TUBERÍAS INDUSTRIALES11

7/28/2019 TUBERAS INDUSTRIALES11

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

SISTEMAS TRMICOS Y LABORATORIO

DISEO DEL SISTEMA DE TUBERAS DE VAPOR Y RETORNO DECONDENSADO

Integrantes: Wilinton Ortiz A. 5534Byron Bermeo 5571

Ivn Yaguana 5481

Riobamba, 04 de Mayo del 2011


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OBJETIVO

El objetivo de este proyecto es aplicar los conocimientos adquiridos altranscurso de los diferentes cursos del rea de Energa, para la distribucinde vapor, operacin, sistema de distribucin y retorno de condensado.

Determinar y seleccionar los dimetros adecuados para la distribucin delvapor y retorno del condensado.

Conocer los diferentes accesorios que se utiliza en los sistemas de

distribucin de vapor.

Hacer un anlisis de costos unitarios con la ayuda del APU.

SISTEMA DE DISTRIBUCIN DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO

INTRODUCCIONEl vapor de agua es un servicio muy comn en la industria, que se utiliza para

proporcionar energa trmica a los procesos de transformacin de materiales aproductos, por lo que la eficiencia del sistema para generarlo, la distribucinadecuada y el control de su consumo, tendrn un gran impacto en la eficienciatotal de la planta. Esta situacin se refleja en los costos de produccin del vapor y,en consecuencia, en la competitividad y sustentabilidad de la empresa.En Ecuador, la tercera parte de la energa utilizada a nivel nacional, es consumidapor la industria, y de sta, cerca del 70% proviene de combustibles fsiles,distribuidos en la forma siguiente: el gas natural como principal recurso (50%),seguido por el combustleo (21%) y el coque (11%). Este requerimientoenergtico demandado por la industria lo conforman principalmente los sistemasde combustin directa, como son los calentadores a fuego directo y calderas,donde estas ltimas se utilizan para la generacin de vapor, el cual se requierepara suministrar trabajo mecnico y calor a los procesos.


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DESCRIPCIN DEL SISTEMA DE GENERACIN Y DISTRIBUCIN DE VAPOR

Sistema de alimentacin y tratamiento del agua para la caldera.Conformado por equipo, tubera y accesorios que permiten el suministro del aguabajo condiciones adecuadas al sistema de vapor.

Quemadores.Dispositivos de la caldera, donde se lleva a cabo la reaccin qumica del aire conel combustible fsil, para transformarse en calor, mismo que posteriormente

servir para cambiar las propiedades del agua lquida a vapor.

Hogar de la caldera.En el caso de las calderas tipo tubos de agua, el hogar est formado por paredes

hechas con "bancos de tubos"; en calderas tipo tubos de humo, el hogar est

formado por una envolvente metlica interna. En ambos casos, es en el hogardonde se inicia la transformacin del agua en estado de saturacin a vapor ydonde se termina de realizar el proceso de combustin iniciado en el quemador,liberando el calor del combustible.

Sistema de distribucin del vapor.Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de vapor", que permite llevar elvapor a los puntos donde el proceso lo requiere, con la calidad y en la cantidaddemandada.


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Sistema de retorno de condensados.Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de condensado", que regresanparte del agua que se ha condensado en el proceso. Esta agua, de gran valor porsu pureza, se retorna al sistema de generacin de vapor con un previotratamiento. Es muy recomendable la instalacin de este sistema, ya que permite

recuperar la mayor cantidad posible de condensados.

RECOMENDACIONES GENERALES

Considerando que, entre el 40 y 60% de toda la energa empleada por algunasindustrias, es consumida para la generacin de vapor, la operacin eficiente delsistema y su mantenimiento adecuado pueden representar una gran oportunidadpara disminuir sus insumos energticos y, por ende, sus costos de operacin.

Existen reglas que, en general, deben seguirse para generar vapor con eficiencia:a) Operar la caldera a condiciones normales o mximas (segn la cargademandada por el proceso), las cuales alcancen la mayor eficiencia especificada.Los grados de sobrecalentamiento del vapor debern ser los establecidos desdediseo; de lo contrario, afectarn el rea de transferencia de calor en el equipo deproceso.b) Cuando se requiera utilizar vapor en turbinas, ya sea para la generacin deenerga elctrica o para movimiento rotatorio, es necesario suministrarlo a sumxima potencia, tomando en cuenta algunos otros niveles que se necesiten eninstalaciones de proceso; esto, con la finalidad de que se puedan realizar las

extracciones correspondientes de la turbina.Dicha accin permitir no utilizar vlvulas reductoras de presin, lo que origina seeleve la eficiencia del ciclo.

