MEMORIA DESCRIPTIVA Asufre

8/8/2019 MEMORIA DESCRIPTIVA Asufre

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Unidad de Recuperacin de Azufre .

Memoria Descriptiva

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1. Memoria descriptiva

1.1. Objeto del proyecto

El presente proyecto tiene como objeto el diseo de una unidad de recuperacin de azufre, dentro de unarefinera de petrleo, para evitar la emisin de dixido de azufre a la atmosfera; Haciendo los clculos de stress y

de dimensionamiento, junto a la suportacin de las tuberas y el conducto de humos de la unidad deincineradores.

1.2. Resumen de caractersticas

1.2.1 Titular

Repsol-YPF S.A., Refinera de Tarragona, domiciliada a efectos de notificacin en La Pobla de Mafumet(Tarragona), Apartado de correos 43140, tiene en explotacin en el polgono industrial el Morell s/n (La Poblade Mafumet) tres unidades de recuperacin de azufre, y una de incineradores.

1.2.2. Situacin de la instalacin

La instalacin objeto de este proyecto se emplaza dentro de la refinera de Repsol-YPF S.A., discurre desde launidad de Aminas NA hasta la unidad de Merox.

1.2.3. Presin nominal en bares.

La presin mxima de servicio en la unidad de azufre, es de 50 bares. La presin de servicio del conducto y delas tuberas analizadas es la atmosfrica.

1.2.4. Volumen en m3

El volumen de la instalacin ser 363286 m3

en el conjunto tuberas, conducto y chimenea.

1.2.5. Categora de la instalacin.

La instalacin de las tres unidades de azufre y la unidad de incineradores, es de Categora I.

1.2.6. Fabricante.

El fabricante e instalador de las tuberas y equipos es Contratos y Diseos Industriales, S.A., con el nmeroREIAP 08/0137500 e inscrita en la Direccin General de Consumo y Seguridad Industrial.

1.2.7. Tipo de fluido.

El fluido utilizado en la instalacin, es principalmente vapor de azufre, azufre liquido, vapor de agua, fuel gas,etc.

1.2.8. Presupuesto.

El presupuesto general de la planta de recuperacin de azufre se ha estima en unos 12 millones de euros.El presupuesto de la zona analizada en este proyecto se ha estimado en unos 750.000 euros.


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1.3 Actividad desarrollada por la empresa

La empresa Repsol-YPF S.A., Refinera Repsol Tarragona, se dedica a la destilacin de petrleo, con unacapacidad de destilacin de crudo de 9 millones de toneladas al ao. El emplazamiento del Complejo Industrialde Tarragona es idneo para cubrir las necesidades de productos combustibles del Noreste Peninsular.

1.4. Descripcin del proceso industrial

La Planta de Recuperacin de Azufre o Sulphur Block (NS) consta de tres unidades idnticas NS-4, NS-5, NS-6y una de incineradores, cuyo objeto es recuperar el azufre, que viene en forma de sulfuro de hidrgeno (SH 2), delas corrientes gaseosas procedentes de Aminas (NA), para evitar las emisiones de azufre en la atmsfera, cosaque va en contra de las regulaciones ambientales, ya que es el causante de la lluvia acida.

La planta ha sido diseada para producir 60 tn/d, como azufre elemental en estado liquido, con una recuperacindel azufre contenido en las corrientes de gases agrios, superior al 96%. Para el diseo de la misma se priorizaronlos conceptos de seguridad y confiabilidad operativas como tambin sobrecapacidad en consideracin a futurasampliaciones de los procesos.

1.4.1 Etapas del ProcesoA continuacin se enumeran las etapas del procesamiento de los gases agrios y obtencin del azufre, que sepueden observar en el siguiente diagrama de proceso.

Fig. 1. Diagrama de Proceso

(1)

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)


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1.4.1.1- Acondicionamiento de los gases de carga (1)

Por su naturaleza los gases de carga son tratados en forma diferente a fin de acondicionarlos para su ingreso a laseccin de reaccin:

- Los gases provenientes de las plantas de aguas agrias, ricos en SH2 y NH3, son despojados de la humedad quepudieran contener en un recipiente separador de agua.

- Los gases provenientes de las unidades de aminas son lavados en una torre para eliminar todo resto deamonaco mediante lavado con una corriente de agua desmineralizada y luego enviados a un separador dehumedad.

- Posteriormente los gases agrios de aminas, ya limpios, son precalentados para evitar de formacin de sales deamonio.

La mayor parte de los gases de aminas se mezclan con los gases de aguas cidas y pasan por el quemador delHorno Reactor, el resto de los gases de aminas ingresan directamente a la segunda zona del Horno.

Fig. 2. K.O. Drum aguas acidas.


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1.4.1.2 Conversin Trmica (2)

En esta etapa se producen dos reacciones qumicas, la primera implica una oxidacin parcial del gas cido,dando como productos dixido de azufre y Agua:

Esta reaccin ocurre en el quemador del horno con lo que slo un tercio del gas cido es oxidado con unacantidad estequiomtrica de aire, provisto por un Soplante, a una temperatura entre 900 y 1300 C, dependiendode las caractersticas de la carga y necesaria para asegurar la combustin de los hidrocarburos que pudieran estarpresentes y el amonaco para convertirlo a nitrgeno.

La segunda reaccin comprende la formacin de azufre y agua a partir de la combinacin de cido sulfhdrico ydixido de azufre previamente formado:

En esta etapa la conversin de azufre alcanza valores del 52% en peso respecto del ingresado en los gases decarga a la unidad.

Los gases efluentes del Horno Reactor pasan a una Caldera de Recuperacin de Calor produciendo vapor altapresin (35.5 Kg/cm2). El gas efluente, a 460 C, fluye al primer paso del Condensador para separar el azufrelquido generado en esta etapa.

Fig. 3. Caldera de recuperacin de calor


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1.4.1.3 Conversin Cataltica (3)

El aumento en la conversin de Azufre se consigue solamente por medios catalticos, siguiendo la reaccin:

En el transcurso de las tres etapas catalticas es necesario mantener relacin SH2 : SO2 en una proporcin de 2:1.Para comenzar esta reaccin se recalientan los gases y se los introduce en el primer lecho cataltico donde sellevar a cabo la reaccin. El azufre se extrae por condensacin a medida que los gases de la reaccin se enfranen un generador de vapor de baja presin.

Los gases remanentes repiten el ciclo dos veces a travs de lechos catalticos dispuestos en serie. La conversinlograda al finalizar la etapa cataltica es del 96 % en peso.

En el proceso de conversin cataltica se utilizan dos tipos de catalizadores, en el primer lecho cataltico unacombinacin de almina activada y oxido de titanio, y en los segundo y tercer lechos solo almina activada.

Fig. 4. Condensador de Azufre (Claus)


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1.4.1.4 Recepcin del azufre en Pileta (4)

La Pileta de Azufre Lquido tiene los siguientes objetivos:

a) Contener y almacenar el azufre lquido producido en cada uno de los cuatro pasos de condensacincon una capacidad de almacenamiento de 125 tn.

b) Producir el sello lquido entre la pileta y las cuatro lneas de descarga del condensador mediantesellos lquidos a fin de evitar fugas de gases de azufre.

c) Lograr una primera etapa de desgasificacin de gases de SH2 mediante un eyector que descarga a laetapa de oxidacin trmica.

Los sellos estn encamisados con vapor para evitar el congelamiento del azufre. Cada una de las lneas dedescarga tiene una boca de inspeccin en la pileta para verificar su normal funcionamiento.

Fig. 5. Tapa de la Pileta de Azufre (Pit)


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1.4.1.5 Desgasificacin del azufre y almacenamiento (5)

El azufre almacenado en la Pileta es enviado por bombas al tanque de almacenamiento, previo operacin dedesgasificacin.

Debido a que el azufre producido por los procesos trmicos y catalticos contiene entre 200- 300 ppm en peso de

SH2 y luego de la desgasificacin en la pileta, este valor se reduce a 50-100ppm. A efectos de producir unareduccin mayor de este valor para su almacenamiento y posterior descarga en camiones tanque, se realiza unadesgasificacin cataltica adicional que permite reducir el contenido de SH2 a 10 ppm o menos en el azufrelquido.

Fig. 6. Desgasificador de azufre

El azufre ahora desgasificado es almacenado en el tanque de Almacenamiento desde donde ser enviado a loscamiones cisternas de los clientes.

Fig. 7. Tanque de almacenamiento de azufre


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1.4.1.6 Oxidacin Trmica de Gases de Cola (6)

De las etapas anteriores se originan tres corrientes gaseosas, gases efluentes de las etapas de reaccin, losvapores de la Pileta de Azufre y los gases del Desgasificador de Azufre, que deben ser incinerados para eliminarremanentes residuales de sulfuro de hidrgeno (SH2) y de monxido de carbono (CO) a fin de convertirlos en

dixido de carbono (CO2) y dixido de azufre (SO2) para su emisin a la atmsfera.

El proceso utiliza un horno horizontal que combustiona gas natural y opera a unos 800 C para lograr elpropsito antes mencionado. Los gases efluentes de este proceso pasan a una Caldera de Recuperacin de GasesEfluentes que produce vapor de alta presin y reduce la temperatura de los gases a unos 300-340 C.

Posteriormente los efluentes gaseosos pasan un conducto de humos, donde se juntan los gases de las tresunidades, y despus se envan a la atmsfera a travs de de una chimenea de 80 metros de altura.

Fig. 8. Caldera de recuperacin gases efluentes

1.4.1.7. Recuperacin energtica: produccin de vapor (7)

Es de destacar que el procesamiento de gases agrios no solo se traduce en una disminucin de emisiones aantorcha sino tambin la reduccin del consumo energtico para el funcionamiento de la unidad y de la Refineramediante la generacin de vapor por la recuperacin del calor en las etapas de conversin del SH2.

Parte del vapor de alta presin se utiliza en los sistemas de calefaccin propios de la planta y el vapor restante seenva a la refinera para su uso.


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1.4.2. Calidad del Azufre generado por el proceso

El azufre obtenido por esta planta es muy apreciado por su alta pureza, las principales caractersticas son lassiguientes:

- Estado: liquido

- Color mbar, y amarillo brillante en estado slido

- Pureza superior a 997%

- Contenido de SH2 inferior a 10 ppm.

