BASE Curso elemental de diseño de tuberías industriales volumen 2

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa.

Curso elemental de diseño de tuberías industriales Fundamentos y su aplicación en ingeniería Volumen 2

Benjamín Serratos Monroy

1


5

Equipos mayores conectados a tuberías

5.1.

Recipientes. 5.1.1 Recipientes atmosféricos. 5.1.2 Recipientes sujetos a presión. 5.1.2.A. Tapas. 5.1.2.B. Cuerpo. 5.1.2.C. Fondo. 5.1.2.D. Soportes. 5.1.2.E. Chaquetas. 5.1.2.F. Aislamientos. 5.1.2.G. Boquillas. 5.1.2.H. Boquillas especiales. Aspersores y buzos. Instrumentos. 5.1.2.I. Agitadores y sus sistemas de motoreduccion. 5.1.2.J. Mamparas. 5.1.2.K. Plataformas y escaleras. 5.1.2.L. Sistemas de limpieza a alta presión. 5.1.2.M. Entrada de hombre. 5.1.2.N. Sistemas de calentamiento interior. 5.1.2.O. Sistemas CLAD, de recubrimiento plástico y antiácido. 5.1.2.P. Orejas para izaje. Recipientes móviles. Estaciones de carga y descarga. 5.2.1. Recipientes para transportación marítima. 5.2.2. Recipientes para transportación ferroviaria. 5.2.3. Recipientes para transportación carretera. 5.2.4. Recipientes para transporte por contenedores. 5.2.5. Recipientes para transporte de gases comprimidos Recipientes subterráneos. Calderas. Bombas. Compresores. Turbinas. Equipos de proceso. Intercambiadores de calor.

5.2.

5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9.

2

8 9 16 28 30 31 31 33 35 35 37 41 43 44 44 45 45 45 47 49 49 50 51 51 52 52 52 54 65 70 73 86


5.10. 5.11. 5.12. 5.13.

Tratamiento de suministro de agua . Tratamiento de efluentes. Torres de destilación y de absorción. Torres de enfriamiento.

91 94 98 98

6

Conducción de tuberías.

100

6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

Puentes de tuberías. Trincheras. Tuberías enterradas. Soportes de tuberías.

101 102 102 102

7

Dibujo de tuberías

103

7.1.

Dibujo de tuberías. 7.1.1. Formas generales de representación. 7.1.2. Simbología. 7.1.2.a. Para equipos. 7.1.2.b. Para tuberías. 7.1.2.c. Para válvulas. 7.1.2.d. Para operadores de válvulas. 7.1.2.e. Para instrumentos. 7.1.2.f. Para soportes. 7.1.2.g. Para soldadura. 7.1.2.h. En general. 7.1.3. Clasificación de dibujos comúnmente usados. 7.1.3.1. Diagramas en general. 7.1.3.2. Diagrama de bloques. 7.1.3.3. Diagrama de flujo.

103 103 105 105 118 119 120 120 122 123 124 126 126 127 128

7.1.3.4. 7.1.3.5. 7.1.3.6. 7.1.3.7.

Diagrama de tubería. Diagrama de tubería e instrumentación. Localización y distribución de equipos. Ortográficos de tuberías ( Plantas y elevaciones ). 3

130 130 133 134


8

7.1.3.8. Isométricos de tuberías . 7.1.3.9. Planos 3D. 7.1.3.10. Planos especiales ( en explosión, para validación, etc.) 7.1.4. Como dibujar un plano de tuberías. 7.1.4.a. Comentarios generales 7.1.4.b. Dimensionamiento del plano. 7.1.4.c. Escala. 7.1.4.d. Detallado del fondo. 7.1.4.e. Como dibujar las líneas. 7.1.4.f. Como dibujar los accesorios. 7.1.4.g. Como dibujar ortográficos. 7.1.4.h. Como dibujar los detalles, secciones y elevaciones. 7.1.4.i. Como dibujar Isométricos. 7.1.4.j. El uso de notas, cambio de materiales, niveles y elevaciones.

137 137 137 138 138 139 144 145 146 146 147 149 150 150

Diseño de tuberías

151

8.1. 8.2. 8.3. 8.4.

Diseño de localización geográfica de la planta. Los servicios municipales vs planta. 151 Diseño de localización de bloques de planta. Los edificios en relación a la tubería. 154 Diseño de tuberías de bloques de tuberías de servicios generales, de proceso y municipales. 156 Diseño de tuberías en cuartos de maquinas. 156 8.4.a. Generadores de vapor. 157 8.4.b. Compresores. 159 8.5. Diseño de tuberías en suministro de agua a planta. 162 8.6. Diseño de tuberías en tratamiento de efluentes. 163 8.7. Diseño de tuberías en puentes generales y ramales de planta. 163 8.8. Distancias entre tuberías en el interior de una planta de proceso. 172 8.8.1. Distancias cuando las tuberías van en camas horizontales. 172 8.8.2. 8.8.3. 8.8.4. 8.9.

Distancias cuando las tuberías van recubiertas. Distancias cuando las tuberías van en camas verticales. Criterio para tuberías con lodos sedimentables. Teoría de cavidades. 8.9.1. Dimensionamiento vertical de planta. 4

173 173 174 175 176


8.9.2. 8.9.3. 8.9.4. 8.9.5. 8.9.6. 8.9.7. 8.9.8. 8.9.9. 8.9.10. 8.9.11. 8.9.12.

Cavidad mínima para flujo de personal y equipo de manejo de materia prima. 176 Cavidad mínima para recipientes. 177 Cavidad mínima para equipos, sus áreas de servicio y mantenimiento. 178 Cavidad mínima para drenajes, contratrabes y tuberías enterradas o subterráneas. 178 Cavidad mínima y restringida a la superestructura del edificio. 179 Cavidad mínima para sistemas de ventilación. 179 Cavidad mínima para conduits eléctricos o de instrumentación. 180 Cavidad mínima para tuberías de servicios y proceso. 180 Cavidad mínima para paso de gatos del personal de mantenimiento. 181 Cavidad mínima para lámparas y cajas de filtros de ventilación. 181 Cavidad suficiente para montaje y desmontaje de equipos. 182

8.10. Tuberías conectadas a bombas. 8.10.a. Diseño típico y tipos de bombas. 8.10.b. Bombas centrifugas. 8.10.c. Bombas de pozo. 8.10.d. Bombas de engranes 8.10.e. Bombas Monho 8.10.f. Bombas de diafragma. 8.10.g. Bombas especiales

182 184 184 192 194 200 202 205

8.11. Válvulas en el diseño de tuberías. 8.11.a. Como dimensionar una válvula. 8.11.b. Donde se sitúan las válvulas. 8.11.c. Accesos de operación de válvulas. 8.11.d. Accesos a válvulas en lugares peligrosos. 8.11.e. Como hacer el diseño de fácil y seguro mantenimiento. 8.11.f. Como se orientan los vástagos de las válvulas. 8.11.g. Como se clausuran tuberías. 8.11.h. Como colocar válvulas si no hay diagrama de tuberías e instrumentación. 8.11.i. Como arreglar válvulas de seguridad. 8.11.j. Como instalar válvulas de mariposa. 8.11.k. Estaciones de control y sus puntos de diseño. 8.12. Tuberías conectadas a recipientes.

206 206 207 207 209 209 211 211 212 213 220 220 224

5


8.13. Tuberías de vapor. 8.13.a Diseño de tuberías de vapor. 8.13.b Trampas de vapor. 8.13.c Bombas para vapor. 8.13.d. Controles de temperatura. 8.14. Mantenimiento de temperatura en tuberías. 8.15. Tubería para aire comprimido. 8.16. Tubería conectada a turbinas. 8.17. Tuberías conectadas a columnas de destilación o absorción. 8.18. Tuberías conectadas a intercambiadores. 8.19. Tuberías conectadas a equipo de suministro de agua.(sistemas hidroneumáticos ) 8.20. Diseño de tuberías sanitarias. 8.21. Códigos para coloración y letreros en tuberías . 8.22. Venteos y drenes en tuberías y recipientes.

6

231 231 241 243 245 246 249 261 261 266 278 279 293 295


Prefacio. El objetivo de este libro es presentar la información mínima para los dibujantes, diseñadores e ingenieros, que trabajen en actividades relacionadas con el diseño y dibujo de tuberías industriales.

Benjamín Serratos

México, D.F. Agosto 2009

7


5

Equipos mayores conectados a tuberías

Cuando estamos hablando de equipos mayores conectados a tuberías, puede llegar a ser muy ambigua la expresión que comúnmente significaría equipos de gran tamaño; en mi muy personal punto de vista esta expresión describe a aquellos equipos que por su importancia dentro del proceso industrial, deberán ser muy cuidadosamente especificados, así como el diseño de las tuberías a su alrededor. A continuación se describen los equipos que generalmente se unen a las tuberías

5.1.

Recipientes.

Si se habla de recipientes (comúnmente llamados tanques) se habla de contenedores, viéndolo desde un punto mas amplio un diseñador o ingeniero de tuberías deberá enfrentarse a la idea de sistemas de contención; esto parece indicar que nos estamos saliendo del objetivo de este curso, pero en el trabajo común se tienen que llevar tuberías a áreas de contención y tratamiento de efluentes, tinas o diques para el confinamiento de torres de agua de enfriamiento, de tanques de materia prima o de producto terminado y áreas de tanques de productos ácidos y cáusticos. Cada una de estas áreas de contención, donde se pensaría que son exclusivamente para diseño civil o mecánico; deben seguir normas de localización de equipos, de diseño de tanques y tuberías, de paso de tuberías, etc., que comúnmente omiten estos profesionistas y que finalmente caen dentro de nuestra responsabilidad. Un contenedor es un equipo comúnmente no tan hermético que contiene otras piezas, paquetes o equipos en su interior. En la actualidad es una caja ( paralelepípedo ) grande metálica hueca de dimensiones estándar, que se usa para transportar mercancías.

Fig 5.1.a.

Contenedores modulares para transporte de mercancías.

Cuando a un contenedor nosotros le damos cierto grado de hermeticidad lo transformamos en un recipiente. A través de la historia se le han dado diferentes nombres a estos contenedores; tanques, silos, tolvas, tinas, etc ; el nombre universal que deben llevar es el de recipientes. Cuando un recipiente contiene en su interior polvos o sólidos granulados, comúnmente se le llama silo. Cuando este recipiente es un poco menor y se coloca para alimentar un equipo se le llama tolva.

8


Fig 5.1. b.

Silo.

Fig 5.1.c.

Tolvas de descarga.

Comúnmente un recipiente es metálico ( en su gran mayoría ferroso ), lo que no excluye que pueda ser de otros metales, plásticos, refractarios, etc; ó mezclas y recubrimientos de los materiales anteriores. De acuerdo a las condiciones de presión que deben soportar, los recipientes se pueden clasificar en:

5.1.1 Recipientes atmosféricos. Los tanques atmosféricos se usan fundamentalmente para almacenamiento de agua, productos químicos, petroleros, etc, estos materiales se almacenan a presiones iguales o muy cercanas a la atmosférica. Cabe indicar que para que un recipiente cerrado sea catalogado como recipiente atmosférico, deberá tener al menos una boquilla que este siempre comunicada y sin obstrucción con la atmosfera. Estos tanques los podemos clasificar como: Atmosféricos y de baja presión cuando la presión es P ≤ 2.5 psig; Estos a su vez pueden tener techo fijo, flotante o abierto. Presión media cuando la presión es 2.5 psig < P ≤ 15 psig; los cuales a su vez se dividen en refrigerados y no refrigerados. Presurizados cuando la presión es P> 15 psig; los cuales pueden ser esferas o cilindros. De acuerdo al material que van a contener pueden estar bajo la cobertura de los siguientes códigos:

AWWA D 100 ( American water works association ) para tanques a nivel, elevados y reservorios para almacenamiento de agua. Esta norma establece normas generales y ecuaciones particulares para el diseño de tanques para agua, como son: carga de diseño, esfuerzos admisibles, exámenes radiográficos, etc.

9


Fig 5.1.1. a.

Tanque para agua atornillable.

Fig 5.1.1.b.

Tanque para agua soldado.

AWWA D 110 para tanques de concreto.

ANSI B96.1 norma para tanques fabricados en aluminio

Normas API ( American petroleum institute ) son las normas seguidas por la industria petrolera; existe una amplia variedad de estás que regulan situaciones especificas: 10


API 12 D para fabricación, diseño e instalación de tanques cilíndricos verticales con capacidades nominales de 500 a 10 000 barriles. API 12 F similar a la anterior pero para tanques fabricados en taller de 90 a 750 barriles. API 620 diseño y construcción de tanques grandes de acero, operados a media presión, verticales y con condiciones de temperatura no mayores de 93 ˚C. La presiones entre 2.5 y 15 psig. El apéndice R se usa para temperatura entre -50 ˚C y 4 ˚C. El apéndice Q para el almacenaje de gases licuados hasta -167 ˚C. API 650 para diseño, fabricación e instalación de tanques cilíndricos verticales en campo, no refrigerados, de techo abierto o cerrado, construido con placas de acero soldadas, donde la temperatura no excede los 260 ˚C y la presión manométrica los 2.5 psig. En todos estos casos hay que verificar que la presión del recipiente de almacenamiento sea mayor que la presión de vapor del producto contenido en su interior, y que la temperatura del producto sea menor que la de diseño. Existe también la posibilidad de tanques atmosféricos construidos de polímeros reforzados, y de tanques atmosféricos recubiertos para contener materiales cáusticos y ácidos, como es el caso de los tanques de almacenamiento de acido sulfúrico fumante ( con ) que tienen receptáculos auxiliares muy sofisticados para apartar la humedad.

Fig 5.1.1. c.

Tanques atmosféricos de polímero reforzado.

Los tanques atmosféricos comúnmente tiene tapa cónica, cuerpo cilíndrico vertical y fondo plano directamente soportado por el piso, pero eso no quiere decir que puedan ser construidos con cualquier forma. 11


Al dimensionar en forma general un tanque conviene respetar las siguientes dimensiones en el caso de un tanque cilíndrico:

Limite de altura vertical rebosadero

Nivel de diseño del líquido Nota 1. El requerimiento de sobrellenado será de: Nivel normal de llenado

Capacidad máxima _____

Capacidad neta de trabajo ______

Nivel mínimo llenado tanque Volumen remanente mínimo de operación en el tanque

Nivel inferior del tanque

Fig 5.1.1. d.

