10263 9252 101189 0.607 10336 9320 101688 0.612 10410 9388 102187 0.617 10483 9457 102686 0.621 10556 9525 103185 0.626 10630 9593 1037


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VENTAJAS ECONÓMICAS Y AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURALPODER CALORÍFICO INFERIOR Y RELACIÓN H / C DE COMBUSTIBLES MAS USUALES

Combustible Kcal / kh C % H % S % otros % H / C

Gas Natural 11600 72.8 23.6 3.6 32.4Propano 10900 81.8 18.2 22.2Diesel oil 10000 86.6 12.9 0.3 0.2 14.9Fuel oil 9800 85.7 13.5 0.5 0.3 15.8Carbón 5500 77 8 1,0 14,0 10.4


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EJEMPLO 11.03: 1 MMBTU a ¿cuántos metros cúbicos equivale de:a. Metanob. Etanoc. Una mezcla, en volumen, de 97% de Metano y 3% de Etano

EJEMPLO 11.04: Desarrolle una expresión para calcular la cantidad demetros cúbicos de una mezcla en volumen cualquiera de metano y etano quesea equivalente a 1 MMBTU.


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Problema 11.01: La empresa ABCD ha contratado el suministro de gas naturalen las siguientes condiciones:

2,85 US$/MMBTUPCI = 1070 BTU / kgMedidos a condiciones estándar: p = 101,3 KPa

T = 15ºC

Al solicitar su consumo anual a la empresa distribuidora del gas, ésta le envióel monto total a pagar de US$. Adicional le hizo llegar el siguientereporte:

Despacho a condiciones:p = 101.3 Kpa; T = 0ºC

MEDIDOR MMMCn/AÑO

A 2500B 1500C 2000D 3000

TOTAL 9000

Como se podrá observar el despacho se ha realizado a condiciones normales.Y la facturación se realiza a condiciones estándar, tal como se ha firmado elcontrato.

>

1. La empresa ABCD debe de ser reembolsada? o ¿debe de pagar unadicional a la distribuidora del gas?.

2. Si la empresa ABCD debe ser rembolsada, ¿son correctos los valores dedólares y volumen de gas natural que solicita?

3. Para el período 2007 ¿Cuántos dólares debe de pagar la empresa ABCDpor millón de BTU, considerando que la distribuidora continuará registrandoel consumo en condiciones a condiciones normales: p = 101.3 KPa y T = 0ºC, y que no hay incremento en el pago respecto al año 2006?

4. Si por razones administrativas en el contrato debe de figurar que se facturaa condiciones estándar, ¿Cuál será el monto que debe de anotarse?


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Problema 11.02: La Refinería de Talara reporta el siguiente análisis decomposición utilizando el método de análisis: cromatografía de gases .

N-BUTANO 1.43

I-PENTANO 0.45N-PENTANO 0.49N-HEXANO 0.00OXIGENO 0.02NITROGENO 0.05CO2. 0.18

TOTAL 100.00

GRAVEDAD ESPECÍFICA 0.6732CAP.. CALOR. MOL (MPC) BTU/Lb 0.5098BTU/Pie 3 NETO 1077.1BTU/Pie 3 BRUTO 1189.62Julio 26 del 2000

a. Determine el valor medio del Poder Calorífico del gas natural, usando losvalores porcentuales de sus componentes.

b. Determine la densidad relativa del gas natural respecto al aire. Considere ladensidad del aire = 1,00, en condiciones normales.


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Problema 11.03: La empresa eléctrica de Piura reporta el siguiente análisis decomposición utilizando el método de análisis: cromatografía de gases.

PIURA

ANÁLISIS CROMATOGRÁFICO

METODO ASTMD-2163

METANO 90.1767ETANO 4.9282PROPANO 1.9212ISO-BUTANO 0.6402N-BUTANO 0.9681NEO-PENTANO 0.0000ISOPENTANO 0.4285N-PENTANO 0.2636HEXANO 0.2109CO2 0.2276O2 0.0610N2 0.1740TOTAL 100.0000

BTU (Bruto) 1136.47BTU (Neto) 1027.58Grav. Espec. 0.6428Gal. Líq./mpc 1.380Peso Loec. 18.580Cap. Cal. Molar 0.5134

PROPIEDADES COMPOSICION % MOLAR

a. Determine el valor medio del Poder Calorífico del gas natural, usando los valoresporcentuales de sus componentes.

b. ¿Qué valores corresponden a las condiciones normales, y a condiciones estándar?

c. Determine la densidad relativa del gas natural respecto al aire. Considere ladensidad del aire = 1,225, en condiciones estándar.


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Problema 11.04: Propiedades del Gas Natural [MEM Auditoria]Las propiedades del GN referenciales que se utilizaron para el diseño de lasinstalaciones del gasoducto de Camisea hasta la estación de Lurín fueron lassiguientes:

Componente Fracción Molar

N 2 0.0054

CO 2 0.0058

H 2 O 0.0000Metano 0.8854Etano 0.1032

Propano 0.0002i - Butano 0.0000n - Butano 0.0000

Total 1.0000

Condiciones Unidad Valor Peso Molecular 17.723Gravedad específica 0.612Factor deCompresibilidad Z 15.6ºC, 1.013 bar 0.997Factor deCompresibilidad Z 15.6ºC, 100 bar 0.7591

Factor deCompresibilidad Z 15.6ºC, 150 bar 0.72Viscosidad Dinámica 15.6ºC, 1.013 bar cp 0.0109Calor Específico 15.6ºC, 1.013 bar kJ / (kg - ºC ) 2.11Poder Calorífico Inferior kJ / kg 48443Cp / Cv 1.29ïndice de Wobbe HHV / (SG)0. 46 a 56

Unidad Valor

Asufre Total mg / Sm3

15H 2 S mg / Sm

33

CO 2 % v/v 2Total Inertes % v/v 4H 2 O como agua libre 0

H 2 O como vapor mg / Sm3

65Punto de Rocio delHidrocarburos a100 barCa) ºC -10Partículas Sólidasdiámetro > 10 um ppm 3

Composición del Gas Natural

Propiedades Generales

Máximo nivel de contaminantes


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Temperaturas del ambiente y del suelo

Dado que la ruta del dcuto atraviesa tres diferentes áreas climáticas: La Selva, la Cordillera de los Andes y la Costa, se consideraron para el diseño las siguyientes temperaturas máximas y mínimas:

Áreas Temp. del Ambiente Máx ºC Temp. del Ambiente Máx ºC

Selva 35 15Sierra 20 -5Costa 30 10

Áreas Temp. del Suelo Máx (ºC) Temp. del Suelo Mín (ºC)

Selva 25 17Sierra 12 0Costa 21 12

a. Determine el valor medio del Poder Calorífico del gas natural, usando los valores

porcentuales de sus componentes.

b. Determine la densidad relativa del gas natural.


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Problema 11.05: Propiedades del Gas Natural [Compañía LAUREANO]Las propiedades del GN referenciales a utilizar para el diseño de lasinstalaciones del gas, son las siguientes:

Componente Fracción Molar

Nitrógeno N 2 1.0600

Dióxido de carbono CO 2 0.3200

Vapor de H 2 O 0.0000

Metano C H 4 89.3700

Etano C 2 H6 8.5700

Propano C 3 H 8 0.6500i - Butano 0.0200n - Butano 0.0100

Total 100.0000

Propiedad Condiciones Unidad Valor Peso Molecular Gravedad específica 0.61Factor deCompresibilidad Z 15.6ºC, 1.013 bar abs. 0.9971Factor deCompresibilidad Z 15.6ºC, 100 bar abs. 0.7644Factor de

Compresibilidad Z 15.6ºC, 150 bar (a) 0.7262Viscosidad Dinámica 15.6ºC, 1.013 bar (a) cp 0.0109Calor Específico 15.6ºC, 1.013 bar (a) kJ / (kg - ºC ) 0.9971Poder Calorífico superior Mj / m 3 39.93Poder Calorífico Inferior Mj / m 3 39.93Cp / Cv 1.29ïndice de Wobbe HHV / (SG) 0.5 46 a 56

Unidad Valor

Asufre Total mg / Sm 3 15H 2 S mg / Sm 3

CO 2 % v/v 2Total Inertes % v/v 4H 2 O como agua libre 0

H 2 O como vapor mg / Sm3

65Punto de Rocio delHidrocarburos a100 barCa) ºC -10Partículas Sólidas

diámetro > 10 um ppm 3

Composición del Gas Natural

Propiedades Generales

Máximo nivel de contaminantes


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1. Determine el Peso Molecular del gas natural.2. Determine la densidad relativa de la mezcla.3. Determine la densidad de la mezcla en kg / m 3.4. Determine el Poder calorífico Superior del gas natural en Kcal / kg.5. Determine el poder Calorífico Inferior del gas natural en Kcal / kg.6. Determine la cantidad de metros cúbicos del gas natural que sea

equivalente a 1 MMBTU.7. Determine la cantidad de aire teórico para la combustión de 1 m 3 de

gas natural, en m 3 / m 3 . 8. Cinco hornos funcionan en la empresa y tienen un consumo

promedio en conjunto igual a 90 galones de D2 por hora. Determinesu consumo equivalente de gas natural en Sm 3 / h.

9. Un grupo electrógeno de 1.0 MW de potencia funciona diariamente 3horas, durante 25 días cada mes. Determine su consumoequivalente de gas natural en Sm 3 / h.10. La empresa tiene una caldera que funciona las 24 horas del día yconsume en promedio un tanque de 1000 galones de GLP cada mes.Determine su consumo equivalente de gas natural en Sm 3 / h.

1.2 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

Llevar a cabo el levantamiento de la información sobre la localización de los centros deconsumo actual y futuro. Esto se lleva a cabo con la información proporcionada por elcliente y la recogida de datos in situ por parte de la persona que va a ejecutar elproyecto. Anotar los consumos de petróleo (D2, R2, R5, R6), GLP, gasolina, kerosene,KW, otros. Observar que pueden existir instalaciones de tipo domiciliario tales comooficinas, restaurantes, viviendas.

