903 HM120 P09 GUD 073(Guia Sistema de Aire)

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO

FECHA

NOV. 09

OBJETO

Emisión Original

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ELABORÓ Iniciales

REVISÓ Iniciales

APROBÓ Iniciales/Cargo

CT/AB

MJP/GD ABA/GD

MS/VPO SN/VPO

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Índice 2. INTRODUCCIÓN...................................................................... ................................................................................................ .............................. .... 6 3. OBJETIVOS............................................ OBJETIVOS...................................................................... ................................................... ...................................... ............. 6 4. ALCANCE.................................................... ............................................................................. ................................................... .................................. ........ 7 5. EXCEPCIONES ............................................... ........................................................................ ................................................... .............................. .... 7 6. USOS DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ................................................ .................................................... .... 8 7. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA ...................................... ................................................................ .............................. .... 8 8. INSTRUCCIONES DE TRABAJO INELECTRA.................... INELECTRA.............................................. .................................. ........ 9 9. ACRÓNIMOS Y SIGLAS ................................................. ........................................................................... .................................... .......... 10 10. LECCIONES APRENDIDAS ............................ ..................................................... ................................................... ............................ .. 10 11. NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES UTILIZADAS COMO REFERENCIA.............................................. REFERENCIA.................... ................................................... ................................................... ................................ ...... 11 12. DEFINICIONES ............................................... ........................................................................ ................................................... ............................ .. 12 13. CONCEPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO .................................................. ............................................................................ ................................................. ....................... 21 14. ESTIMACION DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO .................................................. ............................................................................ ................................................. ....................... 22 14.1. Estimación del Consumo de Aire de d e Instrumento .............................. ................................................. ................... 22 14.2. Estimación de los Consumos de Aire de Planta ......................................... ................................................... .......... 25 14.3. Consideraciones Generales ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 26 15. CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTO Y PLANTA ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 28 15.1. Equipos que conforman el paquete de aire a ire de planta e instrumentos .................. 31 15.1.1. Compresores de Aire ................................................ ......................................................................... ............................................ ................... 32 15.1.2. Enfriadores Inter-etapa y Post-enfriadores Po st-enfriadores ............................... ......................................................... ............................ .. 35 15.1.3. Tambor Acumulador de Aire ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 37 15.1.4. Filtros de Aire................................................... Aire............................................................................ ................................................... ............................ .. 39 15.1.4.1. Pre-Filtros................................................................. .......................................................................................... ........................................ ............... 40 15.1.4.2. Post-Filtros .................................................. ........................................................................... ................................................... ............................ .. 41 15.1.5. Secadores de Aire .................................................... ............................................................................. ............................................ ................... 41 15.1.5.1. Secadores Tipo Desecantes Des ecantes Regenerativos Regene rativos .................................. .................................................... .................. 42 15.1.5.2. Secadores Desecantes Con Calentamiento......................... Calentamiento................................................... ............................ .. 44 15.1.5.3. Secadores Desecantes Sin Calentamiento ................................................ ...................................................... ...... 45 15.1.5.4. Secadores Calor de Compresion “ Heat of Compression HOC ” ....................... 47 15.1.5.5. Secadores Refrigerantes............................. Refrigerantes...................................................... ................................................... ............................ .. 49 49 15.2. Necesidades del sistema de aire de planta e instrumentos .................................. .................................. 51 15.2.1. Las condiciones del aire atmosférico ................................................. .................................................................... ................... 51 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/C 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp T/sp

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Índice 2. INTRODUCCIÓN...................................................................... ................................................................................................ .............................. .... 6 3. OBJETIVOS............................................ OBJETIVOS...................................................................... ................................................... ...................................... ............. 6 4. ALCANCE.................................................... ............................................................................. ................................................... .................................. ........ 7 5. EXCEPCIONES ............................................... ........................................................................ ................................................... .............................. .... 7 6. USOS DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ................................................ .................................................... .... 8 7. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA ...................................... ................................................................ .............................. .... 8 8. INSTRUCCIONES DE TRABAJO INELECTRA.................... INELECTRA.............................................. .................................. ........ 9 9. ACRÓNIMOS Y SIGLAS ................................................. ........................................................................... .................................... .......... 10 10. LECCIONES APRENDIDAS ............................ ..................................................... ................................................... ............................ .. 10 11. NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES UTILIZADAS COMO REFERENCIA.............................................. REFERENCIA.................... ................................................... ................................................... ................................ ...... 11 12. DEFINICIONES ............................................... ........................................................................ ................................................... ............................ .. 12 13. CONCEPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO .................................................. ............................................................................ ................................................. ....................... 21 14. ESTIMACION DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO .................................................. ............................................................................ ................................................. ....................... 22 14.1. Estimación del Consumo de Aire de d e Instrumento .............................. ................................................. ................... 22 14.2. Estimación de los Consumos de Aire de Planta ......................................... ................................................... .......... 25 14.3. Consideraciones Generales ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 26 15. CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTO Y PLANTA ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 28 15.1. Equipos que conforman el paquete de aire a ire de planta e instrumentos .................. 31 15.1.1. Compresores de Aire ................................................ ......................................................................... ............................................ ................... 32 15.1.2. Enfriadores Inter-etapa y Post-enfriadores Po st-enfriadores ............................... ......................................................... ............................ .. 35 15.1.3. Tambor Acumulador de Aire ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 37 15.1.4. Filtros de Aire................................................... Aire............................................................................ ................................................... ............................ .. 39 15.1.4.1. Pre-Filtros................................................................. .......................................................................................... ........................................ ............... 40 15.1.4.2. Post-Filtros .................................................. ........................................................................... ................................................... ............................ .. 41 15.1.5. Secadores de Aire .................................................... ............................................................................. ............................................ ................... 41 15.1.5.1. Secadores Tipo Desecantes Des ecantes Regenerativos Regene rativos .................................. .................................................... .................. 42 15.1.5.2. Secadores Desecantes Con Calentamiento......................... Calentamiento................................................... ............................ .. 44 15.1.5.3. Secadores Desecantes Sin Calentamiento ................................................ ...................................................... ...... 45 15.1.5.4. Secadores Calor de Compresion “ Heat of Compression HOC ” ....................... 47 15.1.5.5. Secadores Refrigerantes............................. Refrigerantes...................................................... ................................................... ............................ .. 49 49 15.2. Necesidades del sistema de aire de planta e instrumentos .................................. .................................. 51 15.2.1. Las condiciones del aire atmosférico ................................................. .................................................................... ................... 51 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/C 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp T/sp

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15.2.2. 15.2.3. 16. 17. 17.1. 17.2. 17.3. 17.4. 18. 19. 20.


Requerimiento de calidad del aire ..................................................... ........................................................................ ................... 52 Condiciones de operación y diseño diseñ o ................................................... ...................................................................... ................... 55 FILOSOFÍA BÁSICA DE CONTROL Y SEGURIDAD S EGURIDAD ........................................... ........................................... 55 DISEÑO DEL SISTEMA Y RED DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE DE INSTRUMENTOS Y DE PLANTA .................................................. ......................................................................... ....................... 57 Sistema de distribución................................................. ........................................................................... ........................................ .............. 57 Selección del Diámetro de las Tuberías ........................................................ ............................................................... ....... 59 Materiales .................................................... ............................................................................. ................................................... ................................ ...... 59 Importancia de Mangueras Apropiadas ................................ ......................................................... ................................ ....... 60 FORMATO DE HOJA DE DATOS UNIDAD PAQUETE ................................. ....................................... ...... 60 RECOMENDACIONES VARIAS PARA EL DISEÑO Y POSTERIOR OPERACIÓN DEL SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTO Y DE PLANTA ....... 61 REFERENCIAS ............................................... ........................................................................ ................................................... ............................ .. 63 AN A N E X O 1 . H O J A D E C A L C U L O P A Q U E T E D E A I R E C O M P R I M I D O . 6 5 AN A N E X O 2 . H O J A D E D A T O S P A Q U E T E D E A I R E C O M P R I M I D O . . . . . 6 6


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Símbolo Cest.serv Cext.inst Cext.plnt Chi Ctotal.inst Ctotal.plnt Cvi f max Fsi Fui msale Nest.serv Nvi p1 P1 Patm PM Pmáx Pmfi Pmín Pmop PRP pu Q Qc R t To T1 Top treserva

Definición Consumo promedio estación de servicio Consumo extra de aire de instrumento propio del proceso Consumo extra de aire de planta propio del proceso Consumo promedio de aire de planta por herramienta según tipo de válvula Consumo total de aire de instrumento Consumo total de aire de planta Consumo promedio según tipo de válvula Frecuencia del ciclo de arranque Factor de simultaneidad según tipo de herramienta Factor de uso según tipo de herramienta Flujo másico de salida Número de estaciones de servicio de la planta Cantidad de válvulas por tipo Presión de arranque/carga del compresor Presión del aire en la entrada del compresor Presión atmosférica Masa molecular del aire = 28.95 Presión de operación máxima del recibidor Presión mínima para el funcionamiento de instrumentos Presión mínima que se alcanza en el recibidor Presión mínima normal de operación Punto de Rocío a Presión Presión de parada/descarga del compresor Capacidad del compresor Flujo volumétrico a las condiciones ambientales Constante universal de los gases Tiempo de compensación Temperatura en el recibidor Temperatura del aire en la entrada del compresor Temperatura de operación Tiempo de reserva deseado

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Unidad [Sm /h], [Scfm] [Sm /h], [Scfm] [Sm /h], [Scfm] [Sm3/h], [Scfm] [Sm /h], [Scfm] [Sm3/h], [Scfm] [Sm /h], [Scfm] [s- ] [-] [-] [kg/h], [lb/h] [-] [-] [barg], [psig] [barg], [psig] [bara], [psia] [kg/kgmol], [lb/lbmol] [bara], [psia] [barg], [psig] [bara], [psia] [barg], [psig] [°C], [°F] [barg], [psig] [m /min], [ft /min] [m /h], [ft /h] [J/molK], [psia ft /lbmol°R] [min] [°C], [°F] [°C], [°F] [K], [°R] [s] INEDON

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Tstd Vacum Vrecib

903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Temperatura estándar Volumen del acumulador Volumen del recibidor

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[°C], [°F] [m ], [ft ] [m ], [ft ]

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2.


INTRODUCCIÓN La Disciplina de Procesos define los requerimientos de aire comprimido en una planta de procesos o servicios. El Ingeniero de Procesos realiza el diseño, cálculo, selección y, por último, elabora las especificaciones primarias de unidades paquete de aire de instrumento y de planta (generalmente visto como una “unidad paquete”), de vital importancia en el control y automatización de los

procesos productivos. Para ello, el personal del Departamento de Procesos realiza cálculos hidráulicos del comportamiento del sistema desde la estimación de los consumos en toda la planta, a fin de dimensionar las líneas de succión y descarga, equipos, instrumentos, y establecer los requerimientos neumáticos y eléctricos mínimos de los equipos e instrumentos que componen la planta, para un funcionamiento adecuado de los mismos, en materia de consumo y/o de presión de instrumentos (válvulas de control, elementos primarios de medición de flujo, etc.) y equipos (bombas, compresores, expansores, etc.). La especificación final es elaborada por la Disciplina Mecánica con el apoyo de Electricidad e Instrumentación y Control. De acuerdo a la capacidad requerida por el proceso, la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta varía en tamaño, cantidad de equipos y disposición de los mismos dentro del paquete, que podrán ser configurados todos en un mismo skid o varios de ellos, que conformen la unidad paquete. 3.

OBJETIVOS Este INEDON es una guía para la especificación de las unidades paquete que proveen aire de planta y aire de instrumentos. Los principales objetivos de este INEDON son: Orientar al ingeniero de procesos en la especificación primaria de las unidades paquete de aire de instrumentos y aire de planta. Establecer las Bases y Criterios de Diseño de la disciplina Procesos, que serán utilizados durante el desarrollo de la Ingeniería de cualquier proyecto que contemple la instalación de un paquete de aire comprimido. Lograr una comprensión general del funcionamiento e importancia de la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta, así como una revisión de sus componentes, distintas configuraciones y principales características.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Conocer los modelos de cálculo para determinar la capacidad de la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta, así como estimar y/o especificar el volumen del acumulador de aire de instrumento de la planta. Así mismo, algunos Clientes solicitan un acumulador de aire de planta; en este caso debe especificarse el volumen del mismo. Realizar la selección adecuada de los equipos que conforman la unidad paquete dependiendo de las condiciones del aire atmosférico, del proceso y de la demanda de aire comprimido de la planta de procesos según los parámetros, consideraciones y criterios de diseño de ingeniería que normalmente se aplican. Mostrar los arreglos típicos en planta y las consideraciones para su operación y mantenimiento.