Dimensiones generales a tomar en cuenta. 12

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. Guías de redondo galvanizado de 19 mm

Sujetar escalera a techo

Portezuela levadiza

Sujetadores galvanizados atiesador Metálico atornillable

Nivel de agua L i n e a

Portezuela de techo

Techo de placa soldada

Venteo indispensable

Portezuela de techo

t e c h o

Traviesa Escalera exterior con jaula de seguridad

Columna central

S o b r e f l u j o

Escalera interior

Indicador de nivel de liquido

Entrada de hombre se requieren dos

Boquilla de succión o de descarga con placas antivortice.

Fondo de placa soldada

Fig 5.1.1. e.

Detalles generales a tomar en cuenta.

13

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. Entrada de hombre techo Plataforma entrada hombre

Diámetro interior nominal

Paneles del techo

PLANTA

Pasillo en el techo con barandal

Venteo con ventilador

Enteo conTope del techo Limite de placas del cuerpo

Indicador nivel liquido

Altura de techo

Escalera con jaula de protección

Placas del cuerpo Distancia al primer escalón

Altura nominal del cuerpo

Distancia deDistancia la jaula de a la pr protección al piso Entrada de hombre

2.1. m

Según norma

Nivel Cimentación

Nivel banqueta Placa antivortice en la boquilla de descarga

Elevación Fig 5.1.1. f.

Detalles generales a tomar en cuenta.

Para un diseñador de tuberías es muy importante reconocer los datos que debe de llevar un plano de recipientes atmosféricos que se le ha enviado como refere4ncia para su diseño de tuberías. Estos planos comúnmente se entregan en tamaños doble carta; lo que no restringe a cuando trae demasiados detalles aumente su tamaño de presentación.

14


Nota A

Guía de revisión para recipientes atmosféricos. A

Sello del status del plano. Sumamente importante reconocer este sello durante el desarrollo del proyecto, ya que puede partir de: Información preliminar, solo para revisión, para comentarios, etc, hasta el envío final para construcción. Es

15


B

C D E F G H I J K

L

Muy común la realización de errores de muy costosa corrección, debido a que el personal de diseño no corrigió los planos de acuerdo al envío final para construcción. Reconocer la clave del equipo y su nombre. Es muy común tener equipos con igual clave y nombre debido a que son de las mismas dimensiones y contienen productos iguales, y que solo se diferencian de los demás con una letra diferente al final, TA 103 A, TA 103 B, TA 103 C ( Como ejemplo ). En si puede ser que tengan las mismas dimensiones, pero es poco probable que tenga las misma orientación de boquillas, de pendiente del fondo, de plataformas superiores, etc. Verificar el número de revisión. Revisar en los datos técnicos las condiciones de operación y diseño, los materiales de construcción, la capacidad de operación lleno y vacío, peso estimado lleno y vacío. Revisar si el tanque va a llevar un recubrimiento y como se comporta este en las boquillas conectadas a tuberías. Revisar si el tanque lleva algún aislamiento la necesaria proyección de las boquillas para que estas puedan ser atornilladas a las tuberías. Si el tanque es muy alto solicitar soportes de tuberías en la pared del tanque. Revisar que el tanque tenga orejas de izaje para que se pueda maniobrar. Revisar orientación y localización de las boquillas. Las boquillas deberán estar niveladas. Es muy importante que los barrenos de las bridas se encuentren a horcajadas ( Straddle centerlines ) con respecto a los ejes principales del tanque. Deberán existir soportes para las escaleras en el cuerpo, y en la tapa para las plataformas y barandales. Es muy importante que exista una boquilla en la parte más elevada posible del recipiente para el venteo, sin un venteo un recipiente se transforma inmediatamente a recipiente a presión, en el se deberá colocar un arrestaflama, o un artefacto un poco más sofisticado como los marca Protego ( Pagina 97 volumen 1). Para el departamento de ingeniería civil se les debe resaltar que existen boquillas de drenaje que muchas veces se proyectan debajo del fondo del tanque, por lo que deberán dejar una trinchera para que puedan pasar tuberías dado el caso. Además muchos tanques tienen el fondo con una inclinación de hasta 5˚ para facilitar el drenaje y hacia la boquilla de drenaje OJO.

5.1.2 Recipientes sujetos a presión. Los términos equipos a presión, recipientes a presión y sistemas a presión, son temas de discusión de diferentes comités alrededor del mundo. Todas las normas que emanan de estos comités por razones de soberanía nacional rigen en cada país; muchas veces no coinciden, muchas veces son toleradas por las legislaciones de los países, si son avalados por entes oficiales en el país de fabricación.

Categorías de equipos a presión Receptáculo simple no sujeto a fuego. Cilindros de gas licuado. Recipientes a presión no sujetos a fuego. Calderas o generadores de vapor. 16


Válvulas. Sistemas de tuberías.

Características de un equipo a presión. Contar con un indicador de presión, que puede ser de acuerdo al funcionamiento para presión, o para vacío. Los componentes de estos equipos están sujetos a esfuerzos mecánicos en tres dimensiones y con respecto al tiempo. Debido a su peligro potencial están sujetos a un control de su manufactura. Estos equipos tienen factores de seguridad incorporados en el diseño. Serán supervisados en inspección y prueba durante su construcción. Serán supervisados periódicamente durante su vida de trabajo. Deberán contar con un artefacto de alivio de presión. En México existe un norma oficial mexicana que rige sobre los recipientes sujetos a presión en el país, pero se respetan las normas oficiales de los países de manufactura. A continuación se muestran diferentes códigos internacionales:

17


Fig 5.1.2.a

Código holandés de recipientes sujetos a presión.

18


Fig 5.1.2.b

Código Americano de recipientes sujetos a presión. 19


Fig 5.1.2.c

Código Alemán de recipientes sujetos a presión. 20


Fig 5.1.2.d

Código Italiano de recipientes sujetos a presión. 21


Fig 5.1.2.e

Código Sueco de recipientes sujetos a presión.

22


Fig 5.1.2.e

Código Japonés de recipientes sujetos a presión.

23


Fig 5.1.2.f

Guia Japonesa de construcción de recipientes sujetos a presión.

24


Fig 5.1.2.f

Guía Japonesa de la ley de control de gas a alta presión.

25


Partes componentes de un recipiente a presión. Las partes componentes de un reciente a presión son: Tapa, cuerpo, fondo, soportes, chaquetas, aislamientos, boquillas, boquillas especiales, agitadores, mamparas, plataformas y escaleras, sistemas de limpieza a presión, entradas de hombre, sistemas de transferencia de calor interiores y sistemas de recubrimiento plástico y antiácido.

G BOQUILLAS

M ENTRADA DE HOMBRE

A TAPA

B CUERPO

ENTRADA DE HOMBRE

C FONDO

D SOPORTES

Fig 5.1.2. g

Partes componentes de un recipiente a presión. 26


J MAMPARAS E BOQUILLAS ESPECIALES

E CHAQUETA

I AGITADORES F AISLAMIENTO

N SERPENTIN

Fig 5.1.2.h.

Partes componentes de un recipiente a presión. 27


Todo recipiente sujeto a presión deberá contar por lo menos con tres de las siguientes componentes en su manufactura.

5.1.2.A.

Tapas. Son las más usadas, debido a que son de fabricación estándar y son las que están fabricadas siguiendo las normas de diseño existentes; existen las siguientes formas:

Fig 5.1.2.A. a Semieliptica ASME 2:1.

Fig 5.1.2.A. b Cabeza abombada y bridada ASME.

Fig 5.1.2.A. c Cabeza abombada y bridada ASME 80-10. 28


Fig 5.1.2.A. d Cabeza abombada y bridada ASME de alta corona.

Fig 5.1.2.A. e Cabeza abombada y bridada estándar.

Fig 5.1.2.A. f Cabeza toriconica y bridada estándar. 29


Fig 5.1.2.A. g Cabeza abocinada y abombada.

Fig 5.1.2.A. h Cabeza solo abombada.

Fig 5.1.2.A. i Cabeza solo bridada. 30


Las tapas que se mostraron anteriormente no son las únicas que se pueden rolar, en si cualquier taller puede formar tapas con perfil diferente. El problema existe en encontrar las formulas de diseño adecuadas a esas formas.

5.1.2.B.

Cuerpo. El cuerpo de un tanque sujeto a presión generalmente es cilíndrico, pero eso no indica que no pueda tener cualquier forma geométrica como una esfera.

fig 5.1.2.B.

5.1.2.C.

Tanque con cuerpo cilíndrico y con cuerpo esférico.

Fondo. En principio un recipiente sujeto a presión puede usar las mismas tipos de perfiles formados que las tapas.

5.1.2.D.

Soportes. Un recipiente sujeto a presión en principio puede usar cualquier sistema de soporte que no afecte o pueda ser calculado por los códigos de diseño que lo rigen. Los soportes más comunes son: Patas de perfil estructural. Se usa cualquier perfil estructural para construcción de edificios y se adosa por un lado al tanque con una placa de refuerzo, y por el otro lado una placa con anclas para fijarse a la cimentación.

31


Patas de tubería estándar. Se colocan de manera análoga al caso anterior.

Silletas. Cuando se trata de recipientes horizontales se usan silletas para soportarlos.

Brazos de apoyo. Gran mayoría de los recipientes sujetos a presión utilizan silletas para soportarse, debido a que cuando se les coloca en un segundo nivel su entrada de hombre y las boquillas de operación deben esta a una altura operable de entre 70 y y50 cm por lo que es mas fácil usar brazos de apoyo soportados a la estructura del edificio.

32


Los brazos de apoyo se deben colocar a cada 90˚ ( 4 en total ), si es mayor el peso se deberán colocar 8 brazos. No es común colocar 6 brazos debido a que uno de ellos quedaría sobre los ejes principales de la estructura , y los soportes de los recipientes deben estar a horcajadas ( Straddle centerlines ) sino se tendrán serias interferencias con las estructuras, otros recipientes y las tuberías. Soporte perimetral. Cuando por razones de peso o diseño se necesite colocar demasiados brazos de apoyo, se deberá preferir el soporte perimetral.

Faldón. Este tipo de soporte se usa para soportar las cargas de viento y sísmicas de recipientes a presión muy altos, delgados y pesados, como son las columnas de destilación en las refinerías

5.1.2.E.

Chaquetas. Son cubiertas metálicas externas que sirven para los sistemas de intercambio de calor externos, pueden ser de diferentes tipos: chaqueta común, chaqueta con hoyuelos y chaqueta de serpentín de media caña. Cada una de estas chaquetas irá desde la mas cara e ineficiente chaqueta común, a través de la chaqueta ampollada, hasta la mas eficiente y cara chaqueta de serpentín de media caña.

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Chaqueta común. Es la más barata pero ineficiente de las chaquetas, consiste de un cuerpo y fondo paralelo pero de menor grosor que el cuerpo.

Chaqueta con hoyuelos. En este caso se le repujan hoyuelos a la chaqueta para que pueda soldarse en esos puntos al cuerpo y al mismo tiempo tratar de formar vías de flujo y en consecuencia dirigir más el flujo de líquido de transferencia. REACTOR CON CHAQUETA CON HOYUELOS

Chaqueta de serpentín de media caña. Es un serpentín cortado a la mitad y soldado al cuerpo del recipiente; es el que mejores condiciones de flujo para la transferencia de calor, aunque disminuye el área de transferencia.

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5.1.2.F.

Aislamientos. Es solo una cubierta de un material que impida la transferencia de calor, como la fibra de vidrio, silicatos, etc. Generalmente se termina con una cubierta de lamina de aluminio o de polímero.

5.1.2.G.

Boquillas. Es la parte de un recipiente a presión más relacionada con el objetivo de este libro, porque son el lugar a donde se conectan las tuberías a los recipientes de proceso. Existen diferentes tipos de boquillas con las que puede estar equipado un reciente a presión.

A continuación se enlistan los diferentes tipos de boquillas encontrados generalmente: Tubo-brida.

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Boquilla pad. Boquilla Pad/Disco soldada a la pared del recipiente empatada a una brida de cuello soldable Birlos roscados soldados a la pad

Empaque BOQUILLA PAD UNIDA A UNA BRIDA DE CUELLO SOLDABLE

Boquilla clamp.

5.1.2.H.

Boquillas especiales. Aspersores y buzos. Instrumentos. Las boquillas especiales son análogas a las boquillas comunes de conexión de proceso y se diferencial de ellas solo por su propósito específico. A continuación se enlistan las mas importantes: Boquilla para la válvula de seguridad o disco de ruptura. Esta es la brida más importante de un recipiente sujeto a presión, sin ella el recipiente no tiene autorización para trabajar. 36


ANCLAR SOPORTE A LA ESTRUCTURA DEL EDIFICIO

SELLO OFICIAL “L“ TAN CORTO COMO SEA POSIBLE

TUBERIA DESCARGA

CHAROLA

DREN SELLO ALAMBRE DREN ENTRADA BRIDADA DE LA VALVULA

LONGITUD LO MAS CORTA POSIBLE DE ACUERDO AL CODIGO ASME SECCION 1, PG-71.2

NOTA: PREVENIR SUFICIENTE ESPACIO PARA QUE EL ESCURRIMIENTO DEL ALIVIO SE REINTRODUZCA EN LA DESCARGA DE LA VALVULA DE SEGURIDAD

DIAMETRO MINIMO RECOMENDADO - ½” MAS GRANDE QUE EL DIAMETRO DE ENTRADA DE LA VALVULA

CUERPO DEL RECIPIENTE REDONDEADO TERSO TODO ALREDEDOR

Fig 5.1.2.H a

Fig 5.1.2.H b

Boquilla para válvula de seguridad.

Boquilla para discos de ruptura y para boquilla de salto. 37


Venteo es una boquilla análoga a la anterior pero que a diferencia de ella sirve para que se pueda romper el vacío o la presión durante el proceso. Mirilla de observación. Es una boquilla que tiene un vidrio refractario que permite ver a través cuando el tanque está cerrado y trabajando. Comúnmente se coloca en la tapa del tanque, pero tabeen se puede colocar en el cuerpo y excepcionalmente en el fondo.