SISTEMAS DE ALIMENTACIN Y TRATAMIENTO DEL AGUA PARA LACALDERA

Si bien el agua en forma de vapor es un vehculo para distribuir calor a diversosprocesos, nunca se encuentra pura y los elementos que contiene pueden afectarlas tuberas y limitar la transferencia de calor en los equipos de proceso. Paramantener la eficiencia de la caldera e incrementar su vida til es necesario unacondicionamiento que consiste en reducir los depsitos de slidos eincrustaciones en las superficies de calefaccin, as como el evitar su corrosin.Cada caldera y su agua de alimentacin representan una condicin nica yespecfica, por lo que la informacin y recomendaciones que a continuacin selistan, son de carcter genrico.


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a)Operar adecuadamente el sistema de alimentacin de agua.El agua alimentada en el sistema de vapor tiene que ser transportada, desde supunto de suministro o almacenamiento, hasta el interior de la caldera, pasando atravs de los economizadores, mediante un sistema de bombeo.Para una operacin eficiente se recomienda:

. Mantener en operacin el mnimo nmero de bombas, segn se requiera

. Mantener la operacin de las bombas produciendo la presin de descarga dediseo. Aprovechar el flujo por gravedad, siempre que sea posible. Si los requerimientos de presin varan considerablemente por los cambios deestacin en el ao o en la produccin, evaluar la posibilidad de cambiar losimpulsores de las bombas

b)Dar tratamiento al agua de alimentacin y agua retornada (condensado).

Es recomendable dar diversos tratamientos al agua antes de introducirla alsistema de generacin y distribucin de vapor. Se citan los ms importantes.. En el agua cruda, que forma parte de la alimentacin a la caldera, debeneliminarse los slidos en suspensin, reducir la dureza (provocada por las salesde calcio, magnesio y silicio) y eliminar otras impurezas solubles.. Aplicar productos qumicos, para eliminar el oxgeno disuelto en el agua ycontrolar su grado de acidez.Otra forma de reducir la corrosin en la caldera es controlando el pH (grado deacidez) en el agua, mediante la adicin de qumicos.. Purgar adecuadamente la caldera, para limitar la concentracin de impureza del

agua en la caldera.Las purgas pueden ser localizadas en distintos puntos; stas pueden ser desdeabajo del nivel de agua en el tanque de vapor (o domo del vapor), desde el domode lodos o cabezal inferior, o tambin desde el fondo de la caldera. Las purgaspueden ser continuas o intermitentes.

. Dar tratamiento a los condensados que retornan.Tome en cuenta algunas recomendaciones:- Adicione productos qumicos para controlar el grado de acidez.- Elimine el oxgeno de los condensados a travs de un deaereador, antes de quevuelvan a entrar junto con el agua de reposicin, al sistema de agua dealimentacin Reduzca el venteo en el desareador a menos del 0,1% del flujo deagua o menos del 0,5% del flujo de vapor (esta recomendacin depender deltamao del sistema de vapor y condensado, as como de la capacidad demandadapor el proceso).- Retorne todos los condensados posibles al sistema de agua de alimentacin.


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Analizar la posibilidad de usar cintas de calefaccin elctricas en lugares remotos.. Incluir en el diseo de este sistema, equipos de medicin de flujo de vapor.

b)Operar adecuadamente las trampas de vapor.La funcin de las trampas de vapor es la de permitir automticamente el drenado

de condensado que se forma en el sistema, sin dejar escapar el vapor, adems depermitir la eliminacin de aire y gases incondensables.Para asegurar un funcionamiento adecuado, sin prdidas de energa, serecomienda:. Elaborar para cada rea operativa, un programa de revisin rutinaria de lastrampas de vapor para verificar su operacin adecuada.La frecuencia de revisin depender de las condiciones particulares de cada rea;sin embargo, debe revisarse, como mnimo, mensualmente.. Mantener un censo actualizado de las trampas de vapor.

