903 HM120 P09 Gud 069
903 HM120 P09 Gud 069
903 HM120 P09 Gud 069
PROCESOS 903-HM120-P09-GUD-069
Rev. 0
GUÍA PARA LOS CÁLCULOS DE PÉRDIDA DE PRESIÓN
Índice
Página
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................ 8
2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 8
3. USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA .................................................. 8
4. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA ................................................................ 9
5. INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA ........................................... 9
6. ACRÓNIMOS Y SIGLAS .................................................................................. 11
7. LECCIONES APRENDIDAS ............................................................................ 11
8. DEFINICIONES GENERALES ......................................................................... 12
9. MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................................ 21
10. INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE LOS CÁLCULOS DE PÉRDIDA DE
PRESIÓN ......................................................................................................... 22
10.1. Aplicación de los Cálculos ................................................................................ 22
10.2. Prioridad en los Cálculos .................................................................................. 22
10.3. Sistemas Dimensionados por Otras Disciplinas o los Fabricantes ................... 23
10.4. Esquema General para la Realización de los Cálculos .................................... 24
10.5. Información Requerida para los Cálculos ......................................................... 25
10.6. Bibliografía Especializada ................................................................................ 26
11. TEORÍA DEL FLUJO EN LAS LÍNEAS ............................................................ 28
11.1. Propiedades Físicas de los Fluidos .................................................................. 28
11.1.1. Densidad .......................................................................................................... 28
11.1.2. Factor de Compresibilidad ................................................................................ 29
11.1.3. Gravedad Específica ........................................................................................ 30
11.1.4. Viscosidad ........................................................................................................ 31
11.1.5. Presión de Vapor .............................................................................................. 34
11.1.6. Relación de los Calores Específicos ................................................................ 39
11.2. Velocidad del Fluido, Erosional, Sónica y No. de Mach ................................... 39
11.3. Número de Reynolds y Tipos de Flujo.............................................................. 42
11.4. Rugosidad Absoluta ......................................................................................... 43
11.5. Fricción del Fluido en la Línea .......................................................................... 44
11.6. Presión Estática................................................................................................ 48
11.7. Flujo Bifásico y Multifásico ............................................................................... 49
11.8. Efecto de las Propiedades del Fluido y Otras Variables en la Pérdida de
Presión ............................................................................................................. 49
12. USO DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO .......................................................... 49
13. ELEMENTOS CON PÉRDIDA DE PRESIÓN .................................................. 54
13.1. Líneas............................................................................................................... 55
LISTA DE SÍMBOLOS
LISTA DE SÍMBOLOS
LISTA DE SÍMBOLOS
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
4. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA
Ingeniería (HM010)
903-HM010-A90-TEC-003 Equivalencia de Términos entre Centros de
Ejecución
903-P3000-A20-ADM-917 Procedimiento para la Identificación, Registro y
Aplicación de Lecciones Aprendidas
Gestión de la Calidad (HM060)
903-HM060-G09-ADM-914 Elaboración y Actualización de Instrucciones de
Trabajo
Procesos (HM120)
903-P3100-P09-ADM-901 Bases de Diseño
6. ACRÓNIMOS Y SIGLAS
7. LECCIONES APRENDIDAS
8. DEFINICIONES GENERALES
⎛ Δp ⎞⎛ ρ ⎞
CV = Q ⎜⎜ Cv ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ Ec. 1
⎝ Δp ⎠⎝ ρ w ⎠
Donde:
ΔpCv = 1 psi.
Basado en lo anterior:
⎛ psi ⎞⎛ lb/ft 3 ⎞
CV = USgpm ⎜⎜ ⎟⎟⎜⎜ ⎟
3 ⎟ Ec. 2
⎝ psi ⎠⎝ lb/ft ⎠
Las designaciones “S” para estándar y “N” para normal son de uso común en la
industria. Ejemplos: SCF (Sft3), pie cúbico estándar; Nm3, metro cúbico normal.
Fase líquida de hidrocarburo con compuestos más pesados que los contenidos
en el condensado de gas.
Los valores recomendados de No. de cédula son 40, 80, 160; consulte el
INEDON “Instructivo de Especificaciones de Materiales de Tuberías”, No.
903-P3060-T05-GUD-X02. También existen otros espesores de pared que
ASME B36.19 adoptó del API 5L [4].
Durmientes (Sleepers)
Estructura que sirve de base para las líneas a nivel del suelo. La altura es de
30 cm como regla general.
Durmiente
Figura 1. Durmientes.