Mirilla para iluminación.

38


Mirillas de nivel.

39


Boquillas con tubos buzos. Este tipo de boquillas y tubos se introducen en el interior de los tanques e impiden que al introducir un producto este se escurra por capilaridad o salpique en la tapa y parte superior del cuerpo que son lugares que comúnmente no llega el líquido mezclándose y son difíciles de limpiar.

Boquillas aspersoras. Comúnmente llamadas sparger, introducen comúnmente aire en el fondo del líquido de proceso.

CONTROLADOR DE TEMPERATURA LOCAL

SENSOR DE TEMPERATURA

LIQUIDO EN TANQUE DE CALENTAMIENTO

ESCAPE DE VAPORES A LA ATMOSFERA

TRANSDUCTOR SEÑAL CONTROL

AIRE CONTROL SISTEMA DE SUMINISTRO DE AIRE Y/O VAPOR VALVULA DE CONTROL DE FLUJO

TUBOS ASPERSORES

40


Termopozos. Son cubiertas para los termómetros que se colocan generalmente en el cuerpo o el fondo de un recipiente.

41


5.1.2.I.

Agitadores y sus sistemas de motoreduccion. Los sistemas de agitación constan comúnmente de 3 partes: Las Propelas, la flecha que las sostiene y el motoreductor que les trasmite el movimiento.

MOTOREDUCTOR

FLECHA

PROPELA

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Propelas de flujo axial.

Propelas de flujo circular.

Propelas de flujo axial.

Sistemas de motoreduccion.

43


5.1.2.J.

Mamparas. Son placas metálicas que se colocan en forma muy cerrada a la pared, cuyo principal objetivo es que el líquido al pegar contra ellas, aumente la turbulencia y en consecuencia se incrementa el mezclado.

5.1.2.K.

Plataformas y escaleras.

5.1.2.L.

Sistemas de limpieza a alta presión. Existe una amplia variedad de boquillas y accesorios, de baja y alta presión que sirven para la limpieza de los tanques.

44


TANQUE

5.1.2.M.

Entrada de hombre. Dependiendo de la dimensión del recipiente este debe tener una boquilla que permita por lo menos la entrada de un brazo de persona, aunque lo idóneo es que permita la entrada total de un hombre.

5.1.2.N.

Sistemas de calentamiento-enfriamiento interior. Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor en el interior de un tanque, el más común es el serpentín.

45


5.1.2.O.

Sistemas CLAD, de recubrimiento plástico y antiácido. En un principio los recipientes se fabricaban de madera, pero estos no soportaban apropiadamente la presión, en la actualidad comúnmente un recipiente sujeto a presión se construye de metal ( acero, cobre, aluminio, etc ), con los nuevos tipos de polímeros tal vez pronto se puedan realizar totalmente de plástico. El alto costo de ciertos metales, sobre todo cuando debido a las condiciones de diseño se necesita alto grosor hace necesario materiales compuestos como: CLAD es un material que se realiza uniendo a muy alta presión dos metales, es obvio que el material mas costos se pide del menor grosor posible, siempre que soporte las solicitudes mecánicas.

FRENTE DE DETONACION

LINEA DE UNION A PRESION METALUIRGICA

MATERIAL BARATO MATERIAL BARATO

FABRICACION CLAD POR EXPLOSION

46

PUNTO DE COLISION


Recubrimiento plástico. Puede ser una película de polímero esparcida en forma gruesa en el interior del tanque, o placas de polímero termoformadas y soldadas en el interior.

Recubrimiento antiácido y refractario. Es un recubrimiento muy sofisticado que incluye un primario de preparación, un mortero plástico que adhiere una película de placa de polímero, otro mortero especial que fija los tabiques de ladrillo antiácido y refractario.

Recubrimiento de vidrio. Es el recubrimiento mas usado en plantas farmacéuticas cuando se trabaja con alta acidez, no da los mismos resultados con alta alcalinidad.

47


5.1.2.P.

Orejas para izaje. Para realizar maniobras es indispensable que se le coloquen a los tanques estas orejas, comúnmente van en la tapa superior, pero cuando son muy largos o delicados ( como los de vidrio )se les colocan en las partes laterales.

Guía de revisión para recipientes sujetos a presión. La revisión es muy análoga a la realizada a los recipientes atmosféricos, pero con mayores incisos por revisar. A

B

C D E F G H I J

Sello del status del plano. Sumamente importante reconocer este sello durante el desarrollo del proyecto, ya que puede partir de: Información preliminar, solo para revisión, para comentarios, etc, hasta el envío final para construcción. Es muy común la realización de errores de muy costosa corrección, debido a que el personal de diseño no corrigió los planos de acuerdo al envío final para construcción. Reconocer la clave del equipo y su nombre. Es muy común tener equipos con igual clave y nombre debido a que son de las mismas dimensiones y contienen productos iguales, y que solo se diferencian de los demás con una letra diferente al final, TA 103 A, TA 103 B, TA 103 C ( Como ejemplo ). En si puede ser que tengan las mismas dimensiones, pero es poco probable que tenga las misma orientación de boquillas, de pendiente del fondo, de plataformas superiores, etc. Verificar el número de revisión. Revisar en los datos técnicos las condiciones de operación y diseño, los materiales de construcción, la capacidad de operación lleno y vacío, peso estimado lleno y vacío. Revisar si el tanque va a llevar un recubrimiento y como se comporta este en las boquillas conectadas a tuberías. Revisar si el tanque lleva algún aislamiento la necesaria proyección de las boquillas para que estas puedan ser atornilladas a las tuberías. Si el tanque es muy alto solicitar soportes de tuberías en la pared del tanque. Revisar que el tanque tenga orejas de izaje para que se pueda maniobrar. Revisar orientación y localización de las boquillas. Las boquillas deberán estar niveladas. Es muy importante que los barrenos de las bridas se encuentren a horcajadas ( Straddle centerlines ) con respecto a los ejes principales del tanque. Deberán existir soportes para las escaleras en el cuerpo, y en la tapa para las plataformas y barandales. 48


K

S T

Es muy importante que exista una boquilla en la parte más elevada posible del recipiente para la válvula de seguridad, sin una boquilla para la válvula de seguridad, un recipiente queda automáticamente fuera de autorización legal, en consecuencia es estúpido operarlo. Verificar que la tapa y el fondo del recipiente coincidan con las dimensiones estándar que indica el tipo de tapa. Es error común que se dibuje con dimensiones no adecuadas, en consecuencia las boquillas pueden quedar debajo de la tapa del tanque. Localizar los soportes o patas en detalle para que no obstruyan las tuberías. Verificar que se hayan tomado en cuenta las chaquetas y aislamiento del tanque para que sus boquillas no queden adentro de ellas. Verificar acuciosamente la distancia mínima entre boquillas, para que se permita operar las válvulas o instrumentos que Vienen en las tuberías que se conectan. Las boquillas Pad y los instrumentos colocados directamente al cuerpo del recipiente, cuando estos tienen chaqueta o aislamiento, obligan la colocación de un anillo perimetral que les de espacio de operación. Las boquillas para insertar buzos o para sistemas de limpieza por aspersión, comúnmente son de un diámetro mas grande, ya que llevan un carrete que les permite introducir el artefacto en el interior del tanque. Es común que se omita en el dibujo del tanque el motoreductor de agitación, por lo que generalmente se pasan tuberías a través de él. No pasar tuberías a través de su área-volumen de montaje. Cuidar no interferir con plataformas y escaleras que formen parte del recipiente. Dar su lugar y no interferir las orejas de izaje.

5.2.

Recipientes móviles. Estaciones de carga y descarga.

L

M N O P Q R

Los recipientes tanto atmosféricos como sujetos a presión no necesariamente son estáticos y están sujetos a las cimentaciones; la gran mayoría de los recipientes son móviles lo que les permite una gran maniobrabilidad y tránsito. Este tipo de recipientes obligan para su operación la colocación de sistemas de carga y descarga. En ese caso según mi muy personal punto de vista se pueden clasificar en: 5.2.1

Recipientes para transportación marina. Los barcos se usan para transportación marítima de grandes cantidades de productos químicos, petróleo crudo, gases licuados, pellets o polvos a granel a través de todo el mundo. En el caso del LNG ( gas natural licuado ) el diseño de estos transportes se a mejorado para aumentar la cantidad. Se necesitan boyas especiales para descarga y tuberías submarinas especiales para su traslado a los tanques de almacenamiento y distribución.

Fig 5.2.1.a

Transporte marítimo sujeto a presión. 49


Fig 5.2.1.b 5.2.2

Sistemas de carga y descarga para transporte marítimo sujeto a presión.

Recipientes para transportación ferroviaria. Una vez que los productos llegan a las terminales portuarias y se refinan o se producen petroquímicos secundarios, es común trasportarlo por medio de carros tanque a las plantas de transformación.

Fig 5.2.2.a

Transporte ferroviario de cemento, petroquímicos y leche.

Fig 5.2.2.b

Sistemas para carga y descarga de transportes ferroviarios. 50


5.2.3

Recipientes para transportación carretera. Debido a su gran versatilidad y facilidad de movimiento el grueso de transporte de productos se realiza por carros tanque, los cuales necesariamente usan estaciones de carga y descarga de de materiales.

Fig 5.2.3.a

Tráilers para transporte carretero.

Fig 5.2.3.b Sistemas para carga y descarga de transportes carreteros. 5.2.4

Recipientes para transportación por contenedores. En la época actual es un sistema muy usado.

51


5.2.5

Recipientes para transportación de aires comprimidos. Es el recipiente mas manipulable para el manejo practico de gases a presión.

5.3.

Recipientes subterráneos. Por razones de seguridad se colocan debajo del nivel de la tierra ciertos recipientes; esto no quiere decir que no tengan que seguir normas estrictas de seguridad.

52


5.4.

Calderas. Las calderas también llamadas generadores de vapor son equipos dedicados a la generación de agua caliente ò vapor. No es solo un equipo, sino un sistema de generación de vapor que incluyen varios equipos auxiliares sin los cuales no funciona adecuadamente la caldera; estos equipos son: suavizador de agua, bombas de inyección, deareadores, tanque de condensados, tanque de purgas, etc. De acuerdo a la forma en que se genera el vapor las calderas se pueden clasificar en calderas de tubos de fuego y calderas de tubos de agua.

Calderas de tubos de fuego. Como su nombre lo dice los gases calientes de combustión se trasmiten por los tubos; estos calientan el agua para generar el vapor por el lado de la coraza. SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL

AISLAMIENTO TERMICO PINTURA TERMICA

CAMARA DUAL AL FRENTE CON CAJA DE HUMOS ESPEJO POSTERIOR TAPA PRINCIPAL CONSTRUCCION ROBUSTA

ROBUSTA TAPA ABATIBLE POSTERIOR

QUEMADORES

QUEMADO RES TABLERO DE CONTROL

TUBERIAS DE PURGA ESTRUCTURA DE SOPORTE

Calderas de tubos de agua. Como su nombre lo dice los gases calientes de combustión se trasmiten por los coraza; estos calientan el agua para generar el vapor por el lado de los tubos.

53


5.5

Bombas.

Una bomba es un equipo que trasmite movimiento a una cierta cantidad de líquido (gasto) , Y al haber un diferencial entre la velocidad de entrada en la succión y la velocidad de salida en la descarga se genera una presión (cabeza). Se pueden clasificar en tres tipos:

5.5.1. Bombas Dinámicas. En las cuales la energía se aplica gradualmente para incrementar la velocidad del fluido en su interior, y en consecuencia al ser mayor que la velocidad de entrada se forma un diferencial de presión. Se pueden clasificar en: 5.5.1.1. Centrifugas. El tipo de movimiento que se le aplica al fluido se puede ver en la siguiente figura que muestra el diseño del impulsor con respecto a la velocidad específica.

54


Fig 5.5.1.1.a

Diseño del impulsor vs velocidad especifica

DIAMETRO RELATIVO APROXIMADO

TORNILLO ENGRANE

VANO A

DRAGA

CENTRIFUGA

FLUJO MIXTO

SE MUESTRA EL DOMINIO APROXIMADO DE LOS TIPOS DE ROTOR

VELOCIDAD ESPECIFICA

NOTA

Fig 5.5.1.1.b.

Dominio aproximado de los tipos de rotor.

Debido a su velocidad especifica las bombas se pueden clasificar en: Centrifugas de flujo axial Centrifugas de flujo mixto Centrifugas de flujo radial Centrifugas de flujo periférico Bombas de aspas radiales Bombas de disco giratorio Bomba autocebante 55

FLUJO AXIAL


Centrifugas de flujo axial.

Fig 5.5.1.1.a.

Bombas centrifugas de flujo axial de una etapa o múltiple etapa.

56


Centrifugas de flujo mixto. Este tipo de bombas combina el desempeño de una centrifuga que le proporciona flujo axial , con una que le proporciona flujo radial. Las bombas que trabajan con este tipo de impulsor son las de cárcamo y pozo profundo, donde se debe negociar un buen flujo con alta cabeza.

Fig 5.5.1.1.b.

Bombas centrifugas de flujo mixto comúnmente de múltiples etapas.

Centrifugas de flujo radial.

Fig 5.5.1.1.c.

Bombas centrifugas de flujo radial de una etapa o múltiple etapa. 57


Fig 5.5.1.1.d.

Configuración del rotor para flujo radial, misto y axial.

Centrifugas de flujo periférico.

Via activa del fluido

Bombas de disco giratorio. Usado para mover líquidos muy viscosos.

58


Bomba de aspas radiales. Sirve para manejar materiales muy corrosivos a bajo flujo.

Bomba autocebante. Las bombas centrifugas comúnmente no tienen la capacidad de succionar gases, deben de estar cebadas ( inundadas de agua ) estas bombas pueden soportar un corto periodo en esta condición y jalar agua.

5.5.1.1. Bombas de efecto especial. Bombas jet ( eyectores ). Estos equipos trabajan por medio del efecto sifón, arrastrando otro líquido, formando vacío ò mezclando el liquido en el interior de un tanque.

59


Bomba de impulso por gas.

Bomba hidráulica.