Numere todas las trampas y registre su localizacin en un croquis para facilitar surevisin y registro.. Capacitar al personal operativo y de mantenimiento sobre las tcnicas depruebas de operacin de trampas.. Asignar mxima prioridad a la reparacin y mantenimiento de trampas.El aplicar un procedimiento de mantenimiento peridico puede reducir las fallas entrampas hasta un 3 5%. Una trampa que no cierra puede representar prdidasde vapor entre 22 y 45 kg vapor/hr., (50-100 lb vapor/hr. Seleccionar las trampasde vapor de acuerdo a su aplicacin y descarga esperada de condensado.

c)Mantener aisladas las tuberas, equipos y dispositivos.El aislamiento en tuberas, equipos y accesorio del sistema de distribucin devapor y retorno de condensado, evitar prdidas de calor hacia el ambiente. Esmuy importante instalar, en cada tramo de tubera, el espesor ptimo deaislamiento.. Inspeccionar peridicamente el aislamiento para reemplazar o reparar lostramos daados o deteriorados.Esto es especialmente necesario despus de que se han tenido que retirar tramosde aislamiento para reparar fugas de vapor. En general, al menos una vez porao, debe realizarse esta inspeccin de las lneas de vapor. Durante unainspeccin de rutina, debe identificarse el dao fsico, grietas; bandas y cintas desujecin rotas; juntas rotas o daadas; y/o cubiertas daadas.


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RETORNO DE CONDENSADO

La manera ms sencilla de recuperar el condensado seria devolverlo directamentedesde cada purgador a la caldera pero, cuando se trabaja con muchospurgadores, esta solucin sera cara y poco practica. Es mucho ms lgico dirigir

la salida de los distintos purgadores a un conducto comn que dirija a la caldera latotalidad del condensado.Cuando las conducciones de descarga de varios equipos consumidores de vaporse conectan a un conducto comn, la presin de cada equipo debe ser superior ala presin en la lnea de condensado.Conectar al mismo conducto de retorno equipos consumidores de vapor a distintaspresiones no representa ningn problema, si la lnea se dimensionaadecuadamente. De hecho, los purgadores actan como aislantes de laspresiones respectivas en los distintos equipos, cuyo valor no tiene ninguna

influencia en la presin de la lnea.

En las lneas de condensado se produce normalmente una cierta revaporizacindel condensado (vapor flash); por la tubera circula pues una mezcla de liquido yvapor. Si este hecho no se tiene en cuenta al dimensionar la tubera, y seconsidera que por ella circula solamente liquido, se elegir un dimetro demasiadopequeo; este error es bastante habitual y sus consecuencias son nefastas.

En efecto, si la tubera de condensado es de un dimetro inferior a lo necesario, lapresin en ella (contrapresin) aumenta por encima de lo previsto; a consecuenciade ello disminuye la presin diferencia a la que trabajan los purgadores, lo quedisminuye su capacidad, por lo que los equipos consumidores de vapor nofuncionan bien y. a menudo, se inundan de condensado en los momentosusualmente encontrados en las instalaciones que consumen vapor tienen suorigen en un dimensionamiento inadecuado de las tuberas de condensado.


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Aunque el clculo exacto del dimetro que debe tener una lnea de condensado esun problema complicado, para el caso particular en el que todos los purgadoresque descargan a la misma trabajan con vapor a la misma presin, es posible darun mtodo sencillo y razonablemente aproximado. El clculo se realiza en cuatro

etapas:

1.- Se calcula la cantidad total de condensado que la lnea debe vehicular, como lasuma del condensado que produce cada uno de los equipos conectados a la lnea.

2.- Se calcula el porcentaje de condensado que se convertir en vapor flash. Paraello debe conocerse la presin del vapor en los purgadores y la presin que sedesea tener en la lnea de condensado Con esos dos datos la tabla 1 dadirectamente el porcentaje de condensado que se convierte en vapor flash.

Si la presin primaria no fuera la misma en todos los purgadores, este calculodebera hacerse por separado para cada uno de ellos.3.- Se calcula la cantidad de vapor flash que circulara por la lnea de condensado,aplicado el porcentaje calculado en el paso anterior a la cantidad total decondensado producido.

4.- Se dimensiona la tubera como si por ella solamente circula el vapor,empleando la tabla 2. Los datos necesarios para ello son la presin del vapor (esdecir, la presin en la lnea de condensado), la cantidad de vapor que circula (quehemos calculado en el paso anterior) y la velocidad del vapor, que normalmente se

elige entre 20 y 30 metros por segundo.