- Punto de fusin: 119 C

1.4.3. Transporte del Azufre

Como se ha explicado anteriormente el azufre se produce y mantiene en estado lquido, y es de esta forma comoes transportado a travs de camiones cisterna, equipados con sistemas de aislamiento y calefaccin.

Fig. 9. Cargadero de camiones


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1.4.4. Usos del azufre

El azufre obtenido en la Unidad de Recuperacin de azufre es comercializado con empresas del medio que loutilizan tanto para la elaboracin de subproductos como para su venta en forma de escamas slidas.

Los principales uso son:

- Elaboracin de anhdrido sulfuroso, metabisulfito de sodio, bisulfitos, cido sulfrico, cidosulfnico, etc. Destino: industria alimenticia, conservera, vitivincola, qumica, petrolera, papelera,farmacutica, etc.

- Como bactericida, antioxidante, blanqueador, fungicida, abono, etc. Destino: industrias azucarera,conservera, papelera, elaboracin de frutas secas, etc.

1.4.5. Conclusiones sobre el proceso en las unidades de recuperacin de azufre

Las unidades de recuperacin de azufre eliminan el sulfuro de hidrogeno (SH2) generando azufre liquido, yreduciendo drsticamente las emisin de dixido de azufre a la atmosfera, a travs de la chimenea de salida de

humos. A parte tambin generan azufre liquido que se puede exportar, o reutilizar en algunas partes de la planta;tambin genera vapor que se reutiliza dentro de la planta.

En las plantas que no disponen de ellas, todo el sulfuro de hidrogeno (SH2) de la planta, se envia directamente alquemador de antorcha de la refinera, de modo que al combustionar genera gran cantidad de dixido de azufre(SO2), que al mezclarse con el vapor de agua de las nubes, genera la lluvia acida.

Entonces, ya sea debido a que la legislacin del pas obliga a emitir un lmite muy bajo de dixido de azufre a laatmosfera, solo es obligatorio en algunos pases de la U.E., o por la poltica medioambiental de la empresa, larazn por la cual se construyen unidades y plantas de recuperacin de azufre en una refinera, es puramentemedioambiental, ya que el coste de fabricacin, mantenimiento y los beneficios que se obtienen en lareutilizacin del vapor y el azufre en la planta, junto con la exportacin del azufre liquido, desde el punto de

vista econmico no son rentables.

1.5. Tuberas

1.5.1. Introduccin a las tuberas

La denominacin "TUBERA" (pipe) identifica a una parte de los conductos tubulares usados en industria, quetienen en comn dos caractersticas fundamentales:

- Sus dimetros nominales en pulgadas no coinciden con los exteriores hasta 12" inclusive. De 14" enadelante el dimetro nominal coincide con el dimetro exterior.

- Sus espesores son clasificados en series (o schedules)

En cambio los "TUBOS" (tubes) se caracterizan por:

- Sus dimetros nominales COINCIDEN con los dimetros exteriores.

- Sus espesores se definen por un nmero de calibre o gage BWG (Birmingham Wire Gage).


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Para identificar una tubera, basta pedir, por ejemplo 2" Sch. 40. Significa una tubera de 60.3mm de dimetroexterior y 3.91mm de espesor.

Para identificar un tubo, basta pedir, por ejemplo 2" BWG 12. Significa un tubo de 50.8mm de dimetro exteriory 2.76mm de espesor.

Como se ve, son dos productos totalmente diferentes, aunque puedan ser usados para servicios idnticos.

Aparte de las diferencias en denominacin, dimensiones y materiales, las tuberas y los tubos se aplican parausos totalmente distintos.

Cuando la conduccin constituye en si misma un elemento estructural se debern utilizar tuberas, por suresistencia como tal. Del mismo modo, los dimetros de fabricacin de las tuberas son mucho ms amplios quela de los tubos que rara vez pasan las 6", siendo su uso ms difundido hasta 2".

Por otra parte, los requerimientos de fabricacin de los tubos son ms exigentes que los de las tuberas.

As, rara vez se usan tuberas para un intercambiador de calor, donde el sellado se efecta por mandrilado. El

calibrado de los tubos y un menor espesor uniforme garantiza un mejor intercambio trmico sin que aumenterpidamente el ensuciamiento del equipo.

1.5.2. Introduccin a las tuberas y al conducto a proyectar

Las tuberas que se van a disear y calcular en este proyecto, son unas tuberas de gas, que van de las calderas delos incineradores, a un conducto de humos rectangular que desemboca a una chimenea de 80m de altura, queexpulsa los humos a la atmosfera.El fluido que transporta, es un conjunto de humos residuales, que se le suele llamar de forma genrica, vapor deazufre, a presin atmosfrica y a una temperatura de operacin de 302C.

El diseo de las tres lneas y el conducto, no ser tarea fcil, ya que se tienen que tener en cuenta muchos

aspectos, y hacer un diseo conjunto de todo, junto con la chimenea, ya que el fluido debe salir a la atmosferapor tiro natural.

1.5.3. Materiales

Respecto al material escogido, para las tuberas y el conducto objeto de este proyecto, es importante destacar quese seguirn las recomendaciones del cdigo ASME B31.3, y de ASTM.

EI cdigo ASME B31.3 publica en la tabla K326.1, la relacin de materiales aplicables para este; se tratan entodos los casos de materiales metlicos frricos. Dentro de toda la relacin de metales de la tabla K326.1 elcdigo ASME B31.3 tan solo pone la restriccin, de que el material escogido este dentro de los limites de lamxima tensin admisible. Respecto a las dems consideraciones a la hora de la eleccin del material, el citado

cdigo deja libertad al proyectista.A continuacin se va a hablar sobre los diferentes tipos de materiales metlicos frricos de aplicacin entuberas, con el fin de ayudamos para la eleccin del material mas adecuado.

1.5.3.1. Tuberas de acero

- Tuberas sin soldadura. Fabricados a partir de acero en forma de palanquilla o tocho, fundido y a vecesforjado, estirado en caliente, por laminacin o mediante prensa de extrusin; el estirado en calientepuede ser seguido por un estirado en fro.


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- Tuberas soldadas. Se obtienen a partir de fleje laminado y curvado circular. La lnea de soldadurapuede ser longitudinal o helicoidal. La soldadura se efecta por fusin elctrica o con aportacin deelectrodo.

Aunque en la actualidad tienden a solaparse los campos de aplicacin de ambas clases de tubos, se ha venido

adoptando el criterio de utilizar tubos soldados para aplicaciones de responsabilidad menor (suministros de agua,aire comprimido, fuel1eo, gas1eo, engrases), y tubos sin soldadura, estirados en caliente o en fro, contratamientos y caractersticas especiales, para aplicaciones de gran responsabilidad (vapor de agua, mandos1eohidraulicos, calderas tubulares), dejando las aplicaciones de poca responsabilidad (bajantes de aguasresiduales, desages, drenajes) para tubos no metlicos, que suelen ser mas econmicos.

Fig. 10. Tuberas de acero

En algunas ocasiones, debido a las calidades existentes en el mercado ms prximo, tambin se utilizan tuberassin soldadura en casos de responsabilidad media.

Teniendo en cuenta su campo de empleo, se distinguen las siguientes categoras principales de tuberas:

- Tubera para conducciones (normalmente de responsabilidad media). Para conducir fluidos a presionesy temperaturas variables, pero no adecuada para ser sometida a aplicacin externa de calor.

- Tubera de calidad (para aplicaciones de gran responsabilidad). Dentro de esta denominacin seconsideran incluidas todas las tuberas para conducir fluidos a elevadas temperaturas o presiones, oambas a la vez,pudiendo someterse a aplicacin de calor.

- Tubera para aplicaciones estructurales y mecnicas. Los tubos para usos estructurales tienen unafunci6n resistente en diversos tipos de construcciones: puentes, naves industriales,postes, etc., as comoen maquinas varias, tales como gras. Adems forman parte de una amplia gama de objetos : muebles,andamiajes, etc., vehculos: automviles, motos, bicicletas. Es destacable su aplicacin como soportes

individuales de tubos de proceso o de servicio, o bien formando estructura con otros elementos paraservir de apoyo de una red de tuberas elevadas.

Existen diferentes posibilidades de adquisicin de los tubos, en relacin con las siguientes caractersticas:

- Longitud: Las longitudes comerciales de los tubos de acero suelen estar comprendidas entre 6 y 12mpero tambin se suministran en las longitudes estrictamente necesarias.


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- Espesor: Para un mismo dimetro, los tubos se suministran con varios espesores, que bsicamentecomprenden tres series: ligera, media y pesada (en la Norma ASTM se distinguen las series normal,extrapesada y doble extrapesada y distintos nmeros de cdigo (schedule), para aceros al carbono einoxidables).

- Extremos: Pueden ser, mas comnmente, biselados o lisos (para soldar), o roscados, aunque tambin

acanalados, abocardados, etc., segn el modo de acoplamiento previsto para los tubos.

- Recubrimientos: Segn su tratamiento superficial, la tubera se c1asifica en negra (sin recubrimiento) ygalvanizada (con recubrimiento protector de zinc). Tambin puede suministrarse con un recubrimientoprotector no metlico (cemento, asfalto, etc.).

Para la identificacin de los tubos son necesarios todos estos datos, adems de los referentes al material, normas,etc., es decir, los siguientes datos:

- Cantidad: Metros, peso o nmero de tubos.

- Clase: Sin soldadura o soldada.

- Especificacin: Norma ASTM, DIN, etc.

- Material: Tipo de acero y composicin qumica.

- Estado y tratamientos trmicos: Terminado en caliente, normalizado, recocido, bonificado,destensionado, etc.

- Dimensiones: Dimetro exterior y espesor, o bien dimetros exterior e interior, siendo conveniente fijarla dimensi6n ms importante. Es prctica habitual sustituir el dimetro exterior por el nominal, que essimplemente una indicacin de tamao, de tal forma que a cada dimetro nominal le corresponde unnico y definido dimetro exterior.