Bomba electromagnética.

60


5.5.2. Bombas de desplazamiento. En este caso la energía se aplica cíclicamente por medio de la fuerza aplicada directamente por uno o más artefactos móviles, resultando en un aumento directo de presión. Este tipo de bombas de acuerdo al mecanismo usado para su funcionamiento se pueden clasificar en:

5.5.2.1. Bombas reciprocantes. El mecanismo es un sistema de biela manivela conectado a una pieza que ejerce la presión; se pueden dividir en: A

Bombas de embolo o pistón.

B

Bombas de diafragma.

61


5.5.2.2. Bombas rotatorias. A

Bombas rotatorias simples.

A1

Bomba de aspas.

A2

Bomba rotatoria de pistón.

A3

Bomba de cavidad progresiva. Un ejemplo típico son las bombas Moyno.

62


A4

Bomba de tornillo.

A5

Bomba de engrane interno.

A6

A7

Bomba de engranes externos.

Bomba peristáltica.

63


B

Bombas de rotor múltiple.

B1

Bomba de engranes de múltiple rotor.

B2

Bomba de lóbulos.

B3

Bomba de pistón externo circunferencial. Usado para líquidos pastosos como la pulpa de papel.

64


B4

Bomba de tornillo doble. Cuerpo de acero fundido

Sincronización entre engranes y tornillos

Los engranes son de fácil mantenimiento Camisa aplicada electrolíticamente

Rodamientos de carga radial para soportar apropiadamente las cargas mas intensas.

Rotor y tornillos integrados Tornillos gemelos endurecidos y sincronizados que impiden contactos entre ellos.

5.5.2.3.

Desempeño del tornillo de alta eficiencia

Bombas de vacio. Las bombas de vacio son muy similares en su desempeño a las bombas de desplazamiento, solo que mueven gases en vez de líquidos, y en un momento dado de acuerdo a su diseño pueden trabajar como bombas de vacío o compresores; por esta razón se obvia su explicación y se pasa al siguiente capítulo.

5.6.

Compresores. Es un equipo usado para aumentar la presión de un fluido compresible, estos fluidos pueden ser vapores (gases con líquidos) o gases. En este momento nos dedicaremos a detallar los equipos; y posteriormente en el capítulo “ 8.4.b. Compresores. Diseño de tuberías” lo definiremos como sistema de suministro aire comprimido. 5.6.1. Clasificación. De acuerdo a como se forma la compresión se pueden dividir en:

65

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. COMPRESORES A DINAMICO

A1 EYECTOR

B DESPLAZAMIENTO

A2 RADIAL

A3 AXIAL

ROTATORIO

COMPRESORES DE PISTON

B1 ACCION SIMPLE

B2 DOBLE ACCION

ROTOR SIMPLE

B5 VANO

B3 LABERINTO SELLADO

B4 DIAFRAGMA

ROTOR DOBLE

B6 ANILLO LÍQUIDO

B7 VOLUTA

B8 TORNILLO

66

B9 DIENTE

B10 SOPLADOR


A1

Eyectores. CORTE LONGITUDINAL

A2

Compresor radial.

A3

Compresor axial.

67


B1

Compresor de pistón de acción simple.

B2

Compresor de pistón de acción dual.

B3

Compresor de laberinto sellado.

68


B4

Compresor de diafragma.

B5

Compresor de vanos.

B6

Compresor de anillo líquido.

69


B7

Compresor de voluta.

B8

Compresor de tornillo.

B9

Compresor de diente.

70


B10

5.7.

Compresor soplador.

Turbinas. Turbomaquinaria se define a cualquier equipo que extraiga o imparta energía a una corriente de flujo continuo, por la acción dinámica de uno o más hileras de alabes rotantes. Si el equipo suministra energía al fluido se le llamará bomba. Si el equipo adquiere energía al fluido se le llamará turbina. En consecuencia una turbina es un equipo que convierte la energía de un fluido en energía mecánica. El fluido generalmente usado es : Agua, Vapor y Gas combustible. Las turbinas hidráulicas toman la energía potencial ò cinética del agua. Las turbinas de vapor y gas usan la energía térmica. Las turbinas se pueden clasificar de acuerdo a: Energía usada a) b) Dirección de flujo a) b) c) d) Cabeza asequible a) b) c) A la velocidad específica a) b) c) Fluido usado

a) b) c)

turbina de impulso. turbina de reacción. Flujo axial. flujo radial. entrada radial salida axial. flujo exterior. alta cabeza asequible a la entrada de la turbina. mediana cabeza asequible a la entrada de la turbina. baja cabeza asequible a la entrada de la turbina. baja velocidad especifica. media velocidad especifica. alta velocidad especifica. Agua. Vapor. Gas. 71


En este momento son las turbinas conectadas a generadores los principales suministradores de electricidad en todo el mundo. Las turbinas son equipos muy costosos y de muy sofisticada ingeniería para su diseño, por lo que se debe obtener la mayor información cuando se trabaje con ellas. 5.7.1. Clasificación de turbinas de acuerdo a la forma del rotor. Tipo Pelton.

Tipo Francis.

72


Tipo Kaplan.

Turbina de gas.

73


5.8.

Equipos de proceso. Esta es una amplia gama de equipos y sistemas que es casi imposible de abarcar en estos tiempos. Voy a tratar de hacer de hacer una clasificación personal de acuerdo a mi experiencia:

5.8.1. Secadores. Existe una amplia variedad de aparatos que eliminan el exceso de líquido en una sustancia: Secado indirecto ( Secador rotatorio al vacío por lotes ).

Secado cilíndrico rotatorio ( Horno de secado rotatorio de cemento ).

74


Secado por lecho fluidizado.

Secador de tambor.

Secador por aspersión.

75


Secador instantáneo.

5.8.2. Mezcladores.

Fig 5.8.2.a

Mezclador y emulsificadores.

Fig 5.8.2.b

Homogenizadores. 76


5.8.3

Separación solido-liquido. La separación solido líquido se puede realizar a través de equipos que se apoyan en diferentes fenómenos químicos. Existen dos métodos generales principales: Donde el líquido se comprime y las partículas están libres. Flotadores de nata.

Separador magnético.

Sedimentación por gravedad.

Adelgazadores 77


Clarificadores. Hidroclones.

Centrifugas.

Donde las partículas se comprimen y el líquido está libre. Filtro de cama.

78


Filtro de cama profunda.

5.8.4

Desintegración, aglomeración y separación de partículas sólidas. Trituradoras.

Pulidores de tambor.

Clarificador húmedo.

79


Clarificador de aire.

5.8.5

Extracción de líquidos en mezclas. Extracción es un proceso por medio del cual de una mezcla de diversos líquidos, uno de ellos es separado parcial o totalmente por medio de un líquido solvente, con el cual las otras partes de la mezcla tienen diferente solubilidad.

80


Percolación ( Leaching ) es un proceso por medio del cual de una mezcla de diversos líquidos, uno de ellos está en estado sólido y es separado parcial o totalmente por medio de un liquido solvente, con el cual las otras partes de la mezcla tienen diferente solubilidad.

81


5.8.6

Adsorción e intercambio iónico.

Fig 5.8.6.a. Equipos de adsorción. 82


Fig 5.8.6.b. Equipos de intercambio iónico. 5.8.7

Cristalización. Basándose en que pasando el punto de saturación en la solución de una sustancia, ciertas sustancias se cristalizan. Modificando la concentración por medio de la evaporación o congelación se pueden cristalizar las sustancias en una forma mas pura. Existen diferentes tipos de cristalizadores. Tubería enchaquetada con rascador interior.

83


Artesa con rascador Swenson -Walker.

Cristalizador por lote con agitador.

Cristalizador por evaporación.

84


Cristalizador por congelamiento.

5.8.8. Reactores químicos. Un reactor químico es un equipo o conjunto de equipos donde se realiza un proceso químico. Los procesos químicos comúnmente se realizan por medio de catálisis; la catálisis es un proceso en donde dos o mas sustancias químicas se transforman usando como apoyo un catalizador ( el cual incrementa la reacción pero no forma parte de ella ). Casi siempre estos procesos involucran derechos de patente, por lo que son de difícil acceso.

5.8.9

Procesos por membranas. El termino filtración por membranas cubre varios procesos los cuales son: Microfiltracion ( MF ), Ultrafiltración ( UF ), Nanofiltracion ( NF ) y osmosis inversa ( RO ); todas ellas dependen del grado de porosidad de las membranas.

85

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. ULTRAFILTRACION MICROFILTRACION

OSMOSIS INVERSA NANOFILTRACION

AGUA CRUDA

LAS SIGUIENTES SUSTANCIAS PUEDEN SER CONTENIDAS:

PLANCTON ALGAS TURBIDEZ BACTERIAS. SUSTANCIAS SUSPENDIDAS SOLIDOS

MACROMOLECULAS VIRUS COLOIDES

AGUA CRUDA

LADO MEMBRANA

AGUA PURA (PERMEADO)

5.8.10. Separador de espuma y Flotador de natas.

ESPUMA ORGANICA SALIDA ENTRADA

ENTRADA AIRE

Fig 5.8.10.a

Separador de espuma.

86

DOC IONES GRANDES

IONES


Fig 5.8.10.a

Flotador de nata.

5.8.11 Fermentación. Es un proceso en el cual un microbio es hecho crecer en un ambiente controlado de temperatura y se le suministra alimento y aire para que se desarrolle en condiciones óptimas. Este proceso se usa ampliamente en la fabricación de cervezas, vinos y licores, medicamentos.etc.

5.9.

Intercambiadores de calor. Es un equipo que se usa para transferir energía térmica ( entalpia ) entre dos o más fluidos, entre una superficie sólida y un fluido, ò entre partículas sólidas y un sólido. De acuerdo a su construcción se pueden clasificar en:

5.9.1

Tubulares ( que contienen tuberías en su construcción ) que se pueden clasificar en: DE DOBLE TUBO.

87


DE CORAZA Y TUBOS. Es el intercambiador de calor mas usado en la industria. Esta normado por el código “Tubular exchangers manufacturers association “ TEMA

88


El TEMA tiene una nomenclatura de acuerdo a la construcción del intercambiador de calor.

89


90


91


De espiral.

De serpentín.

5.9.2. Intercambiador de placas.

92


5.9.3. Intercambiador de superficie extendida.

5.9.4. Intercambiador regenerativo.

5.10. Tratamiento de suministro de agua. En una planta de procesos industriales nosotros tendremos generalmente diferentes fuentes de suministro de agua: agua municipal, agua de pozo de nuestra propiedad, quizá agua de lluvia asequible. Esta agua nunca nos llegara en una forma pura ( O) ya que durante su paso en la naturaleza, y debido a que es lo mas parecido al solvente universal, siempre nos llega contaminada con sales, compuestos orgánicos, algunas veces radiación, etc. Y será nuestro principal problema encontrar el tratamiento mas económico que coincida con nuestra necesidades. En la planta generalmente nosotros usaremos diferentes tipos y cantidades de agua como son: Agua potable, agua cruda, agua de pozo, agua de enfriamiento, agua suave y agua de proceso. El agua de proceso tiene diferentes niveles de acuerdo a la cantidad de contaminantes que contiene y puede ser: agua desmineralizada, agua destilada y agua de osmosis inversa. En una planta común recibiendo agua municipal, se puede asumir que esta es potable, pero aun puede contener cloro que se usa para potabilizarla; la podemos usar como agua para limpieza o para enfriamiento.

93


Filtros de agua.

Agua suave.

Agua desmineralizada.

94


Agua destilada.

Agua osmosis inversa.

Agua para inyección farmacéutica.

95


5.11. Tratamiento de efluentes. El tratamiento de efluentes tanto municipales como industriales es el problema número uno en este momento en el planeta. Nunca hemos podido los humanos llegar al punto al cual, regresemos el agua con la misma calidad en la que la recibimos. Este es un problema muy complejo de difícil solución. El punto base del que debemos partir, es de que no debemos desperdiciar el agua. Existe una amplia diversidad de procesos para el tratamiento de efluentes, a continuación presento los más comunes. 5.11.A Coagulación y Floculación. La clarificación, suavizado, engrosado de lodos y desecado de estos, depende de la correcta aplicación de los procesos de coagulación y floculación.

5.11.B. Remoción de sólidos. La separación de sólidos suspendidos en el agua, incluye los procesos de: sedimentación, colado, flotación y filtración.

96


5.11.C. Precipitación. Es un proceso en donde se busca un ion o radical dañino, entonces se hace reaccionar con una sustancia química afín, que forme un producto más pesado que el agua e inmiscible.

5.11.D. Rompimiento de emulsiones. Una emulsión es una fase dispersa de sustancias que comúnmente son inmiscibles en el agua ( como los aceites y grasas ), pero que se encuentra suspendida en pequeñas gotas.

5.11.E. Intercambio iónico. Es un equipo que remueve iones dañinos, por medio de una resina que los detiene, y después en la regeneración los desecha.

97


5.11.F. Neutralización. Muchos procesos entregan efluentes con pH muy bajo o muy alto por lo que deben ser neutralizados por medio de ácidos y bases industriales para hacerlos llegar a un pH cercano a 7.

5.11.G Desgasificación. Los efluentes muchas veces traen gases y vapores de los procesos de los que provienen; el comportamiento de sus gases depende de la presión de vapor de la mezcla y deben ser eliminados.

5.11.H. Separación por membranas. Se usan los mismos equipos de Microfiltracion y ultrafiltración del inciso 5.8.9. 5.11.I. Aireación. La aireación es un proceso mecánico que sube las espumas, natas, y gases y vapores que se encuentran en el efluente, y oxida químicamente las substancias tanto orgánicas como inorgánicas.

98


5.11.J. Adsorción. En el agua algunas veces hay cantidades significativas de materiales no iónicos en forma de “coloides”. Puede existir sílice, óxidos metálicos insolubles y compuestos orgánicos que le dan color, sabor y olor; estos compuestos deben ser eliminados por columnas de adsorción.