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DISEO DEL SISTEMA DE TUBERAS DE VAPOR

DISEO POR LA VELOCIDADEl sistema de distribucin de vapor constituye el objetivo principal de la generacinde vapor desde la caldera hacia los diferentes puntos o centros de consumo, porlo cual, es importante tener presente, que el dimensionamiento de las tuberas devapor resulta ser un factor importante debido a las altas velocidades que semanejan para este tipo de vapor.Entonces un incorrecto dimensionamiento y montaje de las tuberas de vapor haceque no llegue a la presin y temperatura deseados, adems puede provocar

golpes de ariete y erosiones en las tuberas.El aire y la humedad son dos elementos indeseables en el vapor por lassiguientes causas:

El aire contenido en el vapor hace disminuir la temperatura ;

La humedad en cambio hace disminuir su valor o poder calorfico.


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Parmetros Necesarios para Dimensionar Tuberas de Vapor.

Los parmetros necesarios para dimensionar tuberas de vapor que utilizan vaporrecalentado sern los siguientes:

Caudal msico: El caudal msico representa la cantidad de vapor que fluye atravs de la tubera de vapor, que se quiere dimensionar.

Presin de vapor: Es aquella presin que se registra al comienzo de la tuberaque se va a dimensionar.

Temperatura de vapor: Si bien es cierto este es otro parmetro importante y juntocon la presin definen las diferentes propiedades termodinmicas que posee el

vapor recalentado

Velocidad de vapor: La velocidad incrementa el nivel de erosin y ruido en lastuberas, debido a la alta velocidad que acompaa a toda cada de presin, vertabla 14.

Este mtodo debe ser utilizado para disear tramos cortos de tubera con unmximo de 20 metros, pues al no ser considerada una perdida de carga , se correel riesgo de obtener presiones muy bajas al final de la lnea. Generalmente seutilizan valores de velocidad como se indica en la tabla 14

TABLA 14

VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA DIMENSIONAMIENTO DETUBERAS

FludoPresin

( Lbs / Pulg2

)Usuarios Pies / Min Km / Hr

Agua. 50 -150 Servicios Generales 300 - 600 5.4 - 11

Agua. > 150 Alimentacin a Calderas 600 - 1,200 11--22

Vapor Saturado. 0 -15 Calefaccin 4,000 - 6,000 73 - 109

Vapor Saturado. > 50 Varios 6,000 - 10,000 109 - 182

Vapor Sobrecalentado vapor

recalentado.> 200 Turbinas a vapor 9,000 - 13,500 165 - 247

CONDICIONES Velocidad Razonable


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Procedimiento de Clculo de Tuberas de vapor.

Caso 1: Dimensionamiento de tuberas que conducen vapor recalentado

Cuando se tiene que dimensionar tuberas que conducen vapor recalentado se

debe seguir el siguiente procedimiento:

Paso 1: Divida el flujo de vapor requerido por el factor de correccin para vaporrecalentado tabla 15, este nos dar un valor de flujo de vapor saturado equivalente(12).TABLA 15

FACTOR DE CORRECCIN: VAPOR RECALENTADO


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Paso 2: Una vez determinado este valor podemos usar la ecuacin de continuidadecuacin 7.1, mostrada a continuacin:

ivapor AVm

.

, ecuacin 7.1

Despejando la ecuacin anterior el rea interna tenemos:

V

m

A

vapor

i

.

V

vm

ASvapor

i

.

4.2 ecuacin 7.2

Donde:

2.4: Es un factor de correccin de unidades.

vaporm.

= Flujo msico de vapor (Lbmvapor/ hr.)

Sv = Volumen especfico del vapor (Ft3/ Lbm)

V = Velocidad promedio del vapor ( Ft / min )Ai = rea transversal interna de la tubera ( in2 )

Paso 3: Una vez determinada el rea transversal interna de la tubera,procedemos a determinar su dimetro, ya sea utilizando la tabla 16, o laecuacin 7.3 siguiente:

Ai

iivapor AVm

.


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TABLA 16

DIMENSIONES DE TUBERAS SCHEDULE 80

De la ecuacin 7.2 tenemos

V

vmA S

vapor

i

.

4.2 =4

2

i

Despejando el dimetro tenemos lo siguiente:

i

A

i

4

; ecuacin 7.3


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Otra forma de encontrar el dimetro es utilizando la siguiente ecuacin:

Donde:

DISEO POR LA PERDIDA DE CARGA

Cada de presin mxima admisible: Es la mxima cada de presin que sepuede admitir en el tramo de la tubera que se est dimensionando. Esta cada depresin no debe exceder 20% de la presin mxima en la caldera. Este valor debeincluir todas las cadas de presin originadas en los tubos, en los codos, y en lasvlvulas. Recurdese que una cada de presin es una prdida de energa.

