Instalaciones Industriales Gas Natural

INSTALACIONES INDUSTRIALES

1


JORGE SIFUENTES SANCHO

2011

DE GAS NATURAL

RAMAL EXTERNO RED INTERNA


2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

DEPARTAMENTO ACADMICO DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

APUNTES DE CLASE DEL CURSO: MECNICA DE FLUIDOS II

DOCENTE: JORGE SIFUENTES SANCHO

FECHA: JULIO DEL 2011 Editorial COSAN, 2011 Calle Linares 213, Urb La Capilla, La Molina Lima, Per. Telfono: 991 855 515 Correo. [email protected] [email protected] PARA USO INTERNO


3

CONTENIDO Pgina 1. INTRODUCCIN

1.1 El Gas natural 5 1.2 Requerimientos del cliente 16 1.3 Tipos de quemadores 18 1.4 Clasificacin de los sitemas de distribucin 21

2. CONSIDERACIONES 2.1 Condiciones en las cadas de presin de la instalacin 22 2.2 La velocidad de circulacin del gas 22 2.3 Relacin caudal- dimetro 22

3. FORMULAS PARA CLCULO 3.1 Para baja presin: La frmula del doctor Poole 23 3.2 Media presin: La frmula de Renouard simplificada 24 3.3 Alta presin: La frmula de Weymouth 48 3.4 NTP 111.010 51

4. VERIFICACIN DEL ESPESOR DE LA TUBERA SELECCIONADA 4.1 De la Resistencia de Materiales 52 4.2 ASME B31.8 56

5. DISEO DE TUBERIAS

PROBLEMAS 59 MATERIAL DE REFERENCIA 61 APNDICE 62


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GLOSARIO


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INTRODUCCIN

1.1 EL GAS NATURAL Se denomina Gas Natural a la mezcla de diversos hidrocarburos gaseosos que se encuentran en el subsuelo, que pueden estar asociados con el petrleo no. En esta mezcla el principal componente es el Metano, en una proporcin del 70% al 95%. El porcentaje restante est constituido por Etano, Propano, Butano e hidrocarburos superiores, pudiendo contener en proporciones mnimas: vapor de agua, Anhdrido Carbnico, Nitrgeno, Hidrgeno Sulfurado, etc.

En dichos yacimientos, el petrleo es ms liviano que el agua, suele flotar sobre lagos subterrneos de agua salada, y en la parte superior se encuentra el gas, que al ejercer enormes presiones, hace fluir el petrleo hacia la superficie.

Para tener un combustible apropiado para el consumo domstico y/o industrial, es conveniente realizarle un tratamiento que permita separar del metano otros cuerpos que podran perjudicar la buena combustin y producir corrosin en los conductos o condensaciones si se comprime el gas.

Tenemos diversas variedades de gas natural, segn su composicin: Gas seco (metano en su mayor parte; Gas hmedo (con grandes cantidades de hidrocarburos, de peso molecular ms altos); Gas agrio (con mucho cido sulfrico); Gas residual (el restante despus de la extraccin de las parafinas de peso molecular elevado) y el Gas de pozo (obtenido de la superficie de los pozos petrolferos).

EJEMPLO 11.01: La composicin de un gas tpico en volumen, de un gas natural (de los pozos argentinos), es la siguiente: Metano 87 %, Etano 8,5 %, Propano 2,5 %, Butano 0,9 %, Anhdrido carbnico 0,2 % y Nitrgeno 0,9 %.

a. Determine el valor medio del Poder Calorfico del gas natural, usando los valores porcentuales de sus componentes.

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

Porcentaje Poder Densidad

Componente en volumen Calorfico Relativa

% Kcal / Nm 3

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 0,018693Anhdrido carbnico 0,20 0,002 0 0 1,526 0,003052Nitrgeno 0,90 0,009 0 0 0,967 0,008703

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

Poder Calorfico Gas Natural : 10619,1 Kcal / Nm 3

en Argentina se adopta el valor: 9300 Kcal / Nm 4

Densidad Relativa del Gas Natural 0,63194

en Argentina se adopta el valor: 0,65


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CARACTERSTICAS DE LOS COMPONENTES DEL GAS NATURAL

Componentes Frmula qumica

Peso molecu

lar

Densidad relativa

Poder calorfico superior [ PCS ]

Kcal / m 3

Poder calorfico inferior [ PCI ]

Kcal / m 3

Aire terico para la

combustin

m 3 / m 3

Volumen de

humos secos

m 3 / m 3

Volumen de

m 3 / m 3

Lm

ite

Infe

rior d

e in

flam

abilid

ad %

Lm

ite S

uper

ior

de in

flam

abili

dad

%

Poder calorfico superior [ PCS ]

Kcal / kg

Poder calorfico inferior [ 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

Anhidrido carbnico ( CO 2 ) 44.011 1.5189 0 0 0 1 1 0 0

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

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

Nitrgeno ( 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 / m 3 (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 proporcin metano - etano. Las del GLP tomando en cuenta su contenido de propano, isobutano y butano normal.

etc.

Para todos los casos sese la frmula: donde Xj es la fraccin molar (volumtrica) del componente "j", y Pj es alguna propiedad, como el Poder calorfico, densidad

j

mezclaj 1

P Pj Xjn=

=

=


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

% metano DR del GN PCS Kcal / m 3

PCI Kcal / m 3

PCS - PCI Kcal / m 3

100 0.554 9530 8570 960 98 0.563 9677 8706 970 97 0.568 9750 8775 975 96 0.573 9823 8843 980 95 0.578 9897 8911 986 94 0.583 9970 8979 991 93 0.588 10043 9047 996 92 0.592 10116 9116 1001 91 0.597 10190 9184 1006 90 0.602 10263 9252 1011 89 0.607 10336 9320 1016 88 0.612 10410 9388 1021 87 0.617 10483 9457 1026 86 0.621 10556 9525 1031 85 0.626 10630 9593 1037


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VENTAJAS ECONMICAS Y AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURAL PODER CALORFICO INFERIOR Y RELACIN H / C DE COMBUSTIBLES MAS USUALES

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

Gas Natural 11600 72.8 23.6 3.6 32.4 Propano 10900 81.8 18.2

22.2

Diesel oil 10000 86.6 12.9 0.3 0.2 14.9 Fuel oil 9800 85.7 13.5 0.5 0.3 15.8 Carbn 5500 77 8 1,0 14,0 10.4


9

EJEMPLO 11.03: 1 MMBTU a cuntos metros cbicos equivale de: a. Metano b. Etano c. Una mezcla, en volumen, de 97% de Metano y 3% de Etano

EJEMPLO 11.04: Desarrolle una expresin para calcular la cantidad de metros cbicos de una mezcla en volumen cualquiera de metano y etano que sea equivalente a 1 MMBTU.


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Problema 11.01: La empresa ABCD ha contratado el suministro de gas natural en las siguientes condiciones: 2,85 US$/MMBTU PCI = 1070 BTU / kg Medidos a condiciones estndar: p = 101,3 KPa T = 15C Al solicitar su consumo anual a la empresa distribuidora del gas, sta le envi el monto total a pagar de US$. Adicional le hizo llegar el siguiente reporte:

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

MEDIDOR MMMCn/AOA 2500B 1500C 2000D 3000

TOTAL 9000 Como se podr observar el despacho se ha realizado a condiciones normales. Y la facturacin se realiza a condiciones estndar, tal como se ha firmado el contrato.