4.

ALCANCE Esta guía de diseño está enfocada en la especificación primaria de los equipos del sistema de aire de planta e instrumentos como una unidad paquete. Posee criterios teóricos y prácticos sugeridos tanto por empresas fabricantes de unidades paquetes de aire como de la experiencia en el diseño y especificación de unidades paquetes en distintos proyectos ejecutados por i n e l e c t r a . La guía de diseño incluye los modelos de cálculos a realizarse al momento de especificar una unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta y / o servicio.

5.

EXCEPCIONES No se consideran como parte de esta guía el diseño del sistema de distribución de aire de instrumento y aire de planta. Sólo se ofrecen nociones y criterios generales de éstos, para comprender el funcionamiento general de la unidad paquete. Las líneas de distribución de aire de instrumento y aire de planta hacia los instrumentos son especificadas por la Disciplina de Automatización y Control. En las Ingenierías Conceptuales, el costo de la unidad de aire es obtenido en base a las referencias de otros proyectos similares, a excepción que la unidad

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de aire sea considerada importante para lograr el rango de precisión del estimado de costos. 6.

7.

USOS DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.

Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.

II.

El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional aplicada en el Proyecto. Así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.

PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA Procedimientos relacionados con este INEDON:

Ingeniería (HM010) 903-HM010-A90-TEC-003 903-P3000-A20-ADM-917

Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas

Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-901 Elaboración y Actualización de INEDONES Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-901

Bases de Diseño

903-P3100-P09-ADM-906

Diseño y Especificación de Equipos

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8.


INSTRUCCIONES DE TRABAJO INELECTRA Instrucciones de trabajo relacionadas con este INEDON:

Procesos (HM120) 903-HM120-P09-GUD-013

Bases y Criterios de Diseño

903-HM120-P09-GUD-014

Guía para los Datos de Procesos de las Válvulas de Control y Dimensionamiento de los Desvíos

903-HM120-P09-GUD-025

Guía para la Elaboración Diagramas de Tuberías e Instrumentación

903-HM120-P09-GUD-031

Guía para la Especificación de Compresores

903-HM120-P09-GUD-041

Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión Guía de Diseño de Equipos Finales de Alivio y Venteo

903-HM120-P09-GUD-046 903-HM120-P09-GUD-050 903-HM120-P09-GUD-052 903-HM120-P09-GUD-054

Guía sobre Flujo Crítico para Fluidos Compresibles Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo Guía para Selección Construcción

de

Materiales

de

Automatización y Control (HM160) 903-P3200-I01-GUD-033

Criterios de Diseño Automatización y Control

Las instrucciones de trabajo están relacionadas con este INEDON de manera directa: el INEDON es citado en este documento, o indirecta: el INEDON contiene información adicional para el usuario; pero no es citado en este documento.

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9.


ACRÓNIMOS Y SIGLAS

Español API ANSI

Instituto Nacional de Normalización Estadounidense

ASME DOE INEDON

Departamento de Energía del Gobierno de los Estados Unidos i n e l e c t r a Documento Normalizado

ISA

American Petroleum Institute American National Standard Institute American Society of Mechanical Engineers Department of Energy

International Society of Automation International Organization for Standardization

ISO PDVSA 10.

Inglés

Petróleos de Venezuela

LECCIONES APRENDIDAS Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet de Ingeniería. El sistema de Lecciones Aprendidas puede contener información adicional para el tema de este INEDON. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, establece los pasos para

la identificación, captura, registro en el sistema, etc. de las Lecciones Aprendidas. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, indica lo siguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema de Lecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad

durante una revisión técnica.

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11.


NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES UTILIZADAS COMO REFERENCIA El Cuadro 1 muestra un resumen de las normas internacionales recomendadas como referencia para profundizar en la información teórica descrita en este INEDON y consideradas por las Disciplinas de Diseño Mecánico, Automatización y Control y Procesos para el diseño y la especificación de los sistemas de aire de planta e instrumentos. Cuadro 1. Resumen de la Normativa Nacional e Internacional. Instituto emisor

Norma

Información

API American Petroleum Transmission Systems Institute, 552 ASME B31.3 Petroleum Refinery Piping American Society Mechanical Code Engineering B31.3. ASME B16.5 Steel Pipe Flanged and American Society Mechanical Fitting Engineering B16.5. FONDONORMA 2000 Código Eléctrico Nacional (CEN) 2004 Codificación para la COVENIN 253-1999 Identificación de Tuberías que conduzcan fluidos IEC International Electrotechnical Committee ANSI/ISA Instrumentation Quality Standard for Systems and Automation Instrument Air Society 7.0.01 1996

Referencia en este INEDON [13] N/A N/A N/A N/A N/A [12]

NFPA National Fire Protection Association

70, 59A

N/A

PDVSA K-341

Instrument Air System Criteria Plant and Instrument Positive Displacement Air Compressor

[2]

PDVSA GB-203

PDVSA MDP-02-K-02/03

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Compresor Principios Básicos / Selección del Tipo de Compresor

[5]

[6], [7]

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Instituto emisor

12.

Norma

Información

Referencia en este INEDON

PDVSA MDP-05-E-01/03

Intercambiadores de Calor Principios Básicos / Procedimiento de Diseño para Enfriadores por Aire

[8], [9]

DEFINICIONES

Aire de Instrumentos (Instrument Air) Aire comprimido libre de humedad, aceite y partículas sólidas que se utiliza en las plantas de procesos como medio de trabajo para accionar diversos dispositivos de control como válvulas de control, válvulas on/off e instrumentos principalmente.

Aire de Planta, de Servicio (Plant, Service, Utility air ) Aire comprimido con elevado contenido de humedad utilizado en las plantas de procesos para operaciones de herramientas neumáticas en los talleres, operaciones de mantenimiento y limpieza de equipos y como suministro a las estaciones de servicio.

Bases de Diseño (Design Basis) Consulte el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-

013.

Capacidad de un Compresor (Compressor Capacity) Es el volumen completo de flujo de gas comprimido y entregado a condiciones de temperatura y presión total. A veces significa tasa de flujo en lugar de volumen de flujo nominal. También es llamado Entrega de Aire Libre ( “Free Air Delivery”, por sus siglas en inglés, FAD), es decir, el aire en condiciones atmosféricas en un lugar específico. Este término no significa que el aire es enviado en condiciones idénticas o normales porque la altitud, presión, y temperatura pueden variar en diferentes localidades y en diferentes momentos.

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Condiciones Estándar, Reales y Normales (Standard, Actual & Normal Conditions) Presión y temperatura base para la especificación del volumen de gas y líquido, los valores típicos son: Cuadro 2. Condiciones Estándar, Reales y Normales. Condición

Presión absoluta [bar]

Real

Estándar Normal

Temperatura [psi]

Presión del fluido a las condiciones específicas del sistema

1 atm. estándar

1,01325

[°C] [°F] Temperatura del fluido a las condiciones específicas del sistema 15,56

60,00

0,00

32,00

14,6959

Las designaciones “S” para estándar, “N” para normal y “a” de real (“ actual” en

inglés) son de uso común en la industria. Ejemplos: SCF (Sft 3), pie cúbico estándar; Nm3, metro cúbico normal; acfm, pies cúbicos reales por minuto.

Las condiciones estándar o normales están definidas en las Bases de Diseño del Proyecto; mientras que las condiciones reales están dadas por las condiciones en el punto de operación del sistema.

Contenido de Humedad (Moisture Content ) Es la cantidad de vapor de agua presente en el aire.

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Eficiencia del Compresor (Compressor Efficiency ) Diferentes medidas de eficiencia del compresor son utilizadas: eficiencia volumétrica, eficiencia adiabática, eficiencia isotérmica y eficiencia mecánica. Las eficiencias adiabática e isotérmica son definidas o calculadas como el cociente entre la potencia isotérmica o adiabática y el consumo real de potencia.

Estación de Servicio En la industria corresponde al término empleado para referir al lugar físico donde se dispone de un servicio específico que sirve de fuente de suministro para los diferentes usuarios.. La ubicación de las estaciones de servicio es determinada por la Disciplina de Diseño Mecánico.

Factor de Utilización o Factor de Carga Normalmente en una planta, en condiciones normales de operación, los dispositivos neumáticos funcionan al mínimo de la máxima capacidad. La relación entre el consumo de aire real en una planta y el máximo consumo de aire continuo, se conoce como factor de carga: Factor de Carga

Consumo Real de Aire en 24 horas Maximo Consumo Continuode Aire en 24 horas

(5)

El factor de carga juega un papel vital en la estimación del total de aire comprimido requerido en la fase de diseño. Dependiendo de la planta y las condiciones de funcionamiento, un adecuado factor de carga considera los requisitos de aire intermitentes, mientras se estiman los requerimientos totales del aire. Para establecer el factor de carga, es muy conveniente utilizar las experiencias con plantas similares. El factor de carga puede ser determinado con la ayuda de estudio-trabajo. Otra fuente de información y orientación son los proveedores de equipos y fabricantes de compresores.

Herramientas Neumáticas Dispositivos mecánicos de accionamiento neumático utilizados en la industria, generalmente en talleres y sitios de reparación de equipos o instrumentos. Las más utilizadas se muestran a continuación: 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Llave de Impacto

Herramienta normalmente utilizada para ajustar y desajustar tuercas en todo tipo de maquinaria (Figura 1). Esta herramienta controla el torque (fuerza para hacer girar un cuerpo) para evitar daño a las tuercas de un equipo.

Figura 1. Llave de Impacto. Fuente: Chicago Pneumatic.

Taladro Es la herramienta más utilizada, y se basa en realizar agujeros sobre una superficie (Figura 2). La pieza se mantiene fija mientras la taladradora avanza y realiza el agujero.

Figura 2. Taladro. Fuente: Chicago Pneumatic.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Esmeriladora

Máquina que consta básicamente de un motor y de un disco abrasivo para perfeccionar superficies (Figura 3). Realizan un trabajo de desgaste muy poco preciso.

Figura 3. Esmeriladora. Fuente: Milwaukee Electric Too ls.

Rectificadora Son más precisas que las esmeriladoras, debido a sus dimensiones y a la velocidad de giro del disco, mayor que la de cualquier otra máquina (10 000 rpm) (Figura 4). La rectificadora es una herramienta utilizada para conseguir acabados de precisión tanto en dimensiones como en superficie.

Figura 4. Rectificadora. Fuente: Wyco.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Polipastos

Máquina que se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor al peso que hay que mover (Figura 5). Lleva dos o más poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo.

Figura 5. Polipasto. Fuente: Shaw-Box Estos mecanismos se utilizan mucho en las industrias que cargan elementos y materiales muy pesados para hacer más rápida y fácil la elevación y colocación de estas piezas en las diferentes máquinas-herramientas que hay en los talleres o almacenes, así como cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio que hay acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por rieles colocados en los techos de las instalaciones industriales.

Atornillador Herramienta que sirve para apretar o aflojar tornillos haciéndolos girar; consiste en una barra metálica sujeta a un mango y terminada en una punta que se ajusta a la cabeza del tornillo (Figura 6).

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Figura 6. Atornillador. Fuente: Bosch.

Pistola de Limpieza Esta herramienta provee a presión un fluido de limpieza que es inyectado sobre una superficie a limpiar (Figura 7).

Figura 7. Pistola de limpieza. Fuente: Goodway.

Pistola de Pintura En esta herramienta el aire comprimido se suministra a través de la pistola a una boquilla y cuando el usuario tira del gatillo la pintura se entrega por gravedad desde un depósito ubicado en la parte superior a la boquilla (Figura 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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7). Como resultado de ello, la pintura es pulverizada a la salida de esta boquilla para su aplicación sobre superficies.

Figura 8. Pistola de Pintura. Fuente: Sagola.

Humedad (Humidity) Es la medida de la concentración de vapor de agua en el aire húmedo.

Humedad Absoluta (Absolut Humidity) Se define como la cantidad de vapor de agua por cantidad de aire seco, expresada en relación másica o molar.