Existen por lo tanto factores importantes que definen el dimetro de las tuberasen un sistema de vapor, as tenemos:

Mientras ms baja sea la presin, mayor tamao de tubera serequerir debido al incremento del volumen especfico.

A mayor caudal ( mayor velocidad ) se incrementa la cada depresin para un determinado dimetro de tubera


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Donde:

ESPESOR MNIMO DE LA PARED

El mnimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presin interna oexterna es una funcin de:a) El esfuerzo permisible para el material del tubob) Presin de diseoc) Dimetro de diseo del tubod) Dimetro de la corrosin y/o erosin

Adems, el espesor de pared de un tubo sometido a presin externa es unafuncin de la longitud del tubo, pues sta influye en la resistencia al colapso deltubo. El mnimo espesor de pared de cualquier tubo debe incluir la toleranciaapropiada de fabricacin.

( )


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Donde:

Segn ASA, para tuberas para la produccin de potencia que trabajan a presin,de la siguiente frmula para todas las tuberas:

DILATACIN TRMICA

Los tubos tienen la propiedad de los materiales de dilatarse con el aumento detemperatura. Si se les obliga a conservar una longitud fija, se producira en ellosun esfuerzo igual al requerido para comprimir el tubo con una deformacin igual ala dilatacin que se impide que se produzca. Excepto para las tuberas de vapormuy cortas, esta fuerza es muy grande para tratar que las tuberas le resistan.


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En la tubera corta tambin se producir, tericamente, pero los soportes tienen lasuficiente elasticidad para tolerarla, ya que es muy pequea la dilatacin. En lastuberas largas se permite que se produzca la dilatacin usando compensadoresde dilatacin y tramos en curva. La dilatacin de un tramo recto puedeconsiderarse como un caso de dilatacin lineal pura, producida por un cambio de

temperatura.

Donde:

NORMAS DE DISEOLas normas ms utilizadas en el anlisis de sistemas de tuberas son las normasconjuntas del American Estndar Institute y la American Society of MechanicalEngineers ANSI/ASME B31.1, B31.3, etc. Cada uno de estos cdigos recoge laexperiencia de numerosas empresas especializadas, investigadores, ingenieros deproyectos e ingenieros de campo en reas de aplicacin especficas, a saber:- B31.1. (1989) Power Piping- B31.3 (1990) Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping

- B31.4 (1989) Liquid Transportation System for Hydrocarbons,Petroleum Gas, Andhydroys Anmonia and Alcohols- B31.5 (1987) Refrigeration Piping- B31.8 (1989) Gas Transmission and Distribution Piping System- B31.9 (1988) Building Services Piping- B31.11 (1986) Slurry Transportation Piping System


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En lo que concierne al diseo todas las normas son muy parecidas, existiendoalgunas discrepancias con relacin a las condiciones de diseo, al clculo de losesfuerzos y a los factores admisibles

Cargas de diseo para tuberasUn sistema de tuberas constituye una estructura especial irregular y ciertosesfuerzos pueden ser introducidos inicialmente durante la fase de construccin ymontaje. Tambin ocurren esfuerzos debido a circunstancias operacionales. Acontinuacin se resumen las posibles cargas tpicas que deben considerarse en eldiseo de tuberas.

Cargas por la presin de diseoEs la carga debido a la presin en la condicin ms severa, interna o externa a la

temperatura coincidente con esa condicin durante la operacin normal.

Cargas por pesoa) Peso muerto incluyendo tubera, accesorios, aislamiento, etc.b) Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de procesoc) Efectos locales debido a las reacciones en los soportes

Cargas dinmicasa) Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberas expuesto alviento

b) Cargas ssmicas que debern ser consideradas para aquellos sistemasubicados en reas con probabilidad de movimientos ssmicosc) Cargas por impacto u ondas de presin, tales como los efectos del golpe deariete, cadas bruscas de presin o descarga de fluidosd) Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presin, por variaciones enlas caractersticas del fluido, por resonancia causada por excitaciones demaquinarias o del viento.Este tipo de cargas no ser considerado ya que forman parte de anlisisdinmicos y en este proyecto slo se realizarn anlisis estticos.