>

1. La empresa ABCD debe de ser reembolsada? o debe de pagar un

adicional a la distribuidora del gas?. 2. Si la empresa ABCD debe ser rembolsada, son correctos los valores de

dlares y volumen de gas natural que solicita? 3. Para el perodo 2007 Cuntos dlares debe de pagar la empresa ABCD

por milln de BTU, considerando que la distribuidora continuar registrando el consumo en condiciones a condiciones normales: p = 101.3 KPa y T = 0C, y que no hay incremento en el pago respecto al ao 2006?

4. Si por razones administrativas en el contrato debe de figurar que se factura

a condiciones estndar, Cul ser el monto que debe de anotarse?


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Problema 11.02: La Refinera de Talara reporta el siguiente anlisis de composicin utilizando el mtodo de anlisis: cromatografa de gases. N-BUTANO 1.43I-PENTANO 0.45N-PENTANO 0.49N-HEXANO 0.00OXIGENO 0.02NITROGENO 0.05CO2. 0.18

TOTAL 100.00

GRAVEDAD ESPECFICA 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 Calorfico del gas natural, usando los valores porcentuales de sus componentes.

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


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Problema 11.03: La empresa elctrica de Piura reporta el siguiente anlisis de composicin utilizando el mtodo de anlisis: cromatografa de gases. PIURAANLISIS CROMATOGRFICO

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. Lq./mpc 1.380Peso Loec. 18.580Cap. Cal. Molar 0.5134

PROPIEDADES COMPOSICION % MOLAR

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

porcentuales de sus componentes.

b. Qu valores corresponden a las condiciones normales, y a condiciones estndar?

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


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Problema 11.04: Propiedades del Gas Natural [MEM Auditoria] Las propiedades del GN referenciales que se utilizaron para el diseo de las instalaciones del gasoducto de Camisea hasta la estacin de Lurn fueron las siguientes:

Componente Fraccin 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 ValorPeso Molecular 17.723Gravedad especfica 0.612Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 1.013 bar 0.997Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 100 bar 0.7591Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 150 bar 0.72Viscosidad Dinmica 15.6C, 1.013 bar cp 0.0109Calor Especfico 15.6C, 1.013 bar kJ / (kg - C ) 2.11Poder Calorfico Inferior kJ / kg 48443Cp / Cv 1.29

ndice de Wobbe HHV / (SG) 0.5

46 a 56

Unidad Valor

Asufre Total mg / Sm 3 15

H 2 S mg / Sm 3

3

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

H 2 O como vapor mg / Sm 3

65Punto de Rocio del Hidrocarburos a100 barCa) C -10Partculas Slidasdimetro > 10 um ppm 3

Composicin del Gas Natural

Propiedades Generales

Mximo nivel de contaminantes


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Temperaturas del ambiente y del suelo

Dado que la ruta del dcuto atraviesa tres diferentes reas climticas: La Selva, la Cordillera de los Andes y la Costa, se consideraron para el diseo las siguyientes temperaturas mximas y mnimas:

reas Temp. del Ambiente Mx C Temp. del Ambiente Mx C

Selva 35 15Sierra 20 -5Costa 30 10

reas Temp. del Suelo Mx (C) Temp. del Suelo Mn (C)

Selva 25 17Sierra 12 0Costa 21 12

a. Determine el valor medio del Poder Calorfico 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 [Compaa LAUREANO] Las propiedades del GN referenciales a utilizar para el diseo de las instalaciones del gas, son las siguientes:

Componente Fraccin Molar

Nitrgeno N 2 1.0600

Dixido 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 ValorPeso MolecularGravedad especfica 0.61Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 1.013 bar abs. 0.9971Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 100 bar abs. 0.7644Factor de Compresibilidad Z 15.6C, 150 bar (a) 0.7262Viscosidad Dinmica 15.6C, 1.013 bar (a) cp 0.0109Calor Especfico 15.6C, 1.013 bar (a) kJ / (kg - C ) 0.9971

Poder Calorfico superior Mj / m 3 39.93

Poder Calorfico Inferior Mj / m 3 39.93Cp / Cv 1.29

ndice de Wobbe HHV / (SG) 0.5

46 a 56

Unidad Valor

Asufre Total mg / Sm 3 15

H 2 S mg / Sm 3

3

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

H 2 O como vapor mg / Sm 3

65Punto de Rocio del Hidrocarburos a100 barCa) C -10Partculas Slidasdimetro > 10 um ppm 3

Composicin del Gas Natural

Propiedades Generales

Mximo 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 calorfico Superior del gas natural en Kcal / kg. 5. Determine el poder Calorfico Inferior del gas natural en Kcal / kg. 6. Determine la cantidad de metros cbicos del gas natural que sea

equivalente a 1 MMBTU. 7. Determine la cantidad de aire terico para la combustin 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. Determine su consumo equivalente de gas natural en Sm 3 / h.

9. Un grupo electrgeno de 1.0 MW de potencia funciona diariamente 3 horas, durante 25 das cada mes. Determine su consumo equivalente de gas natural en Sm 3 / h.

10. La empresa tiene una caldera que funciona las 24 horas del da y consume 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 informacin sobre la localizacin de los centros de consumo actual y futuro. Esto se lleva a cabo con la informacin proporcionada por el cliente y la recogida de datos in situ por parte de la persona que va a ejecutar el proyecto. Anotar los consumos de petrleo (D2, R2, R5, R6), GLP, gasolina, kerosene, KW, otros. Observar que pueden existir instalaciones de tipo domiciliario tales como oficinas, restaurantes, viviendas. Hay que proveerse del plano de la empresa o industria, y all localizar:

los puntos de donde puede realizarse la acometida y que presin en el gasoducto hay (40 bar, 32 bar, 25 bar, 4 bar ) disponibles por parte de la empresa distribuidora de gas.

los centros de consumo. Dibujar la trayectoria del sistema de tuberas, indicando los diferentes elementos principales del sistema; esto en vista de planta y en vista isomtrica. Proveerse de tablas de tuberas de acero, cobre y polietileno para las dimensiones y propiedades de las tuberas y las tablas de prdidas que se producen al circular el gas a travs de ellas. Para las prdidas en accesorios de cobre multiplicar la prdida de los accesorios de acero por 0,55. Se requiere el uso de un tanque Back Up que puede ser de GLP. Sus dimensiones requiere el clculo del ndice de Wobbe w = PCS / DR que deben ser iguales para el gas natural y el GLP. Se usa la norma NTP 111.010 la edicin actualizada, as como otras normas: ASME B31.8,


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EQUIVALENCIAS GLP: kg/mes / 21 = MMBTU / mes DIESEL: gal / mes / 7,3 = MMBTU / mes ELECTRICO: kW-h / 293 = MMBTU / mes TERMICO: MMBTU / mes X 28 = s m 3 / mes EJEMPLO 11.05: Determine el consumo trmico y elctrico del siguiente cuadro 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 TRMICO Y ELCTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mesDIESSEL gal/mes

ELECTRICO kW-h / mes

FACTOR CRECIMI.

MMBTU /mes sm

3 / h

TOTALCENTRO DE CONSUMO C1 C2 C3 C4 C5


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1.3 TIPOS DE QUEMADORES

Quemador Atmosfrico

Este quemador se puede utilizar para alta o baja presin de suministro de gas natural. Como se observa en la figura, cuenta con una tobera de inyeccin de gas natural en forma de tubo de Venturi, que aspira el aire primario necesario para la combustin a la entrada del quemador Para completar la totalidad del aire requerido para la combustin se introduce el aire secundario.