Hay que proveerse del plano de la empresa o industria, y allí localizar: los puntos de donde puede realizarse la acometida y que presión en el

gasoducto hay (40 bar, 32 bar, 25 bar, 4 bar ) disponibles por parte de laempresa distribuidora de gas.

los centros de consumo.

Dibujar la trayectoria del sistema de tuberías, indicando los diferentes elementosprincipales del sistema; esto en vista de planta y en vista isométrica.

Proveerse de tablas de tuberías de acero, cobre y polietileno para las dimensiones ypropiedades de las tuberías y las tablas de pérdidas que se producen al circular elgas a través de ellas. Para las pérdidas en accesorios de cobre multiplicar la pérdidade los accesorios de acero por 0,55.

Se requiere el uso de un tanque Back Up que puede ser de GLP. Sus dimensionesrequiere el cálculo del índice de Wobbe w = PCS / DR ½ que deben ser igualespara el gas natural y el GLP.

Se usa la norma NTP 111.010 la edición actualizada, así como otras normas: ASME B31.8,


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EQUIVALENCIAS

GLP: kg/mes / 21 = MMBTU / mes

DIESEL: gal / mes / 7,3 = MMBTU / mes

ELÉCTRICO: kW-h / 293 = MMBTU / mes

TÉRMICO: MMBTU / mes X 28 = s m3 / mes

EJEMPLO 11.05: Determine el consumo térmico y eléctrico del siguientecuadro de consumo de la empresa COSAN S.A., en MMBTU / mes y en MW-h /mes.

C1 90 2800 2 28 364 850 180 1,5 180 1820 3640 1231 3,5 1763 179

884 6500 3,5 225 23590 3000 2 77 8355 400 500 3,5 257 26800 1500 2750 1,5 379 38325 2 31 3525 4020 644 2,5 1445 147680 5040 8700 2 1505 153

TOTAL = 4333 15450 26305 5890 598

CONSUMO sm 3 / h 600 150 350 100 3001500

RESUMEN: CONSUMO T RMICO Y EL CTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mes DIESSELgal/mesELECTRICO kW-

h / mesFACTORCRECIMI.

MMBTU/mes sm

3 / h

TOTALCENTRO DE CONSUMO C1 C2 C3 C4 C5


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1.3 TIPOS DE QUEMADORES

Quemador Atmosférico

Este quemador se puede utilizar para alta o baja presión de suministro de gasnatural. Como se observa en la figura, cuenta con una tobera de inyección degas natural en forma de tubo de Venturi, que aspira el aire primarionecesario para la combustión a la entrada del quemador Para completar latotalidad del aire requerido para la combustión se introduce el airesecundario.

Figura N : quemadores Atmosféricos

Para el caso de calderas industriales suelen diseñarse quemadoresatmosféricos tipo multitoberas, que son un conjunto de quemadores comose muestra en la figura.

Quemador de gas / aire

En este tipo de quemador, el aire se suministra a una presión adecuadasuperior a la del gas natural.

El gas natural es inducido por el aire que se inyecta en un tubo tipo venturi,efectuándose la mezcla en su casi totalidad antes de producirse lacombustión como se indica en la figura.

Figura N : quemadores Atmosféricos

En la figura se muestra un quemador de estas características defuncionamiento automático, en el que se utiliza un ventilador del tipocentrífugo, que es el que provoca la entrada del aire.


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C1

D

D31

D41

E71

E31

E21

E41

E51

E61

F21

F31

F11

F41

F51

F61

F71

G21

G31

G311

G411

G412

G51

G61

G41

G711

G719,333

Totales porgrupo

CONSUMO TÉRMICO Y ELÉCTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mes DIESSELgal/mesELECTRICOkW-h / mes

FACTORCRECIMI. MMBTU /mes m

3 /mes m 3 /día m 3 /hora


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Totales porgrupo

CONSUMO TÉRMICO Y ELÉCTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mes DIESSELgal/mesELECTRICOkW-h / mes

FACTORCRECIMI. MMBTU /mes m

3 /mes m 3 /día m 3 /hora

H21H31

I1

J11J12J21J23J22J221

K1

M

N2,348

TOTAL = 3840,31 105062,854 4407,140 447,718

Total de la Carga Térmica en MMBTU/mes 3840,31

Total de la Carga Térmica en MWh/mes 1125,48

Total en sm 3 /h 447,718


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1.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

Según la distribución del gas natural se realice fuera o dentro del área de propiedaddel consumidor, se puede clasificar en redes externas o redes internas.

RED EXTERNA: corresponden a todas las tuberías que se entierran en pistas yveredas.

Según la presión del gas natural a distribuir, se pueden clasificar en:

Alta presión: > 40 barMedia presión B 25 á 40 barMedia presión A 4 á 25 barBaja presión: 1,5 á 4 bar

Esta clasificación es dada por la distribuidora, y se regula en la estación “puerta ciudad”(city Gates), para ser distribuido a media y baja presión por tuberías hasta llegar alconsumidor. Las presiones están en unidades manométricas.

RED INTERNA: los niveles de presión serán de media y baja presión, losconsumidores industriales se conectaran a las tuberías de media presión y regularanesta presión según sea su necesidad, mientras que los consumidores residencialestendrán una etapa de regulación en sus acometidas para hacer uso del gas a bajapresión.

Red de acero baja presión: 5 barg á 10 barg

Red de acero media presión: 10 barg á 19 bargRed de acero alta presión: 27 barg á 50 barg

Red de polietileno de baja presión

Clientes industriales C 17 500 á 300 000 m 3 / mesClientes industriales D > 300 000 m 3 / mes


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2. CONSIDERACIONES

El cálculo de la tubería se basa en el supuesto de suministrar el suficiente gas comopara cubrir la demanda máxima, sin superar una pérdida de presión admisible entre elinicio y el final del tramo de tubería.

2.1. Condiciones en las caídas de presión de la instalación:

La caída de presión en un tramo de tubería ( p tramo) debe ser menor que lacaída de presión máxima ( p máxima en el tramo) fijada de acuerdo a ciertos criterios.

tramo maximotramo pi pf p p [1]

pi: presión manométrica al inicio del tramo, barpf: presión manométrica al final del tramo, bar

p tramo: caída de presión en el tramo, bar.p

máxima en el tramo: caída de presión máxima en el tramo, bar

Tramo de cañería comprendido entre la válvula de bloqueo del servicio y laentrada a los reguladores primarios: la caída de presión no puede ser superioral 10% de la presión mínima de suministro.

p tramo ≤ 10 % de la presión mínima de suministro .

Tramos de red interna comprendidos entre dos etapas de regulación: la caída de presión máxima no debe superar el 20% de la presión regulada al comienzo deesos tramos. Se recomienda 15%.

p tramos ≤ 20 % de la presión regulada al comienzo de esos tramos.

Tramos de cañerías que alimentan en forma directa artefactos de consumo: lacaída de presión entre el regulador que los abastece y los artefactos no debeexceder el 10% de la presión regulada.

p tramos ≤ 10 % de la presión regulada al com ienzo de esos tramos.

Las caídas de presión admisibles anteriormente mencionadas no comprenden lasperdidas localizadas en el medidor, odorizador, placa limitadora, etc., las cuales sedeben adicionar a dichas caídas de presión admisibles.

Además debe de tenerse en cuenta que: Los tramos de cañerías con presiones de trabajo inferiores a 0,034323275 bar

(0,035 kg / cm 2 ) deben tener una caída de presión p ≤ 10 mm.c.a., y han decalcularse como tuberías de baja presión, utilizando la fórmula del doctor Poole.

Las instalaciones con caudales menores que 370 m 3 / s se deben diseñar parauna presión de 0,1569064 bar (0,160 kg / cm 2 ), salvo en aquéllos casos enque por la índole del proceso se requiera que los quemadores funcionen apresiones superiores o resulten diámetros de tuberías internas mayores de152 mm ( 6 pulgadas ).

2.2 La velocidad de circulación del gas: debe ser menor a 40 m/ s, para evitar elruido y que las partículas extrañas al gas se sedimenten.

Se recomienda usar V ≤ 30 m/ s

2.3 Se debe verificar la relación Q / D < 150Q: sm 3 / h; D: mm


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25

3. FÓRMULAS

Existen numerosas ecuaciones aplicables, por lo que se han seleccionado aquellas

que han dado buenos resultados en los problemas de aplicación práctica.

3.1 Para baja presión: La fórmula del doctor Poole 1,5 bar á 4 bar

Para el cálculo de cañerías de gas a baja presión puede adoptarse la fórmula deldoctor Poole de acuerdo a lo siguiente:

2

5

1 2

2 C S Ld p p

En la que:

d: diámetro interior, cmC: caudal de gas , m 3 (s) / m 3 S: densidad del gas s = 0,61 ( S aire = 1)L: longitud de la tubería;p1: presión en la entrada del tramo de tubería, mm.c.a. o kg/cm 2 p2: presión en la salida del tramo de tubería mm.c.a. o kg/cm 2.

EJEMPLO 11.06:


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26

3.2 Media presión: La fórmula de Renouard simplificada

Se establece para el dimensionamiento de las tuberías, que las mismas transporten elcaudal requerido por los equipos incluyendo las futuras ampliaciones, teniendo encuenta ciertas limitaciones en las pérdidas de carga, velocidad de circulación y que larelación de caudal entre el diámetro sea menor que 150.

Se observa de la fórmula, que para determinar la caída de presión, es necesariopredimensionar el diámetro, lo que permite, además, establecer la longitud equivalentede los accesorios, dado que los mismos también dependen del diámetro.