Humedad relativa (Relative Humidity) Es la relación (expresada en porcentaje) entre la presión parcial de vapor de agua contenida en el aire a una temperatura dada y la máxima presión parcial de vapor de agua que puede estar presente a la misma temperatura bajo condiciones de saturación.

Micrómetro, µm (Micrometer, µm) Unidad de medida métrica con un valor de 0,000001 m (antes referido como un “micrón”).

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Presión de punto de rocío (Dew Point Pressure) Es la presión a la cual el vapor contenido en el aire atmosférico comienza a precipitarse en forma de condensado.

Rango de Remoción de Contaminación (Contamination Removal Range ) Es el tamaño más pequeño de contaminantes que el filtro retiene con una eficiencia del 100% en peso.

Temperatura ambiente ( Ambient Temperature) Temperatura del medio ambiente que rodea al equipo o paquete a ser especificado.

Temperatura de Bulbo Seco (Dry Bulb Temperature) Es la temperatura del aire atmosférico medida con un termómetro expuesto libremente al aire, pero protegido de la radiación solar y de la humedad.

Temperatura de Bulbo Húmedo (Wet Bulb Temperature) Es la temperatura en que la mezcla aire-vapor de agua, se enfría hasta obtener la saturación. En otras palabras es la máxima cantidad de humedad que puede haber en la superficie sin que ocurra la condensación. Es medida con un termómetro normal, cuyo bulbo está envuelto con un componente esponjoso y humedecido con agua que permite la evaporación normal de la misma.

Temperatura de punto de rocío (Dew Point Temperature) El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la cual empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha.

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13.


CONCEPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Esta sección presenta las consideraciones básicas para la especificación del Sistema de Aire Comprimido, no pretende abarcar toda la teoría, sino por el contrario refrescar conocimientos previamente adquiridos por el Ingeniero de Procesos. Adicionalmente, se insta a consultar la bibliografía respectiva para profundizar en el tema. El aire comprimido es uno de los servicios que con mayor frecuencia utiliza la industria, es empleado como un fluido de limpieza, refrigerante, elemento transportador, activador de herramientas neumáticas y de diversos sistemas de control. El Sistema de Aire de Instrumentos debe ser tan confiable como cualquier otra unidad operativa en una Planta. La calidad del aire de instrumentos es de vital importancia en plantas de proceso, considerando el tamaño reducido para las conexiones de suministro de aire a los instrumentos. El aire usado debe ser limpio, seco y libre de aceite para asegurar que las líneas pequeñas, restricciones y boquillas no sean ensuciadas o bloqueadas por sólidos, aceite o agua. El agua en las líneas puede causar corrosión y oxidación del sistema de aire y de los instrumentos asociados, los depósitos de agua pueden causar daños delicados a instrumentos, líneas y boquillas; además, cuando se alcanza la temperatura de congelación se presenta bloqueo o ruptura de instrumentos o líneas de aire. El aire de instrumentos no debe ser usado como suministro para la operación de equipos o herramientas neumáticas, para limpieza de tubería y equipos, ni tampoco para el suministro de aire para respirar o cualquier otra emergencia respiratoria. Generalmente, los sistemas de aire para respirar poseen sus propias unidades de secado, filtros de carbón y lechos catalíticos que proveen la calidad requerida del aire.

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14.


ESTIMACION DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Para determinar la capacidad de un equipo paquete de aire de instrumento y aire de planta se deben conocer todos los usuarios, equipos y procesos que requieran del servicio de aire de instrumento y aire de planta. Normalmente los consumidores de aire de instrumento son las válvulas de control, válvulas on/off, paneles de control y cualquier otro equipo neumático, de instrumentación y control de la planta. Los consumidores comunes de aire de planta son las estaciones de servicio y las diversas herramientas de funcionamiento neumático que se usan en los talleres de mantenimiento de la planta. Para la estimación del caudal de aire comprimido se determina un consumo típico de todos los usuarios que requieren el servicio, más un porcentaje de sobre diseño entre 20 y 40%, que cubre perdidas presentadas en la operación normal por fugas (10-15%), regeneración del desecante y futura expansión del sistema (10-20%).

14.1. Estimación del Consumo de Aire de Instrumento La capacidad total para el aire de instrumentos se puede calcular, definiendo primero la capacidad teórica requerida por el sistema; para esto se debe determinar la cantidad de: válvulas de control en la planta, válvulas on/off, válvulas del sistema de parada y mechurrios (antorchas, quemadores de desfogue, Teas, Flares). Para el cálculo del consumo de aire de instrumento se tienen en cuenta los siguientes aspectos: Conocer el número exacto de válvulas presentes en la planta. Estimar el consumo promedio de las válvulas de control (Generalmente entre 1 y 3 scfm (1,7 y 5,1 m 3/h). Véase Cuadro 3). Estimar el consumo promedio de las válvulas on/off (Generalmente 3 scfm (5,1 m3/h). Véase Cuadro 3).

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Cuadro 3. Consumos Típicos de Aire de Instrumentos para las válvulas.

Requerimientos de Aire

Consumo (scfm/unidad)

Válvulas de Control Posicionador tipo Diafragma Posicionador tipo Pistón Válvulas On/off

1* 3* 3**

Válvulas del Sistema de Parada

3**

*Capacidad indicada en el documento de referencia [14]. **Capacidad estimada según información de fabricantes.

Conocer cualquier otro uso del aire de instrumento, propio del proceso, como presurización de paneles de control, alimentación de aire para reactores, etc. Considerar un 20% del flujo total resultante para uso en la regeneración de los secadores. Considerar un 20% de sobre diseño sobre el flujo total de aire de instrumento estimado, en los que se incluye factor de fugas y futuras expansiones. Durante el desarrollo de la ingeniería de detalle se debe evaluar el diseño del sistema de aire de acuerdo a los consumos especificados por los fabricantes de las válvulas e instrumentos, para lo cual es conveniente consultar a la Disciplina de Automatización y Control. Algunos modelos de válvulas de control tienen una máxima capacidad de salida ( Maximum Output Capacity ) muy superior a su consumo estable de aire de instrumentos, el diseño del sistema de aire de instrumento debe ser revisado para poder cumplir con estos requerimientos. Considerar los equipos tipo paquete que pueden existir en la planta, que requieran aire de instrumentos. Este consumo debe ser indicado por el fabricante del paquete. Deben considerarse también los paneles presurizados; para estimar su consumo es conveniente consultar a la Disciplina de Automatización y Control.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Los consumos indicados en el Cuadro 3 deben ser confirmados con la Disciplina de Automatización y Control cuando se disponga de la información de los fabricantes de las válvulas. Generalmente, los consumos indicados en el Cuadro 3 son conservadores; sin embargo, para fluidos de proceso de muy alta presión o con válvulas de gran diámetro puede ser necesario especificar de nuevo la unidad de aire, si los factores de sobre diseño no han sido suficientes. Los Mechurrios (antorchas, quemadores de desfogue, teas o antorchas) tienen un consumo discontinuo aproximado de 25 scfm (42,5 m 3/h), utilizado para encender los pilotos del panel de ignición de estos equipos. Este consumo es discontinuo ya que sólo se requiere durante la ignición de los pilotos. Véase INEDON Guía de Diseño de Equipos Finales de Alivio y Venteo, N° 903-HM120-P09-GUD-046 903-HM120-P09-GUD-046..

Una vez definida la cantidad de instrumentos y equipos que requieren del servicio, se puede conocer el consumo total, de acuerdo a los estimados del Cuadro 3, al cual se le adiciona un factor de uso y simultaneidad. Generalmente el factor de uso para las válvulas de control y on-off es uno (1), si la planta está en operación continua. El factor de simultaneidad se estima de acuerdo a las condiciones específicas de operación de cada proceso. En las ecuaciones 1 y 2 se muestra el cálculo de la capacidad total requerida en los sistemas de aire de instrumentos. Qreal

Qteórica * factor de uso * factor de simultaneidad

QTotal Qreal * factor de expansión* factor por fugas fuga s

Ec. 1 Ec. 2

Donde: Qteórica :

Consumo calculado multiplicando el número de usuarios por el consumo estimado, scfm.

Factor de expansión: 10-20% Factor por fugas: 10-15%


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En algunos sistemas, el aire comprimido es utilizado para suplir las demandas de aire para instrumentos y también para aire industrial. Si este es el caso, el consumo de aire industrial debe ser considerado para la definición del consumo total que debe manejar el compresor de aire. 14.2. Estimación de los Consumos de Aire de Planta Para el cálculo del consumo de aire de planta deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: El consumo de aire para una estación de servicio se puede estimar entre 10 y 30 scfm (17,0 y 51,0 m 3/h) por cada estación de servicio para una etapa de ingeniería básica. La definición del número total de estaciones de servicio requeridas en una Planta industrial se realiza por medio del plano de distribución de Planta (Plot-plan). Una práctica común considera la instalación de estaciones de servicio aproximadamente cada 82 a 98 ft (25 a 30 metros), pero los requerimientos específicos del Cliente tienen prioridad para la definición de la cantidad de estaciones de servicio a instalar. Típicamente se considera la simultaneidad de operación de dos o tres estaciones de servicio para estimar la capacidad total del Sistema de Aire de Planta e Instrumentos. Para una etapa de ingeniería de detalles se puede precisar el consumo de cada estación de servicio, definiendo la cantidad de herramientas mecánicas accionadas neumáticamente que se pueden usar por estación, más un factor promedio de utilización de las herramientas y el factor de simultaneidad de uso de las estaciones totales de la planta industrial. Conocer cualquier otro uso del aire de planta, propio del proceso, como activación de bombas o consumo de turbogeneradores. Las bombas neumáticas generalmente son utilizadas para servicios de bajo caudales, como aceite lubricante o inyección de químicos. Para un estimado preliminar, aire a una presión de 70 psig (4,8 barg), se puede asumir que se consume 1 scfm (1,7 m 3/h) por cada galón por minuto que maneja la bomba. Por ejemplo para una bomba con capacidad de 20 gpm, el consumo estimado puede ser 20 scfm (34 m 3/h). Estos estimados se deben validar con información de fabricantes durante una etapa más avanzada de ingeniería.


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Los consumos representativos de aire para las herramientas, se determinan de acuerdo a cuántas pueden funcionar simultáneamente por estación, y el tipo de herramienta. En el Cuadro 4 se muestra un estimado de algunos consumos promedios con su factor de utilización. La Figura 9 muestra el factor de simultaneidad en función de la cantidad de herramientas utilizadas. Cuadro 4. Consumos de aire y grado de utilización para herramientas de aire comprimido [3].

Tipo de Herramienta Llave de Impacto Taladro

≤1/2"

> 1/2" ≤ 12 mm > 12 mm

Consumo de Aire cfm (l/s) 17 (8) 27 (13) 10.5 (5) 21 (10)

Factor de Utilización 0.05 0.15 0.2 0.25

17 (8)

-

21 (10) 114 (54) 74 (35) 95 (45)

0.2 0.3 0.05

13 (6)

-

13 (6)

-

10.5 (5) 10.5 (5)

0.2 -

Rectificadoras Esmeriladora Polipastos

< 6" > 6" ≤ 11 ton > 11 ton

Atornillador Pistola de Limpieza Pistola de Pintura

Automático Manual

El cálculo del consumo total de aire requerido para las estaciones de servicio se realiza con las ecuaciones 1 y 2 mostradas anteriormente. 14.3. Consideraciones Generales Todo sistema puede presentar picos de demanda que se pueden satisfacer a través de recipientes acumuladores o tanques pulmón; éstos son más efectivos si se localizan lo más cerca posible de donde se requieran estas altas demandas. En muchos casos, una evaluación cuidadosa de la demanda del sistema nos puede llevar a una adecuada estrategia de control a través de 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/C 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp T/sp

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estos acumuladores, de tal suerte que podamos reducir la capacidad global del compresor que se vaya a adquirir. Estos acumuladores pueden ser especificados para suministrar aire a una o varias válvulas, estas últimas ubicadas cercanas entre sí. Estos recipientes son mostrados en los Diagramas de Tuberías e Instrumentación y su tamaño es determinado por la Disciplina de Automatización y Control, en conjunto con el fabricante de las válvulas. 1 d 0.9 a d i e n 0.8 a t l u m0.7 i S e d 0.6 r o t c 0.5 a F

0.4 0

10

20

30

40

50

60

70

Número de Herramientas

Figura 9. Factor de Simultaneidad dependiente del número de herramientas

[1].