5.11.K. Evaporación y congelamiento. Se usan los mismos evaporadores y congeladores de los capítulos anteriores para tratar de separar la mayor cantidad de agua económicamente posible, sobre todo cuando se trabaja en sistemas de fermentación. 5.11.L. Procesos de oxidación-reducción. Cuando se conoce perfectamente la naturaleza química de los efluentes es más fácil para los ingenieros de procesos, ir eliminando las sustancias químicas que se encuentren. 5.11.M. Control de corrosión. Cuando estamos realizando los procesos de tratamiento de efluentes, omitimos por lo general que los propios equipos son ‘presa de varios mecanismos de corrosión, como son: polarizacióndespolarización, celdas de concentración, corrosión galvánica, sólidos disueltos, gases disueltos, fatiga por tensiones mecánicas, tuberculacion ( ampollas ) e impregnación. Por lo que los materiales con que están construidos los equipos de tratamiento deberán estar recubiertos de películas o recubrimientos adecuados, además de protección catódica. 5.11.N. Control de actividad microbiológica. Muchos microbios se multiplican exponencialmente en la presencia de ciertas sustancias en los efluentes, por lo que podrían aumentar los problemas en el tratamiento, por lo que deben ser eliminados. 5.11.Ñ. Digestores biológicos. En este proceso, bacterias cultivadas bajo condiciones controladas, utilizan la materia orgánica en el efluente como alimento, produciendo lodo, si son aeróbicas producirán adicionalmente dióxido de carbono, y las anaeróbicas metano.

99


5.12. Torres de destilación y de absorción. 5.12.A. Torres de destilación. Es un proceso para separar uno o mas líquidos de una mezcla, apoyándose en sus diferentes presiones de vapor.

5.12.B. Columnas de absorción. En este proceso se trata de absorber una sustancia que causa problemas.

5.13. Torres de enfriamiento. Son equipos que se encargan en eliminar el calor excedente del agua de enfriamiento de retorno; son equipos que para su diseño dependen de varios parámetros, por lo que para su selección se requiere de apoyo especializado que suministran los proveedores. Desde mi muy personal punto de vista las podemos clasificar en: 5.13.1. Torres de enfriamiento abiertas.

100


Fig 5.13.1.a.

Tabla de Baltimore Aircoil Company para seleccionar torres de enfriamiento abiertas.

5.13.2. Torres de enfriamiento de circuito cerrado.

101


Fig 5.13.1.a.

Tabla de Baltimore Aircoil Company para seleccionar torres de enfriamiento abiertas.

5.13.3. Condensadores evaporativos .

6

Conducción de tuberías.

La conducción de tuberías es un tema fundamental en el diseño de una planta industrial, desgraciadamente en este momento las tuberías generalmente están controladas por diferentes departamentos en el equipo de diseño. También al ser componentes relativamente menores en la construcción se deja su colocación hasta el último momento; por eso es importante resaltar que por lo menos las tuberías principales deben estar diseñadas desde el principio, y se deben cuidar por lo menos los siguientes puntos: 1. Hacer desde un principio un listado de todas las tuberías de todas las especialidades y sus necesidades de diseño: Tuberías principales y secundarias de drenaje, tuberías de suministro de servicios municipales, cabezales principales de proceso y de servicio, tuberías y charolas de trasmisión eléctrica, tuberías y charolas de instrumentación, ductos generales y tiros de proceso. 102


2. Verificar cuando estos ductos y tuberías, cruzan calles, avenidas, canales o vías de ferrocarril. Para respetar las normas de diseño. Todas estas tuberías y ductos generalmente pueden ser conducidos por:

6.1.

Puentes de tuberías. Los puentes de tuberías son los métodos más comunes de soportes estructurales para llevar tuberías, conduits y ductos.

Puentes de tuberías

103


6.2.

Trincheras. En algunos lugares el medio ambiente exterior es muy extremo y esto hace permisible económicamente llevar las tuberías por debajo del nivel del piso.

6.3.

Tuberías enterradas. Algunas veces parece ser una buena idea llevar las tuberías de proceso y de servicios

6.4.

Soportes de tuberías. Existe una amplia variedad de soportes unos son estáticos y otros son dinámicos y deben ser

por debajo de la tierra enterradas; esta alternativa debe sopesarse concienzudamente debido a que tienden a olvidarse que existen, se les debe dar recubrimientos para que la tierra alrededor no las ataque químicamente; también se les debe dar las profundidades adecuadas para que no sean rotas al pasar por una carretera o vía. Además al pasar por edificios se le tienen que colocar pasos con camisas metálicas.

calculados.

104


7

Dibujo de tuberías

7.1.

Dibujo de tuberías. La representación gráfica de las diferentes especialidades del diseño de plantas industriales ha permitido la previsión, durante el anteproyecto, diseño, construcción, validación y arranque de las plantas. En consecuencia desde hace varios cientos de años se han podido manufacturar los dibujos o planos técnicos.

7.1.1. Formas generales de representación. Las maneras más comunes de representaciones de un dibujo técnico son: Dibujos a mano alzada.

Dibujos ortográficos. Son dibujos que se realizan en dos dimensiones, fundamentalmente plantas y elevaciones.

105


Dibujos isométricos. Estos dibujos muestran en tres dimensiones el arreglo de una tuberia, apoyandose en ejes auxiliares a 30˚ de la horizontal para dar el ancho y grueso del plano horizontal y mantienen el tercer eje a 90˚para dar la vertical.

Dibujos por autocad. En este momento es muy raro encontrar dibujos realizados a mano artesanalmente; los planos procesados por CAD ( computer aided drawings ) es el método más usado en este momento debido a que tiene multitud de herramientas de apoyo.

106


7.1.2. Simbología. Recuerdo cuando era un ingeniero novato y estábamos diseñando un planta d

productos del maíz en USA, las regañadas lapidarias que me daba el ingeniero director de proyecto acerca de la exagerado detalle de mis planos, la parte positiva fue toda la información acerca de simbología y estándares que me proporcionó; en donde me di cuenta que un símbolo nos ahorra multitud de tiempo, y nos puede dar más información que un detalle.

7.1.2.a.

Para equipos.

Fig 7.1.2.a.1 Simbología de representación de equipos para diagramas. 107


Fig 7.1.2.a.2 Simbología de representación de equipos para diagramas. 108


Fig 7.1.2.a.3

Simbología de representación de equipos para diagramas.

109


Fig 7.1.2.a.4. Simbología de representación de equipos para diagramas.

110


Fig 7.1.2.a.5.


111


Fig 7.1.2.a.6.


112


Fig 7.1.2.a.7.


113


Fig 7.1.2.a.8.


114


Fig 7.1.2.a.9.


115


Fig 7.1.2.a.10.


116


Fig 7.1.2.a.11.


117


Fig 7.1.2.a.12.


118


Fig 7.1.2.a.13.


119


7.1.2.b.

Para tuberías.

Fig 7.1.2.b.

Simbología de representación de tuberías.

120


7.1.2.c.

Para válvulas.

Fig 7.1.2.c.

Simbología de representación de tuberías.

121


7.1.2.d.

Para operadores de válvulas. OPERADOR

VISTA FRENTE

VISTA LATERAL

VISTA SUPERIOR

DE ENGRANAJE CILINDRICO DE ENGRANAJE ANGULAR

DE RUEDA Y CADENA

PALANCA Y CADENA

7.1.2.e.

Para instrumentos. Para definir un instrumento en un diagrama de tubería e instrumentación o en un plano, solo se necesita un burbuja, según el código IS ( Instrument Society of America ); lo importante es cómo van los datos en la burbuja. A continuación de muestra un detalle indicando la localización de datos.

VARIABLE SIENDO MEDIDA

QUE ACCION HACE EL INSTRUMENTO

INSTRUMENTO

MONTADA EN CAMPO NUMERO DE CIRCUITO

LOCALIZACION REMOTA VISIBLE EN TABLERO

LOCALIZACION REMOTA EN EL INTERIOR DEL TABLERO

En la tabla a continuación se describen el significado de cada uno de las letras que forman parte de la burbuja.

122


Notas para TABLA 1 1. Es posible “como opción” del usuario emplear letras para significados que no estén en listas y que se deseen estar en un proyecto determinado. Si así sucede puede tener un significado como primera letra y otro como letra siguiente. Los significados se definirán únicamente mediante una leyenda u otro para el proyecto. Por ejemplo la letra N se puede definir como modulo de elasticidad si esta en primer lugar y como osciloscopio si es una letra siguiente. 2. La letra X no clasificada se extiende y cubre significados que no están enlistas usándose una vez y en forma limitada. Si la usamos puede tener varios significados como primera letra y varios significados como letra siguiente. La excepción esta cuando se usa con un símbolo y se espera que el significado este definido en el exterior mediante una etiqueta en el circulo o burbuja del símbolo en un diagrama de flujo. Por ejemplo XR-2 puede ser un “registro de esfuerzo” y XX-4 como un” osciloscopio para esfuerzos” 3. El significado de una forma gramatical puede modificarse si así se requiere. Por ejemplo “ indica puede aplicarse a “indicador” o “ “indicación”. “transmite” como “ transmisor “ o “ transmisión” etc. 4. Una primera letra cualquiera si la empleamos con letra de modificación D (diferencial), F (razón), M (momento), K(tiempo o rango de cambio), Q(integrador o totalizador) o cualquier combinación que intente representar una nueva variable medida en forma separada. La combinación se trata con una primera letra Así instrumentos TDI y TI representan dos variables diferentes diferencial de temperatura y temperatura. Letras modificadoras se pueden usar en estas aplicaciones. 5. La primera letra si es A representa todos los análisis no descritos con una letra de “posible opción”, se espera que el tipo de análisis se defina mediante una etiqueta en el exterior del circulo o burbuja. 6. El uso de la letra U para una “multivariable” en una combinación como primera es opcional. Se recomienda que una designación de una variable no especificada la U se emplee en forma escasa. 7. El uso de términos modificatorios como “High”(alto) ,” Low”(bajo), “middle”(medio) y scan son opcionales. 8. El termino seguridad (safety) se aplica únicamente en elementos de protección primaria y elementos de control final de emergencia. Así la válvula semiactuada que previene la operación del fluido de un sistema más alto que el valor deseado por descarga del fluido desde el sistema está con presión de retorno en PCV aun si la válvula no está comprometida a emplearse normalmente. De todas maneras si la válvula se designa como PSV se extiende a protecciones contra condiciones de emergencia por ejemplo condiciones producto del azar debido a operación humana o del equipo que no se espera que sucedan normalmente. La designación PSV se aplica a todas las válvulas que protegen contra condiciones de presión de emergencia. 9. La función pasiva G se aplica en instrumentos o dispositivos que no tienen una visión de calibración tal como la vista a través de vidrios y monitores de televisión. 10. “Indicadores” normalmente se aplica a lecturas análogas o digitales en mediciones. En el caso de “ valores “de cargas se puede usar para la indicación de un dial o un seteo. Por ejemplo el valor de iniciación de una variable. 11. Una luz piloto que es parte de un instrumento de un lazo se puede designar por una primera letra seguida de la letra L Por ejemplo una luz piloto que indica el tiempo de termino de un periodo se puede etiquetar como KQL. Si se desea etiquetar una luz piloto que no es parte de un instrumento de un lazo la luz se designa en el mismo “camino” Por ejemplo una luz piloto que indica la operación de un motor eléctrico se etiqueta como EL asumiendo que la tensión de la variable medida es apropiada o YL.

123


7.1.2.f.

Para soportes. ANCLAJE GUIA

ZAPATA

COLGANTE

COLGANTE CON RESORTE

SOPORTE DE PISO

SOPORTE DE PISO CON RESORTE

124


7.1.2.g.

Para soldadura. SIMBOLO DE ACABADO

ANGULO DE LA RANURA; INCLUIDO EL ANGULO DE ABOCARDADO PARA SOLDADURAS DE TAPON

SIMBOLO DE CONTORNO ABERTURA DE RAIZ, ANCHO DE LLENADO PARA SOLDADURA DE PUNTOS Y RANURAS

LONGITUD DESOLDADURA

GARGANTA EFECTIVA

PASO DE SOLDADURAS ( DISTANCIA CENTRO A CENTRO

ANCHO DE PREPARACION; TAMAÑO O RESISTENCIA DE CIERTAS SOLDADURAS

SIMBOLO DE SOLDADURA EN CAMPO

ESPECIFICACION, PROCESO, U OTRA REFERENCIA

FLECHA CONECTANDO LA LINEA DE REFERENCIA AL LADO DE SOLDADURA DE LA PIEZA

COLA , SE OMITE CUANDO NO SE USAN REFERENCIAS

SIMBOLO DE SOLDADURA TODO ALREDEDOR LINEA DE REFERENCIA NUMERO DE PUNTOS O SOLDADURAS DE PROYECCION

SIMBOLOS BASICOS DE SOLDADURA O DETALLE DE REFERENCIA

FILETE

TAPON O RANURA

LOS ELEMENTOS EN ESTA AREA PERMANECEN COMO SE MUESTRA AUNQUE LA COLA Y FLECHA CAMBIEN EN VISTA ESPEJO

DE PUNTO O PROYECCION

DE GRIETA O COSTURA

DE APOYO

DERRETIDA A TRAVES

SUPERFICIAL

BRIDADA DE ORILLA

DE ESQUINA

DE ESQUIN A RANURA CUADRADA

EN “ V “

ANGULO

EN “ U “

EN “J “

ABOCINADA V

ABOCINADA-ANGULADA

SIMBOLOS BASICOS DE SOLDADURA DE ARCO Y GAS SOLDADURA TODO ALREDEDOR

BANDERA HACIA LA COLA SOLDADURA DE CAMPO

CONTORNO SOLDADURA PULIDO

Fig 7.1.2.g.a.

CONVEXO

Símbolos básicos de soldadura. 125

CONCAVO


7.1.2.h.

En general. FLECHAS DE NORTE (1) PARA DIBUJOS EN PLANTA Y ELEVACION.. (2) PARA DIBUJOS ISOMETRICOS

ESCALA GRAFICA REQUERIDA PARA PLANOS QUE VAN A SER REDUCIDOS FOTOGRAFICAMENTE.

ESTE SIMBOLO SE USA EN MEXICO EN LOS PLANOS DE PLANTA, PARA INDICAR EL NIVEL DEL PISO DE TRABAJO.