Una vez efectuado el predimensionamiento del diámetro interno de la tubería, seselecciona un diámetro comercial de tubería. Luego hay que verificar si el diámetro detubería seleccionado cumple con:

i. Que la caída de presión que se produce en el tramo de tubería con el diámetro

comercial sea menor que la caída de presión máxima posible para dicho tramode tubería.

ii. Que la velocidad de circulación del gas sea menor que 30 m/s.

iii. Que la relación Q / D sea menor que 150.

PREDIMENSIONAMIENTO

Para gas circulando a baja presión: p ≈ patm

Condiciones estándar: po = patm = 1,01325 bar. (1,033227237 kg / cm2)

.To = 15ºC = 288 kelvin

Condiciones normales: po = patm = 1,01325 bar (1,033227237 kg / cm2).T = 0ºC = 273 kelvin

Condiciones termodinámicas: po = 1 bar y To = 25°C

El caudal está dado por: 3600 V Ao [2]o : Caudal de gas circulante a condiciones estándar, sm 3 / h

V : Velocidad del gas circulante a condiciones estándar, m / s. A : Sección transversal de la tubería, m 2

Cuando el gas circula bajo presiones mayores a la atmosférica, debe de tenerse encuenta que el fluido se comprime, por lo que el caudal se incrementa. Luego:

T3600 V A po F F [3]o : Caudal de gas circulante, sm 3 / h

V: velocidad del gas circulante a condiciones de p y T, diferentes de lascondiciones estándar, m / s.

A: sección transversal de la tubería, m 2 Fp, FT: factores de corrección por presión y por temperatura.


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27

El factor de presión (Fp) y el factor de temperatura (FT) habrá que estimarlos.

Puede utilizarse la ecuación del gas ideal:

Po o P const R To R T

[4]

En donde: Po, P, To y T están en unidades absolutas.

P Too

Po T

Considerando V como la velocidad del gas circulante a condiciones de p y T, tenemosque el caudal que circula a ésas condiciones es: V A 3600

Se tiene: 3600 P Too V A Po T

[5]

Comparando las ecuaciones [5] y [3] se identifican los factores de corrección:Fp = P/Po; FT = To/T.

Considerando: po = 1,01325 bar; T ≈ To = 288K, y D en mm, se tiene:2

61 3600 101,013 25 4

P Do V

La presión P, en el tramo de tubería varía entre la presión al inicio del tramo ( Pi) y lapresión al final del tramo de tubería ( Pf). Considerando P como la presión al final deltramo de tubería Pf, y Q en lugar de o se tiene:

2358,364

QV

D Pf

La velocidad de circulación del gas se establece que sea inferior a 40 m/ s. Esto espara prevenir niveles de ruido excesivo y erosiones en las tuberías. Se recomiendaque sea 30 m / s, con lo cual la ecuación queda:

2358,364 30 /

QV m s

D Pf [6]

Donde:V : velocidad del gas que circula (a condiciones p, y T), en m/s.Q : caudal de gas en m 3 (s) / h. ≡ o .D : diámetro interior de la tubería, en mm.Pf : es la presión absoluta en el extremo final de la conducción, en bar.

A partir de esta ecuación se puede estimar el diámetro requerido de tubería para quecircule una caudal Q, y tomando en cuenta una presión Pf al final del tramo de tubería:


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28

3,456 f

Q D

P [7]

Donde:Q : caudal de gas en m 3 (s) / h.D : diámetro interior de la tubería en mm.Pf : es la presión absoluta en el extremo final de la conducción en bar abs.

Una vez efectuado el predimensionamiento del diámetro interno de la tubería, seselecciona un diámetro comercial de tubería. Este diámetro permite ahora determinarlas longitudes equivalentes de los accesorios ( Lequiv), válvulas y elementos decontrol y medición, etc.; con lo cual se obtiene la longitud de cálculo L E = L física +( Lequiv)accesorios + ( Lequiv) válvulas + ( Lequiv)elementos de control .

Hay que verificar si el diámetro de tubería seleccionado cumple con:

i. Que la caída de presión que se produce en el tramo de tubería con el diámetrocomercial sea menor que la caída de presión máxima posible para dichotramo de tubería.

ii. Que la velocidad de circulación del gas sea menor que 30 m/s.iii. Que la relación Q / D sea menor que 150.

Si se verifica simultáneamente las tres consideraciones, la tubería seleccionada es laadecuada. Si no, hay que incrementar el diámetro hasta que se verifique las tresconsideraciones simultáneamente.

i. Verificación de la caída de presión producida en el tramo de tubería:

Para gases de media y alta presión, puede emplearse la fórmula simplificada deRenouard, válida para:

presiones de 0 kPa a 400 kPa. ( 0 bar a 4 bar);Relación Q / D < 150; yVelocidades V ≤ 40 m/s [se recomienda V ≤ 30 m/s].

2 2 1,82 4,8248 600i f E P P S L Q D Donde:Pi y Pf presión absoluta en ambos extremos del tramo, en kg/cm 2 absS densidad relativa del gas. S = 0,61 (S aire = 1,0)LE longitud de cálculo de la tubería. Longitud física del tramo más la

longitud equivalente de los accesorios, válvulas etc., en km.LE = Lfísica + L equivalentes. Véase tabla 10.

Q caudal en m 3 / h (condiciones estándar: 15 ºC y 101,325 KPa)D diámetro interior de la tubería, en mm.


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29

Considerando el factor de: 1,01325 bar (1,033227237 kg / cm2) , y la longitud LEen metros, se tiene:

48,6 x (1,01325 / 1,033227237 ) 2 = 46,76

Luego: 2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

Donde:Pi y Pf presión absoluta en ambos extremos del tramo, en bar absS densidad relativa del gas. S = 0,61 (S aire = 1,0).LE longitud del tramo en m, incluyendo la longitud equivalente de los

accesorios que la componen. Véase tabla 10.Q caudal en sm 3 / h (condiciones estándar)D diámetro interno de la tubería en mm.

Se calcula el valor de Pf y obviamente pf. Esto nos permite calcular la caída de presiónque se produce en el tramo, y que debe de ser menor que la caída máxima en dichotramo:

tramo maximotramo p pi pf p ii. Verificación de la velocidad de circulación del gas

2358,364 30 /

QV m s

D Pf

iii. Verificación de la relación Q / D

150Q D

EJEMPLO 11.07: La figura muestra el esquema de una instalación de gas natural.La tubería está proyectada que será de polietileno SDR 17,6 serie métrica.

Tamaño nominal Espesor Diámetro interior

D nominal [mm] t [mm] Dext - 2 t [mm]

32 2,3 27,440 4,3 31,463 5,8 51,4

110 6,3 97,4160 9,1 141,8200 11,4 177,2250 14,2 221,6

Determine los diámetros mínimos que son requeridos para cada tramo del tendido degas natural.


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ERMP

A

ERS1

100 m

50 m

70 m

p A = 4 bar

pF

pG

pC 20 m

Q = 1500 m 3 (s) / h Q = 1200 m 3 (s) / h

Q = 300 m 3 s / h

B C

GERS2

pH H

Q = 100 m 3 (s) / h

30 m 18 m

10 m

20 m

D

E

F

J

I

Q = 600 m 3 (s) / h

45 m

50 m

50 m

30 m30 m

Q = 150 m 3 (s) / h

Q = 1100 m 3 (s) / hQ = 750 m 3 (s) / h

Q = 600 m 3 (s) / h

Q = 350 m 3 (s) / hQ = 100 m 3 (s) / hQ = 300 m 3 (s) / h

Q = 350 m 3 (s) / h

pI

pE pJ

pD


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31

Figura 11. : Estación de Regulación Primaria


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32

RUTA CRÍTICA:

TRAMOS AB – BC – CD – DE – EF- Caída de presión máxima en la ruta critica:

- Longitud física de la ruta crítica:L rc = Li = 100+90+30+80+115 = 415 m

ANÁLISIS DE LOS TRAMOS:

Tramo AB: Q = 1500 sm 3 / h pi = 4 bar L = 100 m

max maxTRAMO rc Ltramo

p p Lrc

max100

0,600 0,144578415TRAMO

p bar

La presión al final del tramo: p tramo máx = pi - pf 0,144578 bar = 4 bar – pf

Luego : pf = 3,855422 barPf = 3,855422 bar + 1,01325 bar = 4,868672 bar

Diámetro estimado de tubería:

3,456 f

Q D

P

15003,456 60,6616

4,868672 D mm

Ahora: Considerando tubería de polietileno SDR 17,6 serie métrica:

Tamaño nominal Espesor Diámetro interior

D nominal [mm] t [mm] Dext - 2 t [mm]

32 2,3 27,440 4,3 31,463 5,8 51,4

110 6,3 97,4

160 9,1 141,8200 11,4 177,2250 14,2 221,6

Selección del diámetro de la tubería:DN = 110 m ; Di = 97,4 mm; t = 6,3 mm

Hay que verificar que el diámetro seleccionado cumpla con los tres requisitossiguientes:

i. La caída de presión en el tramo sea menor que la caída máxima de presión en

dicho tramo. max 0,144578TRAMO AB TRAMO p p bar ii. La velocidad del gas que circula (a condiciones de p y t), sea menor que 30 m/s.iii. Se verifique la relación: Q / D < 150

max0,15 4 0,6000rc p bar bar


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33

Verificación del diámetro seleccionado:

i. Verificación de la caída de presión producida en el tramo de tubería: pi = 4 bar

La presión al final del tramo:2 2 1,82 4,8246,76

i f E P P S L Q D

(4+1,01325) 2 - Pf 2 = 46,76 x S x L E x Q 1,82 x D - 4,82 = 0,49185144

Pf = 4,96395247 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,95070247 barLuego, en:

tramo maximotramo p pi pf p

4 bar – 3,95070247 bar = 0,04929753 bar ≤ 0,1445 bar ¡OK!

ii. Verificación de la velocidad de circulación del gas:

2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

1500358,364 11,42 / 30 /

(97,4) 4,96395247V m s m s

iii. Verificación de la relación Q / D: 150Q D

150015,4 150 ¡ !