- Longitud: Largos normales, fijos o mltiples

- Extremos: Segn lo arriba indicado. Si son rascados, hay que expresarel tipo de rosca (normalizada).

- Acabado: Tipo de recubrimiento o indicacin de si los tubos deben pintarse o aceitarse.

- Aplicacin: Forma en que va a trabajar el tubo y uso al que se destinara , indicando la presi6n y latemperatura.

Las tuberas se someten en fbrica a pruebas y ensayos, que son diversos segn la aplicacin de la tubera y estnestablecidos porla norma concreta de suministro. En general,pueden ser varios de los siguientes:

- Ensayos destructivos: Traccin, dureza, resistencia, aplastado longitudinal, apestaado, aplastado desemitubo, abocardado, curvado, etc.

- Pruebas hidrulicas, neumticas.

- Control dimensional.

- Ensayos no destructivos: Control electromagntico,por ultrasonidos yporpartculas magnticas.


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Existen varios grupos de normas para tubos de acero: ASTM, DIN, NF-AENOR, B.S., etc.

Dentro de cada grupo, se escoge la norma especfica en funcin de la aplicacin. En Espaa se aplican en lamayora de casos las ASTM y DIN (por este orden) y la API para usospetrolferos,porlo cual se hace referenciaa las normas msusuales de estos grupos, indicando en general:

- Formas de obtencin de los tubos.

- Modalidades de suministro.

- Grados de calidad del acero (Rt = resistencia mnima a la traccin)

- Tratamientos trmicos.

- Gama de dimetros (DN = dimetro nominal; D = dimetro exterior; d = dimetro interior)

- Longitudes comerciales.

- Extremos requeridos: mecnicos, hidrulicos y no destructivos.

- Tolerancias.

- Aplicaciones principales

Por el grado del material que entra en su composicin, las tuberas de acero pueden ser de dos clases: al carbonoy aleadas.

Las primeras se caracterizan por su contenido en carbono, inferior al 0,7%, aunque ms corrientemente inferioral 0,4%, ypor incluir entre los elementos de aleacin nicamente manganeso (en porcentaje inferior al 0,90%) ysilicio (en porcentaje inferior al 0,50%).

Los aceros aleados para tuberas se subdividen a su vez en dos grupos: de baja aleacin e inoxidables.

Los aceros de baja aleacin tienen un contenido en carbono inferior al 0,50% y distintos elementos de aleacin,siendo los mas frecuentes: cromo, nquel, molibdeno, cobalto, vanadio, wolframio, adems de manganeso ysilicio, estos en cantidades que pueden ser mayores de las indicadas para aceros al carbono.

Los aceros inoxidables se caracterizan porque contienen cromo en porcentaje superior al 10%, siendo estacircunstancia la que da el carcter de inoxidable a un acero.

1.5.3.1.1 TUBERAS DE ACERO AL CARBONO.

Son los de mayor aplicacin en la industria. Pueden fabricarse en acero laminado o forjado.

- Ventajas:

- Gran resistencia al choque.- Pueden trabajar a presiones y temperaturas elevadas.- Poseen buenas caractersticas de resiliencia y tenacidad. Son mecanizables y soldables.


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ASTM A-135

- Conducciones de lquidos, gases y vapores. Temperatura mxima de trabajo 350C.

ASTM A-178

- Tuberas para calderas, tuberas de humos, extremos de seguridad. Temperatura mxima de trabajo453C.

ASTM A-214

- Tuberas para intercambiadores de calor y condensadores.- Tuberas para equipos de destilacin al vaci, condensadores de amonaco, evaporadores de mezclas deaceite, equipos de desasfaltados.

API 5L

- Transporte de gas, agua y petrleo, en las industrias del petrleo y del gas natural.- Conducciones de oxgeno gaseoso hasta presiones de 40 Kp/cm2 (conducciones de alta resistencia).

Aun existen mas normas de aplicacin menos frecuente como ASTM A-120, ASTM A-211, ASTM A-333,ASTM A.226, ASTM A-524, API SPEC 5 CT, etc.

1.5.3.1.2. TUBOS DE ACERO ALEADO

Segn los elementos y su porcentaje en la composicin del acero, se diferencian dos grupos de materiales: acerosinoxidables y aceros de baja aleacin, si bien la distincin entre ambos grupos en las normas es difcil deestablecer, por lo que seguidamente se tratarn en conjunto como aceros aleados.

EI cromo es el elemento que confiere a un acero su carcter de inoxidable, al crear una capa superficialprotectora, muy fina, de xido de cromo.

Frecuentemente se aaden, a parte del cromo, otros elementos: nquel, titanio, molibdeno, etc., que mejoran laresistencia a la corrosin del acero.

Los aceros inoxidables se pueden clasificar en tres grupos:

- Martensiticos. Elemento de aleacin principal: Cromo (12-14%). Son los de menor resistencia a lacorrosin, pero tienen una elevada resistencia mecnica.

- Ferriticos. Elemento de aleacin principal: Cromo (15-30%). De mayor resistencia a la corrosin que los

martensiticos y excelente comportamiento a la oxidacin a temperaturas elevadas, cuando el contenidoen cromo es superior al 25%. Sin embargo, su resistencia mecnica es relativamente baja, son bastanteblandos y comparativamente frgiles. Su soldadura es difcil.

- Austeniticos. Elementos de aleacin principales: Cromo (aprox. 16%) y nquel (aprox. 8%). Tienen unamayor resistencia a la corrosin y a ciertos cidos que los aceros de los grupos anteriores. Poseen lasmejores caractersticas a temperaturas elevadas, as como muy buena resistencia a la oxidacin.


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A continuacin se muestran aplicaciones varias de los tubos segn las distintas normas ASTM para acerosaleados.

ASTM A-199

- Tuberas para intercambiadores de calor, condensadores y equipos similares de transferencia de calor.

- Tuberas igualmente aplicables para temperaturas relativamente altas. Por ejemplo, la aleacin con2,25% Cr y 1 % Mo resiste hasta temperaturas de 575 C.

ASTM A-200

- Tuberas para el transporte de fluidos a elevadas temperaturas y presiones, en varios tipos derecalentadores.

- Alambiques para refineras.

ASTM A-209

- Tuberas para calderas y sobrecalentadotes.

ASTM A -213

- Tuberas de pared delgada para calderas, calentadores e intercambiadores de calor.

- Tuberas para la industria qumica (grados austenticos) hasta temperatura de unos 600C.

- Tuberas para productos alimenticios (grados austenticos sin molibdeno)

ASTM A-335

- Tuberas para hornos y tuberas de vapor recalentado.

ASTM A-423

- Tubos para piezas sometidas a presiones elevadas (por ejemplo, economizadores), en medioscorrosivos.

A parte de las anteriores, existen otras varias normas de aplicacin menos frecuente, pero muy empleadas enusos especficos. Por ejemplo, para centrales trmicas y nucleares cabe citar las Normas ASTM A-312, A-358,A-376, A-430 y A-451; para la industria qumica, las Normas ASTM A-249, A-269, A-271, A-358, A-409 y A-632; para la industria petroqumica, la ya citada ASTM A-312, etc.

Despus de tener en cuenta que las tuberas de acero aleado se usan principalmente para altas temperaturas yaltas presiones, y su elevado coste, no se va a emplear acero aleado para las tuberas y el conducto.


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1.5.3.1.3 TUBERAS DE FUNDICIN.

Pueden ser de fundicin gris o dctil, si bien la primera se emplea poco actualmente en tuberas.

Ventajas:

- Resistencia elevada al choque.

- Resistencia frente a los asentamientos del terreno.

- Capacidad para aguantar altas presiones, tanto interiores como exteriores.

- Amortiguan los golpes de ariete.

- Poco afectado por la corrosin del suelo, incluso en terrenos hmedos.

-La mayora de los terrenos no los atacan qumicamente.

-No se oxidan por las acciones del agua o de la atmosfera.

- Como consecuencia de las anteriores caractersticas, estas tuberas tienen larga duracin.

Inconvenientes:

- De precio caro, en relacin con tuberas de otros materiales no metlicos,para dimetros menores de140mm.

- Peso comparativamente mayor (por su espesor mnimo).

- Aparicin de incrustaciones interiores, en especial con aguas algo duras.- En canalizaciones de gran longitud, que atraviesan terrenos de distinta naturaleza, pueden producirsefen6menos electroqumicos: se evitan con juntas aislantes.

En general, los tubos pueden obtenerse en foso de colada o por centrifugaci6n, siendo estos ltimos de calidadsuperior. La fundicin dctil tiene mejores caractersticas mecnicas y mayor resistencia a los golpes que lafundici6n gris; por ella, esta ltima se aplica hoy da en tuberas para muy contadas aplicaciones.

- Canalizaciones de gas, enterradas o areas (gases combustibles, de altos homos, de gasgenos, defabricas de coque, de las industrias qumicas, aire comprimido, vapor recalentado, etc.).

- Transporte de lquidos varios (petrleo crudo y refinado, alquitrn,benzol, aceites industriales).

Despus de leer esto queda claro que nuestra tubera no ser de fundicin, ya que su elevado coste, y su pesoelevado las descartan, aunque cre conveniente comentar algo sobre las tuberas de fundicin, ya que el cdigode fabricaci6n que sigo, el ASME B31.3, contempla tambin la aplicaci6n de tuberas de fundicin.


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A continuacin se adjunta la tabla de propiedades mecnicas del material con sus diferentes grados API 5L.

API 5L GradoLmite elsticomin.(KSI)

Resistencia a latraccinmin.(KSI)

Ratio derendimiento detraccin(mx.)

Alargamientomin.% *

A 30 48 0,93 28

B 35 60 0,93 23

X42 42 60 0,93 23

X46 46 63 0,93 22

X52 52 66 0,93 21

X56 56 71 0,93 19

X60 60 75 0,93 19

X65 65 77 0,93 18

X70 70 82 0,93 17

X80 80 90 0,93 16Tabla 2. Propiedades mecnicas API 5L

1.5.4 Dimensiones de las tuberas

Las tuberas se denominan por su dimetro nominal, que en general se expresa en pulgadas. Es habitual designarlos distintos tipos de accesorios y bridas por su tamao nominal (dimetro) el cual es el mismo que el de lostubos con los que vayan a usarse.