⎛ ∂T ⎞
μJ = ⎜ ⎟ Ec. 1
⎝ ∂P ⎠ h
Isoterma 1
Presión
Isoterma 2
Entalpía
Fluido 1 Fluido 2
Herramienta
Inhibidor de corrosión
Equipo para la disposición segura de los gases de desecho por medio de una
combustión. En un mechurrio elevado, la combustión tiene lugar en el tope (tip)
de una línea o estaca. Un mechurrio de piso o de suelo es similar, pero la
combustión ocurre a un nivel cercano al suelo. Una fosa de quemado es usada
para quema de líquidos. Consulte también el INEDON “Guía para el Diseño de
los Equipos Finales de Alivio y Venteo”, N° 903-P3100-P09-GUD-046.
Estructura con uno o varios niveles elevados donde las líneas, equipos y
plataformas son soportados (Figura 6). Las elevaciones y cantidad de niveles
varían según los requerimientos de cada Proyecto.
Puente de
tuberías
Término usado en este INEDON para los sistemas con presión de operación
cercana a la atmosférica. Ejemplos:
9. MEMORIA DE CÁLCULO
E) Use porcentajes: estos muestran la diferencia entre dos medidas con más
claridad que un valor absoluto. Ejemplo: la presión calculada es 2 psi
mayor, ¿con respecto a qué?
Orificios de Restricción
Bombas, Compresores,
Expansores y otros equipos
A) Las bases y los criterios de diseño pueden ser obtenidos de las siguientes
fuentes:
Los fluidos poseen ciertas características por medio de las cuales se puede
describir su condición física; esas características son denominadas
propiedades del fluido. Resolver cualquier problema de pérdida de presión
implica conocer esas propiedades.
11.1.1. Densidad
PV = RT Ec. 2
R
R= 0 Ec. 3
M
P
ρ= Ec. 4
R ⋅T
P ⋅V = z ⋅ n ⋅ R ⋅ T Ec. 5
P ⋅V
z= Ec. 6
n ⋅ R ⋅T
Ec. 7 ρ factor P T
P ⋅ MG kg/m3 12,028 bara K = 273,15 + °C
ρ = factor ⋅
z ⋅T lb/ft3 0,0933 psia °R = 459,67 + °F
A) Líquidos
ρ @ 60°F
SG60 / 60 = = SG(agua) = 1 Ec. 9
ρH O @ 60°F
2
• Las escalas Baumé con 2 tipos: uno para líquidos más densos que el
agua y otro para líquidos más ligeros que el agua.
141,5
SG 60 / 60 = Ec. 10
131,5 + grados API
141,5
grados API = − 131,5 Ec. 11
SG 60 / 60
140
SG 60 / 60 = Ec. 12
130 + grados Baumé
140
grados Baumé = − 130 Ec. 13
SG 60 / 60
145
SG60 / 60 = Ec. 14
145 + grados Baumé
145
grados Baumé = 145 − Ec. 15
SG 60 / 60
B) Gases
M GAS
SGG = = SG (aire) = 1 Ec. 16
M AIRE
11.1.4. Viscosidad
μ
ν= Ec. 17
ρ
La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las
capas adyacentes de fluido determina su viscosidad. Para gases y líquidos
simples (bajo peso molecular), la viscosidad es constante cuando se fijan la
presión estática y la temperatura. Los materiales de este tipo se denominan
newtonianos. Si la viscosidad de un fluido es una función del esfuerzo cortante,
equivalente a la razón de corte, además de la temperatura y la presión, el fluido
se denomina no newtoniano. Los fluidos no newtonianos se dividen
generalmente en tres clases:
1000 cP
250 cP
100 cP
Flujo
Newtoniano
No newtoniano
Viscosidad dinámica
Crudo pesado
Agua
Temperatura
Curva de punto
de burbuja
Temperatura
Figura 11. Diagramas P-T para un componente puro y para una mezcla
multicomponente.
La presión de vapor para los cálculos de NPSHA (Figura 12) puede ser
obtenida de:
Presión de vapor =
presión de operación del plato de la columna
2
El factor cinético en la conexión de succión de las bombas es solo considerado en el
programa “Cálculos Hidráulicos 2004”. Consulte el manual del usuario para más información.
q
v= Ec. 20
A
B) Velocidad erosional
C
vero = Ec. 22
ρ
v ≤ vero Ec. 23
⎛ ∂P ⎞
c = ⎜⎜ ⎟⎟ Ec. 24
⎝ ∂ρ ⎠ S
⎛ ∂P ⎞ k ⋅ R ⋅T
⎜⎜ ⎟⎟ = Ec. 25
⎝ ∂ρ ⎠ S MG
k ⋅ R ⋅T
c= Ec. 26
MG
La Ec. 26 es corregida con el factor de compresibilidad para gases reales:
z ⋅ k ⋅ R ⋅T
c= Ec. 27
MG
v
MACH = Ec. 28
c
MACH y por consiguiente la velocidad sónica son usados para definir los
criterios de velocidad de gas o flujo bifásico (gas-líquido).