97,6OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo AB, es adecuado.

Tramo BC: Q = 1200 sm 3 / h pi = 3,95070247 bar L = 90 m

maxruta ruta critica tramo AB p p p

max0,600 0,04929753 0,55070247

ruta p bar

max

BC tramoBC ruta critica

Ruta critica tramo AB

L p p

L L

max

900,55070247 0,15734356

415 100tramoAB p bar

La presión al final del tramo: p tramo = pi - pf 0,15734356 bar = 3,95070247 bar – pf



34/97


34

Ahora: Diámetro estimado de tubería

12003,456 54,606

4,8066089 D mm

Considerando tubería de polietileno SDR 17,6 serie métrica:Selección del diámetro de la tubería:DN = 110 m ; Di = 97,4 mm; t = 6,3 mm



L equiv = 90 x 0,11mm = 9,9 m

LE = 90 m + 9,9 m = 99,9 mLa presión al final del tramo:

2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D 2 2 1,82 4,824 46, 76 0, 61 99,9 1200 97, 4 0, 2382357 f P

Pf = 4,939897 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,926647 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,950702470 bar – 3,926647 bar= 0,0240548556 bar ≤ 0,1 223783 bar ¡OK!


2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

1200358,364 9,1763 / 30 /

(97,4) 4,939897V m s m s ¡OK!

iii. Verificación de la relación Q / D: 150Q

D

120012,32 150 ¡ !

97,6OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo BC, es adecuado.

Tramo CD: Q = 1100 sm 3 / h pi = 3,926647 bar L = 30 m

max t ruta ruta critica tramoAB tramo BC p p p p

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,5266176144ruta p bar


35/97


35

max

CDtramoCD ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC

L p p

L L L

max

300,5266176144 0,07021568192

415 100 90tramoCD p bar

La presión al final del tramo: pi - pf = p tramo p tramo = 0,07021568192 bar = 3,926647 bar – pf



11003,456 51,9116

4,869681318 D mm

Considerando tubería de polietileno SDR 17,6 serie métrica:




L equiv = 30 x 0,11mm = 3,3 mLE = 30 m + 3,3 m = 33,3 m

La presión al final del tramo:2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

2 2 1,82 4,82(3, 926647 1, 01325) 46, 76 0, 61 33, 3 1100 97, 4 0, 08474792739 f P

Pf = 4,931311635 bar p f = Pf -1,01325 bar = 3,918061635 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,926647 bar – 3,918061635 bar= 0,008585364824 bar ≤ 0, 07021568192 bar

¡OK!


2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

1100358,364 8,42629 / 30 /

(97,4) 4,931311635V m s m s ¡OK!


36/97


36


110011,27 150 ¡ !

97,6OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo CD, es adecuado.

Tramo DE: Q = 750 sm 3 / h pi = 3,918061635 bar L = 80 m

maxruta ruta critica tramoAB tramoBC tramoCD p p p p p

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,5266176144ruta p bar

max

DE tramoDE ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC tramo CD

L p p

L L L L

max

800,5266176144 0,2160482521

415 100 90 30tramoDE p bar

La presión al final del tramo: p tramo = pi - pf p tramo = 0,2160482521 bar = 3,918061635 bar – pf



75003,456 43,5751501

4,71770681 D mm


Selección del diámetro de la tubería:

DN = 63 mm ; Di = 51,4 mm; t = 5,8 mm





2 2 1,82 4,82(3, 918061635 1, 01325) 46, 76 0, 61 88, 8 750 51, 4 2, 451244144 f P

Pf = 4,676172612 bar


37/97


37

p f = Pf -1,01325 bar = 3,662922612 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,918061635 bar – 3,662922621 bar= 0,255139023 bar ≤ 0,1223783 bar

Considerando:DN = 75 mm ; Di = 66,4 mm; t = 3,46 mm



2 2 1,82 4,82(3, 918061635 1, 01325) 46, 76 0, 61 88, 8 750 66, 4 0, 7134748357 f P

Pf = 4,858431805 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,845181805 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,918061635 bar – 3,845181805 bar= 0,07287982979 bar ≤ 0,1223783 bar ok


2358,364 30 /QV m s

D Pf

2

750358,364 12,547 / 30 /

(66,4) 4,858431805V m s m s ¡OK!


75011,295 150 ¡ !

66,4OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo DE, es adecuado.

Tramo EF: Q = 600 sm 3 / h pi =3,845181805 bar L = 115 m

maxruta ruta critica tramoAB tramoBC tramoCD tramo DE p p p p p p

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,008585365 0,5180322794ruta p bar


38/97


38

max

EF tramoFE ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC tramo CD tramo DE

L p p

L L L L L

max

1150,5180322794 0,5180322794

415 100 90 30 80tramoEF p bar

La presión al final del tramo: p tramo = pi - pf

p tramo = 0,5180322794 bar = 3,845181805 bar – pf



6003,456 40,6335

4,340399526 D mm







2 2 1,82 4,82(3, 845181805 1.01325) 46, 76 0, 61 127, 65 600 44, 2 4, 858756046 f P

Pf = 4,329619332 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,316369332 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,845181805 bar – 3,316369332 bar= 0,528812473 bar ≤ 0, 5180322794 bar

Considerando:DN = 63 mm ; Di = 55,8 mm; t = 3,6 mm



2 2 1,82 4,82(3, 845181805 1.01325) 46, 76 0, 61 127, 65 600 55, 8 1, 580096436 f P


39/97


39

Pf = 4,693001509 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,679751509 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,845181805 bar – 3,679751509 bar= 0,1654302955 bar ≤ 0, 5180322794 bar ok


2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

600358,364 18,76 / 30 /

(55,8) 3,679751509V m s m s ¡OK!


60010,75 150 ¡ !

55,8OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo EF, es adecuado.

Verificación de la caída de presión en la ruta critica seleccionada:

RUTA CRÍTICA:

TRAMOS AB – BC – CD – DE – EF- Caída de presión máxima en la ruta critica:

Tramo AB: pi = 4, 0000000 bar pf = 3,95070247 bar p = 0,04929753 bar

Tramo BC: pi = 3,95070247 bar pf = 3,926647 bar p = 0,02405547 bar

Tramo CD: pi = 3,926647 bar pf = 3,918061635 bar p = 0,008585365bar

Tramo DE: pi = 3,918061635 pf = 3,845181805 bar p = 0,07287983 barTramo EF: pi =3,845181805 bar pf = 3,679751509 bar p = 0,165430296bar

p TOTAL = p = 0,247368661bar

Hay que verificar que la caída de presión en la ruta AB-CD-DE- EF sea menor que la caída depresión máxima en la ruta considerada crítica.

p rc = 0,24737 bar ≤ p rc máx 0,60000 bar ¡OK!

Ahora hay que dimensionar los tramos: BG, CH, DI y EJ.

max0,15 4 0,6000rc p bar bar


40/97


40

Tramo BG: Q = 300 sm 3 / h pi = 3,95070247 bar L = 50 m

max0,10%tramoBG p pi

max 0,10 3,95070247 0,3950702470tramoBG p bar

La presión al final del tramo: p tramo = pi - pf ≤ p tramo máx

0,395070247 bar = 3,95070247 bar – pf


Ahora: Diámetro estimado de tubería 3003,456 28,0046

4,56882223 D mm

Considerando tubería de polietileno SDR 17,6 serie métrica:DN = 40 m ; Di = 31,4 mm; t = 4,3 mm



L equiv = 50 x 0,11mm = 5,5 mLE = 50m + 5,5 m = 55,5 m

La presión al final del tramo: 2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

2 2 1,82 4,82(3, 95070247 1.01325) 46, 76 0, 61 55, 5 300 31, 4 3,109260435 f P

Pf = 4,6402116 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,6269616 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,95070247 bar – 3,6269616 bar= 0,3237408704 bar ≤ 0,395070247 bar ¡ok!


2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

300358,364 30,06 / 30 /

(31,4) 3,6269616V m s m s ¡OK!


300 9,554 150 ¡ !31,4

OK


41/97


41

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo BG, es adecuado.Tramo CH: Q = 100 sm 3 / h pi = 3,926647 bar L = 30 m

max0,10%tramoCH p pi

max

0,10% 3,926647 =0,3926647 bar tramoCH p


0,3926647 bar = 3,926647 bar – pf



4,5472323 D mm




L equiv = 30 x 0,11mm = 3,3 m

LE = 30m + 3,3 m = 33,3 mLa presión al final del tramo:

2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

2 2 1,82 4,82(3,926647 1.01325) 46, 76 0, 61 33, 3 100 31, 4 0, 2526083297 f P

Pf = 4,914362309 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,901012309 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p

3,926647 bar – 3,901012309 bar= 0,3237408704 bar ≤ 0,3926647 bar ¡ok!ii. Verificación de la velocidad de circulación del gas:

2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

100358,364 9,317 / 30 /

(31,4) 3,901012309V m s m s ¡OK!


D

1003,1847 150 ¡ !

31,4OK


42/97


42

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo CH es adecuado.Tramo DI: Q = 350 sm 3 / h pi = 3,918061635 bar L = 18 m

max0,10%tramoDI p pi

max

0,10% 3,918061635 =0,3918061635 bar tramoDI p


0,3918061635bar = 3,918061635 bar – pf



4,539505472 D mm




L equiv = 18 x 0,11mm = 1,98 m

LE = 18 m + 1,98 m = 19,98 mLa presión al final del tramo:

2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

2 2 1,82 4,82(3,918061635 1,01325) 46,76 0,61 19,98 350 31,4 1,481844929 f P

Pf = 4,778701655 bar

p f = Pf -1,01325 bar = bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p

3,918061635bar – 3,765451655 bar= 0,1526099795 bar ≤ 0,3926647 bar ¡ok!ii. Verificación de la velocidad de circulación del gas:

2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

350358,364 9,317 / 30 /

(31,4) 4,53V m s m s ¡OK!