LAS CLASICAS FLECHAS QUE INDICAN DONDE SE REALIZA UN CORTE. LA “I” Y LA “O” DEBEN EVITARSE PARA NO CONFUNDIRSE CON LOS NUMEROS. SI SE NECESITAN MAS CORTES QUE LAS LETRAS EXISTENTES SE USAN COMBINACIONES DE LETRAS. ESTE SIMBOLO DEBE INDICAR EN LA PARTE INFERIOR DE LA BURBUJA EL PLANO DONDE SE MUESTRA EL CORTE. SIMBOLO DE CENTRO DE LINEA.

SIMBOLO DE ACOTACION RECORTADA, SE USA PARA DAR DIMENSION DE UNA PIEZA FUERA DE ESCALA.

SIMBOLO DE ACCESORIO DE SUSTITUCION. NO SE RECOMIENDA SU USO

126


SOBRE EL AREA AFECTADA CONGELADO RAZON POR LA CUAL SE CONGELA

EL TRIANGULO CON SU NUMERO SE COLOCAN EN AREA VISIBLE AL FRENTE

POR

LA NUBE Y EL TEXTO SE DEBEN COLOCAR PARA FACIL REMOCION

LA NUBE DEL AREA AFECTADA SE COLOCA EN LA PARTE POSTERIOR DEL PLANO.

LA MARCA CONGELAR POR … . SE USA PARA INFORMAR AL CONTRATISTA DE ESPERAR LA ULTIMA REVISION DEL DIBUJO CON LA AUTORIZACION, ANTES DE EMPEZAR CUALQUIER TRABAJO.

TRIANGULO DE REVISION. LA ULTIMA REVISION SE MANTIENE CON SU TRIANGULO Y NUBE. LOS TRIANGULOS DE LAS REVISIONES ANTERIORES SE PUEDEN MANTENER EN EL PLANO. PERO PERSONALMENTE YO PIENSO QUE ES UNA MALA PRACTICA QUE CAUSA CONFUSION. ABERTURAS : (1) USO ARQUITECTONICO PARA ESPACIO VACIO. (2) PARA DUCTOS Y TUBERIAS EN CORTE.

ESTRUCTURAS CORTADAS: (1) ANGULO (2) CANAL (3) VIGA

SIMBOLO PARA INDICAR BARANDAL.

(1) CORTE DE TUBERIA (2) CORTE DE ESTRUCTURA (3) CORTE DE UN RECIPIENTE O EQUIPO.

SIMBOLO PARA INDICAR ROSCA.

SIMBOLO DE CADENA.

127


7.1.3. Clasificación de dibujos comúnmente usados.

Comúnmente en la ingeniería de detalle de tuberías uno parte realizando los dibujos de los diagramas para proceso. Para realizar los proyectos de ingeniería de acuerdo a los lineamientos generales se deben seguir normas como las indicadas a continuación: A. ALCANCE. Estas normas deben aplicarse a todos y cada uno de los planos que se realicen dentro del proyecto, a no ser que ciertas áreas de planta necesiten otro tipo de planeación a pedido expreso del cliente. B. OBJETIVO. Definir los límites y parámetros dentro de los cuales se realicen los dibujos de los diagramas de un proceso. Esto no restringe la creatividad que los ingenieros desarrollen, y podrá ser modificadas por convención. C. DESCRIPCION. Los diagramas son una representación gráfica de la configuración y funcionamiento de los diferentes equipos que forman parte de un proceso industrial; la cual se representa en una forma simplificada por medio de una simbología estándar. Sirve para simplificar el intercambio de información y como se interacciona cada uno de los equipos representados entre sí. D. CLASIFICACION. De acuerdo a la información contenida en el, y la intención con la cual se realiza, los diagramas pueden ser clasificados de la manera siguiente: 7.1.3.1. Diagramas en General. Es solo una representación gráfica de una idea sin el propósito explicito que suministran los demás tipos de se explican a continuación.

diagramas que

AGUA RESIDUAL

PRETRATAMIENTO

SOLIDOS A VERTEDERO

TRATAMIENTO BIOLOGICO

DECANTADOR

REUTILIZACION DE FANGOS

AGUA PARA REUTILIZACION

TRATAMIENTO FANGOS

Fig 7.1.3.1.a

TRATAMIENTO DE DESINFECCION

Diagrama de purificacion de efluentes. 128

USO EN AGRICULTURA


7.1.3.2. Diagrama de bloques. Representación de un proceso en una planta industrial indicando solamente las áreas principales del proceso, servicios necesarios de apoyo. Se realiza con el auxilio de rectángulos conectados con líneas con flechas. Los rectángulos pueden representar: Pasos del proceso en el caso de procedimientos. Operaciones básicas en el caso de pasos de proceso. Plantas en el caso de complejos industriales. Secciones de planta o unidades de proceso. Equipos en el caso de secciones de planta. La información básica representada en el plano es: Designación de los rectángulos de operaciones unitarias principales. Alimentación de materias primas y salida de productos terminados. Direcciones de flujo de las corrientes principales (comúnmente con línea mas gruesa). Corrientes secundarias entre los rectángulos. Gastos o rangos de flujo (solamente en forma gruesa se deben colocar los datos fundamentales) Gastos o rangos de flujo de las unidades de apoyo (solamente datos gruesos fundamentales)

129

así como los


7.1.3.3. Diagrama de flujo. Representa principalmente los datos de balance de materia y energía entre los diferentes equipos, asi como las condiciones de estado físico químicas de cada una de las corrientes. Es muy importante resaltar la información y su colocación en el plano. Nota importante, esta información por normas generales se coloca según la manera que se expone a continuación; pero eso no indica que según las necesidades del cliente se pueda recolocar o omitir de manera diferente. Un plano de un diagrama de flujo consta de cuatro áreas principales: a. Pie de plano, que es un recuadro donde se colocan los datos que describen el plano: Titulo, descripción, escala, tipo de acotación, numero de plano, etc. b. Área de apoyo, en esta área que comúnmente se sitúa en la parte superior del pie de plano, se coloca información de apoyo al plano que son: Área de Notas, área de planos de referencia, área de simbología, área de nomenclatura y área de revisiones. c. Área de datos de flujo, esta área usualmente se coloca en toda la franja horizontal que esta a la izquierda del pie de plano. En esta franja se coloca una tabla que fundamentalmente debe tener las siguientes hileras de datos: Numero de corriente. Nombre Gasto Presión Temperatura Datos fisicoquímicos de la corriente. Y las columnas de datos necesarias para cada una de las corrientes. d.

Área de dibujo, en esta área se deben representar de una manera bidimensional de preferencia (para indicar sus posiciones en elevación ) cada uno de los equipos involucrados en el proceso, y las líneas o ductos de interconexión de proceso y servicio entre ellos. Cada una de estas líneas deberá tener una burbuja con un número que corresponda con los datos del área de datos de flujo, y una flecha que indique la dirección de flujo. Dentro del cuerpo del símbolo de cada uno de los equipos debe existir una clave de equipo con la cual se pueda reconocer fácilmente. Deben existir flechas de referencia que indique el material de proceso o servicio, y el plano de donde provienen. De preferencia las flechas de entrada de productos se deben colocar llegando por el lado izquierdo del área. Y las flechas de salida se deben colocar saliendo por el lado izquierdo del área de dibujo. Simbología. La representación grafica de los equipos que se encuentran en el diagrama deberán seguir normas internacionales, como la ISO 10 628, ANSI 415, ó ASME Y14 : ó las que el cliente considere su estándar.

130


7.1.3.4.

Diagrama de tubería.

A partir del diagrama de flujo se define el material con el cual se manejará cada una de las corrientes de proceso ó de servicios, se les resumirá lo más posible si son de materiales análogos en lo que se llamará especificaciones de tubería. Se tomaran las especificaciones físico químicas de las corrientes ( gasto, temperatura, presión, densidad, viscosidad, gravedad específica, etc.) y junto con las especificaciones de tubería se definirá el diámetro nominal y rango de las tuberías y accesorios. 131


Se le colocarán las válvulas y accesorios necesarios para la conducción, derivación y control de las corrientes en el diagrama.

7.1.3.5.

Diagrama de tubería e instrumentación.

Ya que se ha completado y revisado el diagrama de tuberías se le colocan todos los instrumentos de control ( indicadores, registradores, controladores, alarmas, relevadores de presión, etc.). Estos instrumentos comúnmente se indican usando la simbología de ISA ( Instrument Society of America). Ver descripción de esta norma en la 7.1.2.6. Un plano de un diagrama de tubería e instrumentación consta de cuatro áreas principales: a. b.

c.

d.

Pie de plano, que es un recuadro donde se colocan los datos que describen el plano: Titulo, descripción, escala, tipo de acotación, numero de plano, etc. Área de apoyo, en esta área que comúnmente se sitúa en la parte superior del pie de plano, se coloca información de apoyo al plano que son: Área de Notas, área de planos de referencia, área de simbología, área de nomenclatura y área de revisiones. Área de datos de flujo, esta área usualmente se coloca en toda la franja horizontal que está a la izquierda del pie de plano. En esta franja se coloca una tabla que fundamentalmente debe tener las siguientes hileras de datos: Clave del equipo. Descripción Manufacturero o marca Capacidad Gasto Presión de diseño Temperatura de diseño Datos fisicoquímicos de la corriente. Notas. Y las columnas de datos necesarias para cada una de las corrientes. Área de dibujo, en esta área se deben representar de una manera bidimensional de preferencia ( para indicar sus posiciones en elevación ) cada uno de los equipos involucrados en el proceso, y las líneas o ductos de interconexión de proceso y servicio entre ellos. Cada una de estas líneas deberá tener una clave con un número de tubería, y una flecha que indique la dirección de flujo. El número de tubería constará cuando menos de: una sección que indique el diámetro nominal de tubería, una que indique la especificación de tubería, y otra que de un número progresivo. Estos números de tuberías se deberán concentrar en el índice de tuberías. Dentro del cuerpo del símbolo de cada uno de los equipos debe existir una clave de equipo con la cual se pueda reconocer fácilmente. Deben existir flechas de referencia que indique el material de proceso o servicio, y el plano de donde provienen. De preferencia las flechas de entrada de productos se deben colocar llegando por el lado izquierdo del área. Y las flechas de salida se deben colocar saliendo por el lado izquierdo del área de dibujo. 132


Informacion basica.- Todas las descripciones trascendentes de equipo y maquinaria, incluyendo equipos motrices de agitadores, equipos de transporte, valvulas, etc. Detalles muy trascendentes de intalacion de equipos. Especificacion en la linea de tuberia de recubrimientos y aislamientos. Equipos existentes.- Es muy importante considerar equipos existentes que existen actualmente en la planta. Para este caso comunmente estos equipos y sus lineas se usarán lineas que contrasten bastante con las líneas del proceso. Equipos futuros.- Es muy importante considerar equipos futuros que se interconectaran en un periodo mediato. Para este caso comunmente estos equipos y sus lineas se usarán lineas que contrasten dramaticamente con las líneas del proceso. Simbología. La representación grafica de los equipos que se encuentran en el diagrama deberán seguir normas internacionales, como la ISO 10 628, ANSI 415, ó ASME Y14 : ó las que el cliente considere su estándar. En la sección 7.1.2.a se muestra la simbología para cada uno de los equipos y tuberías.

133


134


7.1.3.6.

Localización y distribución de equipos.

135


7.1.3.7.

Ortográficos de tuberías ( Plantas y elevaciones ).

136


137


138


7.1.3.8.

Isométricos de tuberías .

7.1.3.9.

Planos 3D.

7.1.3.10.

Planos especiales ( en explosión, para validación, etc.)

139


7.1.4. Como dibujar un plano de tuberías. 7.1.4.a. Comentarios generales. Desde que se empieza la ingeniería de detalle de una planta química, petroquímica o farmacéutica, ò aun antes, se deben haber realizado juntas con la compañía encargada del proyecto, en donde se definen en un manual del proyecto pormenorizadamente el tamaño de planos, el tipo de software a usar, el tipo y dimensiones de líneas de dibujo, los manuales, estándares y procedimientos para hacer la ingeniería de detalle. Hasta comienzos del 2004 todavía se encontraban bufetes de ingeniería, que realizaban sus planos en papel y minas de grafito, o en hojas de poliéster ( laminene) y minas plásticas. En este momento la mayor parte de la manufactura de planos se realiza por medio del AUTOCAD. En sí, podemos partir que ya tenemos toda la información de apoyo de los otras disciplinas de ingeniería; en ese caso debemos llegar a un acuerdo con nuestro cliente acerca del tamaño de planos. Mi punto de vista es de olvidarse de las antiguas sabanas ( planos aberrantemente grandes) y acordar un tamaño grande apropiado para trabajar en gabinete, y no muy dificultoso para trabajar en campo; y de preferencia trabajar con planos tamaño carta o doble carta para trabajar en campo o construcción. Los planos generalmente vienen con las siguientes dimensiones según normas ISO ò ANSI de USA.

Fig 7.1.4.a.1.

Tamaños según norma ISO. 140


Fig 7.1.4.a.2.

Tamaños según norma ISO y ANSI. 7.1.4.b. Dimensionamiento del plano. Nosotros en un principio podemos tener planos en donde nos favorezca una representación más ancha que alta, en ese caso usaremos planos horizontales apaisajeados ( landscape); y algunas veces para cortes y elevaciones planos verticales ( Portrait ).

J

H

G

I

N

F E K

J

D C

N

B L

A

Fig 7.1.4.b.1. Plano apaisajeados. Ambos tipos de planos tienen diferentes áreas a las cuales se les deben colocar datos específicos. A continuación enlisto las más comunes: A Datos del Plano.- Que incluye los datos principales de manufactura, como son los recuadros de: 1 Diseñó. 2 Compañía encargada de la ingeniería. 3 Dibujó 4 Nombre de la compañía cliente. 5 Revisó 6 Nota de confidenciabilidad. 7 Aprobó 8 Nombre del plano. 9 Escala 10 Numero de plano. 11 Fecha 141


J

I N

M

M

N M C

F

E

C D

Fig 7.1.4.b.2.

B Plano verticales.

142

A


B

Cuadro de revisiones.- Que tiene un formato como el mostrado en la figura a continuación. Comúnmente se usan letras cuando está en etapa de diseño y números cuando está en etapa de construcción. Se recomienda mantener solo las ultimas 6 revisiones en el recuadro, ya que comúnmente el cliente exagera en el número de revisiones.