Equivale a la
velocidad sónica
Solo gas
Bifásico
Solo líquido
El flujo laminar (Re < 2000) genera un fluido con una velocidad que tiene un
perfil parabólico, la máxima velocidad se ubica en el eje concéntrico de la línea
y la mínima en las cercanías de las paredes (Figura 20).
Figura 20. Tipos de flujo y sus límites en función del Número de Reynolds.
Un flujo turbulento es aquél que se alcanza a Re mayor que el crítico (> 4000).
En este tipo de flujo existe un movimiento irregular de las partículas en
dirección radial, por lo que la distribución de la velocidad es más uniforme en la
sección de línea que en el flujo laminar (Figura 20). Sin embargo aún con un
movimiento turbulento existe, cerca de las paredes de la línea, una porción del
fluido que sigue un patrón laminar llamada “capa límite”.
El flujo en las líneas siempre va acompañado del roce entre las partículas del
fluido y con las paredes del conducto, trayendo como consecuencia la pérdida
de energía, que se traduce en una pérdida de presión en dirección del flujo,
esto se conoce como pérdidas por fricción.
Existe una distinción real entre la pérdida de presión y la perdida por fricción.
La pérdida de presión representa una conversión de energía de presión en
cualquier otra forma de energía, mientras que la pérdida por fricción representa
una pérdida neta de la energía de trabajo total disponible que caracteriza al
fluido.
L v2
hL = f ⋅ ⋅ Ec. 30
Din 2 ⋅ g
Para flujo laminar (Re < 2000), el factor de fricción depende únicamente del
Reynolds y se calcula con la ecuación:
64
f = Ec. 31
Re
En flujo turbulento (Re > 4000), el factor de fricción depende del número de
Reynolds y de la rugosidad relativa es decir, la rugosidad de las paredes de la
línea relacionada con el diámetro interno de la misma (ε/ Din), por lo tanto:
f = f (Re, ε/Din)
−2
⎧ ⎡ ε / d 5,02 ⎛ ε / d 14,5 ⎞ ⎤ ⎫
f = ⎨− 2 ⋅ log ⎢ − ⋅ log ⎜ + ⎟⎥ ⎬ Ec. 32
⎩ ⎣ 3 ,7 Re ⎝ 3 ,7 Re ⎠⎦ ⎭
Zona de completa
turbulencia
f = 64/Re
Factor de fricción, f
Zona
laminar
Zona
critica
Zona de
transición
No. de Reynolds, Re
0.055 5.0
4.5
ΔPf
Factor de fricción de Darcy
0.050 4.0
fricción [psi]
0.045 3.0
f 2.5
0.040 2.0
1.5
0.035 1.0
0.5
0.030 0.0
1000 2000 3000 4000 5000 6000
No. de Reynolds
ΔPh = ρ ⋅ g ⋅ Δh Ec. 33
El ΔPh es representativo en los líquidos, los cuales tienen una densidad alta. En
fluidos de varias fases, el valor de ΔPh depende del contenido de líquido.
Mientras que para los gases, el valor es despreciable, con la excepción de
gases a muy alta presión.
11.8. Efecto de las Propiedades del Fluido y Otras Variables en la Pérdida de Presión
2) Revise que las variables calculadas son menores o están dentro del rango
del criterio de diseño.
Cuadro 11. Efecto de las propiedades del fluido y otras variables en el ΔP.
Variable v vero Re f Δ Pf Δ Ph
Ï Ï = Ï Ð(1) Ï(1) =
q (1) (1)
Ð Ð = Ð Ï Ð =
Ï Ð = Ð Ï Ð =
Din
Ð Ï = Ï Ð Ï =
(2) (2)
Ï = =
L (3) (3)
Ð = =
Ï Ð Ð Ð Ï Ð Ï
ρ
Ð Ï Ï Ï Ð Ï Ð
Ï = = Ð Ï Ï =
μ
Ð = = Ï Ð Ð =
Ï = = = = = Ï
Δh
Ð = = = = = Ð
Ï = = = Ï Ï =
ε
Ð = = = Ð Ð =
(4)
Ï =
P (5)
Ð =
(6)
Ï
T (7)
Ð
Leyenda:
Ï Aumento de la variable. Ð Disminución de la variable. = La variable permanece igual o no
es afectada.
Notas:
(1)
El efecto de la velocidad es mayor en el ΔPfricción (v2) que en el Re (v).
(2)
En un sistema de gas, el efecto es similar a una disminución de la densidad debido al
mayor ΔP por unidad de longitud.
(3)
En un sistema de gas, el efecto es similar a un aumento de la densidad debido al menor
ΔP por unidad de longitud.