El sobredimensionar excesivamente los compresores de aire es extremadamente ineficiente, porque la mayoría de los sistemas, operando a carga parcial, consumen más energía por unidad de volumen de aire producido. Es preferible especificar varios compresores pequeños con un control secuenciador de arranque, permitiendo así una operación más eficiente cuando la demanda es menor que la demanda pico. Si a pesar de que el sistema fue diseñado apropiadamente y recibe un mantenimiento adecuado, sigue experimentando problemas de capacidad, una alternativa, antes de añadir otro compresor, es volver a analizar el uso del aire comprimido en cada una de las áreas de aplicación, ya que tal vez se puedan utilizar, de manera más efectiva, sopladores o herramientas eléctricas o, tal vez, simplemente se puedan detectar usos inapropiados. Otra forma efectiva de diseñar y operar apropiadamente un sistema de aire comprimido es evaluar su perfil de carga. Las variaciones de demanda durante

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el tiempo total de uso del aire comprimido es una de las principales consideraciones cuando se diseña un sistema de esta índole. Las plantas con grandes variaciones de demanda necesitarán de un sistema que opere eficientemente bajo carga parcial; en tales casos, el uso de compresores múltiples con controles secuenciadores de arranque, pueden operar el sistema de forma más económica. En cambio, en plantas con un perfil de carga con pocas o nulas variaciones, se pueden utilizar estrategias simples de control. Por otro lado, los usos inapropiados dan lugar a una demanda artificial ya que requieren de un exceso en el volumen de aire y, por consecuencia, una mayor presión. El uso de controladores de flujo puede ayudar a minimizar esta demanda artificial. El requerimiento de capacidad de un Sistema de Aire de Instrumentos es determinado por la suma de todos los consumos que operarán simultáneamente en una Planta industrial. La definición exacta de simultaneidad es una tarea difícil de definir, ya que un proceso en condiciones estables consume menos aire que un proceso que presente fluctuaciones en sus condiciones operacionales. Algunas reglas generales definen los consumos típicos de los diferentes instrumentos que requieren de aire para su correcto funcionamiento. 15.

CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTO Y PLANTA El sistema de aire comprimido se divide en dos (2) partes principales: el suministro y la demanda. Del lado del suministro, se tiene el paquete de compresión, compuesto por el compresor, el motor del compresor, controladores y equipo de tratamiento del aire, como filtros, enfriadores, secadores, tanques de almacenamiento, etc. Por el lado de la demanda, están el cabezal principal, compuesto por las líneas principales de distribución, mangueras, reguladores de presión, válvulas, lubricadores, equipo neumático, etc. Cada uno de los elementos mencionados, tanto del suministro como de la demanda, tienen una aplicación específica para el mejor desempeño del sistema y, en cada caso, se debe cuidar su funcionamiento a través de un adecuado mantenimiento.

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Los sistemas de aire de instrumentos son críticos para la propia operación de las facilidades ya que todos los instrumentos y controles dependen de su grado de humedad. Muchos sistemas son diseñados con 100% o más de respaldo en el sistema de compresión de aire. Generalmente los sistemas son diseñados para proveer una presión de 100 psig (6,9 barg) a los diferentes usuarios de la planta. El valor de 100 psig (6,9 barg) es solicitado en el límite de batería de la unidad de aire en operación normal, es decir, aguas abajo de los equipos de tratamiento de aire. Las válvulas grandes con requerimientos de cierre rápido habitualmente necesitan esta presión para operar en forma apropiada. Un número variado de tipos de compresores es utilizado para los sistemas de aire de instrumentos. Puesto que el aire es necesario a 100 psig (6,9 barg) de presión, la razón de compresión debe estar sobre 7,5. Si se utilizan compresores reciprocantes, se necesitan múltiples etapas. Los compresores de tornillo (bien sea lubricados o libres de aceite) son los más utilizados para este servicio. Un ejemplo de unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta se muestra en la Figura 10. Su capacidad depende de los requerimientos de aire necesarios para el funcionamiento de las válvulas de control y válvulas de accionamiento neumáticos (on/off), la presurización de los paneles de control local, operación de herramientas en los talleres de mantenimiento, estaciones de servicio y equipos o sistemas de procesos donde el aire es una fuente de alimentación y no se dispone de ventiladores y/o compresores dedicados para prestar esa función. La unidad paquete opera de la siguiente manera: los compresores toman aire de la atmósfera, el cual se hace pasar por un filtro de succión, y lo comprime hasta la presión que es requerida en la planta. De allí el aire se pasa por un enfriador que le baja la temperatura adquirida por el efecto de la compresión y por una trampa de condensado en la que se le retira el aceite y el agua que se forma, para luego llegar a un recipiente acumulador, que permite la estabilización de la presión del sistema y provee un tiempo de reserva para el funcionamiento de la planta, así mismo en este acumulador se elimina el resto del condensado que se forma, drenándolo por el fondo del recipiente. Luego según el uso previsto del aire, una fracción se pasa directamente a la red de distribución de aire de planta y la otra se envía a la sección de secado, donde el aire se filtra, para remover impurezas y contaminantes, antes y después de su paso por unos recipientes adsorbedores en donde se remueve la humedad 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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por medio del contacto con un lecho adsorbente. Finalmente el aire es enviado a un receptor de aire de instrumento o pulmón, especialmente diseñado para suministrar al sistema un tiempo de reserva para el servicio, durante contingencias, y se permita a la planta parar de manera segura.

Figura 10. Esquema Típico de Unidad Paquete de Aire de Planta y Aire de Instrumento. La unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta es un sistema basado en la compresión y tratamiento del aire atmosférico, con el fin de otorgarle las condiciones necesarias de presión y temperatura para su uso industrial dentro de una planta de procesos químicos, petroquímicos, producción, termoeléctrica, de gas (extracción y fraccionamiento) refinación y/o mejoramiento de crudos, entre otras. Dependiendo de la capacidad de las unidades paquetes de aire de instrumento y aire de planta, los vendedores agrupan los equipos de la unidad en uno o varios skids o patines. Para el caso de unidades paquetes de baja capacidad 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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todos los equipos vienen ensamblados en un solo patín o skid, mientras que para unidades paquetes de alta capacidad se agrupan los equipos por patines o skid de equipos paquetes. La función de estos equipos paquetes es hacer más cómoda y versátil la procura, movilización, instalación y mantenimiento de la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta. La Figura 11 muestra un skid típico del paquete de aire de instrumentos.

Figura 11. Diagrama Isométrico de una Unidad Paquete de Aire Comprimido. Fuente: Catálogo Ingersoll - Rand 15.1. Equipos que conforman el paquete de aire de planta e instrumentos A continuación se explica de forma breve las características de los equipos que conforman una unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta.

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15.1.1.

903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Compresores de Aire

Los tipos de compresores normalmente usados en una unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta son: centrífugos, axiales y reciprocantes del tipo no lubricados, ya que con ello se evita la introducción de aceite lubricante a la unidad, favoreciendo la calidad del servicio y evitando incluir mecanismos extras de separación que son necesarios para retirar dicho material. Definir los equipos como no lubricados implica que no se agrega aceite lubricante a la cámara de compresión del aire, sin embargo el compresor continuará usando aceite lubricante en la sección del motor, engranajes, acoples, cojinetes, entre otros. [6] Tipos de Compresores

Flujo Intermitente

Reciprocantes

* Efecto Simpl e * Doble Efecto Capacidad hasta de 1500 scfm. Comunmente los más utilizados en estos Sistemas

Flujo Continuo

Rotativos

* Tornillo Capacidad de 400-1300 scfm * Pistón líquido Capacidad de 20-450 scfm * Paleta deslizante: Capacidad de 100-500 scfm

Dinámicos

* Centrifugos Altas capacidade s >1500 scfm * Axiales Flujos hasta 1000 000 scfm, Muy poco utilizados en estos Sitemas

Figura 12. Principales equipos utilizados en Sistemas de Aire de Instrumentos. En la Figura 12 se muestra un cuadro resumen con los principales tipos de compresores utilizados en estos sistemas, indicando las capacidades máximas aproximadas con lo cual se puede realizar una pre-selección inicial. Los Compresores del tipo centrífugos y los rotatorios de pistón líquido eliminan la necesidad de aceite lubricante ya que no es requerida una lubricación interna en estos equipos. 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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Algunos compresores son identificados como libres de aceite (“ Oil-free” ),

aunque internamente estén lubricados con aceite, ya que utilizan unos filtros para remover las partículas remanentes de aceite en el aire comprimido. Estos filtros pueden limitar con el tiempo la calidad del aire, por lo tanto, compresores “No lubricados” son los más recomendados.

En los compresores lubricados, vapores de aceite son generados debido a altas temperaturas y al esfuerzo cortante mecánico de la película de aceite lubricante. La cantidad y fineza de las partículas de vapor de aceite son determinadas por factores mecánicos en la cámara de compresión, velocidad del pistón, “ clearance”, viscosidad del aceite, etc.

Si es necesario utilizar compresores lubricados, aunque no sea una práctica común, se puede hacer pero se requiere asegurar la remoción de aceite para evitar daños en los componentes del sistema de aire y en los usuarios finales. Si los vapores de aceite no son removidos del compresor de aire, lentamente se formarán gotas lo suficientemente grandes como para taponar el sistema de tuberías con líquidos de aceite; además, la presencia de aceite causa contaminación en la instrumentación y la posibilidad de crear una mezcla combustible. Este fenómeno ocurre en orificios, reductores de presión, boquillas, etc. Las partículas de aceite varían en tamaño aproximado de 5 micrones o menos y pasan a través de los filtros convencionales de aire diseñados para remover grandes tamaños de gotas de agua y suciedad, por lo cual es necesario utilizar filtros coalescentes para remover partículas de aceite por debajo de 3 micrones, que remueven a su vez grandes tamaños de gotas sin causar taponamiento o una apreciable caída de presión. Previsiones deben ser tomadas para la recuperación y posterior disposición de aceites lubricantes de acuerdo a las regulaciones ambientales locales vigentes. Si un aceite sintético es utilizado para lubricar compresores, se debe evaluar su compatibilidad con los instrumentos finales de uso. Por ejemplo, vapores de ésteres generados por aceites sintéticos pueden causar daños en los elastómeros de los mecanismos finales de utilización. En general, comparando los costos de instalación de compresores en Sistemas de Aire de Instrumentos, las siguientes observaciones pueden ser tenidas en cuenta para su selección:

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Compresores Reciprocantes y centrífugos son la elección usual para Sistemas de Aire de Instrumentos. Los tipos reciprocantes deben ser considerados para flujos inferiores a 1500 scfm (2550 m 3/h). Modelos no lubricados tienen altos costos tanto en instalación como en mantenimiento, pero estos proveen sistemas de aire de instrumentos limpios y libres de aceite. Para flujos de aire superiores a 1500 scfm (2550 m 3/h), compresores centrífugos deben ser considerados. Los costos de instalación y mantenimiento son bajos y ellos están disponibles en modelos no lubricados. Los compresores de pistón líquido pueden ser considerados para flujos de aire libre de aceite hasta de 500 scfm (850 m 3/h), usualmente son más económicos que compresores lubricantes no lubricados. Para un flujo de aire entre 100 a 500 scfm (170 a 850 m 3/h), los compresores rotatorios tipo paleta son utilizados y tienen un bajo costo de instalación, pero modelos tipo no lubricados no están disponibles. En el rango de 500 a 1500 scfm (850 a 2550 m 3/h) de flujo de aire, los compresores tipo tornillo pueden ser instalados a un menor costo que los compresores centrífugos o reciprocantes. Sin embargo, estos equipos no son libres de aceite.