Figura N : quemadores Atmosfricos Para el caso de calderas industriales suelen disearse quemadores atmosfricos tipo multitoberas, que son un conjunto de quemadores como se muestra en la figura. Quemador de gas / aire

En este tipo de quemador, el aire se suministra a una presin adecuada superior a la del gas natural.

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

Figura N : quemadores Atmosfricos

En la figura se muestra un quemador de estas caractersticas de funcionamiento automtico, en el que se utiliza un ventilador del tipo centrfugo, que es el que provoca la entrada del aire.


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C1

DD31D41

E71E31E21E41E51E61

F21F31F11F41F51F61F71

G21G31G311G411G412G51G61G41G711G71

9,333

Totales por grupo

CONSUMO TRMICO Y ELCTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mes DIESSEL gal/mesELECTRICO kW-h / mes

FACTOR CRECIMI. MMBTU /mes m

3/mes m3/da m3/hora


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Totales por grupo

CONSUMO TRMICO Y ELCTRICO CONVERTIBLE

CENTRO DE CONSUMO GLP kg/mes DIESSEL gal/mesELECTRICO kW-h / mes

FACTOR CRECIMI. MMBTU /mes m

3/mes m3/da m3/hora

H21H31

I1

J11J12J21J23J22J221

K1

M

N2,348

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

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

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

Total en sm 3 /h 447,718


1.4 CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN Segn la distribucin del gas natural se realice fuera o dentro del rea de propiedad del consumidor, se puede clasificar en redes externas o redes internas. RED EXTERNA: corresponden a todas las tuberas que se entierran en pistas y veredas. Segn la presin del gas natural a distribuir, se pueden clasificar en: Alta presin: > 40 bar Media presin B 25 40 bar Media presin A 4 25 bar Baja presin: 1,5 4 bar Esta clasificacin es dada por la distribuidora, y se regula en la estacin puerta ciudad (city Gates), para ser distribuido a media y baja presin por tuberas hasta llegar al consumidor. Las presiones estn en unidades manomtricas. RED INTERNA: los niveles de presin sern de media y baja presin, los consumidores industriales se conectaran a las tuberas de media presin y regularan esta presin segn sea su necesidad, mientras que los consumidores residenciales tendrn una etapa de regulacin en sus acometidas para hacer uso del gas a baja presin. Red de acero baja presin: 5 barg 10 barg Red de acero media presin: 10 barg 19 barg Red de acero alta presin: 27 barg 50 barg Red de polietileno de baja presin Clientes industriales C 17 500 300 000 m 3 / mes Clientes industriales D > 300 000 m 3 / mes


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2. CONSIDERACIONES El clculo de la tubera se basa en el supuesto de suministrar el suficiente gas como para cubrir la demanda mxima, sin superar una prdida de presin admisible entre el inicio y el final del tramo de tubera. 2.1. Condiciones en las cadas de presin de la instalacin: La cada de presin en un tramo de tubera (p tramo) debe ser menor que la cada de presin mxima (p mxima en el tramo) fijada de acuerdo a ciertos criterios.

tramo maximotramopi pf p p = [1]

pi: presin manomtrica al inicio del tramo, bar pf: presin manomtrica al final del tramo, bar (p tramo: cada de presin en el tramo, bar. p mxima en el tramo: cada de presin mxima en el tramo, bar Tramo de caera comprendido entre la vlvula de bloqueo del servicio y la

entrada a los reguladores primarios: la cada de presin no puede ser superior al 10% de la presin mnima de suministro.

p tramo 10 % de la presin mnima de suministro. Tramos de red interna comprendidos entre dos etapas de regulacin: la cada de

presin mxima no debe superar el 20% de la presin regulada al comienzo de esos tramos. Se recomienda 15%.

p tramos 20 % de la presin regulada al comienzo de esos tramos. Tramos de caeras que alimentan en forma directa artefactos de consumo: la

cada de presin entre el regulador que los abastece y los artefactos no debe exceder el 10% de la presin regulada.

p tramos 10 % de la presin regulada al comienzo de esos tramos. Las cadas de presin admisibles anteriormente mencionadas no comprenden las perdidas localizadas en el medidor, odorizador, placa limitadora, etc., las cuales se deben adicionar a dichas cadas de presin admisibles. Adems debe de tenerse en cuenta que: Los tramos de caeras con presiones de trabajo inferiores a 0,034323275 bar

(0,035 kg / cm 2 ) deben tener una cada de presin p 10 mm.c.a., y han de calcularse como tuberas de baja presin, utilizando la frmula del doctor Poole.

Las instalaciones con caudales menores que 370 m 3 / s se deben disear para

una presin de 0,1569064 bar (0,160 kg / cm 2 ), salvo en aqullos casos en que por la ndole del proceso se requiera que los quemadores funcionen a presiones superiores o resulten dimetros de tuberas internas mayores de 152 mm ( 6 pulgadas ).

2.2 La velocidad de circulacin del gas: debe ser menor a 40 m/ s, para evitar el

ruido y que las partculas extraas al gas se sedimenten. Se recomienda usar V 30 m/ s

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


23

3. FRMULAS Existen numerosas ecuaciones aplicables, por lo que se han seleccionado aquellas que han dado buenos resultados en los problemas de aplicacin prctica. 3.1 Para baja presin: La frmula del doctor Poole 1,5 bar 4 bar Para el clculo de caeras de gas a baja presin puede adoptarse la frmula del doctor Poole de acuerdo a lo siguiente:

25

1 2

2 C S Ldp p

=

En la que: d: dimetro interior, cm C: caudal de gas , m3 (s) / m 3 S: densidad del gas s = 0,61 ( S aire = 1) L: longitud de la tubera; p1: presin en la entrada del tramo de tubera, mm.c.a. o kg/cm 2 p2: presin en la salida del tramo de tubera mm.c.a. o kg/cm 2. EJEMPLO 11.06:


24

3.2 Media presin: La frmula de Renouard simplificada

Se establece para el dimensionamiento de las tuberas, que las mismas transporten el caudal requerido por los equipos incluyendo las futuras ampliaciones, teniendo en cuenta ciertas limitaciones en las prdidas de carga, velocidad de circulacin y que la relacin de caudal entre el dimetro sea menor que 150. Se observa de la frmula, que para determinar la cada de presin, es necesario predimensionar el dimetro, lo que permite, adems, establecer la longitud equivalente de los accesorios, dado que los mismos tambin dependen del dimetro. Una vez efectuado el predimensionamiento del dimetro interno de la tubera, se selecciona un dimetro comercial de tubera. Luego hay que verificar si el dimetro de tubera seleccionado cumple con:

i. Que la cada de presin que se produce en el tramo de tubera con el dimetro comercial sea menor que la cada de presin mxima posible para dicho tramo de tubera.

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

iii. Que la relacin Q / D sea menor que 150. PREDIMENSIONAMIENTO Para gas circulando a baja presin: p patm Condiciones estndar: po = patm = 1,01325 bar. (1,033227237 kg / cm2). To = 15C = 288 kelvin Condiciones normales: po = patm = 1,01325 bar (1,033227237 kg / cm2). T = 0C = 273 kelvin Condiciones termodinmicas: El caudal esta dado por: 3600 V Ao = [2] o : Caudal de gas circulante a condiciones estndar, sm3 / h V : Velocidad del gas circulante a condiciones estndar, m / s. A : Seccin transversal de la tubera, m2 Cuando el gas circula bajo presiones mayores a la atmosfrica, debe de tenerse en cuenta 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, sm3 / h V: velocidad del gas circulante a condiciones de p y T, diferentes de las

condiciones estndar, m / s. A: seccin transversal de la tubera, m2 Fp, FT: factores de correccin por presin y por temperatura.