(4)
En un sistema de gas, el efecto del aumento de presión es similar a la disminución de la
densidad.
(5)
En un sistema de gas, el efecto de la disminución de la presión es similar al aumento de
la densidad.
(6)
El aumento de la temperatura tiene un efecto similar a la disminución de la densidad y la
viscosidad.
(7)
La disminución de la temperatura tiene un efecto similar al aumento de la densidad y la
viscosidad.
Pérdida de presión
permitida. Ej. ΔP/100 ft
Evita el gasto excesivo de energía en
equipos: bombas, compresores, etc.
Límites de Velocidad máxima
Diseño permitida, v ≤ vmax
Existen casos, en los cuales se tiene cuidado para evitar un sobre diseño,
debido a que el valor calculado tiene pocos decimales por encima del criterio,
por ejemplo, la revisión de una instalación existente. A continuación, un par de
ejemplos sobre la consideración del uso de los criterios:
La velocidad calculada es
un valor medio del
gradiente de velocidad
A) Consulte las especificaciones del Cliente para conocer sus criterios de diseño.
En las líneas existen accesorios que facilitan el manejo del fluido. Cada uno
afecta de manera diferente el ΔP. Las pérdidas por fricción pueden ser
calculadas para los accesorios de las siguientes maneras:
L v2
hL = f ⋅ ⋅ Ec. 30
Din 2 ⋅ g
L
K= f⋅ Ec. 36
D
Por consiguiente:
v2
hL = K ⋅ Ec. 37
2⋅ g
13.1. Líneas
• Rugosidad.
• Propiedades térmicas.
A) Plano de planta (plot plan) general (Figura 26): representa una vista desde
arriba de las instalaciones. La escala del plano es indicada, generalmente,
en el cajetín de revisión. Véase el Anexo 4 para información adicional de
la estimación de longitud con el plano de planta.
Las escalas del tipo “1:500” son relativas al formato de emisión del
plano cuando es impreso. Si el formato de emisión A1, la escala
1:500 no es válida para otros tamaños (Figura 27). Revise siempre
la escala del plano con una conocida, por ejemplo, el tamaño de un
equipo, tanque o la distancia entre los pórticos del puente de las
líneas.
5910 mm
14010 mm
Figura 29
Instrumento
Leyenda
NOZ: boquilla
CL: línea central
EL: elevación
N: coordenada norte
E: coordenada este
BOP: parte inferior de la
línea (bottom of pipe)
F/F: unión de las bridas
Equipo (face to face)
No. de línea
BOP EL: elevación de la parte
inferior de la línea (bottom of
pipe)
Plano de continuación
Lista de
1
materiales
Información
de la línea
2
4
?
Instrumento
Distancia,
aquí en mm
Válvula de No. de
control línea
Conexión para
instrumento
h2 h3
h4
Simplificación de
la diferencia de
altura
h1
Pared de la línea
PIPE
CPIPSC72 PIP 1/2” – 2” PIPE, SCH XS, PE, CS, SMLS, A106-8 ANSI B 36.10
CPIPSF51 PIP 3” – 24” PIPE, SCH STD, BE, CS, SMLS, API 5L-B ANSI B 36.10
CPIPWF*1 PIP 30” PIPE, SCH CALC, BE, CS, WELDED, API 5L-B ANSI B 36.10
Cuadro 16. Códigos ASME para el cálculo del espesor de pared de las líneas.
Entidad y No.
Título Aplicación
de código (1)
Todo tipo de fluido
(2)
ASME B31.3 Process Piping dentro las
instalaciones.
Pipeline Transportation Systems Transporte de líquido
ASME B31.4 for Liquid Hydrocarbon and Other fuera de las
Liquids instalaciones.
Transporte de gas
Gas Transmission and
ASME B31.8 fuera de las
Distribution Systems
instalaciones.
Notas:
(1)
Los códigos están disponibles en el Sistema de Normas Internacionales de inelectra.
(2)
El Departamento de Diseño Mecánico dispone de una herramienta para cálculo de
espesor según el ASME B31.3 en su página de intranet.
Los pasos para determinar el diámetro interno son los siguientes (Figura 38):
3”-RV-60005-1ACD-N
13.1.4. Rugosidad
Las propiedades térmicas son una función del material de la línea y requeridas
para los cálculos de transferencia de calor hacia/desde el medio circundante:
aire, agua o suelo. La Sección 15.9 contiene el uso de los programas de
simulación en cuanto a la transferencia de calor.
Accesorios:
- Una boquilla de salida de equipo.
- Dos codos de 90°.
- Una “T” de flujo cruzado
- Dos válvulas de bloqueo, el DTI muestra el tipo.
- Un filtro.
- Una reducción con un NPS menor que la línea.