Es un nmero redondo, til a efectos de referencia y de carcter aproximado respecto a las dimensiones, que es

comn a todos los componentes de un sistema de tuberas, que admite dos posibilidades:- NPS (nominal pipe size), que se expresa en pulgadas. Las normas ANSI B36.10 y ANSI B36.19tienen tabulados dimetros, desde 1/8" hasta 44", pero se llega hasta las 70".

- DN (tamao o dimetro nominal) que se expresa en mm. Las Normas DIN 2440, 2441 y 2448 tienenlistados los tamaos desde los 6mm (1/8), hasta los 1.100mm (44). Se ha aceptado internacionalmenteel smbolo DN para la designacin de un tamao que es comn a todos los componentes de un sistemade tuberas.

Este dimetro nominal, solo sirve para nombrar o denominar a la tubera, ya que como puede apreciarse encualquier tabla de caractersticas de las tuberas, hasta la tubera de DN 12", los dimetros exteriores son

mayores que el nominal. En dichas tablas podemos ver que tampoco coincide el dimetro interior con el tamaonominal; ya que este ultimo varia su dimensin en funcin del espesor del tubo.

Los tamaos que corresponden a los dimetros de 1/8", 1/4", 3/8" y 1/2" se utilizan solo en lneas deinstrumentacin o en conexiones a equipos, el dimetro 1/2" tambin se emplea en el traceado", llamadoacompaamiento de vapor, o "steam tracing".
http://209.85.227.132/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.woodcousa.com/lp_r_f.htm&prev=/translate_s%3Fhl%3Des%26q%3Dpropiedades%2Bapi%2B5l%2Bb%26tq%3Dproperties%2Bapi%2B5l%2Bb%26sl%3Des%26tl%3Den&rurl=translate.google.es&usg=ALkJrhjZf8f6IpAhtWqAk7VwzyMrNHkQGg#1http://209.85.227.132/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.woodcousa.com/lp_r_f.htm&prev=/translate_s%3Fhl%3Des%26q%3Dpropiedades%2Bapi%2B5l%2Bb%26tq%3Dproperties%2Bapi%2B5l%2Bb%26sl%3Des%26tl%3Den&rurl=translate.google.es&usg=ALkJrhjZf8f6IpAhtWqAk7VwzyMrNHkQGg#1


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Los dimetros de 1 1/4", 2 1/2", 3 1/2" y 5, deben evitarse en lo posible. An as, a veces son necesarios en laconexin a algn equipo. En este caso, una vez realizada la conexin, la tubera se incrementara a un dimetronominal de uso normal.

A partir del dimetro de 5", los dimetros correspondientes a los nmeros impares no se fabrican; por encima deldimetro de 24", tampoco todos los dimetros de nmeros pares son manufacturados.

La indicacin del dimetro, no es suficiente para definir el tipo de tubera, adems hay que indicar el espesor,porque el dimetro exterior permanece constante, variando el dimetro interior, como se aprecia en la figura 11.

Fig. 11. Seccin transversal de una tubera

Como se ve en la figura precedente, en las tuberas se presenta el termino "schedule", que en funcin deldimetro, determina el espesor de dichas tuberas, por ello, se adjunta la relacin de instituciones, que hanestablecido dimensiones para estos espesores.

- ANSI; que define nmeros de "schedule" o programas de fabricacin. Los espesores de pared definidospor nmeros de "schedule" para la fabricacin de tuberas de acero al carbono o aleado, son; 10, 20, 30,40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160. Las tuberas de acero inoxidable tienen espesores correspondientes a los"schedules" 5S, 10S, 40S y 80S.

- ASME; a travs de sus definiciones de "peso":

- Standard "STD" (standard weight).

- Extra fuerte "XS" (extra-strong).

- Doble extra fuerte "XXS" (double-extra-strong).

- ASTM; a travs de sus definiciones de "peso":

- Standard "STD" (standard weight).

- Extra pesado "XE" (extra-heavy).

- Doble extra pesado (double-extra-heavy)."XXE"


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Fig. 12. Ejemplo de diferentes tipos de Schedule de un mismo dimetro de tubera

Las tuberas de acero, se suministran habitualmente en longitudes de 6,0 m, en acero al carbono puede sersuministrada con un largo de hasta 12,0 m, en acero inoxidable se suministran a partir de tramos de 3,0 m delongitud.

Los extremos de las tuberas, sea cual sea el tipo de material, se fabrican en varios tipos, siendo los ms usualeslos tres siguientes:

- Extremos planos "PE" (plain ends); se emplea en lneas de hasta 4, realizadas mediante enchufe ysoldadura (SW) en las uniones o empalmes con accesorios.

Fig. 13. Tubera con extremos planos

- Extremos biselados "BE" (beveled ends); son utilizados en lneas de ms de 2, construidas mediantesoldadura a tope en las uniones tubera - tubera, picajes, empalmes, etc.

Fig. 14. Tubera con extremos biselados


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- Extremos roscados "T&C" (threaded and coupled); de uso en lneas de hasta 4, realizadas conaccesorios roscados utilizados en las uniones o empalmes (NPT, o tipo UN/C/F, o cilndrica).

Fig. 15. Tubera con extremos roscados

1.5.5. Mtodos de unin de tuberas y accesorios

Los diversos medios de unin sirven no slo para vincular secciones de tuberas entre si, sino tambin para

conectarlos con diversos accesorios, vlvulas y equipos.Los principales medios de unin son los siguientes:

- Conexiones roscadas (Screwed joints)

- Conexiones soldadas (Welded joints)

- Conexiones bridadas (Flanged joints)

- Conexiones de enchufe (Socket Welded joints).

Existen otros tipos de conexiones, entre ellas las del tipo Victaulic, juntas elsticas, de cierre rpido, etc.

Muchos factores inciden en la eleccin del tipo de unin: coste, operatividad, seguridad, presin y temperaturade trabajo, fluido contenido, dimetro de tubera, etc.

1.5.5.1. Uniones Roscadas

Son unos de los medios ms antiguos de conexin. Son de bajo costo y fcil ejecucin, pero su uso est limitadoa 4" (max) en general y se usan en instalaciones secundarias de baja presin, (condensado, aire, agua),domiciliarias (agua, gas) debido al peligro de prdidas y la baja resistencia mecnica de las mismas.

La norma ANSI B 31 exige que las roscas de las tuberas sean cnicas y recomienda que se efecten soldadurasde sello para tuberas que conduzcan fluidos inflamables, txicos y en otros donde se debe tener absolutaseguridad que no se produzcan filtraciones o prdidas.

Son las nicas usadas para tuberas galvanizadas, para evitar que la accin trmica de la soldadura pueda daarel revestimiento superficial de la tubera.Se usan tambin en acero al Carbono, baja aleacin, hierro fundido, plsticos, vidrio y porcelana, siemprelimitadas a 4".


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Para acero inoxidable y metales no ferrosos es muy raro el uso de roscas, debido a que son comunes losespesores finos en dichos materiales y la ejecucin de la rosca reduce en exceso el espesor de pared.

Los tramos rectos son unidos por medio de couples o uniones roscadas. Las roscas cnicas aseguran mejor elsellado entre las secciones unidas, pero para asegurarlo an mejor se coloca una banda de tefln.Antiguamente se usaban otros materiales, litargirio - glicerina, fibras vegetales, etc., pero en su mayor parte

dificultaban el desarme de las piezas y an contaminaban el fluido.

Hay 3 tipos o series de accesorios, para su utilizacin segn la presin de trabajo; estas son 2.000, 3.000 y 6.000PSI; (PSI = # = libras por pulgada2).

En las tuberas roscadas es recomendable no usar espesores menores que Sch. 80 por el debilitamiento de lapared que significa la rosca.

Existe una correspondencia entre la serie y el espesor mnimo de pared de la tubera:

Serie: Schedule o espesor:2.000 PSI ( 140 kg/cm2 ) 40 o Std. (80 si la rosca debilita la pared, no comn)

3.000 PSI ( 210 kg/cm2

) 80 o XS6.000 PSI ( 420 kg/cm2 ) XXS

La longitud de penetracin de la rosca, a efectos de dimensin de tubera, se puede apreciar en la tabla siguiente.

Tabla 3. Tubera con extremos biselados

1.5.5.1.1. ACCESORIOS PARA ROSCAR

Los accesorios que se emplean en la soldadura a enchufe, son los mismos que los accesorios para roscar, con ladiferencia que en estos los extremos estn roscados, normalmente suelen ser roscas hembras. En la siguientefigura se pueden ver los ms importantes. Respecto al schedule de estos, decir que debe de ser igual o superior aldel tubo, igual que en los otros casos.


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1.5.5.2.1. SOLDADURA A TOPE

Es la ms usada en la unin de tuberas de 2" o mayores enaceros de cualquier clase. Se aplica a toda la gama depresiones y temperaturas. Las tuberas y dems accesorios para soldadura a tope, deben tener sus extremos

preparados con biseles que dependen del espesor de lapared.

Fig. 17. Soldaduras a tope. Forma del bisel

Para lograr ms estanqueidad y especialmente para alta presin se usan chapas de respaldo que quedan incluidasen las soldaduras. Estos anillos tienen 1/8" de espesor y se usan en dimetros grandes (20" o mayores). VerASME B31.3 Fig 328.3.2.

Fig. 18. Anillos de soldadura


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1.5.5.2.1.1. ACCESORIOS PARA SOLDAR A TOPE

- Codos: La funcin de los codos es la de cambiar el sentido del flujo, y son de muy corriente aplicacin.Existen codos de 45, 90 y 180. La norma distingue dos tipos de codo, los de radio largo (1,5 veces eldimetro nominal) y los de radio corto (igual al dimetro nominal). Se suele emplear el codo de radiolargo ya que produce una menor perdida de carga, aunque en algunos casos debido al espacio se utiliza

el radio corto. El otro parmetro que define a un codo, a parte de su dimetro, es el Schedule, quesiempre es igual o superior al Schedule del tubo al que pertenece. En anexos se muestran unas tablas contodas las dimensiones de los diferentes codos que existen.