La presión de descarga del compresor comúnmente se especifica en 125 psig (8,6 barg), de tal forma que al considerar las pérdidas de presión en los equipos de secado, filtros, líneas de distribución y reguladores de presión, la presión del aire en la salida de las unidades de secado sea de mínimo 100 psig (6,9 barg). Instrumentos operados neumáticamente requieren una presión de aire de 35 psig (2,4 barg) o menor. Posicionadores de válvulas de control y actuadores tipo pistón pueden requerir aire seco a una presión de 60 psig (4,1 barg) o mayor. Generalmente se usan como mínimo dos compresores, los cuales pueden trabajar con diferentes tipos de accionadores: turbina de vapor, motores de combustión, motor eléctrico, para evitar problemas de suministro al momento de una falla en la planta. No existe una regla para establecer el número de compresores en una unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta, normalmente se especifica una 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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unidad paquete con dos compresores al 100% (uno en operación y otro de respaldo). No obstante, la instalación de más de 2 compresores debe ser considerada al tener en cuenta la reparación o mantenimiento de los equipos, variaciones significativas en el consumo de aire comprimido en la planta o que la procura de varias unidades pequeñas resulte más atractiva económicamente que la de dos unidades de alta capacidad. En algunos casos especiales se coloca un equipo extra de emergencia con capacidad suficiente para suplir los requerimientos de aire de instrumento asociado a los instrumentos de los equipos críticos del proceso que deben seguir en funcionamiento en cualquier contingencia que se presente. Aunque se han expuesto los aspectos más relevantes para la selección del compresor, conviene consultar al fabricante del equipo, exponerle las condiciones específicas de la aplicación, para que éste haga su mejor recomendación. Para mayor información se recomienda ver los criterios de selección de compresores en la “Guía para la Especificación de los Compresores ” 903-HM120-P09-GUD-031 de i n e l e c t r a . 15.1.2.

Enfriadores Inter-etapa y Post-enfriadores

El aire, como cualquier gas, cuando es comprimido genera calor asociado al trabajo realizado sobre el mismo. Este calor puede ser considerable al trabajar con relaciones de compresión medianas o altas, pudiéndose alcanzar temperaturas extremas. Para alargar la vida útil del compresor y sus componentes, evitar pérdidas de capacidad y disminuir el consumo de potencia, muchos compresores multietapas incluyen dentro de su configuración inter enfriadores que permiten aumentar la eficiencia del equipo. Es común agregar post enfriadores a la salida de los compresores de la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta con la finalidad de enfriar el aire comprimido y satisfacer los requerimientos de temperatura del sistema (normalmente se garantiza una temperatura de salida de 10°F (5,6 °C) sobre la máxima temperatura ambiente), así como disminuir la humedad de la corriente de aire, ya que al bajar la temperatura el vapor de agua presente en el aire se condensa y puede ser retirado del sistema.

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Figura 13. Post-Enfriadores de Aire. Fuente: MPARent Los sistemas de enfriamiento usados en la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta pueden ser del tipo enfriadores por aire (Figura 13) o enfriadores por agua. Estos se seleccionan de acuerdo a la disponibilidad del servicio de agua de enfriamiento en la planta y la capacidad de diseño de la unidad paquete a instalar, ya que en unidades paquete de gran capacidad se requieren enfriadores de aire que ocupan un mayor espacio que los enfriadores por agua convencionales de tubo y carcasa. Los enfriadores por aire son los sistemas más económicos y prácticos ya que usan aire ambiental como fluido de enfriamiento, sin embargo se ven limitados por la máxima temperatura de enfriamiento que ofrecen. Los enfriadores por agua son equipos con dimensiones más pequeñas y eficientes en los que se puede lograr enfriar el aire a una temperatura más baja que la que normalmente se alcanza con los enfriadores por aire. Los inter-enfriadores (en caso de tenerlos) y post-enfriadores de aire deben estar provistos de un separador mecánico, con el cual se recolecte cerca del 70-80% del condensado generado por el enfriamiento del aire. El separador debe poseer una válvula de drenado automático y un desvío para el drenado manual para cuando la válvula automática se encuentre en mantenimiento. La temperatura de salida de los post enfriadores debe ser 5-10°F (2,8 – 5,6 °C) por encima de la temperatura de entrada del fluido de enfriamiento. El proveedor del sistema se encargará de informar la necesidad de incorporar inter enfriadores entre las etapas de compresión y el tipo de enfriador (por aire o por agua) usado para los inter enfriadores y post enfriadores.

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15.1.3.

903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Tambor Acumulador de Aire

El tambor acumulador de aire (Figura 14), ubicado aguas abajo de los post enfriadores, actúa como un depósito de compensación o antioleaje para amortiguar las pulsaciones de las descarga del compresor, como tambor para separación de condensados y como tambor de almacenamiento para proporcionar un suministro de aire por un tiempo predeterminado cuando se presente una falla del compresor y permitir una parada segura de las unidades de proceso.

Figura 14. Acumulador de Aire Vertical. Fuente: Kaeser Compresores. Para plantas con requerimientos de alta capacidad y tiempo de reserva de aire de instrumento que originan acumuladores de gran tamaño, este equipo se ubica aguas abajo del secador, por esta razón en su lugar se debe colocar un pequeño tanque recibidor que retire el condensado que se genera en la línea y permita estabilizar la presión del sistema con el fin de regular el ciclo de trabajo del compresor. El tambor pulmón se ubica aguas abajo de los secadores y normalmente no se especifica y/o solicita dentro de la unidad paquete. En algunos casos, pueden ser especificados varios tambores acumuladores de tamaño moderado para evitar un solo equipo con dimensiones muy grandes. Normalmente se utiliza una relación L/D igual a 3 para el diseño del tambor acumulador o del recibidor. Si los requerimientos de capacidad son pequeños y el tiempo de reserva del aire de instrumento origina acumuladores de menor tamaño, el equipo se sitúa luego del post enfriador. 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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El acumulador de aire o pulmón, de acuerdo a su ubicación, brinda beneficios adicionales como control del ciclo de arranque y parada del compresor, control del auto encendido del compresor auxiliar, disminuye la temperatura, intercambiando calor con el ambiente, y retira humedad de la corriente de aire. La temperatura de operación del acumulador es típicamente menor que la temperatura de rocío del aire entrando al acumulador, esto causa que la humedad condense en el interior del acumulador. Para ayudar a prevenir la intrusión de partículas y condensado, la línea de salida de aceite debe ser localizada lo más cerca posible al tope del tambor y por encima de la línea de entrada. Una trampa de drenaje automático, con un desvío (by-pass) manual, debe ser instalada lo más cerca posible al fondo del acumulador para disponer los condensados. Los drenajes de un acumulador son susceptibles a taponamientos, por lo cual las líneas deben ser provistas de una facilidad para su limpieza. En estos equipos se recomienda la instalación de indicadores, visores o alarmas de nivel a fin de poder monitorear una posible falla en la trampa de condensado. El volumen de tambor recibidor puede ser calculado con la siguiente fórmula: Unidades inglesas: V recib

t * Q * P atm * (T op

460)

( P máx P mín ) * (Tstd 460)

Ec. 3

Unidades métricas: V recib

t * Q * P atm * (T op ( P máx

273,15)

P mín ) * (Tstd 273,15)

Ec. 4

El tiempo de compensación es el tiempo requerido para que la presión en el recibidor cambie desde el límite máximo de presión (P máx) hasta la presión mínima requerida (Pmín). Este tiempo puede ser definido generalmente en cinco a diez (5-10) minutos, el cual puede ser considerado adecuado para disponer de aire cuando se presente una parada de emergencia en la Planta o para activar un sistema de respaldo de aire. Sin embargo, este tiempo debe ser definido de acuerdo a las características operativas del sistema de aire de 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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instrumentos a ser instalado y del sistema de respaldo y de emergencia que se disponga o se prevea instalar. Instalaciones que no posean un sistema de respaldo o que la acción correctiva de la falla del compresor no se puede realizar en corto tiempo, deben ser diseñados con tiempos de almacenamiento mayor, por lo cual se considera conveniente analizar con el Cliente el valor de este criterio. La presión máxima de operación del recibidor será la correspondiente al máximo valor de presión de descarga del compresor. Para definir el valor de presión mínima que alcanza el recibidor cuando ocurre una falla del compresor, se debe tener en cuenta que por lo general los posicionadores de las válvulas de control requieren una presión de aire superior a 60 psig (4,1 barg)[1], por lo que, si se considera las pérdidas por fricción en tuberías, pre-filtros, unidades de secado y en los post-filtros, una presión mínima aproximada de 75 psig (5,2 barg) en el recibidor de aire es requerida. Una vez definido el volumen del tambor se puede estimar un diámetro, calcular el área del cilindro y por consiguiente la longitud; luego se calcula la relación L/D (longitud/diámetro), verificando que esta se encuentre entre 2,5 a 5, que es comúnmente aceptado como óptimo de acuerdo a criterios económicos y operacionales. El Anexo 1 muestra la Hoja de cálculo desarrollada por el Departamento de Procesos para calcular el volumen del tambor recibidor del sistema de aire de planta e instrumento. 15.1.4.

Filtros de Aire

En las plantas de procesos se requiere aire de instrumento y aire de planta con altos criterios de calidad, el aire debe estar libre de contaminantes como aceite, agua (humedad) y partículas de sólido; la mejor forma de evitarlos es con el uso de filtros. Generalmente estos filtros se ubican en lugares críticos donde se generan los contaminantes. Un filtro de succión en la alimentación del compresor, reduce la introducción de polvo atmosférico presente en el aire, un filtro a la salida del secador atrapa las partículas de lecho adsorbente que se desprenden de los secadores y evita su penetración en la red de distribución de aire comprimido, mientras que es obligatorio el uso de un pre filtro a los secadores tipo adsorbentes, para evitar el paso de agua libre y aceite que saturarían y contaminarían el lecho rápidamente [2]. 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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A pesar de usar compresores no lubricados, existe el riesgo de la presencia de aceite en el sistema, ya que puede ingresar en el aire atmosférico, por esta razón se instalan los tipos de filtros que retengan tanto vapores de aceite como condensado. Generalmente se usan filtros coalescentes ya que remueven agua y aceite, poseen una eficiencia del 99.98% para partículas de 0.1 y 0.01 micrómetros y su caída de presión varía entre 1 y 3.5 psi (0,07 y 0,24 bar) [1]. En la Figura 15 se muestran estos filtros.

Figura 15. Filtros coalescentes. Fuente: Sullair. 15.1.4.1. Pre-Filtros Pre-filtros, generalmente del tipo cartucho coalescentes, son requeridos para evitar la entrada de aceite, agua u otros condensados a los secadores de aire, por lo cual son instalados aguas arriba de las unidades de secado. Una trampa de drenaje automático con desvío (by-pass) manual es recomendada para su instalación. Además, pre-filtros instalados en paralelo, con sus respectivas válvulas de corte, deben ser utilizados cuando el sistema no pueda salir de operación para mantenimiento de los equipos. Generalmente los filtros cuentan con tomas de presión diferencial para instalación de instrumentos indicadores, y transmisores de presión diferencial

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con alarma, por obstrucción del filtro, para permitir un intercambio manual al otro filtro mediante un desvío (by-pass) sin sacar de operación la unidad. En la Figura 16 se muestran estos filtros.

Figura 16. Pre-Filtros. Fuente: General Air Products. 15.1.4.2. Post-Filtros Los post-filtros proveen la limpieza final de la corriente de aire removiendo las partículas de material desecante que pudiera arrastrar la corriente de aire a la salida del secador. El post filtro debe diseñarse para filtrar cualquier residuo de alúmina desecante u otras partículas que estén dispersas en el aire proveniente de las columnas desecantes. Para secadores tipo refrigerados, se recomienda el uso de filtros coalescentes. Se deben instalar dos (2) unidades con capacidad del 100% del flujo del aire. El proveedor debe suministrar la información asociada al ciclo de vida del filtro, generalmente se trabaja con filtros de 120 meses de vida útil a operación normal. 15.1.5.