Las válvulas manuales sirven para bloquear (o cortar) y/o controlar el flujo. El
Cuadro 18 muestra los tipos más comunes en la industria petrolera y
petroquímica. El tipo de válvula que aplica para el cálculo de ΔP se obtiene del
DTI, consulte también el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas
de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025.
Las válvulas de retención de flujo (check, Figura 42) evitan el flujo reverso en
ubicaciones donde no es deseado; el ejemplo más común es la descarga de las
bombas. El Cuadro 19 muestra los tipos más comunes en la industria petrolera
y petroquímica; pero se puede observar que existe el mismo símbolo en el DTI
para diferentes tipos de válvulas. En estos casos se puede consultar la
especificación de materiales, aunque pueden existir diferentes tipos para un
mismo diámetro de línea (Cuadro 20); las fuentes más apropiadas con el
isométrico (Figura 43) o el personal de la Disciplina de Diseño Mecánico.
Compuerta 8
Bola o esférica 3
Mariposa (C) 45
Tapón 18
Nota:
(1)
El L/D de 340 es asumido de un válvula de globo.
“K multiplier” es el L/D.
Sentido de flujo Î
Estándar 135
Tipo wafer 45
Levantada 600
De tope 400
Cuadro 20. Sección de una clase de línea donde se resalta los tipos de válvula
de retención disponibles para diferentes diámetros de líneas.
INELECTRA PIPING MATERIAL SPECIFICATION CLASS
SERVICE: GENERAL PROCESS TEMP. LIMITS: 400 °C / 750 °F 1ACD
VALVES
Lista de materiales
Los cambios de dirección de flujo son los “codos” y las “T”. Las geometrías más
usadas son mostradas en el Cuadro 21.
D
Codo de 90°, radio largo
14
R/D = 1,5
R
D
Codo de 45°, radio largo
8
R/D = 1,5
R
T de flujo recto 20
T de flujo cruzado 60
Los codos de radio largo (R/D = 1,5) son los más usados en la industria para los
accesorios soldados. Sin embargo, algunos programas también disponen de
codos estándar con un L/D mayor, Figura 46 y Figura 47.
Los codos son los únicos accesorios que no se pueden determinar con
el DTI, es indispensable conocer la ruta de la línea.
Los valores de L/D mostrados en el Cuadro 21 para las “T” son los disponibles
en la mayoría de la literatura especializada; pero aplican para “T” de 90° y con
diámetros iguales en todos los extremos. El uso de esos valores de L/D puede
ser conservador en sistemas de baja presión o baja pérdida de presión. La
Figura 49 muestra un ejemplo con usos recomendados de las “T”:
4 Añadir una “T” para una diferencia de diámetros de 16” y 24” es aceptable.
1 2 PI 3 4 5
No requiere
3/4” una “T” 8” 16” 24”
Figura 50: el arreglo tipo “Z” requiere menos codos y espacio que el arreglo
simétrico, por tal motivo es más económico; pero los tramos necesitan un ΔP
equivalente para permitir una distribución de flujo equilibrada.
1 2 3
3 2 1
x ΔP equivalentes
Figura 50. Arreglo tipo “Z” para distribución de flujo hacia enfriadores con aire.
Figura 51: el arreglo simétrico requiere más accesorios y espacio que el tipo
“Z”, por consiguiente es menos preferido para construcción.
Figura 51. Arreglo simétrico para distribución de flujo hacia enfriadores con aire.
Figura 52. Combinación del arreglo tipo “Z” y simétrico para distribución de flujo
hacia enfriadores con aire.
1) La relación del flujo del brazo (Ga) y del flujo total (Gz).
2) La división (Figura 53) y adición de flujo (Figura 54); en este último caso,
el valor de K es negativo cuando el flujo Ga es pequeño, lo que indica un
efecto de vacío.
Si bien todos los equipos tienen boquillas, las mismas no son requeridas para
el cálculo de ΔP en ciertos equipos, los cuales consideran en su diseño el ΔP
generado por esos accesorios. El Cuadro 23 muestra las excepciones.
• Bombas.
• Compresores, sopladores y expansores.
No
• Intercambiadores de calor.
• Mezcladores estáticos y dinámicos.
v22
ΔPf = ρ ⋅ K ⋅ Ec. 39
2⋅ g
ΔPv =
ρ
2⋅ g
(
⋅ v12 − v22 ) Ec. 40
A1 d1 θ d2 A2
θ = 180° 30°
4” x 2”
Figura 58. Sección del ASME B16.9 [6] con las dimensiones para los cambios
de diámetro.