Efectos de la expansin y/o contraccin trmicaa) Cargas trmicas y de friccin inducidas por la restriccin al movimiento deexpansin trmica de la tuberab) Cargas inducidas por un gradiente trmico severo o diferencia en lascaractersticas de expansin (diferentes materiales)


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Efectos de los Soportes, Anclajes y Movimiento en los Terminalesa) Expansin trmica de los equiposb) Asentamiento de las fundaciones de los equipos y/o soportes de las tuberas

Esfuerzos admisibles

Los esfuerzos admisibles se definen en trminos de las propiedades de resistenciamecnica del material, obtenidas en ensayos de traccin para diferentes nivelesde temperatura y de un factor de seguridad global.La norma ASME B31.3 estipula dos criterios para el esfuerzo admisible.Uno es el llamado esfuerzo bsico admisible en tensin a la temperatura de

diseo, con la cual estn familiarizados los que se dedican al diseo de equipossometidos a presin, es menos conocido y se le denomina rango de esfuerzo

admisible, el cual se deriva del esfuerzo bsico admisible y se emplea como base

para el clculo de la expansin trmica y para el anlisis de flexibilidad.

Tabla N 2Esfuerzos Admisibles en Funcin de la Temperatura

Presin de diseoLa presin de diseo no ser menor que la presin a las condiciones ms severasde presin y temperatura coincidentes, externa o internamente, que se espere enoperacin normal.La condicin ms severa de presin y temperatura coincidente, es aquellacondicin que resulte en el mayor espesor requerido y en la clasificacin(rating) ms alta de los componentes del sistema de tuberas. Se debe excluir la prdida involuntaria de presin, externa o interna, que causemxima diferencia de presin.

Temperatura de diseoLa temperatura de diseo es la temperatura del metal que representa la condicinms severa de presin y temperatura coincidentes. Los requisitos para determinarla temperatura del metal de diseo para tuberas son como sigue:


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Para componentes de tubera con aislamiento externo, la temperatura del metalpara diseo ser la mxima temperatura de diseo del fluido contenido.

ESPECIFICACIONES PARA TUBERAS INDUSTRIALES Y ACCESORIOS

Es de gran importancia aclarar la diferencia que existe entre los trminos tubera ytubo, pues comnmente son confundidos. La Tuberas corresponde al conjuntoconformado por el tubo, los accesorios, las vlvulas, etc.; encargados detransportar los gases o lquidos que as lo necesitan. Mientras que Tubo es aquelproducto tubular con dimensiones ya definidas y de material de uso comn.Las tuberas con destinacin industrial tienen una muy amplia aplicacin, pues espor medio de ellas que se transportan todos lo fluidos (gases, mezclas, lquidos,

etc.) para optimizar y no limitar los procesos industriales.Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre ellos radica en el modode fabricacin. Los primeros basan su manufactura en la soldadura, mientras lossegundos no.

Modo de Especificacin:

Denominacin: Dimetro, Costura, Sch, Material, Longitud, Tolerancia. Dimetro: Dimetro nominal de la tubera en pulgadas. Costura: SMLS (Tubera sin costura), Welded (Tubera con costura. Sch: Schedule de la tubera.

Material: Material de la tubera. Ej. ASTM A 106 gr. B Longitud: Longitud por pieza. Ej. Piezas de 6m de largo. Tolerancia: Tolerancia de longitud de la tubera.Ejemplo de especificacin de una tubera:Tubera 3_, con costura (Welded), Sch 80, extremos para soldadura a tope (BW),

segn ASTM A120, galvanizada.

Procesos de Manufactura: En la industria existen varios tipos de acabados detubos utilizados para la instalacin de sistemas. Comnmente, o en su mayora,los tubos de acero que se fabrican son del tipo sin costura (sin soldadura lateral),los cuales se manufacturan por medio de perforacin y forja, torneado ycalibracin del hueco. Los tubos con costura (producidos por soldadura) sefabrican por soldadura de arco sumergido, por soldadura por resistencia elctrica ypor soldadura elctrica por fusin.

Accesorios de Tuberas: Estos son todos aquellos elementos que instalados enconjunto con el tubo, conforman el sistema de tuberas.