25

El factor de presin (Fp) y el factor de temperatura (FT) habr que estimarlos. Puede utilizarse la ecuacin del gas ideal:

Po o P constR To R T

= =

[4]

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

P TooPo T

=

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

Se tiene: 3600P Too V APo T

= [5]

Comparando las ecuaciones [5] y [3] se identifican los factores de correccin: 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 presin P, en el tramo de tubera vara entre la presin al inicio del tramo ( Pi) y la presin al final del tramo de tubera ( Pf). Considerando P como la presin al final del

tramo de tubera Pf, y Q en lugar de o se tiene:

2358,364QV

D Pf=

La velocidad de circulacin del gas se establece que sea inferior a 40 m/ s. Esto es para prevenir niveles de ruido excesivo y erosiones en las tuberas. Se recomienda que sea 30 m / s, con lo cual la ecuacin 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 : dimetro interior de la tubera, en mm. Pf : es la presin absoluta en el extremo final de la conduccin, en bar. A partir de esta ecuacin se puede estimar el dimetro requerido de tubera para que circule una caudal Q, y tomando en cuenta una presin Pf al final del tramo de tubera:


26

3,456f

QDP

= [7]

Donde: Q : caudal de gas en m 3 (s) / h. D : dimetro interior de la tubera en mm. Pf : es la presin absoluta en el extremo final de la conduccin en bar abs. Una vez efectuado el predimensionamiento del dimetro interno de la tubera, se selecciona un dimetro comercial de tubera. Este dimetro permite ahora determinar las longitudes equivalentes de los accesorios ( Lequiv), vlvulas y elementos de control y medicin, etc.; con lo cual se obtiene la longitud de clculo L E = L fsica + ( Lequiv) accesorios + ( Lequiv) vlvulas + ( Lequiv) elementos de control . Hay que verificar si el dimetro de tubera seleccionado cumple con:

i. Que la cada de presin que se produce en el tramo de tubera con el dimetro comercial sea menor que la cada de presin mxima posible para dicho tramo de tubera.

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

Si se verifica simultneamente las tres consideraciones, la tubera seleccionada es la adecuada. Si no, hay que incrementar el dimetro hasta que se verifique las tres consideraciones simultneamente. i. Verificacin de la cada de presin producida en el tramo de tubera: Para gases de media y alta presin, puede emplearse la frmula simplificada de Renouard, vlida para:

presiones de 0 kPa a 400 kPa. ( 0 bar a 4 bar);

Relacin Q / D < 150; y

Velocidades V 40 m/s [se recomienda V 30 m/s].

2 2 1,82 4,8248 600i f EP P S L Q D

= = Donde: Pi y Pf presin absoluta en ambos extremos del tramo, en kg/cm2 abs S densidad relativa del gas. S = 0,61 (S aire = 1,0) LE longitud de clculo de la tubera. Longitud fsica del tramo ms la

longitud equivalente de los accesorios, vlvulas etc., en km. LE = L fsica + L equivalentes. Vase tabla 10.

Q caudal en m 3 / h (condiciones estndar: 15 C y 101,325 KPa) D dimetro interior de la tubera, en mm.


27

Considerando el factor de: 1,01325 bar (1,033227237 kg / cm2) , y la longitud LE en metros, se tiene: 48,6 x (1,01325 / 1,033227237 ) 2 = 46,76

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

= = Donde: Pi y Pf presin absoluta en ambos extremos del tramo, en bar abs S 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. Vase tabla 10. Q caudal en sm 3 / h (condiciones estndar) D dimetro interno de la tubera en mm. Se calcula el valor de Pf y obviamente pf. Esto nos permite calcular la cada de presin que se produce en el tramo, y que debe de ser menor que la cada mxima en dicho tramo:

tramo maximotramop pi pf p = ii. Verificacin de la velocidad de circulacin del gas

2358,364 30 /QV m s

D Pf=

iii. Verificacin de la relacin Q / D

150QD

<

EJEMPLO 11.07: La figura muestra el esquema de una instalacin de gas natural. La tubera est proyectada que ser de polietileno SDR 17,6 serie mtrica.

Tamao nominal Espesor Dimetro interior

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

32 2,3 27,4

40 4,3 31,4

63 5,8 51,4

110 6,3 97,4

160 9,1 141,8

200 11,4 177,2

250 14,2 221,6 Determine los dimetros mnimos que son requeridos para cada tramo del tendido de gas natural.


ERMP

A

ERS1

100 m

50 m

70 m

pA = 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

G ERS2

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 m 30 m

Q = 150 m 3 (s) / h

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

Q = 600 m 3 (s) / h

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

Q = 350 m 3 (s) / h

pI

pE pJ

pD


29

Figura 11. : Estacin de Regulacin Primaria


30

RUTA CRTICA: TRAMOS AB BC CD DE EF - Cada de presin mxima en la ruta critica:

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

ANLISIS DE LOS TRAMOS:

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

max maxTRAMO rcLtramop p

Lrc

max

100 0,600 0,144578415TRAMO

p bar

La presin al final del tramo: p tramo mx = pi - pf 0,144578 bar = 4 bar pf Luego : pf = 3,855422 bar

Pf = 3,855422 bar + 1,01325 bar = 4,868672 bar Dimetro estimado de tubera:

3,456f

QDP

=

15003,456 60,66164,868672

D mm= =

Ahora: Considerando tubera de polietileno SDR 17,6 serie mtrica:

Tamao nominal Espesor Dimetro interior

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

32 2,3 27,4

40 4,3 31,4

63 5,8 51,4

110 6,3 97,4

160 9,1 141,8

200 11,4 177,2

250 14,2 221,6 Seleccin del dimetro de la tubera:

DN = 110 m ; Di = 97,4 mm; t = 6,3 mm Hay que verificar que el dimetro seleccionado cumpla con los tres requisitos siguientes:

i. La cada de presin en el tramo sea menor que la cada mxima de presin en dicho tramo. max 0,144578TRAMO AB TRAMOp 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 relacin: Q / D < 150

max0,15 4 0,6000rcp bar bar =


31

Verificacin del dimetro seleccionado:

i. Verificacin de la cada de presin producida en el tramo de tubera: pi = 4 bar

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

= =

2 2 1,82 4,824 46,76 0,61 109,9 1500 97,4 0,49185144fP

= =

Pf = 4,96395247 bar

p f = Pf -1,01325 bar = 3,95070247 bar

Luego, en:

tramo maximotramop pi pf p = 4 bar 3,95070247 bar = 0,04929753 bar 0,1445 bar OK!

ii. Verificacin de la velocidad de circulacin del gas:

2358,364 30 /QV m s

D Pf=

2

1500358,364 11,42 / 30 /(97,4) 4,96395247

V m s m s= =

iii. Verificacin de la relacin Q / D: 150QD

<

1500 15,4 150 !97,6

OK= <

Esto significa que el dimetro 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 ABp p p = max 0,600 0,04929753 0,55070247rutap bar = =

max

BCtramoBC ruta critica

Ruta critica tramo AB

Lp pL L

=

max

90 0,55070247 0,15734356415 100tramoAB

p bar = =

La presin al final del tramo: p tramo = pi - pf 0,15734356 bar = 3,95070247 bar pf Luego : pf = 3,7933589 bar

Pf = 3,7933589 bar + 1,01325 bar = 4,8066089 bar Ahora: Dimetro estimado de tubera


32

12003,456 54,6064,8066089

D mm= =

Considerando tubera de polietileno SDR 17,6 serie mtrica: Seleccin del dimetro de la tubera:

DN = 110 m ; Di = 97,4 mm; t = 6,3 mm


i. Verificacin de la cada de presin producida en el tramo de tubera:

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

LE = 90 m + 9,9 m = 99,9 m


= =

2 2 1,82 4,824 46,76 0,61 99,9 1200 97,4 0,2382357fP

= =

Pf = 4,939897 bar

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

Luego, en: tramo maximotramop pi pf p = 3,950702470 bar 3,926647 bar= 0,0240548556 bar 0,1223783 bar OK!