D

35011,14 150 ¡ !

31,4OK


43/97


43

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo DI, es adecuado.Tramo EJ: Q = 150 sm 3 / h pi = 3,84518180 bar L = 10 m

max0,10%tramoEJ p pi

max0,10% 3,84518180 =0,384518180 bar

tramoEJ p


0,384518180 bar = 3,84518180bar – pf



4,47391362 D mm




L equiv = 10 x 0,11mm = 1,1 mLE = 10m + 1,1 m = 11,1 m

La presión al final del tramo: 2 2 1,82 4,8246,76i f E P P S L Q D

2 2 1,82 4,82(3,84518180 1,01325) 46,76 0,61 11,1 150 27,4 0,3396688297 f P

Pf = 4,823348497 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,810098497 bar

Luego, en: tramo maximotramo p pi pf p 3,84518180 bar –3,810098497 bar= 0,03508330279 bar ≤ 0,3926647 bar

¡ok!ii. Verificación de la velocidad de circulación del gas:

2358,364 30 /

QV m s

D Pf

2

150358,364 14,8445 / 30 /

(27,4) 4,823348497V m s m s ¡OK!


1505,474 150 ¡ !

27,4OK

Esto significa que el diámetro seleccionado para el tramo EJ, es adecuado.


44/97


44

El cuadro siguiente muestra los resultados de este ejemplo.


45/97


45

CAUDAL PRESIÓN MANOMÉTRICATRAMO Q L real L cálculo p1 p 2 p= p 1 - p2 D cálculo Di adoptado D nominal NR Material Unión

[sm 3 / h] [ m ] [ m ] [ bar ] [ bar ] [ bar ] [ mm] [ mm] pulg

A-B 1500 100 111 4 3,9507 0,04929753 60,66 97,4 4 17,6 HDPBC 1200 90 99,9 3,950702 3,92665 0,02405547 54,606 97,4 4 17,6 HDPCD 1100 30 33,3 3,926647 3,91806 0,008585365 51,91 97,4 4 17,6 HDPDE 750 80 88,8 3,918062 3,84518 0,07287983 51,4 66,4 2 1/2 17,6 HDPEF 600 115 127,65 3,845182 3,67975 0,165430296 40,6335 55,8 2 17,6 HDP

Caida de presión = 0,32025 bar < 0,6 bar caida de presión máxima



BG 300 50 55 3,950702 3,62696 0,32374087 28,05 31,4 40 17,6 HDPCH 100 30 33 3,926647 3,90101 0,025634691 16,207 31,4 40 17,6 HDPDI 350 18 19,8 3,918062 3,76545 0,15260998 30,34 31,4 40 17,6 HDPEJ 150 10 11 3,845182 3,8101 0,035083303 20,011 27,4 32 17,6 HDP

PLANILLA DE CÁLCULO DE TUBERIAS

LONGITUD DIÁMETRO

LONGITUD DIÁMETRO


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46

PROBLEMAS

Problema 11.06: Determine los diámetros mínimos que son requeridos para cada tramo del tendido de gas natural, del Ejemplo 11.7, haciendo usode una hoja de cálculo y considerando la siguiente información

Relación Dimensional Estandar SDR

Diámetro SDR 17,6 SDR 11Nominal Espesor Diámetro Peso Espesor Diámetro Peso

mm mínimo interno medio mínimo interno mediomm mm kg/mm mm mm kg/mm

20 N.P. N.P. 3 14 0,1625 N.P. N.P. 3 19 0,2132 N.P. N.P. 3 26 0,2840 3 34,0 0,36 3,7 32,6 0,4350 3 44,0 0,45 4,6 40,8 0,6663 3,6 55,8 0,68 5,8 51,4 1,0575 4,3 66,4 0,97 6,8 61,4 1,4690 5,2 79,6 1,4 8,2 73,6 2,11

110 6,3 97,4 2,07 10 90 3,12125 7,1 110,8 2,64 11,4 102,2 4,05140 8 124,0 3,31 12,7 114,6 5,05160 9,1 141,8 4,32 14,6 130,8 6,062180 10,3 159,4 5,49 16,4 147,2 8,37200 11,4 177,2 6,74 18,2 163,6 10,32

225 12,8 199,4 8,5 20,5 184 13,06250 14,2 221,6 10,49 22,7 204,6 16,06

PRESIONES DE TRABAJO< 250 0,4 MPa


47/97


47



A-B 1500 100 4 17,6 HDPBC 1200 90 17,6 HDPCD 1100 30 17,6 HDPDE 750 80 17,6 HDPEF 600 115 17,6 HDP

Caida de presión = 0 bar < 0,6 bar caida de presión máxima



BG 300 50 17,6 HDPCH 100 30 17,6 HDP

DI 350 18 17,6 HDPEJ 150 10 17,6 HDP

PLANILLA DE CÁLCULO DE TUBERIAS

LONGITUD DIÁMETRO

LONGITUD DIÁMETRO


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48

Problema 11.07: Determine los diámetros mínimos que son requeridos para cada tramo del tendido de gas natural, del Ejemplo 11.7, haciendo usode una hoja de cálculo y considerando la siguiente información

TABLA N 2.1 TUBERÍA DE ACERO

CONJUNTO FABRICADO

DIÁMETRO DIÁMETRONOM INAL EXTERIOR ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int

P ULGA DA S P ULGA DA S P ULGA DA S mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm

. 1/8 0,405 0,035 8,509 0,065 6,985 0,065 6,985 0,065 6,985 0,068 6,83 0,095 * 5,461 *

. 1/4 0,540 0,037 11,836 0,065 10,414 0,065 10,414 0,065 10,414 0,088 9,25 0,119 * 7,671 *.3/8 0,676 0,041 15,088 0,065 13,868 0,065 13,868 0,065 13,868 0,091 12,55 0,126 * 10,770 *.!/2 0,840 0,046 18,999 0,065 18,034 0,065 18,034 0,065 18,034 0,109 15,80 0,147 * 13,868 *.3/4 1,050 0,048 24,232 0,065 23,368 0,065 23,368 0,065 23,368 0,113 20,93 0,154 * 18,847 *1 1,315 0,053 30,709 0,065 30,099 0,065 30,099 0,065 30,099 0,133 26,64 0,179 * 24,308 *

1 1/4 1,660 0,061 39,065 0,065 38,862 0,065 38,862 0,065 38,862 0,14 35,05 0,191 * 32,461 *1 1/2 1,900 0,065 44,958 0,065 44,958 0,065 44,958 0,065 44,958 0,145 40,89 0,200 * 38,100 *

2 2,375 0,075 56,515 0,075 56,515 0,075 56,515 0,075 56,515 0,154 52,50 0,218 * 49,251 *2 1/2 2,875 0,083 68,809 0,085 68,707 0,085 68,707 0,085 68,707 0,203 62,71 0,203 * 62,713 *3 3,500 0,083 84,684 0,098 83,922 0,098 83,922 0,098 83,922 0,216 77,93 0,216 * 77,927 *3 1/2 4,000 0,083 97,384 0,108 96,114 0,108 96,114 0,108 96,114 0,226 90,12 0,226 * 90,119 *

4 4,500 0,083 110,084 0,116 108,407 0,116 108,407 0,116 108,407 0,237 102,26 0,237 * 102,260 *5 5,563 0,083 137,084 0,125 134,950 0,125 134,950 0,125 134,950 0,258 128,19 0,250 ** 128,600 **

6 6,625 0,083 164,059 0,134 161,468 0,134 161,468 0,156 160,350 0,28 154,05 0,250 ** 155,575 **8 8,625 0,104 213,792 0,134 212,268 0,134 212,268 0,172 210,337 0,322 202,72 0,250 ** 206,375 **

10 10,750 0,104 267,767 0,164 264,719 0,164 264,719 0,188 263,500 273,05 0,250 ** 260,350 **12 12,750 0,104 318,567 0,164 315,519 0,164 315,519 0,203 313,538 323,85 0,250 ** 311,150 **

CLASE 1 CLASE 1 CLASE 2 CLASE 3 Y 4

TUBO EXTREMO PLANO (1) Tubo roscado Estaciones compresoras

TRAZADO TRAZADO TRAZADO todas las clases


49/97


49


CONJUNTO FA BRICA DO

DIÁMETRO DIÁMETRONOM INAL EXTERIOR ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int

PULGADAS PULGADAS PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm

14 14,000 0,134 348,793 0,164 347,269 0,164 347,269 0,21 344,932 355,6016 16,000 0,134 399,593 0,164 398,069 0,164 398,069 0,219 395,275 406,4018 18,000 0,134 450,393 0,188 447,650 0,188 447,650 0,25 444,500 457,20

20 20,000 0,134 501,193 0,188 498,450 0,188 498,450 0,25 495,300 508,0022 22,000 0,164 550,469 0,188 549,250 0,188 549,250 0,25 546,100 558,80

24 24,000 0,164 601,269 0,188 600,050 0,188 600,050 0,25 596,900 609,6026 26,000 0,164 652,069 0,188 650,850 0,188 650,850 0,25 647,700 660,40

28 28,000 0,164 702,869 0,25 698,500 0,25 698,500 0,281 696,925 711,2030 30,000 0,164 753,669 0,25 749,300 0,250 749,300 0,281 747,725 762,00

32 32,000 0,218 801,726 0,25 800,100 0,25 800,100 0,312 796,950 812,8034 34,000 0,218 852,526 0,25 850,900 0,250 850,900 0,312 847,750 863,60

36 36,000 0,218 903,326 0,25 901,700 0,25 901,700 0,312 898,550 914,4038 38,000 0,250 952,500 0,312 949,350 0,312 949,350 0,375 946,150 965,20

40 40,000 0,250 1003,300 0,312 1000,150 0,312 1000,150 0,375 996,950 1016,0042 42,000 0,250 1054,100 0,312 1050,950 0,312 1050,950 0,375 1047,750 1066,80

* Extremo plano roscad o** Extremo plano solam ente

(1) Para tuberia cuyo espes or de pared supera 0,9 mm (0.035 pulgadas) este valor puede calcularse por interpolación basándos e en los diámetros exterioresindicados en la tabla. Las tuberías de instrumental , control y mues treo no están limitados por esta tabla.

nota: El menor espes or de los tubos y tubos de acero de extremo plano menores de 2" de diámetro usados en línea de servicio, no está limitado por la tabla,pero no será m enor de 0,9 mm (0.035 pulgadas) en cualquier clase de trazado. Tales líneas de s ervicio serán revestidas externamente y protegidascatódicamente, y no deberán operar a una presión que exceda el 60% de la prueba en fábrica o 10,54 kg/cm 2 m anométrico ( 150 psig), de ellas la menor.