Secadores de Aire

El aire atmosférico está cargado de humedad que condensa posterior a su compresión y enfriamiento, sin embargo, permanece saturado y a medida que el aire se vaya enfriando, se irá condensando mayor cantidad de agua. Para evitar daños al sistema y a los equipos que lo utilizan es necesario retirar la mayor cantidad de humedad posible. Esto se logra por medio de la instalación 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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de unidades secadoras especialmente diseñadas para tratar el aire de instrumento. Los secadores de aire deben ser diseñados para lograr que la temperatura de punto de rocío se encuentre a -40°F (-40 °C) a 100 psig (6,9 barg) en la línea de presión, ya que generalmente el valor de temperatura no cae por debajo de este valor. En áreas de extremo frío, el punto de rocío debe ser más bajo, hasta de -100°F (-73 °C) a la presión de operación. En general, el punto de rocío debe estar varios grados por debajo de la mínima temperatura que se encuentre en el sistema. Para instalaciones que se encuentran bajo cubierta o donde las líneas de aire nunca están expuestas a bajas temperaturas, una temperatura de rocío de -40°F (-40 °C) no es necesaria. Para determinar la mínima temperatura del sistema debe ser considerado el efecto de enfriamiento del gas, luego de una expansión adiabática del gas comprimido hasta una baja presión. Varios tipos de secadores son utilizados para remover la humedad del aire comprimido. Los dos tipos básicos de secadores utilizados en sistemas de aire de instrumentos son los refrigerantes y los desecantes regenerativos. Separadores mecánicos están disponibles (tipo expansión y ciclón), pero estos no producen la calidad del aire requerida para un sistema de aire de instrumentos. La selección del tipo de secador a utilizar depende de las condiciones reales del flujo de entrada bajo las cuales se espera opere el secador, de la calidad del aire a ser producido, de la presión del aire, de la humedad relativa deseada y de los costos de operación del sistema (electricidad, vapor, agua, etc.). El Cuadro 5 muestra los tipos de secadores de aire más utilizados en la industria [16]. 15.1.5.1. Secadores Tipo Desecantes Regenerativos Los secadores tipo desecantes o por adsorción, son los equipos más utilizados en sistemas de aire de instrumentos instalados a la intemperie. Este tipo de secador es el que se muestra en la Figura 17. El desecante es un material higroscópico que fácilmente toma y retiene la humedad del aire en su superficie. Un material desecante típico adsorberá aproximadamente un 45% de su peso en agua.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Cuadro 5. Tipos de Secadores de Aire (1)

Tipo de Secador

Rango de Flujo

Desecante Regenerativo Con Calentamiento (2) Desecante Regenerativo Sin Calentamiento Desecante Regenerativo Tipo Calor de compresión (3)

0 – 10 000 scfm @ 100°F y 100psig (0 -16 990 m 3/h @ 38°C y 6,9 barg) 0 – 10 000 scfm @ 100°F y 100psig (0 -16 990 m 3/h @ 38°C y 6,9 barg) 0 – 10 000 scfm @ 300°F y 100psig (0 -16 990 m 3/h @84°C y 6,9 barg) 0 -5 000 scfm @ 100°F y 100psig (0 – 8500 m3/h @ 38°C y 6,9 barg) 5000 -10 000 scfm @ 100°F y 100psig (8500 – 16990 m3/h @38°C y 6,9 barg)

Refrigerante

Rango de Punto de Requerimiento Rocío a la salida de la de servicios línea de presión 0 a -40°F (0 a -40°C)

Electricidad o Vapor

-40°F (-40°C)

Aire comprimido seco

0°F a 40°F (-18°C a 4°C )

Aire caliente y electricidad

35°F a 40°F (2°C a 4°C)

Electricidad

50°F (10°C )

Electricidad

(1) Valores mostrados son típicos pero pueden variar de acuerdo al fabricante. (2) Secadores no recomendados cuando se utilizan compresores lubricados. (3) Si la temperatura de descarga del aire comprimido es menor a 275°F (135°C), un calentador adicional es requerido para la regeneración del desecante.

Los secadores desecantes están llenos con un desecante sólido, tal como Alúmina activada o sílica gel, el cual remueve vapor de agua cuando el aire pasa a través del lecho de secado. El desecante debe ser regenerado para remover el agua que ha adsorbido en el proceso. Cuando se requiere una calidad de aire con puntos de rocío extremadamente bajos, se pueden utilizar tamices moleculares que permiten la adsorción de pequeñas moléculas de agua. Normalmente, si se presenta este caso, el aire es pasado primero por un desecante estándar antes de pasar a través de los tamices moleculares. La capacidad de adsorción de los materiales desecantes disminuye con el tiempo, por lo que algunos fabricantes recomiendan una vida útil del desecante de tres a cinco años, dependiendo de las condiciones de operación. Se recomienda monitorear las condiciones del desecante para de esta forma

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asegurar la calidad del aire, reducir el tiempo de cambio del desecante y reducir los costos de mantenimiento. Los secadores para aire de instrumentos son subclasificados de acuerdo al método de regeneración utilizado para remover el agua; algunos son regenerados con calentamiento, otros sin calentamiento y otros aprovechando el calor de compresión.

Figura 17. Secadores Tipo Desecantes Regenerativos. Fuente: Hankison International. 15.1.5.2. Secadores Desecantes Con Calentamiento Los secadores con calentamiento constan básicamente de dos cámaras o torres llenas de desecante, las cuales se encuentran conectadas en paralelo. El desecante en una de las dos torres es utilizado para secar la corriente de aire, mientras que el desecante en la otra torre está siendo regenerado por la aplicación de calor. El vapor de agua eliminado en la regeneración del desecante puede ser enviado nuevamente a la atmósfera. Este sistema está normalmente diseñado para un ciclo de operación de 4 a 8 horas. Calentamiento con vapor o electricidad es utilizado para la regeneración, y el sistema de calentamiento puede ser interno, dentro de la cámara de secado, o provenir de una fuente externa de calentamiento, calentador fuera de la cámara de secado. En la Figura 18 se muestra un esquema de operación de este tipo de equipos.

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Aire Seco

Puga Aire (2% ) a la Atmósfera

a g r u P

Vapor Calentador

Unidad en Regeneración

Unidad en servicio

Condensado

Aire Comprimido

Figura 18. Esquema de operación Secadores desecantes con Calentamiento Los costos de operación de estos equipos son altos debido al consumo energético del calentador y también por las pérdidas de aire en la purga que puede ser del 1 a 2% de aire. La unidad que se está regenerando es purgada con aire seco antes de que entre en servicio. Posteriormente la torre que estaba en regeneración pasa a servicio y la que estaba en servicio a regeneración, completando así el ciclo de secado. 15.1.5.3. Secadores Desecantes Sin Calentamiento Los secadores desecantes sin calentamiento son similares a los secadores tipo con calentamiento, excepto que no se utiliza una fuente externa de calor para la regeneración del lecho de secado. El cambio de operación de una cámara de secado a otra se puede realizar desde 1 a 5 minutos, dependiendo del requerimiento de punto de rocío de la corriente de salida. Para la regeneración del desecante en una cámara, una porción de aire seco que ha pasado por la cámara de secado, es expandida para reducir su presión (atmosférica) y pasa a través del lecho de desecante saturado en agua.

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La porción de aire utilizada para reactivar el desecante es llamada “purga”. Una

vez el aire pasa por el lecho de secado, este es desorbida de agua y el aire es enviado a la atmósfera. La cantidad de aire purgado es mayor que el purgado en los secadores del tipo regenerativo con calentamiento. En la Figura 19 se muestra un esquema de operación de este tipo de equipos. Aire Seco

Puga Aire (10-15%) a la Atmósfera a g r u P

Unidad en Regeneración

Unidad en servicio

Aire Comprimido

Figura 19. Esquema de operación Secadores desecantes sin Calentamiento La cantidad exacta de aire para regenerar depende de la presión de operación, la temperatura del aire, el flujo de aire y el grado de secado requerido. Esta cantidad puede ser entre 8-11% para climas medios, 12-13% para climas fríos y hasta de 18% en climas extremadamente fríos (hasta -20°F). La Figura 20 muestra algunas curvas típicas de porcentaje de aire utilizado para reactivación versus el porcentaje de humedad relativa a diferentes presiones de operación.

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a d i 100 l a s e d e r 75 i A l e d a v i t 50 a l e R d a d 25 e m u H e d 0 % 0

150 psig

75 psig 100 psig

5

10

15

20

% de Aire utilizado para la Regeneración

Figura 20. Porcentaje de aire utilizado para reactivación Vs Porcentaje de humedad relativa para secadores sin calentamiento 15.1.5.4. Secadores Calor de Compresion “ Heat of Compression HOC ” En este tipo de compresores, el aire comprimido seco es utilizado para regenerar el desecante, por lo que no se requiere calentamiento y, a diferencia de los anteriores, las pérdidas por fugas se reducen al mínimo, por lo cual estos tipos de equipos son muy usados actualmente por sus bajos costos operativos. El secador consta de dos tambores, A y B, uno se encontrará en servicio por un tiempo aproximado de cuatro horas, mientras que el otro estará en etapa de reactivación, la cual consiste en un período de calentamiento por dos horas y media y un período de enfriamiento durante una hora y media. Después de este ciclo, el tambor que está en reactivación pasa a servicio y el que estaba en servicio pasa a reactivación. El ciclo de regeneración consiste de un ciclo de calentamiento y uno de enfriamiento, como se explica a continuación: Tambor A en servicio, tambor B en reactivación:

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Ciclo de Calentamiento

En la Figura 21 se muestra el esquema de operación para este ciclo.

V1

A

Unidad en servicio

Aire Seco AC2

V2 Aire Comprimido

AC1 V3

B

Unidad en Calentamiento

Figura 21. Ciclo de Calentamiento en secadores HOC Aire del compresor pasa por la válvula de cuatro vías V2 y V1 y es direccionado hacia el tambor B para iniciar el ciclo de calentamiento. Desde el tambor B el aire pasa a través de la válvula V3 y V2 hacia el post-enfriador AC1, donde se retiene parte de la humedad. Luego, el aire pasa nuevamente por la válvula de cuatro vías V3 y se dirige al tambor A, donde la humedad es adsorbida por el desecante y finalmente pasa por la válvula V1 hacia un postenfriador AC2, donde el aire es enfriado a 95-104°F (35-40°C). El tiempo de duración del ciclo de calentamiento es normalmente de dos horas y media (2 ½ horas). Ciclo de Enfriamiento En la Figura 22 se muestra el esquema de operación para este ciclo.

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V1

A

Aire Seco AC2

V2 Aire Comprimido

B

Unidad en servicio

Unidad e n Enfriamiento AC1 V3

Figura 22. Ciclo de Enfriamiento en secadores HOC Aire del compresor pasa por la válvula de cuatro vías V2, luego es enfriado en el post-enfriador AC1 y direccionado al tambor B, al pasar por la válvula V3. Después de enfriado el desecante en el tambor B, el aire pasa a través de las válvulas de cuatro vías V1, V2 y V3 y entra al tambor A, el cual está en servicio. El aire seco obtenido entra luego al post-enfriador AC2, al pasar antes por la válvula V1, y es enfriado a 95-104°F (35-40°C). El tiempo de duración del ciclo de enfriamiento es normalmente de una hora y media (1 ½ hora), con el cual se completa el ciclo de secado de cuatro horas aproximadamente. 15.1.5.5. Secadores Refrigerantes Este tipo de equipos utilizan un refrigerante para enfriar el aire, y de esta forma reducir el punto de rocío, hasta una baja temperatura que no puede ser obtenida con aire o agua. Los componentes del sistema son un compresor refrigerante, un evaporador, un condensador, un separador y un intercambiador de calor.

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Estos equipos conforman un ciclo cerrado en el cual el aire comprimido es preenfriado en un intercambiador de calor, con aire frío proveniente del evaporador, y direccionado al evaporador, en donde un refrigerante enfría el aire a unas condiciones dadas de temperatura. El refrigerante evaporado en el evaporador pasa luego por una unidad de refrigeración, que consta de un compresor refrigerante, un condensador, un intercambiador de calor y un tambor recibidor de líquidos, para luego entrar nuevamente al evaporador y cerrar el ciclo de refrigeración. En la Figura 23 se muestra el esquema típico de operación de este tipo de secadores. Aire Seco Intercambiador A ire-Aire Aire Comprimido Eva orador Separador T

Condensador Recibidor líquido

Intercambiador de calor

Compresor Refregerante

Agua de Enfriamiento

Ciclo de Enfriamiento del Aire Ciclo del Refrigerante

Figura 23. Esquema de operación de Secadores Refrigerantes Los secadores refrigerantes son diseñados comúnmente con una temperatura de salida del aire de 35°F (2°C) en la línea de presión, con un punto de rocío considerablemente bajo a la presión atmosférica, de -10° a -20°F (-23 a -29°C), por lo cual pueden ser utilizados en varias aplicaciones.