2358,364 30 /QV m s

D Pf=

2

1200358,364 9,1763 / 30 /(97,4) 4,939897

V m s m s= =

OK!


<

1200 12,32 150 !97,6

OK= <

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

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

max truta ruta critica tramoAB tramo BCp p p p =

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,5266176144rutap bar = =


33

max

CDtramoCD ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC

Lp pL L L

=

max

30 0,5266176144 0,07021568192415 100 90tramoCD

p bar = =

La presin al final del tramo: pi - pf = p tramo p tramo = 0,07021568192 bar = 3,926647 bar pf Luego : pf = 3,856431318 bar


11003,456 51,91164,869681318

D mm= =


DN = 110 m ; Di = 97,4 mm; t = 6,3 mm



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

LE = 30 m + 3,3 m = 33,3 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,926647 1,01325) 46,76 0,61 33,3 1100 97,4 0,08474792739fP+ = =

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

Luego, en: tramo maximotramop 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) 4,931311635

V m s m s= =

OK!


34


<

1100 11,27 150 !97,6

OK= <

Esto significa que el dimetro 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 tramoCDp p p p p =

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,5266176144rutap bar = =

max

DEtramoDE ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC tramo CD

Lp pL L L L

=

max

80 0,5266176144 0,2160482521415 100 90 30tramoDE

p bar = =

La presin al final del tramo: p tramo = pi - pf p tramo = 0,2160482521 bar = 3,918061635 bar pf Luego : pf = 3,70445681 bar


75003,456 43,57515014,71770681

D mm= =


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



L equiv = 80 x 0,11mm = 8,8 m

LE = 80 m + 8,8 m = 88,88 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,918061635 1,01325) 46,76 0,61 88,8 750 51,4 2,451244144fP+ = =

Pf = 4,676172612 bar


35

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

Luego, en: tramo maximotramop 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

L equiv = 80 x 0,11mm = 8,8 m

LE = 80 m + 8,8 m = 88,88 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,918061635 1,01325) 46,76 0,61 88,8 750 66,4 0,7134748357fP+ = =

Pf = 4,858431805 bar

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

Luego, en: tramo maximotramop 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) 4,858431805

V m s m s= =

OK!


<

750 11,295 150 !66,4

OK= <

Esto significa que el dimetro 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 DEp p p p p p =

max0,600 0,04929753 0,0240848556 0,008585365 0,5180322794rutap bar = =


36

max

EFtramoFE ruta critica

Ruta critica tramo AB tramo BC tramo CD tramo DE

Lp pL L L L L

=

max

115 0,5180322794 0,5180322794415 100 90 30 80tramoEF

p bar = =

La presin al final del tramo: p tramo = pi - pf p tramo = 0,5180322794 bar = 3,845181805 bar pf Luego : pf = 3,327149526 bar


6003,456 40,63354,340399526

D mm= =


DN = 50 m ; Di = 44,2 mm; t = 2,9 mm



L equiv = 115 x 0,11mm = 12,65 m

LE = 115 m + 12,65 m = 127,65 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,845181805 1.01325) 46,76 0,61 127,65 600 44,2 4,858756046fP+ = =

Pf = 4,329619332 bar

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

Luego, en: tramo maximotramop 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

L equiv = 115 x 0,11mm = 12,65 m

LE = 115 m + 12,65 m = 127,65 m


= =

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


37

Pf = 4,693001509 bar

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

Luego, en: tramo maximotramop 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) 3,679751509

V m s m s= =

OK!


<

600 10,75 150 !55,8

OK= <

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

Verificacin de la cada de presin en la ruta critica seleccionada:

RUTA CRTICA: TRAMOS AB BC CD DE EF - Cada de presin mxima 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 bar

Tramo EF: pi =3,845181805 bar pf = 3,679751509 bar p = 0,165430296bar

p TOTAL = p = 0,247368661bar

Hay que verificar que la cada de presin en la ruta AB-CD-DE- EF sea menor que la cada de

presin mxima en la ruta considerada crtica.

p rc = 0,24737 bar p rc mx 0,60000 bar OK!

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

max0,15 4 0,6000rcp bar bar =


38

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

max0,10%tramoBGp pi =

max 0,10 3,95070247 0,3950702470tramoBGp bar = =

La presin al final del tramo: p tramo = pi - pf p tramo mx

0,395070247 bar = 3,95070247 bar pf Luego : pf = 3,555632223 bar

Pf = 3,555632223 bar + 1,01325 bar = 4,568882223 bar Ahora: Dimetro estimado de tubera 3003,456 28,0046

4,56882223D mm= =

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



L equiv = 50 x 0,11mm = 5,5 m

LE = 50m + 5,5 m = 55,5 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,95070247 1.01325) 46,76 0,61 55,5 300 31,4 3,109260435fP+ = =

Pf = 4,6402116 bar

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

Luego, en: tramo maximotramop 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) 3,6269616

V m s m s= =

OK!


<

300 9,554 150 !31,4

OK= <

Esto significa que el dimetro seleccionado para el tramo BG, es adecuado.


39

Tramo CH: Q = 100 sm 3 / h pi = 3,926647 bar L = 30 m

max0,10%tramoCHp pi =

max

0,10% 3,926647 =0,3926647 bartramoCHp =


0,3926647 bar = 3,926647 bar pf Luego : pf = 3,5339823 bar


4,5472323D mm= =




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

LE = 30m + 3,3 m = 33,3 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,926647 1.01325) 46,76 0,61 33,3 100 31,4 0,2526083297fP+ = =

Pf = 4,914362309 bar

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



2358,364 30 /QV m s

D Pf=

2

100358,364 9,317 / 30 /(31,4) 3,901012309

V m s m s= =

OK!


<

100 3,1847 150 !31,4

OK= <

Esto significa que el dimetro seleccionado para el tramo CH es adecuado.


40

Tramo DI: Q = 350 sm 3 / h pi = 3,918061635 bar L = 18 m

max0,10%tramoDIp pi =

max

0,10% 3,918061635 =0,3918061635 bartramoDIp =


0,3918061635bar = 3,918061635 bar pf Luego : pf = 3,526255472 bar


4,539505472 D mm= =




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

LE = 18 m + 1,98 m = 19,98 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,918061635 1,01325) 46,76 0,61 19,98 350 31,4 1,481844929fP+ = =

Pf = 4,778701655 bar

p f = Pf -1,01325 bar = bar

Luego, en: tramo maximotramop pi pf p = 3,918061635bar 3,765451655 bar= 0,1526099795 bar 0,3926647 bar ok!


2358,364 30 /QV m s

D Pf=

2

350358,364 9,317 / 30 /(31,4) 4,53

V m s m s= =

OK!


<

350 11,14 150 !31,4

OK= <

Esto significa que el dimetro seleccionado para el tramo DI, es adecuado.