Fig. 19. Codos badweld

- Tes: La funcin principal de un te es la de obtener una derivacin perpendicular en una tubera, existendos tipos de tes, las que en la derivacin tienen el mismo dimetro que la tubera principal, y las que enla derivacin poseen un dimetro menor, estas son la llamadas tes de reduccin. Las tes se definen por sudimetro nominal y por su Schedule. En anexos se muestran unas tablas con todas las dimensiones de lasdiferentes tes que existen.

Fig. 20. Te badweld soldada a una brida


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- Injertos de derivacin: Existen dos tipos de injertos, en el primer tipo no se utiliza ningn tipo deaccesorio, en este se suelen hacer derivaciones a 90 o a 45 respecto de la tubera principal, el injertoconsiste en practicar un agujero a la tubera principal, para luego soldar el tubo que har la derivacindirectamente. Es una operacin muy compleja por lo cual para realizar este trabajo se necesitan operariosaltamente cualificados, en ocasiones al practicar el agujero la tubera queda muy debilitada por lo que se

debe de reforzar.

Fig. 21. Injerto a 90 simple.

Fig. 22. Injerto a 45 simple.


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Fig. 23. Injerto a 90 con refuerzo.

Fig. 24. Injerto 45 con refuerzo

El otro tipo de injerto es en el que si se utiliza un accesorio, para unir la derivacin con la tubera principal, eneste caso normalmente las derivaciones suelen ser de menor dimetro que la tubera principal existen diferentestipos: Los weldolets, se utilizan para hacer derivaciones perpendiculares, el extremo libre del cual puede serpreparado para soldadura a tope, o para soldadura a enchufe (sockolet), o roscado, en la fig. 27 se puede ver una

representacin de los diferentes weldolets.

Fig. 25


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Los accesorios para los injertos laterales son los llamados latrolets, se utilizan para hacer derivaciones a 45respecto de la tubera principal, al igual que los weldolets el extremo libre puede estar preparado para soldaduraa tope, o para soldadura a enchufe, o para roscado. Observar la siguiente figura aclarativa.

Fig. 26. Latrolets

El ultimo tipo es el elbolet, se utiliza para hacer derivaciones en codos de 90 de radio largo, tal y como muestrala figura 29. Al igual que los otros tipos en este tambin podemos encontrar las tres opciones diferentes en elextremo libre del mismo.

Fig. 27. Elbolets

En todos estos accesorios para injertos se debe utilizar el mismo Schedule de la tubera principal. En anexos semuestran unas tablas con todas las dimensiones de los accesorios aqu mostrados.

- Reducciones: Las reducciones son accesorios que se emplean para unir dos tubos de diferente tamao,existen dos tipos. Las reducciones concntricas (fig. 30), y las excntricas (fig. 31). Son de aplicacinrecomendada las reducciones concntricas ya que son bastante mas econmicas, y solo se recomienda eluso de reducciones excntricas en el caso de que lo requiera su suportacin debido a que con estas eltubo no varia su elevacin inferior, o tambin se emplean en el caso de tuberas horizontales en las quecirculan gases y pueden llevar algn tipo de condensado, de esta forma se evitan turbulencias en el flujo.Respecto al Schedule nunca puede ser inferir al de la tubera. En anexos podemos encontrar unas tablasdonde podemos ver sus dimensiones.


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1.5.5.2.2.1. ACCESORIOS PARA SOLDADURA A ENCHUFE.

- Manguitos de enchufe: Se utilizan para la unin de dos tubos. Ver fig.34.

Fig. 32

- Cruceta: se utiliza para unir cuatro tuberas. Ver fig. 35.

Fig. 33

- Tuerca de unin: Se utiliza para unir dos tuberas. Ver fig. 35.

Fig. 34


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Las caras de las bridas pueden se lisas (flat face), con Resalte (Raised Face), de anillo (Ring Joint Type) ymacho-hembra (Male & female).

Las juntas pueden ser de materiales, diversos como caucho, resinas revestidas en inox, PTFE, con espirasmetlicas, etc. Antiguamente se usaba con frecuencia el asbesto, pero ha sido desechado por su accin

cancergena.Los materiales ms usados son los aceros forjados y las bridas formadas a partir de chapa torneada, stas ltimaspara bajas presiones.

Una de las normas que regula la fabricacin de bridas (flanges) es la ANSI B16.5, que establece las siguientesclases, segn sea el intervalo presin-temperatura de trabajo 150# ,300# ,400# ,600#, 900#, 1500# y 2500#.

Para las bridas de acero al Carbono la temperatura mxima es de 260 C (500 F) para 150 y de 455 C (850 F) paralas dems clases. La variacin de presin admisible-temperatura de trabajo es de valores ms altos para aceroinoxidable y aleado.

Fig. 36. Unin bridada

1.5.5.3.1. TIPOS DE BRIDAS

La diferencia entre las dimensiones de las bridas para un mismo tamao de tubera esta condicionada por laserie, o PN. Las Normas ms empleadas en las bridas, son:

- ANSI B16.5; sus dimensiones, tipos y gama de aplicacin, estn clasificadas por series, o"rattings", cuya presin es representada por "#" y que equivale a su valor en "PSI", cuyos valores son;150, 300, 400, 600, 900, 1500 y 2500 # (PSI).

- DIN; al igual que en el caso anterior, sus dimensiones tipos y gama de aplicacin, estn clasificadas por

series, caracterizadas por las siglas PN (presin normal en kg/cm2), cuyos valores son;PN-6; PN-10; PN-16; PN-25; PN-40; PN-64, PN-100; PN-160 y PN-250.

Sus dimensiones estn reguladas por diversas normas, como ejemplo citaremos que la brida de cuellocon cara realzada, para 10 a 600mm. PN-10 tiene sus dimensiones s/ DIN-2632, y la PN-16, en de10 a 175mm tambin sigue la misma norma, pero en de 200 a 600mm. Sus dimensiones son indicadaspor la norma DIN-2633.


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Dentro de la diversidad de bridas, para los distintos tipos de tuberas, trataremos solo aqu, las empleadas en lastuberas de acero, y en las plantas de proceso, las cuales se indican a continuacin.

- Brida con cuellopara soldar a tope con el tubo; Welding neck, es de gran resistencia por su diseo ymuy empleada donde se requiere seguridad, es el tipo mas caro porque requiere mas material debido a sucuello reforzado, debe indicarse el "schedule del tubo al que va a soldarse.

Fig. 37. Brida Welding Neck

- Brida deslizante autocentradora o Slip-on, se le denomina as, porque el tubo pasa a travs de ella,se une a la tubera con una soldadura externa y otra interna, pese a lo cual, es ms econmica que laanterior; no se utiliza para grandes presiones, se usa en servicios no crticos.

Fig. 38. Brida Slip-on


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- Brida para enchufe y soldadura, tambin llamada Socket weld, suele usarse solo en tamaospequeos, 1 1/2" NPS y menores; la descripcin, adems del ratting", debe incluir el "schedule" de latubera.

Fig. 39. Brida Socket Weld

- Esta es la llamada "brida loca" o Lap-joint, se usa junto con un "stub-end" o extremo con resalte(valona), que efecta el cierre; su ventaja es que al no estar en contacto con el fluido, puede ser de unmaterial ms econmico, se usa con tuberas de aleacin de acero.

Los taladros para tornillos tampoco necesitan ser alineados con cuidado, lo que favorece y facilita elmontaje.

Fig. 40. Brida Loca


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En las figuras siguientes se pueden ver las caractersticas de las juntas metlicas RTJ.

Fig. 53. Detalle de las ranuras para juntas metlicas RTJ.

Fig. 54. Detalle de las juntas metlicas RTJ.

Por ultimo, para unir las bridas se utilizan esprragos, un esprrago es un trozo de varilla roscada con una turca acada lado, son de acero al carbono si su aplicacin es con temperaturas no muy elevadas, sino se utilizan de

acero aleado. Siempre se utiliza un numero de esprragos mltiplo de cuatro, y equidistantemente distanciados.El cdigo ASME prev, segn la aplicacin, la fuerza con la que se deben apretar los esprragos, para ello aveces se utilizan llaves dinamomtricas.

Fig.55. Esprrago

1.5.5.3.4. TIPO DE BRIDAS ELEGIDO

Se ha elegido el tipo de brida de cuello (Welding Neck) con resalte (RF), de 150# (libras), con juntasespirometlicas.Se ha escogido de cuello con resalte porque es la que tiene mas disponibilidad en el mercado, en el tamao debrida que necesitamos, para las tuberas y el conducto. Se ha elegido de 150# porque la presin es minima.


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Los gases de combustin al circular por conducciones cerradas se encuentran sujetos a ciertas resistencias,

de las que resulta una reduccin de su energa cintica. Estas resistencias estn causadas por el rozamiento

con el material de la conduccin y por las curvaturas y cambios de seccin en el conducto y chimenea. De

acuerdo con la mecnica de fluidos la prdida por rozamiento en tramos rectos del conducto y chimenea,

se determina con la expresin:

D

Vlf

M

VlfPg gg

22 2

2

==

Ecuacin 5.

Donde:( )

( )( )

=

=

=

2sec mltransversacinreamconduccinladepermetro

M

friccinfactorf

mconduccinladelongitudl

( )s

mltransversacinvelocidadV sec=

Las perdidas de carga motivadas por curvaturas, cambios de direccin y pasos por estrechamientos se

evalan con la expresin de la carga de velocidad multiplicada por un factor cuyo valor depende de la

forma de la curvatura o estrechamiento.

Para la carga de velocidad del flujo de los gases a la salida de la chimenea, se utiliza la expresin:

g

VPe g 2

2

=

Ecuacin 6.


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- Conducto:

Dimetro: Considerando el caudal de humos que descargan los tres incineradores, se ha procedido a

dimensionar el tamao de un conducto rectangular, sobre la base de que con su contribucin a la perdida

de carga total en la chimenea no se supere la cada de presin disponible por el tiro de la chimenea. Lalongitud real de cada tramo del conducto ha sido extrada del plano de implantacin (003).