CLASE 1 CLASE 1 CLASE 2 CLASE 3 Y 4

TUBO EXTREMO PLANO (1) Tubo roscado

TRAZADO TRAZADO TRAZADO todas las clases


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50



A-B 1500 100 4 ACERO SOLDADOBC 1200 90 ACERO SOLDADOCD 1100 30 ACERO SOLDADO

DE 750 80 ACERO SOLDADOEF 600 115 ACERO SOLDADO

Caida de presión = 0 bar < 0,6 bar caida de presión máxima



BG 300 50 ACERO SOLDADOCH 100 30 ACERO SOLDADODI 350 18 ACERO SOLDADOEJ 150 10 ACERO SOLDADO

LONGITUD DIÁMETRO

LONGITUD DIÁMETRO


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3.3 Alta presión: La fórmula de Weymouth:

Puede suceder que en el proyecto de una instalación de gas, industrial, debeproveerse la alimentación de un ramal de gasoducto, con gas a alta presión desde unpunto determinado de la red.

En estos casos, cuando el caudal diario es menor que 500 000 m 3 / día, la presiónesté comprendida entre 5 bar y 25 bar y el diámetro no sea mayor de 300 mm ( 12pulgadas), se puede emplear la fórmula de Weymouth:

2 2i f

E

P P Q W Z E

L

Donde:Q: Caudal de gas, m 3 / díaW: Constante de Weymouth, cuadro Nº 1Z: Factor de compresibilidad del gas, cuadro Nº 2E: Coeficiente de eficiencia, cuadro Nº 3Pi: Presión absoluta al inicio del tramo, kg/cm2 Pf: Presión absoluta al final del tramo, kg/cm2 L E: Longitud de cálculo del tramo de tubería, km

L E = L física del tramo más la longitud equivalente de accesorios, válvulas,elementos de control, etc.

La constante de Weymouth, depende del diámetro, pudiéndose adoptar los valoresindicados en el cuadro siguiente:

Cuadro Nº 1 . Constante de Weymouth

Diámetro Wmm pulgadas

13 1/2 12319 3/4 260,1

25 1 496,838 1 1/2 1552,351 2 3022,475 3 9085,5100 4 19054,6125 5 58526,4200 8 118662,2250 10 216032,9300 12 342813,8

El factor de compresibilidad z, depende de la presión absoluta inicial Pi, indicándoselos valores en el cuadro siguiente.1 bar = 1,019716 kg/cm 2.


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52

Cuadro Nº 2 . Factor de compresibilidad Z

Presión inicial: Pi Factor Zkg / cm 2 abs.

5 a 10 1,0110 a 20 1,0220 a 25 1,03

El coeficiente de eficiencia E se establece en función del diámetro de la tubería y elcaudal diario circulante de gas. Úsese los valores indicados en el cuadro Nº 3.

EJEMPLO 11.08: Calcular el diámetro de un ramal desde un gasoducto, destinado asuministrar gas a alta presión a un establecimiento industrial. Los requerimientos y

datos son los siguientes:- Caudal necesario: 5000 m 3 / día- Presión inicial: 7 kg / cm2 manométrica, en el gasoducto- Presión final: 6,3 kg / cm2 manométrica a la entrada del establecimiento. (se ha

considerado el 10 % de caida de presión inicial)- Largo del ramal: 3 km

Para determinar el diámetro del ramal (tramo) es necesario efectuar elpredimensionamiento y luego su verificación para considerar un diámetro definitivo.

PREDIMENSIONAMIENTO

De la fórmula de Weymouth:2 2

i f P P Q W Z E L

Con:Q = 5000 m 3 / díaPi = 7 + 1,033 = 8,033 kg/cm2 Pf = 6,3 + 1,033 = 7,333 kg/cm2L = 3 km

Para Pi = 8,033 kg/cm 2 Z 1,01Para Q = 5000 m 3 / día E = 1,0

Se obtiene la constante de Weymouth: W = 2614,4. con este valor se va alcuadro y se selecciona: W = 3022,4 que corresponde a un diámetro D = 51 mm( 2 pulgadas)

VERIFICACIÓN DEL DIÁMETRO

La verificación del diámetro de 51 mm, se realiza calculando el caudal de gas quepasa a través de la tubería, el cual debe ser igual o mayor que el caudal requerido porel cliente.


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Cuadro Nº 3. Coeficiente de eficiencia E

Diámetro Caudal en m 3 / díamm pulgadas 500 000 300 000 200 000 120 000 80 000 50 000 30 000 20 000 12 000 8 000 5 000 3 000 2 000 1 20019 3/4 1,18 1,1 1,06 1,02 0,9525 1 1,15 1,1 1,05 1,03 0,99 0,9238 1 1/2 1,22 1,19 1,15 1,11 1,06 1,01 0,96 0,951 2 1,22 1,2 1,17 1,13 1,06 1,03 1,01 0,96 0,975 3 1,17 1,16 1,14 1.09 1,02 0,97 0,95 0,9 0,85 0,8

100 4 1,13 1,11 1,1 1,05 1.01 0,96 0,92 0,9 0,82130 6 1,06 1,02 0,98 0,94 0,88 0,86 0,84 0,79200 8 1,01 0,96 0,92 0,86 0,84 0,82 0,79 0,72250 10 0,94 0,93 0,87 0,84 0,81 0,79 0,72300 12 0,9 0,87 0,81 0,8 0,76 0,73


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Conocido el diámetro, ahora se puede estimar las pérdidas en los accesorios, válvulas yotros. Lequ = (30 x 14 + 30 x 20 + 333 + 2 x 100) x 51 mm = 79203 mm =0,079203km. Si no se conoce el detalle, se puede tomar 3 a 5 % de la longitud del tramo. L equ =0,03 x 3 km = 0,09 km. L E = 3,09 km

ELEMENTO LONGITUDEQUIVALENTECodo a 45º 14 dCodo a 90º 30 dCurva 20 dTe flujo a través 20 dReducciones 10 d menorTe flujo a 90º 60 dVálvula globo 333 dVálvula esclusa 7 dVálvula macho 100 d

Con d = 51 mm del cuadro W = 3022,4Con d = 51 mm y Q = 5000 m3 / día del cuadro E = 0,90Con Pi = 8,033 k/cm 2 del cuadro Z = 1,01

Luego:

2 28,033 7,3333022,4 1,01 0,90

3,09Q

= 5125,85 m 3 / día

Resulta algo mayor que el requerido por el cliente, lo cual es satisfactorio.

Entonces, para satisfacer el requerimiento del transporte de 500 m 3 / d, será suficiente unatubería de acero de diámetro interior mínimo 51 mm. Ahora hay que seleccionar delmercado una tubería con un diámetro interior igual o mayor que 51 mm.

Puede prepararse una hoja de cálculo, tal como se muestra en la página siguiente.

Problema 11.08: Usando la fórmula de Weymouth, determinar el caudal en un gasoductode 15 km de longitud y de 10,2 cm de diámetro, número de referencia 40, cuando la presiónde entrada es de 1379 kPa manométricos y la presión de salida es de 137,9 kPamanométricos. El gas tiene una densidad relativa (al aire a 15 ºC) de 0,80 siendo la presión

atmosférica igual a 101,4 kPa absolutos y la temperatura de 15 ºC. la tubería es horizontal.La salida del gas se encuentra 2 km por encima del extremo de entrada del gas. Explique siésta situación ayuda o favorece al transporte del gas.

OD OD DIÁMETRO ASTM API PESO ESPESOR INTERIOR TIPO CÉDULApulg PULG Lb/ft pulg Pulg mm2 2 3/8 3,66 0,154 2,067 52,5018 ST 40

4,05 0,172 2,031 51,5874 ST 40


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4. VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DE LA TUBERÍA SELECCIONADA

EJEMPLO 11.09: Espesor de la tubería

Diámetro Nominal DN = 4 pulgadasNúmero de Referencia NR 40Diámetro exterior Do = 4,5 pulgadasEspesor t = 0,237 pulgadas.Resistencia a la cedencia del material, Sy = 42 000 psi

RESISTENCIA DE MATERIALESMott

El tramo de tubería, que constituye el ramal de alimentación de Gas Natural, se puedeconsiderar como un tanque cilíndrico sometido a una presión interna igual a 50 bar.Este valor proviene de la línea de gas de la cual se abastece el ramal.

La magnitud del esfuerzo en la pared de la tubería a presión varía en función de laposición en la pared. Cuando el espesor de la pared de la tubería a presión espequeño, la consideración de que el esfuerzo es uniforme en toda la pared produce unerror insignificante. La figura siguiente muestra la definición de diámetros, radios yespesor de pared.

El radio medio se define como:2

Ri Ro Rm

El diámetro medio se define como:2

Di Do Dm

Además, esta consideración permite desarrollar fórmulas de esfuerzo relativamentesimples. La presión interna tiende a:- Romper por tracción a la tubería en una dirección paralela a su eje. Ésta fuerza es

resistida por la fuerza presente en las paredes de la tubería, la cual a su vez creaun esfuerzo de tensión en la pared de la tubería denominado esfuerzo longitudinal .