41

Tramo EJ: Q = 150 sm 3 / h pi = 3,84518180 bar L = 10 m

max0,10%tramoEJp pi =

max 0,10% 3,84518180 =0,384518180 bartramoEJp =


0,384518180 bar = 3,84518180bar pf Luego : pf = 3,46066362 bar


4,47391362 D mm= =




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

LE = 10m + 1,1 m = 11,1 m


= =

2 2 1,82 4,82(3,84518180 1,01325) 46,76 0,61 11,1 150 27, 4 0,3396688297fP+ = =

Pf = 4,823348497 bar

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



2358,364 30 /QV m s

D Pf=

2

150358,364 14,8445 / 30 /(27,4) 4,823348497

V m s m s= =

OK!


<

150 5,474 150 !27,4

OK= <

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

El cuadro siguiente muestra los resultados de este ejemplo.


42

CAUDAL PRESIN MANOMTRICATRAMO Q L real L clculo p1 p 2 p= p 1 - p2 D clculo Di adoptado D nominal NR Material Unin

[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 presin = 0,32025 bar < 0,6 bar caida de presin mxima



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 CLCULO DE TUBERIAS

LONGITUD DIMETRO

LONGITUD DIMETRO


43

PROBLEMAS Problema 11.06: Determine los dimetros mnimos que son requeridos para cada tramo del tendido de gas natural, del Ejemplo 11.7, haciendo uso de una hoja de clculo y considerando la siguiente informacin

Relacin Dimensional Estandar SDR

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

mm mnimo interno medio mnimo 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 10,32225 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


44



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 presin = 0 bar < 0,6 bar caida de presin mxima



BG 300 50 17,6 HDPCH 100 30 17,6 HDPDI 350 18 17,6 HDPEJ 150 10 17,6 HDP

PLANILLA DE CLCULO DE TUBERIAS

LONGITUD DIMETRO

LONGITUD DIMETRO


45

Problema 11.07: Determine los dimetros mnimos que son requeridos para cada tramo del tendido de gas natural, del Ejemplo 11.7, haciendo uso de una hoja de clculo y considerando la siguiente informacin TABLA N 2.1 TUBERA DE ACERO

CONJUNTO FABRICADO

DIMETRO DIMETRO

NOMINAL EXTERIOR ESPESOR D int 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 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


46

TABLA N 2.1 TUBERA DE ACERO

CONJUNTO FABRICADO

DIMETRO DIMETRO

NOMINAL 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 0,219 395,275 406,40

18 18,000 0,134 450,393 0,188 447,650 0,188 447,650 0,25 444,500 457,2020 20,000 0,134 501,193 0,188 498,450 0,188 498,450 0,25 495,300 508,00

22 22,000 0,164 550,469 0,188 549,250 0,188 549,250 0,25 546,100 558,8024 24,000 0,164 601,269 0,188 600,050 0,188 600,050 0,25 596,900 609,60

26 26,000 0,164 652,069 0,188 650,850 0,188 650,850 0,25 647,700 660,4028 28,000 0,164 702,869 0,25 698,500 0,25 698,500 0,281 696,925 711,20

30 30,000 0,164 753,669 0,25 749,300 0,250 749,300 0,281 747,725 762,0032 32,000 0,218 801,726 0,25 800,100 0,25 800,100 0,312 796,950 812,80

34 34,000 0,218 852,526 0,25 850,900 0,250 850,900 0,312 847,750 863,6036 36,000 0,218 903,326 0,25 901,700 0,25 901,700 0,312 898,550 914,40

38 38,000 0,250 952,500 0,312 949,350 0,312 949,350 0,375 946,150 965,2040 40,000 0,250 1003,300 0,312 1000,150 0,312 1000,150 0,375 996,950 1016,00

42 42,000 0,250 1054,100 0,312 1050,950 0,312 1050,950 0,375 1047,750 1066,80

* 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 interpolacin basndose en los dimetros exteriores

indicados en la tabla. Las tuberas de instrumental , control y muestreo no estn limitados por esta tabla.

nota: El menor espesor de los tubos y tubos de acero de extremo plano menores de 2" de dimetro usados en lnea de servicio, no est limitado por la tabla,

pero no ser menor de 0,9 mm (0.035 pulgadas) en cualquier clase de trazado. Tales lneas de servicio sern revestidas externamente y protegidas

catdicamente, y no debern operar a una presin que exceda el 60% de la prueba en fbrica o 10,54 kg/cm 2 manomtrico ( 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


47



A-B 1500 100 4 ACERO SOLDADOBC 1200 90 ACERO SOLDADOCD 1100 30 ACERO SOLDADODE 750 80 ACERO SOLDADOEF 600 115 ACERO SOLDADO

Caida de presin = 0 bar < 0,6 bar caida de presin mxima



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

LONGITUD DIMETRO

LONGITUD DIMETRO


3.3 Alta presin: La frmula de Weymouth: Puede suceder que en el proyecto de una instalacin de gas, industrial, debe proveerse la alimentacin de un ramal de gasoducto, con gas a alta presin desde un punto determinado de la red. En estos casos, cuando el caudal diario es menor que 500 000 m 3 / da, la presin est comprendida entre 5 bar y 25 bar y el dimetro no sea mayor de 300 mm ( 12 pulgadas), se puede emplear la frmula de Weymouth:

2 2i f

E

P PQ W Z E

L

=

Donde: Q: Caudal de gas, m 3 / da W: Constante de Weymouth, cuadro N 1 Z: Factor de compresibilidad del gas, cuadro N 2 E: Coeficiente de eficiencia, cuadro N 3 Pi: Presin absoluta al inicio del tramo, kg/cm 2 Pf: Presin absoluta al final del tramo, kg/cm 2 L E: Longitud de clculo del tramo de tubera, km L E = L fsica del tramo ms la longitud equivalente de accesorios, vlvulas, elementos de control, etc. La constante de Weymouth, depende del dimetro, pudindose adoptar los valores indicados en el cuadro siguiente:

Cuadro N 1 . Constante de Weymouth

Dimetro W mm pulgadas 13 1/2 123 19 3/4 260,1 25 1 496,8 38 1 1/2 1552,3 51 2 3022,4 75 3 9085,5 100 4 19054,6 125 5 58526,4 200 8 118662,2 250 10 216032,9 300 12 342813,8

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


49

Cuadro N 2 . Factor de compresibilidad Z

Presin inicial: Pi Factor Z kg / cm 2 abs.

5 a 10 1,01 10 a 20 1,02 20 a 25 1,03

El coeficiente de eficiencia E se establece en funcin del dimetro de la tubera y el caudal diario circulante de gas. sese los valores indicados en el cuadro N 3. EJEMPLO 11.08: Calcular el dimetro de un ramal desde un gasoducto, destinado a suministrar gas a alta presin a un establecimiento industrial. Los requerimientos y datos son los siguientes:

- Caudal necesario: 5000 m 3 / da - Presin inicial: 7 kg / cm 2 manomtrica, en el gasoducto - Presin final: 6,3 kg / cm 2 manomtrica a la entrada del establecimiento. (se ha

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

Para determinar el dimetro del ramal (tramo) es necesario efectuar el predimensionamiento y luego su verificacin para considerar un dimetro definitivo. PREDIMENSIONAMIENTO De la frmula de Weymouth:

2 2i fP PQ W Z E

L

=

Con: Q = 5000 m 3 / da Pi = 7 + 1,033 = 8,033 kg/cm 2 Pf = 6,3 + 1,033 = 7,333 kg/cm 2

L = 3 km Para Pi = 8,033 kg/cm 2 Z 1,01 Para Q = 5000 m 3 / da E = 1,0 Se obtiene la constante de Weymouth: W = 2614,4. con este valor se va al cuadro y se selecciona: W = 3022,4 que corresponde a un dimetro D = 51 mm ( 2 pulgadas) VERIFICACIN DEL DIMETRO La verificacin del dimetro de 51 mm, se realiza calculando el caudal de gas que pasa a travs de la tubera, el cual debe ser igual o mayor que el caudal requerido por el cliente.