En el clculo inicial de predimensionado del conducto se han considerado varios dimetros hidrulicos

(tabla 8). La expresin del dimetro hidrulico de un conducto rectangular en funcin de las dos

dimensiones es la siguiente:

( )ba

baDh

+=

2

Ecuacin 7.

Ha sido considerado en todos los casos que a=1.2b, con lo que sustituyendo en la expresin se obtiene:

( ) ( )b

b

b

bb

bb

bbDh 09.1

2.2

4.2

12.1

4.2

2.1

2.12==

+=

+=

Ecuacin 8.

Las cadas de presin obtenidas para los diferentes tamaos de conducto considerados as como las

velocidades correspondientes en cada tramo aparecen en la tabla 5.

Como ha sido indicado anteriormente para determinar las prdidas por curvaturas y cambios de seccin se

ha utilizado la expresin:

2

2VkPb

g=

Ecuacin 9.

Donde :

=k factor de forma, por curvatura cambio de seccin.


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En donde K depende de la presin de los humos, precisamente:

Kd

C=

Ecuacin 21

En este caso tenemos que:

44,031067,4 dd

C=

Ecuacin 22

Se aprecia que en este caso la derivada solo depende del dimetro y no de la presin.

La derivada de los gastos vale:

L

pd

MLdp

MLutMVp

d

G 1

0122,01

192,219

694,0

15

261

2

11

=

Ecuacin 23

Si ahora se fijan las siguientes magnitudes:

Utilizacin: t = 8.000 horas/ao

Precio del combustible: u = 0,23 U.M./termia =8105,5 U.M./J

Rendimiento de los incineradores: = 90%

La siguiente expresin queda as:

d

G

=

61

3

11108,0dp

MLVp

L

pd

ML

1

0122,01

1694,0

15

2

Ecuacin 24

Si en esta ecuacin se agrupan variables de la forma siguiente:

=

1

2

p

MLX

Ecuacin 25

L

MVpY

= 11

Ecuacin 26


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baco 2


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- Clculo de F

Segn la formula:

( )

in

nnin

F+

++

=1

2

1

Ecuacin 29

Se deduce F = 12,9

- Clculo del dimetro ptimo (se utiliza el baco 3)

Para p = 3.5 kg/cm2 , se determina el valor de K en el baco, y con el coeficiente financiero industrial

F=12,9, definen el punto Q, y este, a su vez, define el valor de dG = 4000.

Entre dG = 1000 e Y = 10 determinan J, y entre este y la curva X= 3500, se encuentra en abscisas elvalor del dimetro optimo: d = 0,68 m.


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Ahora ya tenemos el dimetro interior, pero este no ser el dimetro interior real de la tubera, ya que se tieneque usar un dimetro comercial estandarizado que se aproxime lo mximo posible a nuestras necesidades, puessino el coste de la tubera se elevara considerablemente.

Por ello se utiliza la tabla 9, en donde se pueden ver los diferentes dimetros que se fabrican y con suscorrespondientes espesores y pesos.

Ya que el dimetro interior como mnimo ha de ser de 680mm, el dimetro estndar por encima de este valormas inmediato es el de 28 pulgadas (711,2mm).

Ahora resta saber el espesor que necesitamos para nuestra tubera de API 5L B de 28.

1.5.7.6. Calculo del espesor de las tuberas.

En el clculo del espesor se propone utilizar la formula ms exacta posible, esta ecuacin es explicita paratuberas de gas y aire:

+

= C

Dpa

t27

8

Ecuacin 32

a= espesor de la pared del tubo (mm).p= 343.000 presin de diseo interna del fluido (Pa).D= 711,2 dimetro exterior del tubo (mm).t = 117.210.905 esfuerzo de trabajo admisible del material (Pa)C= 8 sobre espesor

El dato del dimetro que se ha encontrado en los puntos anteriores, es el dimetro interior, por lo que luego seescoge un dimetro exterior coherente con el dato del dimetro interior, para ello nos ayudamos de la tabla 9. Eneste caso se escoge el dimetro nominal de 28 que equivale a un dimetro exterior de 711,2mm.

El esfuerzo de trabajo admisible del material, depende del material, pero tambin depende de la temperatura a laque trabaje este material, en este caso la temperatura es de 302C, el esfuerzo de trabajo admisible se saca de lastablas del cdigo ASME B31.3 Tabla A-1, donde la temperatura esta en grados farenhait y la t en Ksi. Por loque:

543C______________650F

Entonces encontramos un valor de 17 Ksi, que equivale a 117.210.905 Pa.

El valor de C, que es el sobre espesor, se deduce de tener en cuenta que el fluido, aunque en cantidadespequeas lleva azufre disuelto, y este es altamente corrosivo, que la tubera ha de tener cierto nivel de rigidezestructural, y de la especificacin de tuberas de la propiedad. Teniendo todos estos valores en cuenta, tenemosque C=8.

Por lo que despus de resolver la ecuacin 32 tenemos un valor de espesor (a) de 10,33mm.


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Con este grupo de vlvulas se consigue un cierre hermtico. El fluido sufre una desviacin en su recorrido y lasperdidas de carga son apreciables.

Adems de en la funcin de cierre, estas vlvulas son muy aplicadas en la regulacin de caudales, trabajando enposicin intermedia. Al sufrir perdidas de carga elevadas no es muy recomendable su aplicacin cuando debande estar normalmente abiertas. Se pueden emplear tanto en vapores como en lquidos, a elevadas presiones y

temperaturas.

Fig. 64. Con extremos para soldar

1.5.8.3 Vlvulas de membrana.

En realidad son una variante de las vlvulas de asiento, aunque estas se caracterizan por tener unas perdidas de

carga muy reducidas, al ser la pared interior lisa y sin arrugas.Se suelen aplicar en la regulacin de flujos de fluidos viscosos y corrosivos: cidos, abrasivos, lodos, etc. No sedeben utilizar en instalaciones de vaco o de aspiracin.

Fig. 65. Vlvula de membrana


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Las vlvulas de clapeta oscilante tienen menores perdidas de carga y se asocian con vlvulas de compuerta.Toman toda la gama de aperturas con giro reducido del eje.

Ni unas ni otras consiguen un cierre muy hermtico, aunque si impiden el paso a la mayor parte del fluido.

Las vlvulas de clapeta ascendente se emplean sobre todo para vapor, en especial para altas presiones y grandes

velocidades de flujo. Tambin para servicio en instalaciones de agua, petrleo y gas. Se suelen utilizar entuberas de pequeo dimetro.

Las vlvulas de clapeta oscilante son aconsejables para servicios rigurosos en instalaciones de agua, petrleo ysus vapores. Se utilizan en tuberas de dimetro mayor a 2.

1.5.8.6. Vlvulas reductoras de presin.

Son vlvulas de asiento que estrangulan el paso del fluido, para conseguir a su salida una presin constante.

Este tipo de vlvulas generalmente van provistas de un dispositivo de refrigeracin por inyeccin de agua fra,

para eliminar el calor que se produce en el estrangulamiento.

Se suelen aplicar para reducir la presin en tuberas de agua o de aire comprimido, pueden trabajar hasta conpresiones de 16 kg/cm2.

Fig. 68. Vlvula redecora de presin

1.5.8.7. Vlvulas de seguridad.

Estas vlvulas se colocan en las lneas o equipos para evitar un aumento excesivo de la presin o temperatura delfluido en ellos contenido.

Al abrir la vlvula, el fluido descarga directamente en la atmsfera (vlvulas de escape libre), o a travs de unatubera (vlvulas de escape conducido).


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Para el trabajo adecuado de una vlvula de seguridad, se recomienda que la presin de trabajo no exceda el 90%de la presin de apertura, en el caso de lneas de descarga de bombas y compresores, debido a las pulsaciones depresin, hay que aumentar la diferencia entre ambas presiones, para evitar actuaciones errneas de la vlvula.

Fig. 69. Vlvula de seguridad.

1.5.8.8. Vlvulas de control de diafragma neumtico.

Regulan el caudal del fluido de forma automtica, con objeto de mantener constantes algunas caractersticas, queen determinados puntos de la red, pueden variar, tales como: presin, temperatura, concentracin, nivel, etc. Lasms empleadas son las de accionamiento neumtico.

Estas vlvulas cierran o abren, parcial o totalmente, segn las indicaciones de un instrumento medidor de lacaracterstica en cuestin.

Fig. 70. Vlvula de control de diafragma neumtico


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1.5.8.9. Vlvulas de guillotina o tajadera

Vlvulas, que se emplean solo para bloquear o permitir el paso del fluido, ya que no sirven para regular elcaudal.

Fig. 70. Vlvula tajadera de piston

1.5.8.10. Vlvulas a emplear en las tres tuberas

En cada una de las tres tuberas, se va a usar una vlvula toma-muestras, del tipo mariposa, la cualperidicamente, servir para ir controlando los niveles de azufre a la salida del incinerador; y tambin se va usaruna vlvula de tipo tajadera, para impedir el paso de los gases, en caso de emergencia, ya sea por fallo delincinerador, del conducto, etc.

1.6. Esfuerzos y soportes de tuberas.1.6.1. Introduccin.

Las cada vez ms avanzadas tcnicas de Proceso en las Industrias Qumica y Petroqumica dan lugar a Plantas degran dimensin y por consiguiente a un incremento cada vez mayor de las presiones y temperaturas a que van aestar sometidas las tuberas. Por ello el diseo y el clculo de las redes de tuberas es cada da ms complejo.

El objetivo de una tubera es llevar un fluido de un punto a otro de una Planta, pero no basta con definir suconfiguracin geomtrica, sino que adems ha de estar diseada de forma que sea capaz de soportar una serie deesfuerzos y unas condiciones particulares de carga.

Un sistema de tuberas se considera como una estructura de forma irregular en el espacio, en la que las

deformaciones y esfuerzos a que estar sometida pueden ser consecuencia de un montaje defectuoso, de una pretensin realizada durante la instalacin, de las condiciones anormales de operacin, de condiciones quepueden realizarse con escasa frecuencia y durante un periodo corto de tiempo, tales como limpieza con vapor, ypor ultimo de condiciones de emergencia.