10” × 2” 10 x 4 + 4 x 2
K(10 × 4) = 16,4 θ = 48° K(10 × 4) = 8,6
θ = 180°
θ = 180° K(10 × 2) = 300 K(4 × 2) = 6 θ = 30° K(4 × 2) = 1,9
K(total) = 22,4 K(total) = 10,5
q q 0,1m3 /s
• v1 = = = = 5,7 m/s
A 0,25 ⋅ π ⋅ d 2 0,25 ⋅ π ⋅ (0,15 m)2
q q 0,1m 3 /s
• v2 = = = = 3,2 m/s
A 0,25 ⋅ π ⋅ d 2 0,25 ⋅ π ⋅ (0,2 m) 2
v22 (3,2)2
• ΔPf = ρ ⋅ K ⋅ = 999 kg/m3 ⋅ 0,602 ⋅ = 311Pa
2⋅ g 2 ⋅ 9,81m/s 2
• ΔPv =
ρ
2⋅ g
⋅ (
v2 − v12
2
) =
999 kg/m3
2 ⋅ 9,81m/s 2
[ ]
⋅ (3,2 m/s )2 − (5,7 m/s )2 = −1115 Pa
Valor de K calculado
ΔPcinético excluido
para la expansión
13.7. Filtros
Esta sección solo considera los filtros como un accesorio (por ejemplo, en las
succiones de las bombas); pero no los filtros como equipos. El filtro es llamado
strainer en el programa “Cálculos Hidráulicos 2004” (Figura 46). El Cuadro 25
muestra los tipos más comunes. El L/D para los filtros cónicos, “T” e “Y” es de
referencia, debido a que el ΔP depende del elemento filtrante (por ejemplo, una
malla); para los filtros tipo cesta se puede requerir un ΔP calculado por el
fabricante.
Cónicoa 250
T 250
Y 250
Cesta Consultar
Filtrob, c + check
75
de bisagra
Filtrob, c + check
420
de salto
Notas:
a
También llamado sombrero de bruja (Venezuela).
b
Los filtros de pie son usados al comienzo de la succión de bombas superficiales
que succionan desde una fosa, véase la Figura 120.
c
Esta clase de filtro con válvula de retención integrada están disponible en la
ventana de válvulas de INPLANT™ y PIPEPHASE™, véase la Figura 44: foot
valve (poppet disc) y foot valve (hinged disc).
Tubo pitot ≈0
Masa térmica ≈0 FE
THERM
Ultrasónico N/A
Magnético N/A
M
Coriolis Consultar
C
Los orificios de restricción son parecidos a las placas de orificio para medición
de flujo; la Disciplina de Procesos solicita un flujo y su correspondiente ΔP en
una hoja de datos. Los usos típicos son:
Generalmente
el espesor es
delgado (thin)
Equivalente al K
Las válvulas de control son los elementos finales para el control de las
variables de procesos como flujo, temperatura, presión, composición, etc.
(Figura 63). El control es logrado por medio de la restricción del paso de flujo, lo
que origina un ΔP a través de la válvula en función de una señal de la variable
del proceso.
Control de flujo en
cascada con la señal
de temperatura
Control de flujo
en cascada con
la señal de nivel
Las ecuaciones del INEDON “Guía para los Datos de Procesos de las
Válvulas de Control y Dimensionamiento de los Desvíos”, N° 903-
HM120-P09-GUD-014, son una simplificación que es permitida para las
válvulas manuales. No son usadas para la verificación de válvulas
existentes.
Las válvulas de control pueden ser del tipo globo, mariposa, etc.; pero su
ΔP no se calcula con los valores de L/D de las válvulas manuales.
Porcentaje de apertura
ΔP de la válvula
Las válvulas de apertura y cierre (on/off) son generalmente del tipo bola
(esférica) y usadas en el sistema de parada de emergencia (emergency
shutdown system) o de despresurización. El L/D de estas válvulas corresponde
a las de tipo bola manuales (Sección 13.2), a excepción que el DTI indique otro
tipo de válvula.
Válvula de
abertura y cierre
Scandpower
Empresa Stoner Advantica PT A/S
IoMosaic Corp.
Transferencia de calor 9 9 9 9
Simulaciones en estado
no estacionario
99 b 99 b 99 b 9
Los programas con licencia física o en red disponen de servicio técnico por
parte de las empresas fabricantes, este servicio está incluido en el costo de la
licencia. El personal del Departamento de Procesos puede realizar consultas
desde ¿por qué no corre una simulación? hasta información técnica sobre los
modelos.
Todos los programas comerciales disponen de ejemplos para los sistemas más
comunes, los cuales pueden ser usados como base para otras simulaciones.
• Líquido.
• Gas.
• Redes.
15.3. Componentes
Curva de punto
de rocío
15.4. Viscosidad
Rango suministrado
por el usuario
Valor interpolado
Viscosidad
a)
Temperatura
Rango suministrado
por el usuario
Valor interpolado
Viscosidad
Valor real
Temperatura
Leyenda:
R Correlación recomendada por la aplicación.