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Cuando se utilizan secadores refrigerados, estos deben estar localizados al interior de edificios para que la temperatura ambiente no alcance el punto de congelación. La Figura 24 muestra un diagrama de este tipo de equipo

Figura 24. Secador Refrigerante. Fuente: Atlas Copco. 15.2. Necesidades del sistema de aire de planta e instrumentos Las necesidades del aire comprimido están definidas por seis (06) factores determinantes: primero las condiciones del aire atmosférico, segundo el requerimiento de calidad del aire, tercero las condiciones de operación y diseño, cuarto la calidad, quinto la cantidad y sexto el nivel de presión requerido por los usuarios finales en una planta. Si se determinan cuidadosamente estas necesidades, aseguramos que la configuración de nuestro sistema de aire comprimido es la más apropiada. A continuación se presentan algunas ideas que le ayudarán a determinar las características del aire que necesita: 15.2.1.

Las condiciones del aire atmosférico

Se debe conocer la presión, la temperatura, la humedad relativa y la máxima temperatura de bulbo seco del aire atmosférico, ya que se necesitan para la especificación y dimensionamiento de la unidad paquete. Estos parámetros dependen de las condiciones donde se ubique la unidad paquete y generalmente son suministrados por el Cliente como parte de las bases de diseño. 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLA NTA E INSTRUMENTO

15.2.2.

Requerimiento de calidad del aire

En general, se utilizan cuatro (4) niveles de calidad del aire en función de su aplicación. En la industria, se utiliza alguno de los tres primeros, como enseguida se describe: 

Aire de Planta. Aire que puede estar relativamente sucio y húmedo. Por sus características, es empleado en herramientas neumáticas y para usos generales. El aire de planta posee los siguientes criterios de calidad:   



Humedad relativa menor al 100%. Máximo contenido de Aceite: 5 ppm. Tamaño máximo de partículas sólidas de 50

m.

Aire para Instrumentos. Aire con muy poca humedad y casi nula suciedad; por sus características, es utilizado en la industria química, alimenticia, farmacéutica y para la planta en general, electrónica, herramientas neumáticas. El aire de instrumentos posee los siguientes criterios de calidad:   

Punto de Rocío ( Dew Point): -40°F (-40 °C) @ P operación. Máximo contenido de Aceite: 1 ppm. Tamaño máximo de partículas sólidas de 2 m.



Aire de Proceso. Aire con cantidades de humedad y suciedad moderadas, utilizado en la industria de alimentos y farmacéutica.



Aire para Respiración. Aire sin humedad y totalmente libre de aceite y polvos, por lo que se usa para recargar tanques de equipos de buceo, en hospitales, consultorios dentales, laboratorios, controles de climas, respiradores para la limpieza con chorro de arena y aplicación de pintura, etc.

Como podemos ver, la calidad del aire comprimido va desde el aire de planta hasta el de alta calidad, como el requerido en respiradores artificiales. Estas

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calidades se pueden obtener a través de equipos de secado para controlar el nivel de humedad, y por filtración, para el caso de partículas de polvo y aceite. La calidad de un sistema de aire se determina por la presencia, magnitud y características de sus contaminantes (humedad, aceite, partículas sólidas). Los requerimientos de calidad del aire comprimido están determinados por la tolerancia de los equipos, controles e instrumentos que lo usan. Existe la posibilidad de contaminación con gases tóxicos y corrosivos, pero no es un caso común, ya que estos equipos paquetes deben ser ubicados alejados de las áreas de proceso y posibles focos de contaminantes. El contaminante de mayor importancia en una red de aire comprimido es la humedad presente en el sistema. Origina óxido y corrosión en la tubería, operación inadecuada de las herramientas neumáticas y fallas en los procesos de control por su incidencia en el mal funcionamiento de la instrumentación. Una forma efectiva de medir la humedad es por medio del punto de rocío ( “dew point” ) que es el punto crítico en el cual el aire empieza a condensar a determinadas condiciones de presión y temperatura, con una humedad relativa de 100%. Para expresar la humedad del sistema se da su punto de rocío considerando la temperatura a la cual condensaría la primera gota a la presión de operación. [4] La presencia de aceite en el aire incide en el desempeño y la vida útil de las herramientas, equipos e instrumentos neumáticos. El aceite presente en una red de aire comprimido se encuentra completamente degradado, por lo que su capacidad lubricante es nula y su grado de acidez y corrosión es alto. Posee un efecto negativo sobre el lecho adsorbente de las torres de secado comprometiendo su buen funcionamiento y obligando al usuario a tener que cambiarlo con una mayor frecuencia. Las partículas sólidas o la presencia de polvo en la red de aire comprimido, a las presiones que trabaja la unidad, poseen carácter destructivo y es muy común que originen problemas de desgaste prematuro de las herramientas neumáticas, obstrucción de orificios finos en instrumentos de control o contaminen el proceso en algún lugar donde se use el servicio. Según el uso del aire, se tienen distintas tolerancias en cuanto al tamaño y concentración de los contaminantes admisibles en el sistema. El aire de instrumento que se utiliza en procesos de control es el que posee los requerimientos más exigentes.

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En el Cuadro 6, se muestra cómo se clasifica el aire comprimido, según la cantidad de contaminantes que posea de acuerdo a la norma ISO 8573.1. Cuadro 6. Clases de Aire Comprimido según ISO 8573.1 PRP Partículas Sólidas (n° máx. por m3) Clase 0.1-0.5 µm 0.5-1.0 µm 1.0-5.0 µm °F °C 1 100 1 0 -100 -70 2 100000 1000 10 -40 -40 3 NE 10000 500 -4 -20 4 NE NE 1000 37.4 3 5 NE NE 20000 44.6 7 6 NE NE NE 50 10 Fuente: Guía de Calidad del Aire, Ingersoll Rand

Aceite [mg/m 3] 0.01 0.10 1.00 5.00 NE NE

Polvo Humedad [mg/m ] [mg/m ] 0,1 0,003 1 0,12 5 0,88 8 6 10 7,8 -9,4

Es importante subrayar que a mayor calidad del aire, mayor será el costo para producirlo, porque una alta calidad de aire usualmente implica equipo adicional, el cual no únicamente incrementa la inversión del capital inicial, sino que también hace que el sistema global sea más caro de operar en términos de consumo de energía y costos de mantenimiento. Como se ha mencionado, uno de los principales factores cuando se determina la calidad del aire comprimido, es si éste puede o no estar libre de aceite. El aire comprimido libre de aceite puede ser producido con alguno de los compresores denominados libres de aceites, o con compresores que utilizan lubricación por inyección pero que tienen equipo adicional de separación y filtración de aceite. Los compresores rotativos tipo tornillo y los reciprocantes libres de aceite usualmente tienen un alto costo, inicial y de mantenimiento, en comparación a los lubricados por inyección; sin embargo, el equipo adicional de separación y filtración que éstos últimos requieren, puede causar una reducción en su eficiencia, especialmente en sistemas a los que no se les da un buen mantenimiento. Antes de seleccionar un compresor libre de aceite o uno lubricado por inyección, se deben de considerar cuidadosamente las necesidades del proceso y de los equipos, esto en cuanto al nivel de aceite permitido en el aire, incluyendo en estas consideraciones el riesgo y costo asociado de terminar con un producto contaminado.

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15.2.3.

903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Condiciones de operación y diseño

La temperatura de trabajo que se especifica para el aire, de las unidades paquete de aire de instrumento y aire de planta, es generalmente 10°F (5,6°C) sobre la máxima temperatura ambiente. La presión de descarga del aire de la unidad paquete de aire de instrumento se encuentra usualmente entre 100 y 120 psig (6,9 a 8,3 barg). Para el aire de planta, usualmente la presión de descarga se encuentra entre 110 y 120 psig (7,6 a 8,3 barg). Generalmente se especifica la presión mínima del Aire de Instrumentos en 60 psig (4,1 barg), a modo de que al alcanzar este nivel de presión las válvulas de control hayan llegado a su posición de falla segura para instalaciones nuevas. Para instalaciones existentes se debe verificar este valor con el Cliente. La condiciones de presión y temperatura de diseño se especifican una vez se han determinado las condiciones máximas de presión y temperatura que se obtienen a la descarga del compresor, aplicando los criterios normalmente usados en i n e l e c t r a o del Cliente. 16.

FILOSOFÍA BÁSICA DE CONTROL Y SEGURIDAD Los sistemas de control y seguridad usados en una unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta pretenden proteger los equipos pertenecientes al paquete y mantener constante las condiciones del suministro de aire. Para especificar estas unidades generalmente se indican los siguientes requerimientos [3]: Control del ciclo de arranque/parada del compresor de acuerdo a la presión de operación registrada en el sistema (presión mínima para arranque y presión máxima para parada del equipo). El ciclo de arranque/parada del compresor debe regularse para impedir arranques repetitivos y evitar daños en la unidad compresora. Sistema de control para el encendido automático del compresor de respaldo y/o del compresor de emergencia en caso de que aumente el consumo de aire de instrumento y aire de planta, falle una unidad compresora, falle el accionador del compresor o disminuya la presión de la red de distribución por debajo de la presión mínima de operación.

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Se debe instalar un indicador de humedad (medidor de punto de rocío) que permita automatizar el proceso de secado y regeneración. El cambio de función de las torres (secado/regeneración), debe ocurrir cada cierto tiempo, y debe ser definido por el vendedor, o cuando no se cumpla con la temperatura de punto de rocío de diseño, por lo que normalmente se debe instalar un medidor de humedad aguas abajo del secador. En caso de falla de la unidad paquete de aire de instrumento y aire de planta se debe especificar cerrar la red de distribución de aire de planta y brindar todo el suministro de aire comprimido al sistema de aire de instrumento. Se debe priorizar los usuarios de aire de instrumento más importantes. Todo esto debe hacerse de manera automática. Los pre filtros y post filtros deben tener un indicador de alta presión diferencial para señalar cuando estén trabajando deficientemente y cuando deben ser sacados a mantenimiento. Estos indicadores deben enviar una señal de alarma de alta para iniciar de forma inmediata el uso de los filtros de respaldo y no detener el suministro. Suministrar los sistemas de control necesarios para proteger compresores y secadores, así como sistemas de alivio para proteger por sobre presión de los equipos y las tuberías que conforman el paquete. Se deben especificar sistemas de control y protección para el apagado de la unidad compresora cuando ocurra alguno de los siguientes casos: Alta temperatura de descarga del compresor.  Alta presión de descarga del compresor.  Baja presión en los enfriadores.  Alta temperatura en los enfriadores  Baja presión del aceite de lubricación de los componentes mecánicos del compresor.  Alta temperatura del aceite de lubricación de los componentes mecánicos del compresor.  Protecciones del motor (alta velocidad de rotación del eje, alta temperatura del equipo). 

Se deben especificar transmisores indicadores de presión y temperatura, que permitan controlar el ciclo de trabajo del compresor y cumplir los criterios de protección antes mencionados. Cada compresor debe tener la facilidad para el 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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encendido manual y automático en caso de falla de otro compresor y deben estar conectados al panel de control local. 17.