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Fuente: Robert Mott. Mecánica de Fluidos. 2006

Figura Nº . Esfuerzo longitudinal

La fuerza que produce la presión interna pi: FR = pi x Ai = pi x x Di 2 / 4Esta fuerza es resistencia por el material de la tubería FL, la cual somete al material aesfuerzo longitudinal L : F L = L Ac = L x [ Do 2 - Di2 ] / 4.El equilibrio establece: FR = F L

pi x Ai = pi x x Di2 / 4 = L x [ Do 2 - Di2 ] / 4

Considerando un error menor o igual a 5%, se tiene que: t / Di ≤ 0,05 = 1/ 20. Dedonde Di / t ≥ 20. Esta sería la condición para considerar a la tubería como de pareddelgada. Además, puede utilizarse Do en lugar de Di. Con lo cual se tiene lassiguientes expresiones:

Condición de tubería de pared delgada: 20 Dmt

Presión interna en la tubería:

El esfuerzo longitudinal:

4 pi Do

t

4 t pi

Do


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- Empujar hacia afuera uniformemente alrededor del anillo del cilindro; por lo cualen éste se desarrolla un esfuerzo de tensión tangencial a su circunferencia pararesistir la tendencia de la presión interior a reventar el cilindro. Este esfuerzo detensión en la pared de la tubería es el denominado esfuerzo anular.

Fuente: Robert Mott. Mecánica de Fluidos. 2006

Figura Nº . Esfuerzo anular

La resultante de las fuerzas creadas por la presión interna: F R = pi x Ai = pi x Di x LEl esfuerzo de tensión en la pared del cilindro es igual a la fuerza resistente divididaentre el área de la relación transversal de la pared: F L = Ac = a x 2 t LLuego: FR = F L

pi x Ai = pi x Di x L a x 2 t L

Utilizando Do en lugar de Di:

Esta es la ecuación del esfuerzo anular, en un cilindro de pared delgada sometido auna presión interna, el cual es dos veces la del esfuerzo longitudinal. En adelante seconsidera esta ecuación para obtener el espesor de la tubería.Es evidente que este esfuerzo anular debe ser menor que la resistencia a la cedenciadel material de que está hecha la tubería; es decir: σ ≤ σ a = Sy / N. donde N es elfactor de diseño a considerar en las aplicaciones específicas.

2 t pi

Di

2

pi Di

t

2 t pi

Do

2 pi Do

t


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En resumen, se tiene:

- El diámetro medio está dado por Dm = (Di + Do ) / 2- Si se verifica que Dm / t ≥ 20; entonces se trata de cilindro con pared delgada

y se puede aplicar la siguiente ecuación:

Donde: pi es la presión interna a que se encuentra la tubería (lb/pulg 2); σ es elesfuerzo admisible a que se puede someter el material sin que éste falle (lb/pulg 2);debe ser menor o igual al esfuerzo admisible σ a; t es el espesor de la tubería(pulgadas); Do es el diámetro exterior de la tubería (pulgadas).

En el caso del ramal del gasoducto, como se alimenta de una línea de 50 bar depresión, ésta sería la presión máxima a que estaría expuesta la tubería en el caso deproducirse alguna falla en la estación de regulación.

El esfuerzo máximo a que puede someterse el material de la tubería está dado por elesfuerzo de diseño σ a, el cual se puede referir a la resistencia a la cedencia delmaterial Sy y a un factor de diseño N, que el diseñador tomará un valor considerandocondiciones de servicio, ubicación de la tubería, terreno donde se enterrará la tubería,etc..

Es usual considerar σ a = Sy / 6. O también referirlo al esfuerzo último σ a = σ u / 9;este esfuerzo σ u es el valor en el cual se considera que la tubería estalla por acción

de la presión interna. Estos valores de 6 y 9, son valores generales cuando no setenga conocimiento específico de la situación. La literatura reporta que no seresponsabiliza por usar estos valores y recalca que la responsabilidad es la deldiseñador o calculista.

Considerando el factor de diseño N = 6, se tiene: σ a = Sy / 6

Considerando un acero ASTM – A42: σ a = 42 000 / 6 = 7000 psiLa presión interna: pi = psiDiámetro exterior de la tubería: Do = 4,5 pulg

t = 0,20 pulg

Éste espesor es menor que 0,237 pulg. La tubería seleccionada es satisfactoria.

Especificación de la tubería:

Norma: API 1104.Especificación: 5 LDiámetro nominal: 4 pulg

2 t pi

Do

2 a t pi Do


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Diámetro interno: Di = 4,026 pulgDiámetro externo: Do = 4,500 pulgEspesor de la tubería: t = 0,237 pulgNúmero de referencia: NR = 40Resistencia a la cedencia del material: Sy = 42 000 psiPeso: 10,80 lb / pieProceso de manufactura: Electro Soldada, EWResistencia a la presión interna: 3870 psi (dada por el fabricante)Presdión de prueba hiodróstatica: 2650 psi ( dada por el fabricante)

De ASME B31.8 se tiene:

Donde:pi: presión de diseño, psi

S: tensión mínima de fluencia especificada, psit: espesor nominal de pared de la tubería, pulgadasF: factor de clase de localidad. Tabla 841.114B, F = 0,40E: factor de junta longitudinal. Tabla 841.115A, E = 1,0T: factor de disminución de temperatura, tabla 841.116 A, T = 1,0D: Diámetro nominal ( exterior de la tubería, en pulgadas)

Con los valores:pd = 50 x 1,5 = 75 bar

P = 75 bar 1088 psi

2 420001088 0, 40 1,0 1,0

4,5 lg psi t

psi pu

t = 0,1457 pulg 3,7011 mmValor menor que el de la tubería considerada: t = 0,237 pulg.

TABLA 841.114AFACTOR BÁSICO DE DISEÑO, F

Clase de Localidad Factor de Diseño,F

Localidad Clase 1, División 1 0,80 Localidad Clase 1, División 2 0,72 Localidad Clase 2 0,60 Localidad Clase 3 0,50 Localidad Clase 4 0,40


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TABLA 841.115AFACTOR DE JUNTA LONGITUDINAL, E

Espec if . No Cl as e d e Tu b er ía Factor E

ASTM A 53 Sin costura 1,00 Soldado por Resistencia Eléctrica 1,00 Soldada a Tope en Horno: Soldaduracontinua

0,60

ASTM A 106 Sin costura 1,00 ASTM A 134 Soldadura por Electro Fusión con Arco 0,80 ASTM A 135 Soldado por Resistencia Eléctrica 1,00 ASTM A 139 Soldado por Electro Fusión 0,80 ASTM A 211 Tubería de Acero Soldad en Espiral 0,80 ASTM A 333 Sin costura 1,00

Soldada por Resistencia Eléctrica 1,00 ASTM A 381 Soldadura por Arco Doble Sumergido 1,00 ASTM A 671 Soldado por Electro Fusión

Clases 13, 23, 33, 43, 53 0,80 Clases 12, 22, 32, 42, 52 1,00

ASTM A 672 Soldado por Electro Fusión Clases 13, 23, 33, 43, 53 0,80 Clases 12, 22, 32, 42, 52 1,00

API 5L Sin costura 1,00 Soldado por Resistencia Eléctrica 1,00 Soldado por Electro Fulguración 1,00 Soldado por Arco Sumergido 1,00 Soldado a Tope en Horno 0,60

NOTA GENERAL: Las definiciones de las diferentes clases de tubería soldada se dan en el párrafo 804.243.

TABLA 841.116AFACTOR DE DISMINUCIÓN DE

TEMPERATURA, T, PARA TUBERÍA DE ACERO

Temperatura, °F Factor de Disminución de

Temperatura, T 250 o menos 1,000 300 0,967 350 0,933 400 0,900 450 0,867

NOTA GENERAL: Para temperaturas intermedias, se debe interpolar el factor de disminución.


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PROBLEMAS

P11.1 Para producir 1 MMBTU / mes, se requiere:

COMBUSTIBLE CANTIDAD UNIDADGASOLINAS

9795

9084

DIESEL256

KEROSENELEÑACARBÓN VEGETALGAS NATURAL

GLPPROPANO

P11.21. En el año 2000 se reportó que en una ciudad portuaria estaban establecidas:11 empresas de producción de harina y conservas de pescado27 empresas de producción de harina de pescado25 empresas de producción de enlatados de pescado

Son dos tecnologías de procesamiento aplicadas, según los porcentajes que seindican:

Producción Producción PromedioTon / año

Tipo de Tecnología %

Secado a fuego directo 81Secado a vapor con tubos 19Secado a fuego directo 96Secado a vapor con tubos 4

Harina de pescado 17545

Enlatados 1484


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Diesel 2 Residual 500 Bunker 6Harina 13087144 11848737 10524795Enlatado 69158 108208 4513511Total 13156302 11956945 15038306

ProducciónConsumo, Galones / año

Diesel 2 Residual 500 Bunker 6Harina 99,47 99,1 69,99Enlatado 0,53 0,90 30,01Total 100,00 100,00 100,00El consumo global de combustible entre todas las empresaspesqueras se distribuye como se indica.