C

Clave de archivo AUTOCAD.- Es un dato muy importante en tiempos recientes.

D

Recuadro para Abreviaturas.- Este recuadro se puede omitir pero es útil. Abreviaturas comunes: El

E F

Elevación

NPT

Nivel de piso terminado

Línea de centro

Recuadro para Simbología.- Este recuadro se puede omitir pero es útil. Usado para definir símbolos que no son muy comunes. Recuadro para Notas.- En este recuadro se colocan las notas que se consideren relevantes.

143


G

Recuadro parea planos de referencia.- En este recuadro se colocan los planos de los cuales se obtuvo el diseño y no están indicados en las notas y cortes del dibujo.

H

Localización de Norte.- Este símbolo obviamente se usa solo en los planos de planta; es práctica común y se recomienda que apunte hacia arriba y a la izquierda por facilidad de lectura, alternativamente hacia la derecha, pero nunca hacia abajo. Cuidar que cuando gire el símbolo su leyenda quede bien.

I

Área principal de dibujo.- En esta posición debe localizarse el dibujo del área diseñada; es importante dejar espacio para las demás áreas, lo que siempre será un dilema entre mostrar la mayor área de diseño y la colocación de cotas y referencias.

J

Área de referencias. Esta área se debe dejar para poder colocar las burbujas de ejes, símbolos de cortes y acotaciones.

144


K L

Área lateral alternativa. Esta área también se puede usar para poder colocar las burbujas de ejes, símbolos de cortes y acotaciones. No se debe colocar información redundante o duplicada. Área de titulo.- Comúnmente se coloca esta leyenda para especificar más detalladamente el título del plano y su escala. Arreglo de tuberías, Grid 3 – 5 , A – C Corte mirando al norte. Sobre eje “ C “ y ejes “ A – B “ Esc. 1 : 33.3

M

Área para vertical. Esta área se usa solo para planos verticales y sirve para indicar niveles y elevaciones. Se recomienda no usar cotas, salvo en casos muy excepcionales.

N

Líneas Limite.- En este perímetro se deben colocar unas líneas gruesas en donde se refiere cual es el numero de plano que continua en esa dirección.

145


7.1.4.c. Escala. Es una parte critica en la administración del diseño de tuberías en donde uno hace acopio de toda su experiencia, sobre todo cuando se esta realizando la ingeniería de una planta muy grande. Los planos de tubería para que se puedan ver en detalle se sugiere usar escalas entre 1: 20 y 1 : 30; pero suele suceder que se diseñen tuberías muy pequeñas por lo que se debe aumentar la escala a 1 : 10 ò 1 : 15; también puede ser que se estén diseñado tuberías muy grandes por lo que se debe disminuir la escala a 1 :40 ò 1 : 50 ; no se recomienda usar las escalas raras como 1: 33.3. Aunque mi trabajo mas grande que he realizado, por convención con el cliente nos vimos orillados a usarla.

INTERVALO 1

INTERVALO 2

INTERVALO 3

INTERVALO 4

Como se podrán dar cuenta en la figura anterior los planos para que pudieran entrar a escala se tuvieron que dividir en cuatro intervalos, lo que nos condujo que solo en planta se necesitaban 4 planos, para una sola elevación 4 planos. Etc.

7.1.4.d. Detallado del fondo. El fondo en el que se va a dibujar se debe hacer con un gris tenue pero visible, en donde se indique a detalle las estructuras

y cada uno de los equipos más importantes, grosores de pisos y escaleras.

146


7.1.4.e. Como dibujar las líneas. Antiguamente era una práctica común dibujar las tuberías hasta de 3 “ ø con una sola línea gruesa y las circunferencias de bajada de accesorios con el diámetro exterior a escala; y a partir de 4” ø a doble línea: El autocad y otros softwares ( como CadWorx )nos facilita el dibujo a doble línea: Yo soy de la idea que se debe preferir el dibujo a doble línea porque muestra más las probables interferencias. 147


7.1.4.f. Como dibujar los accesorios. Siguiendo con el mismo criterio anterior es preferible dibujar los accesorios, válvulas e instrumentos a doble línea y con sus actuadores, para ver las interferencias se tienen archivos puede ser muy laborioso, pero ya teniéndolo ayuda mucho.

. Al principio cuando no

7.1.4.g. Como dibujar ortográficos. Basándome en la muy conocida teoría del cubo de cristal y en que los diseñadores ya deben conocer estas prácticas. En principio y colocando nuestro conjunto de equipos y estructuras tendríamos 6 vistas. 148


En ese caso como hemos estado viendo en los ejemplos anteriores, yo tendría en principio 4 elevaciones, y 5 plantas debido a que existen 5 niveles como se ve a continuación.

Nivel 0.00 M

Nivel 5.00 M

Nivel 8.50 M

Nivel 12.00 M

149


Nivel 16.60 M

Elevación Oeste

Elevación Sur

Elevación Este

Elevación Norte 150


7.1.4.h. Como dibujar los detalles, secciones y elevaciones. Cuando es necesario en un plano colocar una información más detallada, como sucede en el detalle a continuación de una tubería que entra a un tanque se pueden seguir tres pasos : 1 Cortar en la misma elevación e indicar el detalle.

2

Indicar con el símbolo de detalle donde se realiza y buscar en el mismo plano un lugar donde colocar el detalle, lo más cerca posible.

3

Realizar lo mismo que el paso anterior pero refiriéndolo a otro plano.

151


7.1.4.i. Como dibujar Isométricos. Un plano de isométricos deberá suministrar mínimo los siguientes datos: CLAVE DE TUBERIAS 74/BZ/6/412/2 3-1-A Tipo de Catarina y longitud de cadena

74/BZ/6/412/23-1-A 74/BZ/6/412/23-1-B 74/BZ/6/412/23-1-C 74/BZ/6/412/23-1-D

Se muestra en el dibujo

LAS BURBUJAS DE LOS EJES PRINCIPALES SE INDICAN CON LETRA A UN LADO Y CON NUMEROS AL OTRO

NOTAS:

NO…………… ……

VER DETALLES EN…..-

1 Acotaciones en mm. 2 Elevaciones en metros. 3 Empaques de asbesto grafitado azul de 3 mm.

DIRECCION DE FLUJO AISLAMIENTO XX mm

PUENTE DE TUBERIAS NO ………

CAMBIO DE SOLDADURA 2.1 M ARRIBA DEL PISO MAS EL RADIO DE LA MANIVELA

10 CM MINIMO

INDICAR LA LETRA DE CADA BOQUILLA

H INDICA HORIZONTAL

PARA CONT. VER 74/BZ/6/412/23-2

INDICAR INSTRUMENTO

VER ESPECIFICACION

30 CM

THREDOLET CLAVE TUBERIA

IDENTIFICAR CLAVE VALVULA AREA PLANTA FLUIDO

EJEMPLO CLAVE TUBERIA 74 / BZ / 6 / 412 / 23 - 1

ISOMETRICO

NUMERO LINEA

26 CM LIBRES AL PISO DIAMETRO NOMINAL

ESPECIF MATERIAL

7.1.4.j. El uso de notas, cambio de materiales, niveles y elevaciones. Para aclarar puntos dudosos en un plano es buena práctica la colocación de notas, la indicación de niveles y elevaciones en los planos de tuberías. Depende del criterio no exagerar con estos comentarios. También es sumamente importante la indicación detallada de los puntos de cambio de materiales.

152


Fig 7.1.4.J. a

Indicación de notas, niveles y elevaciones.

Fig 7.1.4.J. b

Indicación de cambio de materiales.

8

Diseño de tuberías

8.1.

Diseño de localización geográfica de la planta. Es sumamente importante que las personas del consejo administrativo que están realizando la supervisión del anteproyecto de una fabrica, sepan la localización real geográfica.

Localización termoeléctrica

Fig 8.1. a

Localización nacional. 153



Fig 8.1. b

Localización estatal.


Fig 8.1. c

Localización local.

8.1.1. El uso de puntos de referencia. Este paso es muy importante porque nos permitirá no cometer errores garrafales, que tengan amplias consecuencias económicas. Debemos meditar profundamente la localización de nuestra planta, con respecto al entorno físico y social que nos rodea. Debemos prevenir los problemas que se nos puedan presentar; para eso debemos tener referencias que sean de uso común para la localidad donde vamos a ser parte. Geográficamente ahora con la localización satelital podemos tener una idea con error de milímetros de la hora, latitud, longitud y altura del lugar. Todo esto se debe reforzar con puntos de referencia definidos como constantes legalmente en la localidad. El terreno donde vayamos a realizar la construcción de la planta química deberá tener un monumento no móvil que sirva como punto de referencia de la planta, indicando las dimensiones geográficas.

154

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. NORTE VERDADERO

17 ˚ CERRO DE LA ESTRELLA 2356 MSNM

1236 m NORTE PLANTA

728 m

MONUMENTO 22˚47’ N 117˚17’ W 2196 MSNM

Fig 8.1.1.a

Puntos de referencia horizontal.

2356 MSNM

MARCA

MONUMENTO

2196 MSNM

Fig 8.1.1.a

NOTA. LA MARCA ES MUY IMPORTANTE PORQUE AHÍ SE INDICA EL NIVEL 0.0 M Y A PARTIR DE AHÍ SE MARCAN LAS COTAS DE LOCALIZACION DE EDIFICIOS.

Puntos de referencia vertical.

8.1.2. Los servicios municipales vs planta. LINEA ELECTRICA 23 kV

LINEA AGUA POTABLE 40 CM DIAM

LINEA DRENAJE 2 M DIAM 2190 MSNM

155


8.2.

Diseño de localización de bloques de planta. Los edificios en relación a la tubería.

156


Cuando se realiza la localización de los bloques operativos de una planta química se debe tomar el punto de vista de cada una de las personas que forman el equipo de diseño de la planta, para prever que no contradiga ningún código de diseño, alguna norma legal, algún código de seguridad, etc. Adicionalmente el personal que va operar la planta deberá expresar sus comentarios, para que el movimiento desde materia prima, pasando por el proceso de manufactura y el almacén de producto terminado se realice de una 157


manera óptima, con el mayor ahorro de recursos y de una manera segura. De esta manera quedan localizados los bloques principales de una planta, que pueden ser: A Servicios de seguridad ( Casetas, bomberos, sistema contra incendio ) B Oficinas administrativas. C Servicios al personal ( Comedor, sanitarios, estacionamiento ) D Diversas áreas de producción. E Laboratorios. F Almacenes ( materias primas, producto terminado, tanques almacenamiento, productos peligrosos ) G Mantenimiento. H Área de energías ( Eléctrica, aguas, aire comprimido, vapor, torres enfriamiento, etc ) I Áreas Ecológicas ( Almacén de residuos, tratamiento de efluentes )

8.3.

Diseño de bloques de tuberías de servicios generales, de proceso, municipales y ecológicas.

Después que se han localizado los bloques principales de la planta y apoyado en lo diagramas de flujo se van clasificando cada una de las tuberías, ductos, conduits y tiros, que salen de estas áreas por grupos y lugar de destino. Drenajes: Agua pluvial, aguas negras y Drenaje industrial. Aguas: Agua de pozo, agua filtrada, agua potable, agua de enfriamiento, agua helada, agua suave, agua desmineralizada, agua destilada, agua de osmosis inversa, agua purificada y para inyecciones. Aire comprimido: Para potencia, para servicios y para instrumentación. Vapor: Líneas de desfogue, vapor y condensado. Proceso: Líneas de proceso, líneas de álcalis, líneas de ácidos, ductos de alivio, etc. Eléctricas: Conduits y charolas de potencia, control e instrumentación. Ductos: Ductos de extracción, ductos de aire acondicionado, tiros, etc. Seguridad: Sistemas de alarma y contra incendio. Se mantiene esta información clasificada en grupos para una posterior utilización en el diseño.

8.4.

Diseño de tuberías en cuartos de máquinas. En tiempos pasados y quizá debido a que las plantas no eran tan grandes, todos los generadores de energías se concentraban en lo que se llamaba el cuarto de máquinas que estaba cerca del taller de mantenimiento, lo que facilitaba la operación de estas máquinas y ahorraba personal. La verdad es que los operadores de equipos de energía necesitan una capacitación especializada, por lo que se recomienda separarlos del personal de mantenimiento. En este momento cada uno de los operadores tiene capacitación especializada en cada uno de los equipos de energías, y estos se localizan en áreas separadas por que necesitan de condiciones específicas.

8.4.a. Generadores de vapor. El diseño de un cuarto de calderas es un trabajo muy especializado debido a que un generador de vapor es un sistema, no un equipo solo; suele constar de la caldera, tanque de condensados, sistema de suavización de agua y bomba de alimentación, fosa de purgas, arreglo de distribución de vapor y chimenea.

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. TANQUE CONDENSADOS

TANQUE ALIMENTACION

GE-503

SUAVIZADOR

GE-502 GE-501

TANQUE CONDENSADOS

Fig 8.4.a.1. Planta localización calderas.

159


Fig 8.4.a.2.

Elevación caldera.

Siempre es importante cuando mínimo tener en cuenta los siguientes consejos: A B C

D E F G

Cada caldera necesita una área libre al frente y detrás, de al mínimo la misma longitud, para que se pueda realizar la limpieza de fluxes, y el giro de la tapa. El proveedor proporcionará información de localización de equipos apropiada cuando se requiera colocar 2 ò más calderas. Sobre todo si se quieren centralizar los sistemas de apoyo de la caldera. Algunas tuberías como las de inyección de agua y de purga comúnmente van debajo del piso por lo que se requiere informar al área civil que se colocaran trincheras por donde van estas tuberías. Algunas veces hay que romper contratrabes por esta omisión. El venteo de tanque de condensados y la descarga de las válvulas de seguridad deben salir fuera del edificio. La chimenea debe tener una altura definida según normas oficiales. Las tuberías de vapor y de condensados son tuberías calientes que cambian de comportamiento de acuerdo a la temperatura del fluido; se les debe hacer a todas un análisis de flexibilidad. Las calderas necesitan un tanque de sedimentación de purgas para que las sales que sales no lleguen directamente al drenaje y lo obstruyan. Los sistemas de alimentación de combustible como son GLP y gas natural deben cumplir con la autorización oficial para poder ponerse en funcionamiento.