DISEÑO DEL SISTEMA Y RED DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE DE INSTRUMENTOS Y DE PLANTA La especificación y diseño de los sistemas de aire de instrumentos y aire de planta varía de acuerdo al rango de aplicaciones y requerimientos. En general, los componentes del sistema de aire comprimido son: filtro del compresor, compresor, post-enfriador, tanque de almacenamiento y post-filtros. Su presencia es obligatoria en todas las redes de aire comprimido y deben estar diseñados para: Proveer suficiente cantidad de aire para abastecer los máximos consumos de la planta y futuras expansiones, incluyendo las pérdidas. Proveer la calidad de aire requerida por el usuario

17.1. Sistema de distribución La red de distribución debe suministrar el aire comprimido con una pérdida mínima para cualquier punto del sistema. Un sistema bien dimensionado en trazado y diámetros de tuberías debe garantizar una pérdida máxima del 5% para el punto más alejado (de utilización del aire comprimido), respecto a la presión generada por el compresor. La mayoría de los sistemas de distribución consisten en líneas principales, de las cuales se desprenden los ramales principales para atender las diferentes zonas de la instalación. De las ramificaciones principales, se desprenden las líneas que alimentan los usuarios. La pérdida máxima permitida en el punto más alejado de los ramales principales es del 2%, calculadas con el máximo flujo probable. Igualmente la pérdida para el punto más alejado de las ramificaciones debe ser inferior o igual al 3% calculado con el máximo caudal esperado. La pérdida en las líneas de alimentación no debe superar el 1% incluyendo las mangueras como ocurre en la herramienta neumática. Para los ramales, el flujo de diseño debe tomarse para la situación más desfavorable, que está entre el 150% y el 175% del consumo promedio estimado. Los ramales secundarios que “bajan” el aire al nivel de los operarios deben dimensionarse para el consumo máximo considerando una simultaneidad extrema de usuarios. 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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Los esquemas de tuberías de distribución son: Ramales con salidas a intervalos a todo lo largo del ramal principal. Estos ramales pueden presentar deficiencias en el servicio debido a sobrecarga por demasiadas salidas o extensión del ramal mismo. Una forma de corregir esto, es reubicando el punto de alimentación de un extremo (condición inicial) al punto medio, prolongando la línea principal. Cuando se tienen dos o más ramales principales paralelos, conviene unirlos en sus extremos formando un anillo con salidas a intervalos en todo su perímetro, de esta manera las demandas elevadas en sitios alejados se pueden atender por dos vías, mejorando significativamente el desempeño de la red. Conducciones largas que llevan el aire a un usuario específico ubicado en su extremo. Cuando el requerimiento de aire es muy elevado y en corto tiempo, se emplea un tanque acumulador para aliviar la demanda del sistema y no incurrir en pérdidas exageradas. Generalmente los sistemas de distribución de aire de instrumento y aire de planta deben poseer una pendiente suave (1:200) en el recorrido de las tuberías de distribución con el fin de que, si los secadores fallan y el agua condensa en la red de distribución, el liquido que se forma pueda ser retirado en los puntos bajos, en los que normalmente deben instalarse trampas de condensado o válvulas para drenaje dispuestas a lo largo del trayecto. Normalmente se ubica un filtro de aire y una válvula reguladora de presión al final de cada línea de distribución en los puntos más bajos, antes de la entrada del aire a un instrumento o grupo de instrumentos, con el fin de garantizar las condiciones de humedad del aire y brindar al consumidor el suministro de aire de instrumento o aire de planta a la presión y calidad exigida por el mismo. Podrán existir casos especiales para los sistemas de distribución de aire de instrumento en los que haya que clasificar a los consumidores por su nivel de importancia y la criticidad que representen por su impacto sobre el proceso. En caso de una contingencia o falla del sistema esto permite priorizar el suministro de aire de instrumento de reserva para el consumo de los usuarios más críticos y especificar para estos usuarios una unidad paquete de aire de instrumento de reserva que sólo se activa en caso de una estricta emergencia para suplir el aire requerido por los instrumentos de los equipos críticos que han sido 903-HM120-P09-GUD-073.docx/01/12/09/CT/sp

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definidos y no deben detenerse para evitar contingencias mayores en el proceso. Tubería Principal. Es la línea que sale del conjunto de compresores y conduce

todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección posible para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de caudal. Tuberías Secundarias. Se derivan de la tubería principal para conectarse con

las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los elementos alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su diseño se debe prever posibles ampliaciones en el futuro. Unidades de Mantenimiento: Este aditamento está compuesto por un filtro de

partículas de baja eficiencia, un regulador con manómetro y un lubricador; su función principal es la de acondicionar una corriente determinada para su uso en una maquina. El filtro de partículas sirve para eliminar algunos contaminantes de tipo sólido, el regulador se encarga de disminuir la presión y el lubricador dosifica una cantidad requerida en algunas ocasiones por el equipo. Tuberías de Servicio: Son las que surten en sí los equipos neumáticos. En sus

extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Debe procurarse no sobrepasar de tres el número de equipos alimentados por una tubería de servicio. Con el fin de evitar obstrucciones se recomiendan diámetros mayores de ½” en la tubería.

17.2. Selección del Diámetro de las Tuberías Como regla básica el dimensionamiento de los tubos debe favorecer el criterio conservador. Si al dimensionar un diámetro el valor no coincide con los estándares, se recomienda colocar el diámetro inmediatamente superior. Esto conduce a tener un sistema donde el aire circule con menos pérdidas y disponer de una reserva para aumentos de capacidad en el futuro. 17.3. Materiales El material más utilizado en las tuberías de aire, es el acero. En el mercado, se encuentra un nuevo tipo de tuberías en acero anodizado que, aunque son más costosas, tienen una mayor duración que las de acero.

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Las tuberías que se instalen de modo permanente se montan preferentemente con uniones soldadas. El inconveniente de estas uniones es que al soldar se producen residuos que deben retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se desprenden también fragmentos de oxidación; por eso, conviene y es necesario incorporar una unidad de mantenimiento. En las tuberías de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. Los lugares desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que también en este caso es importante emplear unidades de mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberías de cobre o plástico. La identificación es una parte importante del mantenimiento. Según la norma COVENIN 253-1999 (BS 1710:1984, ANSI A13-1.1981, UNE 1063), las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado (UNE 48 103). En general, para el servicio de Aire de Planta el material de las tuberías es de acero al carbono (CS) o acero al carbono calmado (Killed CS); mientras que para el servicio de Aire de Instrumentos se utiliza acero al carbono galvanizado o acero al carbono calmado galvanizado. 17.4. Importancia de Mangueras Apropiadas En un sistema bien diseñado y mantenido, debe haber por lo menos una presión de 94 ó 95 psig (6,6 barg) en el punto de conexión de las mangueras. La pérdida de presión en la manguera por su longitud, diámetro y demanda de la herramienta, no debe exceder los 5 psi (0,3 bar). Esto merece especial cuidado porque puede ocurrir que la manguera se convierta en una limitante exagerada si no se selecciona adecuadamente, disminuyendo las bondades de todo el sistema (capacidad instalada en compresores y redes de tuberías, etc.). Igual cuidado hay que tener con la selección de los accesorios. Hay que utilizar elementos de excelente calidad, certificados, no sólo por una buena operación sino por razones de seguridad. 18.

FORMATO DE HOJA DE DATOS UNIDAD PAQUETE El Anexo 2 muestra el formato de la Disciplina de Procesos para la Hoja de Datos (HdD) genérica de las unidades paquete de Aire de Planta y Aire de Instrumentos.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO El uso de la Hoja de Datos de Procesos aplica en los Proyectos donde está establecido que la Disciplina de Procesos y de Ing. Mecánica emitan Hojas de Datos por separado o cuando no exista apoyo de la Disciplina de Ing. Mecánica. La recomendación es que la Disciplina de Procesos coloque los datos directamente en la Hoja de Datos de la Disciplina de Ing. Mecánica.

La HdD es elaborada y revisada según el INEDON “Diseño y Esp ecificación de Equipos”, No. 903-P3100-P09-ADM-906.

19.

RECOMENDACIONES VARIAS PARA EL DISEÑO Y POSTERIOR OPERACIÓN DEL SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTO Y DE PLANTA El cabezal principal de distribución de aire de instrumentos debe estar dimensionado para el 150 % de los requerimientos de aire de instrumentos del diseño original. Las válvulas del tamaño de la línea deben ser provistas en los puntos finales del cabezal principal para una fácil adición al cabezal. En algunos casos, dependiendo de los requerimientos del Cliente, se instala una brida ciega, siendo una opción más económica. Válvulas de drenaje de ½ pulgada deben proveerse en los puntos bajos del cabezal principal del sistema. Los ramales o sub-cabezales deben estar diseñados para cubrir el 150% de los requerimientos de aire para el área servida. El tamaño mínimo del ramal debe ser de ½” pulgada.

Los ramales pueden servir para suministrar aire a uno o varios usuarios. Además, se deben ubicar las válvulas de paso en las tuberías que permitan independizar ramales. Los puntos de distribución deben salir desde la parte de arriba del cabezal principal o ramal, de modo que sea menos probable que la humedad, suciedad e incrustaciones en la tubería sean arrastradas a los instrumentos finales.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Cada punto de distribución del cabezal debe suministrar aire hasta para un máximo de cuatro (4) instrumentos. El filtro regulador debe estar localizado lo más cerca del instrumento. Respecto a los posicionadores integrales de las válvulas, normalmente no requieren el regulador. Aún deben ser instalados los filtros individuales en cada caso. Deben proveerse de soportes o ganchos en el diseño del sistema de suministro de aire (desde el calentador hasta el instrumento) con la finalidad de prevenir vibración excesiva del sistema y soportar el peso del sistema. Una válvula de bloqueo, un filtro regulador de aire y un manómetro de presión deben proveerse para cada instrumento. Si un indicador de presión y/o un filtro regulador está implícito con el instrumento, no se hace necesaria la instalación de las unidades separadas. La captación del aire de succión del compresor debe estar al menos 9,8 ft (3 m) por arriba del suelo, para minimizar la aspiración de polvo. Todas las descargas de los drenajes de condensados deben estar visibles. El punto de rocío del aire seco debe estar 10 ˚ F (5,6 ˚C) por debajo de la

temperatura mínima en torno a la red de suministro. Se recomienda la instalación del secador posterior al recipiente de acumulación ubicado después del compresor. Siempre debe haber un post-enfriador (“ aftercooler ”) en la descarga del compresor en sistemas que tienen secadores de aire. Si la red pasa por sitios criogénicos, deben tomarse las precauciones correspondientes para evitar formación de hielo en el interior de la tubería que la pueda obstruir. Colocar válvulas de bloqueo y derivación (“ bypass”) en el secador y en los

filtros. Los filtros de admisión del aire en compresores de tornillo deben retener partículas hasta de 3 micras, con una eficiencia del 99,9%.

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903-HM120-P09-GUD-073 0 Rev. GUÍA DE DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE SISTEMAS DE AIRE DE PLANTA E INSTRUMENTO Se debe tener en cuenta que la causa más grande de caída de presión son filtros saturados. En una línea de distribución bien diseñada es aceptable una caída del 10% de presión. No incrementar el valor de la regulación de presión para compensar las pérdidas; en vez de ello, se deben revisar las posibles causas del problema. Se debe disponer de un plano de planta y un plano isométrico de la instalación con dimensiones de tubería e indicación de los elementos y accesorios. No usar aire comprimido para ventilación o limpieza. Determinar la presión mínima requerida para la operación satisfactoria de todos los equipos y efectuar su control.

20.

REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias: Biblioteca Especializada de i n e l e c t r a Directorio de Instrucciones de Trabajo en el servidor de Paula

Santa

inelectra

Suscripción IHS para acceso a las Normas Internacionales a través de la página de intranet de la Biblioteca Especializada. [1]

Atlas Copco, Manual sobre Aire Comprimido y su Aplicación en la Industria, V Edición, Atlas Copco AB, Suecia (1992)

[2]

PDVSA, Instrument Air System Criteria, Especificación de Ingeniería N o PDVSA K-341

[3]

Process Industry Practices, Instrument Air Systems Guidelines, Process Control N° PIP PCEIA001

[4]

Ingersoll-Rand Company, Guía de Calidad de Aire, Air Solutions. 2005

[5]

PDVSA, Plant and Instrument Positive Displacement Air Compressor, Especificación de Ingeniería N o PDVSA GB-203

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[6]

PDVSA, Selección del tipo de compresor, Manual de Diseño de Proceso No PDVSA MDP-02-K-03

[7]

PDVSA, Compresores Principios Básicos, Manual de Diseño de Proceso No PDVSA MDP-02-K-02

[8]

PDVSA, Intercambiadores de Calor Principios Básicos, Manual de Diseño de Proceso No PDVSA MDP-05-E-01

[9]

PDVSA, Procedimiento de Diseño para Enfriadores por Aire, Manual de Diseño de Proceso No PDVSA MDP-05-E-03

[10] Ingersoll-Rand Company, Secadores de Aire Desecantes, Air solutions. 2006 [11] PDVSA, Diseño de tubería para instrumentación e instalación de instrumentos, Especificación de Ingeniería N o PDVSA HF-201 [12] ANSI/ISA American National Standard Institute / Instrumentation Society of Automation 7.0.01-1996. Quality Standard for Instrument Air [13] API Recommended Practice 552. Transmission Systems. First Edition. October, 1994. [14] GPSA Gas Processors Suppliers Association. Twelfth Edition --- FPS. Engineering Data Book [15] ANSI/API standard 552. Transmission systems. First Edition October 1994

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A N E X O 1 . H O J A D E C A L C U L O P A Q U E T E D E A I R E C O M P R I M I D O ( 9 0 3 - H M 1 2 0 - P 0 9 - G U D - 0 7 3 - 1 .X L S )

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