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Fig. 71. Soportes con abarcones

En sus condiciones de servicio un sistema de tuberas est sometido a cargas debidas al peso propio (tuberas,accesorios, aislamiento); cargas puntuales (vlvulas); viento, nieve, fluido que transporta y sesmo. Durante laoperacin, a estas cargas hay que sumarles las de presin (interna o externa), las debidas a las que se producen al

impedir la dilatacin de la tubera a causa de variaciones trmicas por medio de las conexiones a los equipos,anclajes intermedios, topes direccionales, guas, etc., y por ultimo las que producen el movimiento de losequipos a los que conexionan, asentamiento de fundaciones, o bien movimiento de estructuras sobre las queapoyan las tuberas, debido a efectos trmicos, vibraciones, etc.,

Los efectos debidos al peso propio excepto el del fluido son permanentes mientras que los efectos producidospor viento, nieve o sesmo son variables, si es que existen. El efecto producido por la presin y los cambios detemperatura, aparecen normalmente de una forma simultanea, pero pueden presentarse independientemente, obien ser funcin de una determinada relacin.

Las cargas debidas al viento y a sesmo producen sobre las tuberas el mismo efecto que sobre las estructurasconvencionales, y la presin produce el mismo efecto que en un recipiente a presin. La diferencia entre elefecto producido por los cambios de temperatura en una tubera y una estructura sometida a los cambios detemperatura ambiente, es que las variaciones de temperatura a que est sometida una tubera son mucho masamplias que las posibles variaciones de la temperatura ambiente.


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1.6.2. Estudio de esfuerzos en tuberas.

La tubera en una planta constituye un sistema complejo, y un anlisis matemtico exhaustivo de todas las lneasque componen una planta seria casi imposible.

Un sistema de tuberas debe ser proyectado de manera que tenga una flexibilidad suficiente para evitar que lasdilataciones o las contracciones trmicas causen: esfuerzos excesivos en los materiales, momentos flectoresexcesivos en las juntas de las bridas para evitar fugas, y fuerzas o momentos elevados en los equipos a las quevan conectadas, as como a las restricciones intermedias que pudiesen tener.

Puede definirse la flexibilidad como la capacidad de un sistema de tuberas para absorber sus propiosmovimientos y los de los equipos a los que est conectado. Para que un sistema sea flexible ha de tener comomnimo un cambio de direccin entre los puntos finales del mismo.

El trazado de una tubera puede ser de diferentes maneras siempre que cumpla la condicin de unir los puntosextremos a que va conectada. Estas diferentes formas de una misma tubera, darn lugar a que una misma lneatenga distinta flexibilidad segn su recorrido.

Se van a exponer algunos casos prcticos donde se puede ver la flexibilidad de diferentes trazados:

- Caso a) Trazado tpico de liras en U.

Fig. 72

Ambas liras tienen la misma distancia entre anclajes (L), pero el esfuerzo es mayor en el caso 2 que en elcaso 1.


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- Caso d)

Por ltimo supongamos un trazado en L que no sea suficientemente flexible.

Fig. 75

Est muy generalizada la idea de que aadiendo codos el trazado se hace ms flexible, e inmediatamente

pensaremos en aadir dos codos, y probablemente llegaramos a un trazado ms rgido, debido a quereducimos la longitud del brazo ms corto.

Esto nos sirve para recordar que la solucin no est en aadir codos a una tubera para hacerla msflexible, opinin muy extendida entre personas desconocedoras de este tema, sino en analizar elcomportamiento del sistema.

Se exige un clculo completo solamente cuando se tengan dudas sobre la flexibilidad del sistema, ya que loscostes son muy elevados.

Por debajo de 100C una dilatacin trmica raramente causa tensiones excesivas, y por tanto el anlisis demuchas lneas puede despreciarse debido a su baja temperatura. Este no es el caso de las lneas objeto de este

proyecto.

Por otra parte, en las tuberas de 3 y menores no es habitual encontrar altas tensiones, debido a que la fatigaflectora es directamente proporcional al dimetro de las tuberas.

Como conclusin podemos afirmar que bajas temperaturas y pequeos dimetros no causan tensiones dignas detener en cuenta, y nicamente hay que controlar las reacciones en los equipos a que van conectadas las tuberas.

Para el anlisis de esfuerzos en sistemas complejos, algunas veces estos se pueden reducir a sistemas mssimples, a fin de reducir al mnimo la complejidad y el tiempo de clculo. El anlisis de un sistema complejocon simplificaciones constituye uno de los ms grandes problemas, y su interpretacin exige experiencia paraconcebir correctamente la flexibilidad del sistema.

Veamos un ejemplo directamente relacionado con el proyecto que nos ocupa, un colector de vapor deconsiderable longitud, del que naturalmente parten una serie de ramales para distintos servicios.

El colector anclado en un punto, impondr su dilatacin a todos sus ramales, independientemente de losdimetros de estos, ya que una tubera recta no tiene flexibilidad para absorber estas dilataciones. Por supuesto,los ramales sern deformados proporcionalmente a su distancia al anclaje del colector y este anclaje debe resistirla suma de fuerzas desarrolladas en todos los injertos.


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Los ramales debern absorber su propia dilatacin y la de la tubera principal, por lo que es conveniente que elcolector no sufra ninguna deformacin lateral, para lo cual hay que guiarlo. En caso de que el colector seaexcesivamente largo y los ramales muy rgidos, es necesario anclar el colector en dos puntos y poner lirasintermedias, a fin de absorber los movimientos del colector. En este caso los ramales mas afectados por ladilatacin del colector sern los ms prximos a las liras.

Fig. 76. Lira horizontal

Para tuberas de poco dimetro es ms prctico prolongar la tubera para conseguir la flexibilidad suficiente,antes que gastar el tiempo y el dinero en hacer un clculo riguroso.

Como norma general han de someterse a un anlisis profundo las tuberas de 10 y mayores en acero al carbono,este seria el caso de nuestras tuberas y el conducto, debido al elevado coste del material con el que seconstruyen.

Para el estudio de tensiones en una lnea o un sistema formado por varias lneas, se requieren una serie de datosque a continuacin se enumeran:

a) Esquema del trazado de la tubera referido a un sistema de tres ejes coordenados, con momentos yrotaciones positivas en el sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj. Este esquema debeser lo mas aproximado posible a las dimensiones reales de la tubera. Bien sabido es que las tuberasse calculan con anterioridad a que estn verificadas, por lo que una vez recibida la isomtrica

definitiva debe compararse con las dimensiones de la calculada.

b) Las presiones y temperaturas que se indican en la lista suelen ser las normales de operacin y diseo,por lo que hay que tener en cuenta cualquier condicin no habitual que pueda ser ms crtica que lade servicio o diseo. En el caso de lneas a baja temperatura, no hay que olvidar el efecto de latemperatura del medio ambiente, pues una lnea con una temperatura de servicio de 20C, porejemplo, puede alcanzar antes del funcionamiento de la planta o cuando est fuera de servicio,temperaturas de 60C al sol en verano o bien -15C en pleno invierno.


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c) El espesor de tuberas, dato que puede encontrarse en la especificacin o bien habr de ser calculado.En funcin del dimetro y espesor de la tubera conoceremos el momento de inercia y el modulo deflexin, que generalmente para dimetros y espesores normales suelen estar tabulados. En casocontrario hay que proceder a su clculo.

d) La dilatacin trmica y el modulo de elasticidad del material, valores que, igual que los anterioresestn tabulados.

e) Tensin combinada admisible. Este valor se obtiene segn el cdigo ASME B31.3.

f) Datos de los fabricantes de equipos para conocer los valores de las fuerzas y momentos admisiblessobre las tubuladuras. Generalmente las tubuladuras de torres, columnas, reactores, cambiadores, sonlo suficientemente rgidas como para soportar unos esfuerzos razonables. Sin embargo las bombas,turbinas, compresores, hornos, y en general equipos rotativos son sensibles a estos esfuerzos, y los

valores que suelen soportar estn por debajo de los anteriores, y el sobre pasarlos da lugargeneralmente a descentramiento de los ejes, que acorta la vida de la mquina por desgate prematurode cojinetes y vibraciones. Los fabricantes de equipos suelen dar valores muy pequeos para lasfuerzas y momentos admisibles, en relacin con el dimetro de la conexin, y a veces es prcticamente imposible, el disear la tubera de forma que los esfuerzos que transmita a latubuladura sean menores que los admisibles. En general, para el anlisis de esfuerzos y soportes detuberas que conectan a equipos sensibles se debern prever restricciones que protejan al equipo demovimientos excesivos.

g) Movimiento de los equipos a que conectan las tuberas, ya que los equipos tambin imponen suspropias deformaciones a las tuberas que los conectan.

h) El cdigo ASME B31.3 habla claramente de la pretensin admitida pero no obstante es necesariofijar normas en cada proyecto, debido a que muchas empresas no son partidarias de emplear estemtodo de reducir tensiones. La pretensin que se ha utilizado en una tubera por medio de unsistema de utillaje adecuado, da buena garanta de obtener el efecto deseado, sobre todo en aquelloscasos en los que no se esperan esfuerzos de torsin, o sea cuando la tubera est en un plano.Normalmente la pretensin se utiliza para tubos de gran dimetro y no debe sobrepasarse del 50% dela dilatacin total esperada. Yo personalmente no soy muy partidario de utilizar este sistema, ya quees muy delicado, y requiere una rigurosa supervisin del pretensado, porque si este se hiciera mal, sepodran originar unas tensiones muy peligrosas.

i) Es necesario segregar las lneas que pueden estar sometidas a vibraciones para hacer un calculo mascompleto, y tratar de evitar las vibraciones que pueden ser perjudiciales para los equipos a queconectan las tuberas y para las estructuras donde estn soportadas. La vibracin causadebilitamiento rpido, y el cdigo aconseja que la tensin admisible sea reducida, aunque puedeseguirse este procedimiento o bien tratar de eliminar la vibracin. Esta eliminacin de vibracionesdebe de efectuarse en obra, y una vez que la tubera este en funcionamiento, por medio de soportesadicionales. En aquellos puntos que se puedan prever serias vibraciones se deber prever un sistemade amortiguadores por medio de muelles.