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Tee Reductora: Denominacin: Dimetro, (Sch o Rating), Extremos, Material. Dimetro: Dimetro nominal de la Tee y del ramal. Ej. 4_x4_x2_ Sch: Schedule de la Tee (solo para tee de dimetro mayor de 2_) Rating: Rating de la Tee (solo pata tee de dimetro menor o igual a 2_)

Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD). Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.Ejemplo de especificacin de una Tee reductora:Tee reductora de 4_x4_x3_, Sch 40, extremos biselados (BW), segn ASTM A234

gr. WPB.

Reducciones: Denominacin: Tipo, dimetros, extremos, (Sch o Rating), Material.

Tipo: Excntrica o Concntrica Dimetro: Dimetros nominales de la reduccin. Ej. 8_x6_. Sch: Schedule de la Tee (solo para tee de dimetro mayor de 2_) Rating: Rating de la Tee (solo pata tee de dimetro menor o igual a 2_) Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD). Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.Ejemplo de especificacin de una Tee recta:Reduccin excntrica 2_x1_, extremos para encastrar (SW), 3000#, segn ASTM

A105.

Bridas: Son accesorios para conectar tuberas con equipos (Bombas,intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, vlvulas,etc.). La unin se hace por medio de dos bridas, en la cual una de ellas pertenecea la tubera y la otra al equipo o accesorio a ser conectado. La ventajas de lasuniones bridadas radica en el hecho de que por estar unidas por esprragos,permite el rpido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones omantenimiento.Estas se clasifican en: Brida con cuello para soldar. Brida deslizante. Brida roscada. Brida loca con tubo rebordeado. Brida ciega. Brida con boquilla para soldar. Brida de reduccin. Brida orificio. Brida de cuello largo para soldar.


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PRINCIPALES TIPOS DE VLVULAS:Vlvula de Compuerta: Las compuertas de disco, actuadas por un husillo, semueven perpendicularmente al flujo. El disco asienta en dos caras para cerrar. Seusa cuando se requiere frecuente cierre y apertura. No es prctica para

estrangulamiento de la vena fluida porque causa erosin en los asientos de lavlvula y vibraciones. La bolsa en el fondo de la vlvula puede llenarse dedepsitos impidiendo el cierre.

Vlvula de Globo: El disco situado en el extremo del husillo asienta sobre unaabertura circular. El flujo cambia de direccin cuando pasa por la vlvula. Buenapara producir estrangulamiento debido a la resistencia que presenta al flujo.Produce menor prdida de carga y turbulencia, es ms indicada para serviciocorrosivo y erosivo. No es recomendada para servicios de frecuente cierre y

apertura. El costo y la eficiencia en el estrangulamiento para vlvulas mayores a 6"son desfavorables.Vlvula de Retencin, oscilante o de bisagra:el flujo mantiene abierto el cierrea bisagra y el flujo en sentido opuesto la cierra. La del tipo basculante con el pivoteen el centro evita el golpe al cerrar. Se utilizan contrapesos externos, en los tiposstandard, para proveer una mayor sensibilidad para los cambios de sentido en elflujo. Se usa cuando sea necesario minimizar la prdida de carga. Es mejor paralquidos y para grandes tamaos. No aplicable para lneas sujetas a flujo pulsante.

Algunos tipos slo operan en posicin horizontal.

J UNTAS DE EXPANSIN: Plana: de papel tejido y goma. Hasta 250F. Estriada.No metlica: de amianto tejido. Buena para tuberas revestidas de vidrio o concaras muy rugosas.Hasta 300 o 400".Metlica: muy diversos metales. Satisfactoria para la mxima temperatura quepueda soportarla brida o la junta. Estriada.Estriada: metlica con surcos marcados en ambas caras. Requiere menor cargade compresin que la plana y se obtiene mayor eficiencia que con las planas enmuchos casos. Reemplaza a las planas en muchos usos. Muy fina.Laminada: amianto con encamisado metlico. Muy fina.


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DATOS DE LOS EQUIPOS:

AUDITORIO: 1 Equipo

LABORATORIO DE MATERIALES: 2 Equipos

LABORATORIO DE FLUIDOS: 2 Equipos

DATOS DE LA CALDERA:

Nomenclatura:


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CLCULOS:

Distribuidor de Vapor

Figura Representativa de Distribucin de Vapor

DISEO POR PRDIDAS DE CARGA

Asumir un valor para la presin de Riobamba = 10,4 psig; este valor ser sumadoa la presin de cada uno de los equipos, incluyendo la caldera para obtenerpresin absoluta.