X Correlación permitida, pero no recomendada por la aplicación.
Flujo conocido
1 variable fija
Presión calculada
1 variable libre Presión conocida
1 variable fija
Flujo calculado
1 variable libre
Flujo conocido
1 variable fija
Presión calculada
1 variable libre
A) Diseño de bomba:
Presiónde
Presión deoperación
operación
conocida
conocida
FE
ΔP fijo
PC
Presiónde
Presión deoperación
operación
conocida
conocida
Presión de entrada
(alivio) conocida
KO Drum
Presión
calculada
Figura 82. Ventana sobre los métodos de cálculo para redes en INPLANT™.
4
Archivo de ejemplo de PIPEPHASE™: EX11_GAS-LIFT-MANIFOLD (modificado).
A) Las redes con lazos (loops) pueden ser difíciles de converger debido a
que el programa de simulación tiene varias opciones para el sentido de
flujo (Figura 86), el cual es afectado por el ΔP entre el punto de entrada y
de salida.
¿?
¿?
¿?
¿?
¿?
Aislamiento térmico
(si existe)
Q
·
Recubrimiento Tfluido Tmedio circundante
contra corrosión
externa (si existe)
Pared de la línea
Fluido
Figura 90. Datos para los cálculos de transferencia de calor a través de los
materiales de la línea en INPLANT™.
En una planta de procesos, la mayoría de las líneas son aéreas, es decir están
en contacto con el aire. La Figura 91 muestra los datos requeridos para el aire
como medio circundante. La conductividad térmica, la viscosidad y la densidad
Figura 91. Datos para los cálculos de transferencia de calor hacia el aire
INPLANT™.
Figura 92. Datos para los cálculos de transferencia de calor hacia el agua
INPLANT™.
A) Las datos requeridos en la Figura 93, aplican para los cálculos en estado
estacionario de líneas enterradas.
Figura 93. Datos para los cálculos de transferencia de calor hacia el suelo
INPLANT™.
15.10. Separadores
15.11. Regulador
El elemento Regulador (Figura 97) permite definir una presión aguas abajo
(back pressure o downstream pressure regulator), aguas arriba (upstream
pressure regulator) o un flujo másico a través de el.
PC PC
El elemento DPDT (Figura 99) permite el definir una pérdida de presión (signo
negativo) o una ganancia (signo positivo) y una pérdida o ganancia de
temperatura en función del flujo. Es decir, el elemento DPDT se puede usar
como bomba, compresor o intercambiador de calor. Si el flujo de la simulación
está entre dos valores indicados por el usuario, el programa interpola.
15.13. Bombas
15.14. Compresores
Las opciones para los compresores son similares a las bombas; pero la
eficiencia es importante porque afecta la temperatura de descarga y las
propiedades del fluido.
Σ ΔPPIPE ≅ Σ LPIPE
¿ΔPPIPE? ≅ 100 ft
Flujo descendente:
cambio de elevación
positivo
Opción de deshabilitar el
punto de llegada (sink)
Opción de deshabilitar
un elemento (device)
Secciones
deshabilitadas
600,0 250,0
480,0 200,0
Flujo volumétrico estándar
360,0 150,0
Presión
240,0 100,0
120,0 50,0
4000 6000
0,000
0,000 70,00 140,0 210,0 280,0 310,0
Distancia [km]
DDB MEREY DDB MEREY DDB
Tiempo [s]
Figura 116. Cambio de presión en función del tiempo para un sistema con flujo
multifásico. Programa de simulación: OLGA® de Scandpower Petroleum
Technology AS.
HHLL
2
Patio de tanques
1
Área de procesos 1
3
Área de procesos
HHLL
Patio de tanques
1
2
2da. bomba
Bomba booster
A) Bombas en la superficie:
2 Como criterio general, todas las líneas de succión de las bombas de fosas
tienen al comienzo un filtro con válvula de retención integrada (Figura 120).
Consulte con la Disciplina de Diseño de Mecánico el tipo de filtro para
conocer el L/D o K, véase la Sección 13.7.
1
3
LLLL
2
Figura 120. Esquema de succión desde una fosa con una bomba de superficie.
B) Bombas sumergidas:
3a
4
a) b)
LLLL LLLL
3b
1 1
2 2
Figura 121. Esquemas de succión desde una fosa con una bomba a)
sumergida y b) vertical de succión sumergida.