ProducciónConsumo, %

Tipo de Combustible Consumo, Galones / año %Diesel 2 13156302 32,77Residual 500 11956945 29,78Bunker 6 15038306 37,45Total 40151553 100,00

El vomumen de producción, así como la cantidad de pescadoprocesado por tipo de productos elaborados se indica a continuación:

ProducciónProducciónTon / año

Pescado ProcesadoTon / año

Harina 473706 1894824,01Enlatado 37097,32 185486,61Total 510803,32 2080310,62


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CONJUNTO FABRICADO

DIÁMETRO DIÁMETRONOMINAL EXTERIOR ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int

P ULGA DA S P ULGA DA S P ULGA DA S mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADA mm PULGADAS mm

. 1/8 0,405 0,035 8,509 0,065 6,985 0,065 6,985 0,065 6,985 0,068 6,83 0,095 * 5,461 *

. 1/4 0,540 0,037 11,836 0,065 10,414 0,065 10,414 0,065 10,414 0,088 9,25 0,119 * 7,671 *.3/8 0,676 0,041 15,088 0,065 13,868 0,065 13,868 0,065 13,868 0,091 12,55 0,126 * 10,770 *.!/2 0,840 0,046 18,999 0,065 18,034 0,065 18,034 0,065 18,034 0,109 15,80 0,147 * 13,868 *.3/4 1,050 0,048 24,232 0,065 23,368 0,065 23,368 0,065 23,368 0,113 20,93 0,154 * 18,847 *1 1,315 0,053 30,709 0,065 30,099 0,065 30,099 0,065 30,099 0,133 26,64 0,179 * 24,308 *

1 1/4 1,660 0,061 39,065 0,065 38,862 0,065 38,862 0,065 38,862 0,14 35,05 0,191 * 32,461 *1 1/2 1,900 0,065 44,958 0,065 44,958 0,065 44,958 0,065 44,958 0,145 40,89 0,200 * 38,100 *

2 2,375 0,075 56,515 0,075 56,515 0,075 56,515 0,075 56,515 0,154 52,50 0,218 * 49,251 *2 1/2 2,875 0,083 68,809 0,085 68,707 0,085 68,707 0,085 68,707 0,203 62,71 0,203 * 62,713 *3 3,500 0,083 84,684 0,098 83,922 0,098 83,922 0,098 83,922 0,216 77,93 0,216 * 77,927 *3 1/2 4,000 0,083 97,384 0,108 96,114 0,108 96,114 0,108 96,114 0,226 90,12 0,226 * 90,119 *

4 4,500 0,083 110,084 0,116 108,407 0,116 108,407 0,116 108,407 0,237 102,26 0,237 * 102,260 *5 5,563 0,083 137,084 0,125 134,950 0,125 134,950 0,125 134,950 0,258 128,19 0,250 ** 128,600 **

6 6,625 0,083 164,059 0,134 161,468 0,134 161,468 0,156 160,350 0,28 154,05 0,250 ** 155,575 **

8 8,625 0,104 213,792 0,134 212,268 0,134 212,268 0,172 210,337 0,322 202,72 0,250 ** 206,375 **10 10,750 0,104 267,767 0,164 264,719 0,164 264,719 0,188 263,500 273,05 0,250 ** 260,350 **12 12,750 0,104 318,567 0,164 315,519 0,164 315,519 0,203 313,538 323,85 0,250 ** 311,150 **

14 14,000 0,134 348,793 0,164 347,269 0,164 347,269 0,21 344,932 355,60 0,250 ** 342,900 **16 16,000 0,134 399,593 0,164 398,069 0,164 398,069 0,219 395,275 406,40 0,250 ** 393,700 **

18 18,000 0,134 450,393 0,188 447,650 0,188 447,650 0,25 444,500 457,20 0,250 ** 444,500 **20 20,000 0,134 501,193 0,188 498,450 0,188 498,450 0,25 495,300 508,00 0,250 ** 495,300 **

22 22,000 0,164 550,469 0,188 549,250 0,188 549,250 0,25 546,100 558,80 0,250 ** 546,100 **24 24,000 0,164 601,269 0,188 600,050 0,188 600,050 0,25 596,900 609,60 0,250 ** 596,900 **

26 26,000 0,164 652,069 0,188 650,850 0,188 650,850 0,25 647,700 660,40 0,250 ** 647,700 **28 28,000 0,164 702,869 0,25 698,500 0,25 698,500 0,281 696,925 711,20 0,281 ** 696,925 **

30 30,000 0,164 753,669 0,25 749,300 0,250 749,300 0,281 747,725 762,00 0,281 ** 747,725 **** **

CLASE 1TRAZADOCLASE 2

Estaciones compresoras

CLASE 3 Y 4TRAZADO

Tubo roscado

todas las clases

TUBO EXTREMO PLANO (1)

CLASE 1TRAZADO


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CONJUNTO FABRICADO

DIÁMETRO DIÁMETRO

NOMINAL EXTERIOR ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int ESPESOR D int

P ULGA DA S P ULGA DA S P ULGA DA S mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADAS mm PULGADA mm PULGADAS mm

18 18,000 0,134 450,393 0,188 447,650 0,188 447,650 0,25 444,500 457,20 0,250 ** 444,500 **20 20,000 0,134 501,193 0,188 498,450 0,188 498,450 0,25 495,300 508,00 0,250 ** 495,300 **

22 22,000 0,164 550,469 0,188 549,250 0,188 549,250 0,25 546,100 558,80 0,250 ** 546,100 **24 24,000 0,164 601,269 0,188 600,050 0,188 600,050 0,25 596,900 609,60 0,250 ** 596,900 **

26 26,000 0,164 652,069 0,188 650,850 0,188 650,850 0,25 647,700 660,40 0,250 ** 647,700 **28 28,000 0,164 702,869 0,25 698,500 0,25 698,500 0,281 696,925 711,20 0,281 ** 696,925 **

30 30,000 0,164 753,669 0,25 749,300 0,250 749,300 0,281 747,725 762,00 0,281 ** 747,725 **32 32,000 0,218 801,726 0,25 800,100 0,25 800,100 0,312 796,950 812,80 0,312 ** 796,950 **

34 34,000 0,218 852,526 0,25 850,900 0,250 850,900 0,312 847,750 863,60 0,312 ** 847,750 **36 36,000 0,218 903,326 0,25 901,700 0,25 901,700 0,312 898,550 914,40 0,312 ** 898,550 **

38 38,000 0,250 952,500 0,312 949,350 0,312 949,350 0,375 946,150 965,20 0,375 ** 946,15 **40 40,000 0,250 1003,300 0,312 1000,150 0,312 1000,150 0,375 996,950 ###### 0,375 ** 996,950 **

42 42,000 0,250 1054,100 0,312 1050,950 0,312 1050,950 0,375 1047,750 ###### 0,375 ** 1047,750 **

* Extremo plano roscado** Extremo plano solamente

(1) Para tuberia cuyo espesor de pared supera 0,9 mm (0.035 pulgadas ) este valor puede calcularse por interpolación basándose en los diámetros exterioresindicados en la tabla. Las tuberías de instrumental , control y mues treo no están limitados por esta tabla.

nota: El menor espesor de los tubos y tubos de acero de extremo plano menores de 2" de diámetro usados en línea de servicio, no está limitado por la tabla,pero no será menor de 0,9 mm (0.035 pulgadas) en cualquier clase de trazado. Tales líneas de servicio serán revestidas externamente y protegidascatódicamente, y no deberán operar a una presión que exceda el 60% de la prueba en fábrica o 10,54 kg/cm 2 manométrico ( 150 psig), de ellas la menor.

CLASE 1

TRAZADO

CLASE 2

Estaciones compresoras

CLASE 3 Y 4

TRAZADO

Tubo roscado

todas las clases

TUBO EXTREMO PLANO (1)

CLASE 1

TRAZADO


70/97


NTP - 111 - 010TABLA 3 - Tubería de acero

Diámetro Nominal Espesor mínimo Diámetro Internomm Pulgadas de la pared (mm) mm

10,3 1/8 1,7 6,913,7 1/4 2,2 9,317,1 3/8 2,3 12,521,3 1/2 2,8 15,726,7 3/4 2,9 20,933,4 1 3,4 26,642,2 5/4 3,6 35,048,3 1 1/2 3,7 40,960,3 2 3,9 52,5

TABLA 4 - Tubería de polietileno SDR 17,6 serie métrica

Tamaño nominal Espesor de pared Diámetro interior(mm) (mm) (mm)

32 2,3 27,440 2,3 35,463 5,8 51,4

110 6,3 97,4160 9,1 141,8

200 11,4 177,2250 14,2 221,6

TABLA 5 - Tubería de Cobre

Diámetro externo Espesor de pared Diámetro interiorPulgadas (mm) pulgada milímetro (mm)

5/8 15,9 0,040 1,02 13,863/4 19,1 0,042 1,07 16,967/8 22,3 0,045 1,14 20,02

1 1/8 29,0 0,050 1,27 26,46

14.2.8 El espesor mínimo de pared de las tuberías de cobre deberá ser de 1 mmy el diámetro máximo de 29 mm.

TABLA 6 - Técnicas para las uniones de tuberías

Material de la tubería Técnica de empalme

Cobre Soldadura fuerte (temperatura de fusión > 450ºC )

Polietileno Unión de tope por termofusión o cuplas de electrofusión.Acero diámetro < 5,08 cm (2 pulg) diámetro > 5,08 cm (2 pulg)Acero negro Junta roscada o soldada Soldadura - Bridas

Acero galvanizado Junta roscada ----------- -------


71/97


71

TUBERIA DE POLIETILENO s/UNE 53.333 PARA CANALIZACIONES ENTERRADAS DE GASDIÁMETRO SDR 26 SDR 17,6 SDR 11EXTERIOR ESPESOR D. INT VOL. INT ESPESOR D. INT VOL. INT ESPESOR D. INT VOL. INT

mm mm mm l / m mm mm l / m mm mm l / m20 2,0 16,0 0,2025 2,3 20,4 0,33

32 3,0 26,0 0,5340 2,3 35,4 0,98 3,7 32,6 0,8350 2,9 44,2 1,53 4,6 40,8 1,3163 3,6 55,8 2,45 5,8 51,4 2,0775 4,3 66,4 3,46 6,8 61,4 2,9690 5,2 79,6 4,98 8,2 73,6 4,25

110 6,3 97,4 7,45 10,0 90,0 6,36125 7,1 110,8 9,64 11,4 102,2 8,20140 8,0 124,0 12,08 12,7 114,6 10,31160 9,1 141,8 15,79 14,6 130,8 13,44180 10,3 159,4 19,96 16,4 147,2 17,02200 7,7 184,6 26,76 11,4 177,2 24,66 18,2 163,6 21,

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