Con la ayuda de las tablas de vapor, entrando con presiones interpolar paraencontrar los valores de volumen especfico y temperatura de saturacin para

cada equipo:

CAPACIDAD DE LA CALDERA

mv= 9800 lb/h

20% 11760 lb/h

Cap. Caldera= 340.86957 BHPAUDITORIO

3000

0,3779289 80 5,623594 90,5

135 3,3325

135,4 3,32318

136 3,3092

Caldera

Auditorio

Lab. Materiales

Lab. Fluidos


28/33

INGENIERIA MECANICA

SISTEMAS TERMICOS

90 4,8954 320,29

90,4 4,87504 0,3046248 320,602

91 4,8445 321,07

LAB. FLUIDOS

equipo3 2000 lb/h equipo4 3000 lb/h 0.2519526 kg/s 0.3779289 kg/s 120 psig 80 psig 8.435391 kg/cm^2 5.623594 kg/cm^2

130.4 psi

90.4 psi

) 130 3.4544 347.34 90 4.8954 320.29

130.4 3.44436 0.2152264 347.572 90.4 4.87504 0.3046248 320.602

131 3.4293 347.92 91 4.8445 321.07

LAB. MATERIALES

equipo1 1000 lb/h equipo2 800 lb/h

0.12597632 kg/s

0.1008 kg/s

115 psig

115 psig

8.08391639 kg/cm^2 8.0839

kg/cm^2 125.4 psi 125.4 psi

125 3.5858 344.35

125.4 3.57496 0.223387 344.594

126 3.5587 344.96


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INGENIERIA MECANICA

SISTEMAS TERMICOS

Luego determinamos la variacin de presin

Mediante un proceso iterativo, determinamos el valor del dimetro usando en unprincipio el valor de longitud sin prdidas por accesorios.Ejm: Auditorio

Con el dimetro calculado, determinar la longitud equivalente por accesorios yencontrar el dimetro real de la tubera:

longitud equivalente (m)ACCESORIOS CANTIDAD k(ft) long (ft) long (m)

codos 4 11 44 13.41463415Vlvula de compuerta 1 2.8 2.8 0.853658537uniones 9 0.53 4.77 1.454268293

vlvula check 2 27 54 16.46341463longitud

equivalente32.18597561

C LCULO DEL DI METRO

mv= 3000 lb/h

L = 75 m

L = 246 ft

k = 8.587E-08

p 5 psi terico

p 5.0210327 psi calculadoD = 2.63 in

D = 3 in


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INGENIERIA MECANICA

SISTEMAS TERMICOS

Si se reemplaza este valor en la ecuacin anterior se tendr entonces:

CLCULO DELDIMETRO

mv

= 3000 lb/hL = 107.18598 mL = 351.57 ft

k = 8.276E-08p = 5 psi tericop = 5.0023852 psi calculadoD = 2.806 inD = 3 in

Con la temperatura de saturacin a la presin de trabajo (psig), hallar el esfuerzoadmisible (S) con la ayuda de la Tabla 2-6


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INGENIERIA MECANICA

SISTEMAS TERMICOS

Para este ejemplo, con se determina un esfuerzo S= 9,0 ksi quecorresponde a un Acero al Carbono A53.

Luego encontramos el espesor de la pared de la tubera usando la frmulasiguiente:

Ejm:

Finalmente para determinar el nmero de cedula (Sch), utilizamos una tablareferente a tuberas tomado de las normas ASME Seccin VIII Divisin I, en la cualingresamos con el dimetro y espesor de la tubera (en pulgadas).

As tenemos:


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INGENIERIA MECANICA

SISTEMAS TERMICOS

Entonces la tubera a utilizar sera: Tubera 3in, (Lap Welded) A53, Sch 80

CALCULO DE LA DILATACIN TRMICA


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INGENIERIA MECANICA

CONCLUSIONES:

Se puede demostrar que el rea de energa es fundamental para unIngeniero Mecnico ya que nos ayuda a elaborar un buen diseo dedistribucin de vapor, clculos de perdidas por accesorios, instalacinde un cuarto de maquinas con sus principales accesorios de unacaldera.

Despus de encontrar los precios del costo de la obra se puede darcuenta que es muy beneficioso para el contratista ya que un proyectobien elaborado puede dejar grandes ganancias econmicas.

BIBLIOGRAFIA:

Tesis de Grado de Antonio Ortiz Tulcn ESPOL 2003.

La llave SA. Catlogo de Productos Donlee TechnologiesFeedwaler Systems

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