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1.6.4. Soportes de tuberas.

Se acaban de dar una serie de normas para el estudio de los esfuerzos trmicos, a fin de mantener estos dentro delmites admisibles y evitar que las cargas en los equipos sobrepasen las recomendadas por los fabricantes. Acontinuacin se enumeran los tipos de restricciones y se harn una serie de recomendaciones para limitar losesfuerzos debidos al peso propio, las deflexiones y las reacciones que el peso de la tubera y sus componentesproducirn en las tubuladuras de los equipos a que van conectadas.

Las luces entre soportes de tuberas vienen limitadas por el momento flector mximo producido en la tubera obien por la flecha que el peso de la tubera y sus componentes produce. Generalmente esta segunda condicin esla que limita la distancia entre soportes de tuberas, debido a que no se admiten grandes flechas para evitar laformacin de bolsas que podran dar lugar a condensado, solidificacin de productos, etc. Generalmente las

flechas mximas no deben ser superiores a 16mm.

Existen tablas que, en funcin de las flechas mximas admisibles, fijan la distancia mxima entre soportes enfuncin del fluido que transportan y de la temperatura de servicio.

No hay que olvidar, que aunque la tubera transporte gas o vapor, es decir, casi esta vaca durante la operacinnormal de la planta, hay que considerar que ser probada hidrostticamente, tal y como prev el ReglamentoEspaol, la informacin se encuentra en el pliego de condiciones.

Para el caso de lneas de gran dimetro que vayan a ser probadas hidrostticamente, se debern de preversoportes temporales.

Pasemos a continuacin a definir una restriccin como un mecanismo que limita o resiste los desplazamientostrmicos de una tubera. Puede aducirse que cualquier tipo de soporte que se utilice limita el movimiento de latubera en un sentido por lo menos, y por tanto es una restriccin.

Una restriccin puede utilizarse por diferentes motivos tales como proteger equipos sensibles, mantener alineadoel eje de la tubera, controlar movimiento, asegurar el correcto funcionamiento de las liras de expansin, evitarvibraciones metlicas, evitar el desalineamiento de juntas de expansin y acoplamientos flexibles, proteger deesfuerzos excesivos porciones de tubera de pequeo dimetro, etc.

A continuacin se exponen una serie de casos prcticos.

Una tubera de gran longitud sometida a compresin axial constituye una dbil columna sometida a pandeo. La

tubera debido al aumento de temperatura, tiende a moverse axialmente y la resistencia debida a la friccin haceque la tubera pandee ms fcilmente. Para prevenir el pandeo de la tubera es necesario idear un mecanismo,una gua en este caso, que mantenga el eje alineado. No hay que olvidar que no es posible colocar gua cerca delos cambios de direccin ni en las zonas donde la flexibilidad de la tubera pueda disminuirse, pues ello daralugar a un aumento de los esfuerzos que en la mayora de los casos sobrepasaran los admisibles.

Cuando se habla de un anclaje se piensa siempre en un mecanismo rgido, capaz de mantener un puntocompletamente fijo, impidiendo toda rotacin y toda traslacin del punto.


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Cunas:

Se utilizan para soportar tuberas horizontales. Pueden ser de posicin vertical fija o regulable.

Tambin se denominan cunas a otros elementos que se utilizan para soportar tuberas que van aisladastrmicamente.

Abarcones:

Sirven para soportar, anclar o guiar tuberas hasta 36. Se adaptan frecuentemente a puntales, angulares, o UPN(Fig. 86).

Fig. 86

Rodillos:

Son bsicamente aplicables a tuberas que experimentan dilataciones trmicas considerables en sentidolongitudinal, existen numerosas variantes.

Varillas roscadas:

Se obtienen a partir de redondos. Pueden disponer de ojal sin soldar o soldado, para encajar en tornillos desujecin, o en otra varilla con ojal. Esta ltima opcin se utiliza cuando hay que permitir el movimiento verticaldel tubo.

Tensores:

Son otros elementos que intervienen en las suspensiones con varillas. Los tensores permiten una regulacinvertical de los soportes de varilla.

Mnsulas:

Existen modelos para soportar cargas ligeras medias o pesadas. Van atornilladas o soldadas a estructurasmetlicas, o unidas con pernos de anclaje a paredes de hormign.

Si el tubo se soporta con varilla apoyada en la mnsula, la varilla puede situarse en cualquier posicin delvoladizo, lo que permite una regulacin horizontal de la situacin del tubo.

Para soportar cargas pesadas se utilizan voladizos de UPN soldados a placas ancladas a la pared de hormign.


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Muelles de carga variable:

Los muelles permiten obtener soportes elsticos, necesarios en lneas que trabajan a altas temperaturas. Hay dosclases de muelles: de carga variable y de carga constante.

Los muelles de carga variable se aplican con pequeos desplazamientos (hasta 40mm) del tubo en la direccindel eje del soporte. En este caso son preferibles a los de carga constante, por resultar ms econmicos y ocuparmenos espacio. La carga varia en funcin de dicho desplazamiento.

Los muelles de carga variable estn constituidos bsicamente por un muelle helicoidal situado en el interior deuna camisa cilndrica de acero (Fig. 87).

Fig. 87

Muelles de carga constante:

Se emplean para desplazamientos importantes de los tubos, debidos a altas variaciones de temperatura, durantelos cuales se debe mantener constante la carga, en realidad se admite una variacin del 6%.

Se componen bsicamente de un cuerpo cilndrico de alojamiento del muelle, de una carcasa con los elementosde conexin a estructura y tubera as como, en su interior, un juego de palancas regulables. adems disponen deun tensor en el que se acopla la varilla que sostiene la tubera, de una junta esfrica que permite a la varilla unainclinacin de, al menos, 5 con respecto a la vertical, un buln de blocaje que se emplea solo durante laspruebas hidrulicas y se quita despus de estas, un indicador del recorrido que contiene las posiciones fra ycaliente, y un regulador de carga que permite variaciones hasta del 10% con respecto a la carga nominal.

El tamao del muelle se determina en funcin de la carga total que ha de soportar y el recorrido calculado, en la

prctica se adopta un muelle con un recorrido un 20% mayor, y siempre al menos 25mm mayor, del calculado.

La carga a la que se calibra cada muelle puede modificarse, al menos, en un 10% de su valor nominal. Para elloexiste una escala que permite conocer la magnitud del ajuste efectuado.


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Realizar el calculo de esfuerzos de una tubera pude ser una tarea faranica, con un sin fin de clculos si setuviese que hacer manualmente, pero esto a cambiado con la entrada de los ordenadores, se han ido sacandoprogramas que son de gran utilidad. Aunque actualmente existen programas muy buenos, la figura del ingenierosigue teniendo el mismo peso, ya que el programa es una herramienta de trabajo, que como toda herramientarequiere de un buen dominio y de una correcta aplicacin de la misma. Actualmente el programa mas extendido para realizar este tipo de clculos es el CAESAR II, que es el que se ha utilizado para hacer el anlisis del

conjunto que se trata en este proyecto.

1.6.6. Calculo de stress de las tuberas y del conducto de humos.

Como se acaba de comentar, para realizar el clculo de stress, se ha utilizado un potente programa informtico,el Caesar II. Se deben introducir todos los datos de la tubera incluyendo la posicin y el tipo de soporte, ytambin introducir el cdigo de fabricacin, que en este caso es el B31.3; entonces el programa calcula lastensiones producidas en los diferentes nodos de la tubera, debido a las dilataciones, peso propio de la tuberia,golpe de ariete, frecuencia, etc. Si en algn nodo las tensiones sobre pasan la tensin mxima admisible se debenretocar algunos parmetros de entrada hasta que se consigue que todas las tensiones de todos los nodos estndentro de los limites que impone la tensin mxima admisible.

En en el caso analizado en este proyecto, se analizan tres tuberas y un conducto que transportan los humosresiduales (vapor de azufre) de los incineradores a la chimenea de salida de humos de 80m de altura.

1.6.6.1. Datos de diseo

Tabla 10.

- Referencias:

CODIGO : TUBERAS DE PROCESO - ASME B 31.3

TEMPERATURA AMBIENTE : 210C (MIN) / 380C (MAX)

Tabla 11.

TEMPERATURA( 0 C )

PRESION(Kg/cm3)

DENSIDAD(Kg/m3)

AISLAMIENTOLINEANO.

DIA. EXT.TUBERIA.

(In)

SCH./ESP.(mm)

BRIDASRATING

( # ) OP. DIS. OP. DIS. OP. (mm)

28-SV-406 28 20150

B16.47 302 343 ATM 3.5 0.54 140

28-SV-506 28 20150

B16.47302 343 ATM 3.5 0.54 140

28-SV-606 28 20150

B16.47302 343 ATM 3.5 0.54 140

SV-701 (58) 20150

B16.47302 343 ATM 3.5 0.54 140


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1.6.6.2. Casos de anlisis a tener en cuenta en el clculo.

CASO DE ANLISISDESCRIPCION DEL CASO LIMITES ADMISIBLES

SOSTENIDA SL = W + P + F SH

OCC. ( SOSTENIDA + VIENTO ) SOCC = W + P + F + WIN 1.33 SHOCC. ( SOSTENIDA + SISMO ) SOCC = W + P + F + U 1.33 SHEXPANSION ( TERMICO ) SE = T + D f(1.25 SC + 0.25 SH)

W = PESO, P=PRESION, D=DESPLAZAMIENTO, T=TEMPERATURA, F=FUERZA, WIN=VIENTO, U=SISMO.SL=STRESSSOSTENIDO, SOCC=STRESSOCASIONAL,SE=STRESSEXPANSION, SH=STRESSADMISIBLECALIENTE,SC=STRESSADMISIBLEFRIO, f=FACTORDEREDUCCIONRANGODESTRESS

Tabla 12

1.6.6.3. Cargas en las tubuladuras de los equipos:

El programa nos da las tensiones en los nodos, que son los puntos crticos, definidos por el proyectista. Estos

puntos pueden ser las tubuladuras o conexiones de las tuberas con los equipos, las derivaciones de las tuberas, ylos puntos donde se ubican los soportes.

En la tabla siguiente se pueden ver las cargas en las co

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