Cuadro N 3. Coeficiente de eficiencia E

Dimetro Caudal en m 3 / da mm 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 1 200 19 3/4 1,18 1,1 1,06 1,02 0,95 25 1 1,15 1,1 1,05 1,03 0,99 0,92 38 1 1/2 1,22 1,19 1,15 1,11 1,06 1,01 0,96 0,9 51 2 1,22 1,2 1,17 1,13 1,06 1,03 1,01 0,96 0,9 75 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 0,82 130 6 1,06 1,02 0,98 0,94 0,88 0,86 0,84 0,79 200 8 1,01 0,96 0,92 0,86 0,84 0,82 0,79 0,72 250 10 0,94 0,93 0,87 0,84 0,81 0,79 0,72 300 12 0,9 0,87 0,81 0,8 0,76 0,73


Conocido el dimetro, ahora se puede estimar las prdidas en los accesorios, vlvulas y otros. Lequ = (30 x 14 + 30 x 20 + 333 + 2 x 100) x 51 mm = 79203 mm =0,079203 km. 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 LONGITUD EQUIVALENTE

Codo a 45 14 d Codo a 90 30 d Curva 20 d Te flujo a travs 20 d Reducciones 10 d menor Te flujo a 90 60 d Vlvula globo 333 d Vlvula esclusa 7 d Vlvula macho 100 d

Con d = 51 mm del cuadro W = 3022,4 Con d = 51 mm y Q = 5000 m 3 / da del cuadro E = 0,90 Con Pi = 8,033 k/cm 2 del cuadro Z = 1,01 Luego:

2 28,033 7,3333022,4 1,01 0,903,09

Q = = 5125,85 m 3 / da

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, ser suficiente una tubera de acero de dimetro interior mnimo 51 mm. Ahora hay que seleccionar del mercado una tubera con un dimetro interior igual o mayor que 51 mm. Puede prepararse una hoja de clculo, tal como se muestra en la pgina siguiente. Problema 11.08: Usando la frmula de Weymouth, determinar el caudal en un gasoducto de 15 km de longitud y de 10,2 cm de dimetro, nmero de referencia 40, cuando la presin de entrada es de 1379 kPa manomtricos y la presin de salida es de 137,9 KPa manomtricos. El gas tiene una densidad relativa (al aire a 15 C) de 0,80 siendo la presin atmosfrica igual a 101,4 kPa absolutos y la temperatura de 15 C. la tubera es horizontal. La salida del gas se encuentra 2 km por encima del extremo de entrada del gas. Explique si sta situacin ayuda o favorece al transporte del gas.


52

4. VERIFICACIN DEL ESPESOR DE LA TUBERA SELECCIONADA

EJEMPLO 11.09: Espesor de la tubera

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

RESISTENCIA DE MATERIALES

El tramo de tubera, que constituye el ramal de alimentacin de Gas Natural, se puede considerar como un tanque cilndrico sometido a una presin interna igual a 50 bar. Este valor proviene de la lnea de gas de la cual se abastece el ramal. La magnitud del esfuerzo en la pared de la tubera a presin vara en funcin de la posicin en la pared. Cuando el espesor de la pared de la tubera a presin es pequeo, la consideracin de que el esfuerzo es uniforme en toda la pared produce un error insignificante. La figura siguiente muestra la definicin de dimetros, radios y espesor de pared.

El radio medio se define como: 2

Ri RoRm +=

El dimetro medio se define como: 2

Di DoDm +=

Adems, esta consideracin permite desarrollar frmulas de esfuerzo relativamente simples. La presin interna tiende a: - Romper por traccin a la tubera en una direccin paralela a su eje. sta fuerza es

resistida por la fuerza presente en las paredes de la tubera, la cual a su vez crea un esfuerzo de tensin en la pared de la tubera denominado esfuerzo longitudinal.


53

Fuente: Robert Mott. Mecnica de Fluidos. 2006

Figura N . Esfuerzo longitudinal

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

Considerando un error menor o igual a 5%, se tiene que: t / Di 0,05 = 1/ 20. De donde Di / t 20. Esta sera la condicin para considerar a la tubera como de pared delgada. Adems, puede utilizarse Do en lugar de Di. Con lo cual se tiene las siguientes expresiones:

Condicin de tubera de pared delgada: 20Dmt

Presin interna en la tubera:

El esfuerzo longitudinal:

4pi Do

t =

4 1t tpiDi Di = +

4 tpiDo

=


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- Empujar hacia afuera uniformemente alrededor del anillo del cilindro; por lo cual

en ste se desarrolla un esfuerzo de tensin tangencial a su circunferencia para resistir la tendencia de la presin interior a reventar el cilindro. Este esfuerzo de tensin en la pared de la tubera es el denominado esfuerzo anular.

Fuente: Robert Mott. Mecnica de Fluidos. 2006

Figura N . Esfuerzo anular

La resultante de las fuerzas creadas por la presin interna: FR = pi x Ai = pi x Di x L El esfuerzo de tensin en la pared del cilindro es igual a la fuerza resistente dividida entre el rea de la relacin transversal de la pared: F L = Ac = a x 2 t L Luego: 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 ecuacin del esfuerzo anular, en un cilindro de pared delgada sometido a una presin interna, el cual es dos veces la del esfuerzo longitudinal. En adelante se considera esta ecuacin para obtener el espesor de la tubera. Es evidente que este esfuerzo anular debe ser menor que la resistencia a la cedencia del material de que est hecha la tubera; es decir: a = Sy / N. donde N es el factor de diseo a considerar en las aplicaciones especficas.

2 tpiDi

= 2pi Di

t =

2 tpiDo

=

2pi Do

t =


55

En resumen, se tiene:

- El dimetro medio est 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 ecuacin:

Donde: pi es la presin interna a que se encuentra la tubera (lb/pulg 2); es el esfuerzo admisible a que se puede someter el material sin que ste falle (lb/pulg 2); debe ser menor o igual al esfuerzo admisible a; t es el espesor de la tubera (pulgadas); Do es el dimetro exterior de la tubera (pulgadas). En el caso del ramal del gasoducto, como se alimenta de una lnea de 50 bar de presin, sta sera la presin mxima a que estara expuesta la tubera en el caso de producirse alguna falla en la estacin de regulacin. El esfuerzo mximo a que puede someterse el material de la tubera est dado por el esfuerzo de diseo a, el cual se puede referir a la resistencia a la cedencia del material Sy y a un factor de diseo N, que el diseador tomar un valor considerando condiciones de servicio, ubicacin de la tubera, terreno donde se enterrar la tubera, etc.. Es usual considerar a = Sy / 6. O tambin referirlo al esfuerzo ltimo a = u / 9; este esfuerzo u es el valor en el cual se considera que la tubera estalla por accin de la presin interna. Estos valores de 6 y 9, son valores generales cuando no se tenga conocimiento especfico de la situacin. La literatura reporta que no se responsabiliza por usar estos valores y recalca que la responsabilidad es la del diseador o calculista. Considerando el factor de diseo N = 6, se tiene: a = Sy / 6

Considerando un acero ASTM A42: a = 42 000 / 6 = 7000 psi La presin interna: pi = psi Dimetro exterior de la tubera: Do = 4,5 pulg

t = 0,20 pulg ste espesor es menor que 0,237 pulg. La tubera seleccionada es satisfactoria. Especificacin de la tubera:

Norma: API 1104. Especificacin: 5 L Dimetro nominal: 4 pulg

2 tpiDo

=

2 a tpiDo

=


56

Dimetro interno: Di = 4,026 pulg Dimetro externo: Do = 4,500 pulg Espesor de la tubera: t = 0,237 pulg Nmero de referencia: NR = 40 Resistencia a la cedencia del material: Sy = 42 000 psi Peso: 10,80 lb / pie Proceso de manufactura: Electro Soldada, EW Resistencia a la presin interna: 3870 psi (dada por el fabricante) Presdin de prueba hiodrstatica: 2650 psi ( dada por el fabricante)

De ASME B31.8 se tiene:

Donde: P: presin de diseo, psi

S: tensin mnima de fluencia especificada, psi

t: espesor nominal de pared de la tubera, pulgadas

F: factor de clase de localidad. Tabla 841.114B, F = 0,40

E: factor de junta longitudinal. Tabla 841.115A, E = 1,0

T: factor de disminucin de temperatura, tabla 841.116 A, T = 1,0

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 lgpsi tpsi

pu

=

t = 0,1457 pulg 3,7011 mm

Valor menor que el de la tubera considerada: t = 0,237 pulg.

TABLA 841.114A FACTOR BSICO DE DISEO, F

Clase de Localidad Factor de Diseo, F

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

2 Sy tpi F E TDo

=


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TABLA 841.114B FACTORES DE DISEO PARA CONSTRUCCIN CON TUBERA DE ACERO, F

Instalacin

Clase de localidad

1 1

Div. 1 Div. 2 2 3 4 Ductos, lneas principales y lneas de servicio (vase prrafo 840.2(b))

0,80 0,72 0,60 0,50 0,40

Cruces de caminos, ferrovas, sin encamisado:

(a) Caminos privados

0,80 0,72 0,60 0,50 0,40

(b) Caminos pblicos no mejorados 0,60 0,6 0,60 0,50 0,40 (c) Caminos, carreteras, o calles, con superficie dura o ferrovas

0,60 0,60 0,50 0,50 0,40

Cruces de caminos, ferrovas, con encamisado:

(a) Caminos privados 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40

(b) Caminos pblicos no mejorados 0,72 0,72 0,60 0,50 0,40

(c) Caminos, carreteras, o calles, con superficie dura o ferrovas

0,72 0,72 0,60 0,50 0,40

Invasin paralela de ductos y lneas principales en caminos y ferrovas::

(a) Caminos privados 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 (b) Caminos pblicos no mejorados 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 (c) Caminos, carreteras, o calles, con superficie dura o ferrovas

0,60 0,60 0,60 0,50 0,40

Conjuntos fabricados (vase prrafo 841.121) 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Lneas de ductos en puentes (vase prrafo 841.122)

0,60 0,60 0,60 0,50 0,40

Tubera de estacin de compresin 0,50 0,50 0,50 0,50 0,40 Cerca a concentraciones de gente, en Localidades Clase 1 y 2 (prr. 840.31(b))

0,50 0,50 0,50 0,50 0,40


58

TABLA 841.115A

FACTOR DE JUNTA LONGITUDINAL, E

Especif. No Clase de Tubera Factor E ASTM A 53 Sin costura 1,00

Soldado por Resistencia Elctrica 1,00 Soldada a Tope en Horno: Soldadura

continua 0,60

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

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

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

ASTM A 672 Soldado por Electro Fusin 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 Elctrica 1,00 Soldado por Electro Fulguracin 1,00 Soldado por Arco Sumergido 1,00 Soldado a Tope en Horno 0,60

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

TABLA 841.116A FACTOR DE DISMINUCIN DE

TEMPERATURA, T, PARA TUBERA DE ACERO

Temperatura, F Factor de Disminucin 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 disminucin.

20,8772 Sy tpiDo

=


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

COMBUSTIBLE CANTIDAD UNIDAD

GASOLINAS97959084

DIESEL256

KEROSENELEACARBN VEGETALGAS NATURALGLPPROPANO

P11.21. En el ao 2000 se report que en una ciudad portuaria estaban establecidas:

11 empresas de produccin de harina y conservas de pescado 27 empresas de produccin de harina de pescado 25 empresas de produccin de enlatados de pescado

Son dos tecnologas de procesamiento aplicadas, segn los porcentajes que se indican:

ProduccinProduccin Promedio

Ton / aoTipo de Tecnologa %

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


60

Diesel 2 Residual 500 Bunker 6

Harina 13087144 11848737 10524795Enlatado 69158 108208 4513511Total 13156302 11956945 15038306

ProduccinConsumo, Galones / ao

Diesel 2 Residual 500 Bunker 6

Harina 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.

ProduccinConsumo, %

Tipo de Combustible Consumo, Galones / ao %

Diesel 2 13156302 32,77Residual 500 11956945 29,78Bunker 6 15038306 37,45Total 40151553 100,00

El vomumen de produccin, as como la cantidad de pescado procesado por tipo de productos elaborados se indica a continuacin:

ProduccinProduccinTon / ao

Pescado ProcesadoTon / ao

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


61

MATERIAL DE REFERENCIA LIBROS ROBERT L. MOTT. Mecnica de Fluidos Aplicada. Sexta Edicin. Mxico,

PRENTICE-HALL HISPANOAMERICANA S.A. 2010. 644 pg.

BIRD. Fenmenos de transporte. Segunda Edicin. Mxico, LIMUSA, 2010. 1048 pg.

RAL R. LLOBERA. Tratado General de Gas. Argentina, CESARINI HNOS. - EDITORES. 2005. 690 pg.

NESTOR P. QUADRI. Instalaciones de gas. Quinta Edicin. Argentina, Librera y Editorial Alsina. 2004. 214 pg.

SEDIGAS-REPSOL. Manual de Gas y sus Aplicaciones.1998. 192 pg. NORMAS Nacionales: NTP-111.010 2003 GAS NATURAL SECO. Sistema de tuberas para instalaciones internas industriales.

SOFTWARE Microsoft Office Excel 2007


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APNDICE

TUBERIA DE POLIETILENO s/UNE 53.333 PARA CANALIZACIONES ENTERRADAS DE GASDIMETRO 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 0,3332 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 21,02225 8,6 207,8 33,91 12,9 199,2 31,17 20,5 184,0 26,59250 9,6 230,8 41,84 14,2 221,6 38,57 22,7 204,6 32,88280 10,7 258,6 52,52 16,0 248,0 48,31 25,4 229,2 41,26315 12,1 290,8 66,42 17,9 279,2 61,22 28,6 257,8 52,20355 13,6 327,8 84,39 20,2 314,6 77,73 32,2 290,6 66,33400 15,3 369,4 107,17 22,8 354,4 98,65 36,4 327,2 84,08450 17,2 425,6 135,66 25,6 398,8 124,91 41,0 368,0 106,36500 19,1 461,8 167,49 28,5 443,0 154,13 45,5 409,0 131,38560 21,4 517,2 210,09 31,9 496,2 193,38 51,0 458,0 164,75630 24,1 581,8 265,85 35,8 558,4 244,9 57,3 515,4 208,63

PRESIONES DE TRABAJO< 250 0,40 MPa< 315 0,35 MPa< 450 0,1 MPa 0,30 MPa 0,4 MPa< 630 0,25 MPa

SDR = DIMETRO NOMINAL (DN) / Espesor Nominal ( e )


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Instalaciones Industriales Gas Natural

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