El fluido frío pasa a través del intercambiador de calor y luego hacia el horno,
para llegar finalmente a la columna (Figura 122), en el arranque inicial no existe
Fluido frío
Fluido caliente
3 Producto fuera
2 de
especificación
Producto en
especificación
3
2
1 2 3
b) Diferencia de altura:
LC
LLLL
HHLL
FC
Deq = 4 ⋅ RH
Ec. 41
(solo para líneas circulares)
Área total
RH = (Figura 127) Ec. 42
Perímetro mojado
Perímetro mojado
2
2
3
5 3
4
7
6
Área 1 Área 2
Usuario 1 Usuario 3
Q = 50 gpm 1 Q = 75 gpm
P = 50 psig P = 40 psig
1
2
1 Usuario 5
Q = 10 gpm
P = 55 psig
3
Usuario 4
Usuario 2
Q = 45 gpm
Q = 50 gpm
P = 45 psig
P = 35 psig
Depurador de
succión
3
1
Compresor Tanque de
almacenamiento
PV-001B
2
PC
1
PV-001A
3 3
MIN MIN
1 Revise el límite del alcance del fabricante (Figura 133). Las opciones
pueden ser:
Tanque de tratamiento
1
2
Soplador
Difusores
3
Línea de
transferencia
B) Línea de desvío para control de temperatura (Figura 138), los flujos para
el diseño de la válvula de control (y su correspondiente desvío) son:
TC
17.15.1.Intercambiadores de Calor
4 Las boquillas del intercambiador pueden ser más grandes que la línea de
entada o de salida (Figura 139); para conseguir el ΔP solicitado en la hoja
de datos o cumplir con requerimientos de velocidad (ρ • v2). En estos
casos se evalúa el efecto de la reducción y/o la expansión en el sistema.
La optimización del diseño puede considerar el cambio del diámetro de la
línea o de las boquillas del intercambiador (con un ΔP más alto); es
importante la consideración de los costos y los tiempos de entrega en
conjunto con las Disciplinas de Diseño Mecánico e Ing. Mecánica.
7 El ΔP de los equipos existentes puede ser estimado con la Ec. 43. Las
consideraciones son: use unidades consistentes de presión y flujo
volumétrico actual; evalúe los flujos de entrada y salida para seleccionar el
ΔP más desfavorable.
2
⎛q ⎞
ΔP2 = ΔP1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ Ec. 43
⎝ q1 ⎠
Columna Intercambiador
tipo termosifón
LLLL
ΔP incluida
en el cálculo
2b
1
2c
KO Drum
Los límites de los equipos tipo paquete están definidos en las Bases de Diseño
o en el Alcance del Proyecto. Las opciones generales son (Figura 144):
1 Límite de entrada:
2 Límite de salida:
PK-001 PK-001
1 3 2
5
18. REFERENCIAS
Biblioteca de inelectra.
Intranet de Procesos.
[4] API SPEC 5L. Specification for Line Pipe. Forty-third Edition, March
2004.
[7] ASME B36.10M. Welded and Seamless Wrought Steel Pipe. 2004.
[11] Fisher Controls International LLC. Control Valve Handbook. Fourth Edition,
USA, 2005.
[12] Flow of Fluids Trough Valves, Fittings, and Pipe. Crane Co. 1988.
[14] Oluji’c, Ž. Compute Friction Factors Fast for Flow in Pipes. Chemical
Engineering, December 14, 1981.
Bombas:
Vista lateral
CL
Vista lateral
Línea de tangente
TL.EL.20800
Faldón (skirt) o
estructura elevada
POS.EL.10300
Fundación
Nivel del suelo (grade)
Separadores horizontales:
Tanques, esferas:
Vista lateral
POS.EL.10300
Nivel del suelo (grade)
Elevación de la estructura
del enfriador
Área de retención o
límite de la fosa donde
está el equipo
Vialidad
Dique
Paso vehicular a
través del dique
Edificio
1
2
2338,5 – 2332,5 = 6
En este plano de planta
8,13 mm ≅ 6 m
las distancias son en La línea sube al puente.
metros. Si los números
son grandes, quizá se
usen mm o pulgadas.
Bombas en evaluación.
Ejemplo: para la
verificación de la escala
con la distancia entre La línea baja del puente
los pórticos. a los durmientes.
2
1
Codo de 45°
Punto de llegada.
1 1
1 1
Tanque
Codo de 90°
Soporte
Tamaño de la conexión
Cambio de clase
Cambio de diámetro
Sentido de flujo
Cambios de diámetro.
En este ejemplo hay dos
Conexión de drenaje
Válvula de control
Sección para
desmantelamiento
Punto de empalme
Coordenadas del
punto de continuación
Conexiones de
instrumentos
Codo 45°
Algunos planos
muestran vistas laterales
Indicación de la elevación
del plano de planta en el
puente de tuberías
La línea continúa en un
plano con otra elevación
Equipo
Equipocon
conplataformas
plataformas
en diferentes elevaciones