160


Figuras 8.4.a.3. Arreglo de distribución para varias calderas.

8.4.b. Compresores. Como se puedo ver en el capítulo 5.6. existe una amplia variedad de compresores; de cada uno de los diferentes tipos de compresores, el proveedor lo asesorara o lo proveerá de información técnica de la mejor manera de localizar el equipo. Los compresores sirven para aumentar la presión de los gases, que en gran variedad de casos se usa para licuarlos. Nosotros nos vamos a enfocar principalmente en los compresores para aire comprimido de una planta química mediana. En la fig 8.4.b.1 se muestra la localización de un compresor común. A continuación enlisto diferentes puntos en los que se debe poner especial atención cuando se está localizando un compresor: A B C

D E

Cualquier compresor sobre todo los reciprocantes emiten pulsaciones a la cimentación que pueden ocasionar que estos literalmente salten varios centímetros si no se ha corregido este fenómeno. Las pulsaciones pueden ser una mayor frecuencia y ocasionar vibraciones, que en el peor de los casos pueden ocasionar fatiga del soporte de apoyo. Las pulsaciones con las que sale el aire se comportan como ondas y en un momento dado pueden causar resonancia lo que puede ocasionar una vibración catastrófica de la tubería. En cuestión de vibración resonante la longitud de las tuberías rectas puede llegar a ser un factor importante. Un compresor puede emitir una gran cantidad de calor, por lo que se recomienda ventilar individualmente cada uno, todo el grupo o el cuarto de compresores. Un compresor usa aire natural en su ciclo de compresión el cual contiene una cantidad de humedad muy relevante, el primer problema del aire comprimido es eliminar esta agua del sistema, pues daña mucho al sistema. 161


AIRE HUMEDO AMBIENTAL

200 l / S AIRE 240 L / D AGUA

COMPRESOR

240 LITROS DE AGUA AL DIA

POST ENFRIADOR

SECADOR REFRIGERAN TE

90 LITROS DE AGUA AL DIA

150 LITROS DE AGUA DIARIOS

AIRE SECO

SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

700 LITROS DE AGUA DIARIOS

Se muestra la cantidad de agua que drena un equipo que mueve 200 litros por segundo de aire.

CUBIERTA DEL COMPRESOR

FILTRO ENTRADA

SECADOR

FILTRO DE AIRE

TANQUE RECEPTOR

CONTROL DE FLUJO Y PRESION SISTEMA DE DISTRIBUCION

HERRAMIENTA NEUMATICA POST ENFRIADOR Y ENFRIADOR DE LUBRICANTE

MOTOR

PANEL CONTROL

COMPRESOR

FILTRO, REGULADOR Y LUBRICADOR

SEPARADOR DE ACEITE DEL AIRE

Fig 8.4.b.1. F

G

Distribución típica de un compresor de aire.

El uso del aire en una planta química es : Para fuerza y para instrumentación. Para fuerza y servicios de limpieza no es tan importante la cantidad de agua. Para instrumentación se necesita aire comprimido libre de agua y de aceite. Por lo que se requiere que el compresor de donde provenga sea libre de aceite y se le coloque un secador de aire que cumpla con las condiciones. Existe un tercer tipo de aire que se requiere en hospitales o en plantas farmacéuticas que es el aire puro libre de impurezas en ese caso tiene que pasar por filtros HEPA. 162


H

8.5.

Comúnmente el aire comprimido se entrega en un arreglo que puede contener, lubricador, filtro, regulador y válvulas.

Diseño de tuberías en suministro de agua a planta.

Diversas son las fuentes de suministro de agua a una industria las dos más comunes son: de la red municipal y de un pozo propio. Los sistemas para que una red municipal nos proporcione agua potable a partir de una fuente superficial, suele ser bastante complicado como muestra el diagrama a continuación. 163


PRESA

CLORACION

PRE OZONIZACION

CARBON ACTIVADO

FLOCULACION

POST OZONIFICACION

CLARIFICACION

FILTRACION

Cuando llega el agua de la red de agua municipal ò del pozo, se pasa preferiblemente por un sistema de filtración; esta agua filtrada se puede enviar directamente a las torres de enfriamiento para usarse como agua de enfriamiento cuando son de sistema abierto, cuando son de sistemas cerrados se verifica la calidad de esta agua para ver si es necesario tratarla; en otra opción esta agua se envía a una cisterna, cuya capacidad se debió prever para mínimo una hora de uso del sistema completo contraincendios o una semana de operación normal de la planta; un sistema adjunto hidroneumático le proporcionara presión para hacerlo pasar por los siguientes sistemas: 1 2

3 4 5

Suavizador para eliminar su dureza y poder ser enviada a los generadores de vapor. Helador ( chiller ) el cual le disminuye la temperatura, generalmente en México desde los 12 ˚C hasta temperaturas bastante debajo de los 0 ˚C. Cuando el agua se acerca a los 4 ˚C se empieza a congelar por lo que se le tienen que adicionar sustancias químicas anticongelantes. Desmineralizador el cual se encarga de desechar los minerales que se encuentran en el agua. Osmosis inversa el cual es un sistema de alta presión que nos proporciona agua de muy alta pureza. Destilador igual que el anterior nos puede proporcionar agua de muy alta pureza.

Los tres últimos tipos de agua se pueden usar para proceso, todo depende de las condiciones que este requiere, algunas veces necesita combinaciones de ambos o duplicaciones. Todos estos equipos están en paquetes por lo que solo es necesario conectarlos al sistema. Es muy buena práctica que estos sistemas se encuentren en un mismo edificio cerca de la cisterna y el sistema hidroneumático. Hay que poner especial atención en los drenajes que sueltan en sus procesos de regeneración, retrolavado, etc. ya que pueden atacar severamente a los materiales civiles de los pisos, alcantarillas y albañales . En uno de mis primero trabajos fui testigo de un tren pequeño de desmineralización, cuyo drenaje había formado una caverna de 4 metros de diámetro debajo de su tanque de almacenamiento de 30 , el cual tuvo que ser re-cimentado. A continuación se muestra un diagrama de los sistemas de agua de una planta.

164


AGUA ENFRIAMIENTO SISTEMA CONTRAINCENDIO

HIDRANTES, ASPERSORES SUAVIZADOR

POZO

RED MUNICIPAL

8.6.

FILTRO

CISTERNA

GENERADOR VAPOR

DESMINERALIZADOR

PROCESO

OSMOSIS INVERSA

PROCESO

DESTILADOR

PROCESO

Diseño de tuberías en tratamiento de efluentes. El diseño de tuberías de efluentes es un proceso complicado que desgraciadamente en algunos casos se les otorga su diseño a los civiles, tomándoles desdeñosamente como albañales. Nada más lejos de la realidad, en las condiciones actuales de Ecología, no se puede seguir atacando a la naturaleza; todos los países incrementan día a día sus leyes contra la contaminación. El proceso de tratamiento de efluentes es precisamente eso, tratamiento de efluentes. Por lo que el diseño de equipos y tuberías de efluentes cuida mucho de que estas mismas no sean atacadas por el efluente. Nos solo se trata de tuberías, sino también trincheras y cloacas, en la que el personal que las diseñe debe tener bastantes conocimientos de corrosión. Las tuberías de efluentes de deberían enviar en forma aérea, pero por razones económicas se llevan por el piso y se mueven por gravedad; por esto es muy común que los albañales crucen por contratrabes y cimentaciones; además es muy común que no acoten debidamente las pendientes y lleguen al área de tratamiento de aguas a menor nivel , que la requerida para la alimentación de equipos; o lo que es más catastrófico, que la descarga del tratamiento de efluentes este debajo del nivel de llegada de la cloaca municipal.

8.7.

Diseño de tuberías en puentes generales y ramales de planta. Se toma la clasificación de tuberías de la sección 8.3 , y sobre un plano de localización general de equipos y áreas de la planta ( como el de la página 155 ) se traza una ruta preliminar de los puentes de tuberías, y se van colocando las tuberías tonando en cuenta las anotaciones que se muestran en las figuras 8.7.a. y 8.7.b y las distancias de las tablas 8.7.c. hasta 8.7.j.

165


AREA RESERVADA PARA QUE CORRAN TUBERIAS FUTURAS CHAROLA DE INSTRUMENTOS

AREA RESERVADA PARA CONDUITS

CHAROLAS ELECTRICAS

CHAROLAS PARA CABLES ELECTRICOS E INSTRUMENTACION

TUBERIAS DE SERVICIOS

TUBERIAS DE PROCESOS

MONORIEL MANTENIMIENTO

CONDUIT ELECTRICO HACIA EL ARRANCADOR

VIA DE ACCESO

ANCHO DE ACCESO PARA DOBLE HILERA DE EQUIPOS DEBAJO DEL PUENTE

ANCHO DE ACCESO PARA UNA SOLA HILERA DE EQUIPOS DEBAJO DEL PUENTE

Fig 8.7.a.

Detalle de puente de tuberías.

Cuando se está diseñando la ruta de los puentes de tuberías se tiene que tomar en cuenta que en ciertas circunstancias este puente de tuberías puede pasar arriba de una calle secundaria, una avenida primaria, vías de ferrocarril, por lo que se le debe dar una altura mínima a la estructura, para que puedan pasar según norma vehículos pesados, ferrocarriles, etc. Así mismo se debe prever salvo una idea concisa de asunto de una área futura de ampliación de por lo menos el 30 % de espacio.

166

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. Ver nota 19

Contratista X

Contratista Y

La tubería se muestra a doble línea por claridad

Ver nota 22

Ver nota 20

Minimo 3 m

Ver nota 21

Fig 8.7.b.

ESTRUCTURA A

ESTRUCTURA

Detalle de puente de tuberías.

DURMIENTE RA

DURMIENTE

Estas dimensiones solo sirven de Guía se consideran apropiadas para la mayoría de diseños preliminares

Notas a la figura anterior. 1 Si se usa una doble cama de tuberías generalmente se colocan los servicios en las camas superiores y las de proceso en las camas inferiores, debido a que las tuberías de proceso conducen algunas veces materiales muy corrosivos y estos pueden gotear, por lo que deben estar para un fácil acceso. 2 Ninguna tubería debe colocarse sobre la trayectoria futura de una estructura vertical del puente, dada la probabilidad de que este se amplié hacia arriba. 3 Se deben colocar las tuberías más grandes y pesadas llenas de líquido cerca de los elementos estructurales verticales principales del puente de tuberías, para reducir los esfuerzos mecánicos de los componentes horizontales. Tuberías de 12” ø llenas de agua o más grandes, corren más económicamente arriba del nivel del piso sobre durmientes. 4 Proveer un espacio adicional distribuido para futuras tuberías de entre 15 a 30 % del ancho total. Se debe tomar en cuenta el ancho total conjunto de todas las camas. 5 Las tuberías calientes generalmente esta aisladas, se soportan sobre zapatas guiadas y tienen movimiento. 6 Las tuberías tibias algunas veces están aisladas, se recomienda colocarlas directas sobre el soporte, pero es una mala práctica, ya que el agua de lluvia se puede meter por capilaridad al aislamiento.

167


7 La altura de un cabezal de alivio se ajusta partiendo de su punto más bajo que es el de origen, y la pendiente requerida para que la línea se drene hacia el tanque donde está la válvula de seguridad. 8 Las charolas eléctricas y de instrumentación ( para conduits y cables ) se sitúan alternativamente mejor en voladizos o brazos como se muestra; para no presentar problemas al salir las tuberías del puente. Alternativamente también pueden ser adosados a lasos columnas principales. 9 Cuando se cambia de dirección un puente de tuberías se trata preferentemente que este cambio se realice a 90˚, eso no quiere decir que por configuración de terreno se pueda y perfilando paralelo a una calle un puente de tuberías con cambios parciales no mayores a 15 ˚. Cuando un cambio a 90 ˚ se realiza, es cuando entra a una área productiva, entonces debe cambiar de altura, en ningún momento deben cambiar de dirección en el mismo plano de altura, este cambio de altura impide que si existe una ampliación de tuberías estas choquen entre sí, y dependiendo de la cantidad de tuberías que se derivan es preferible seguir manteniendo el criterio de llevar mínimo una cama para proceso, otra para servicios y otra para electricidad, instrumentación y ductos. 10 En trabajos muy extensos de construcción se deben contratar diferentes compañías contratistas por lo que se definen líneas limite ( en verdad son planos imaginarios ) en los cuales se establece con bastante anticipación quien realiza la unión ( es una buena práctica realizar esta unión bridada ) y a partir de qué punto definido de referencia. 11 En principio las tuberías deberían ir soportadas en una simple cama, mi experiencia me dice que esto es casi imposible ya que los soporte son más caros entre más anchos son. 12 Las tuberías económicamente deberían ir soportadas sobre durmientes mesuradamente arriba del nivel del piso, sobre todo si miden más de 12 “ø , pero solo si se tiene una idea bastante concisa de que nunca va haber una calle o pasillo que lo cruce. 13 Es una práctica común espaciar las columnas a lo largo de los puentes de tuberías entre 6 y 7.5 metros; este espaciado es un compromiso entre las deflexiones aceptables de las tuberías pequeñas, y la sección de viga mas económica apropiada para el puente de tuberías. Los puentes de tubería comúnmente no son más anchos de 7.5 metros; si se necesita más espacio para tuberías se amplía el número de camas. 14 El claro mínimo debajo de un puente de tuberías está determinado por el montacargas móvil asequible para mantenimiento y que pueda ser manejado por el pasillo debajo del puente de tuberías. Los claros verticales en principio deben corresponder con los datos indicados en la tabla a continuación 8.7.c. Esto no quiere decir que los subcontratistas en la construcción puedan o no usar equipos de maniobras más grandes. Si hay un conflicto en donde ellos pidan ampliar la altura para poder usar sus equipos; el grupo de ingeniería del cliente deberá establecer las elevaciones máximas y mínimas en las cuales los contratistas deban trabajar, esto ayuda a evitar problemas posteriores. Verificar la altura mínima requerida para accesos donde la trayectoria del puente de tuberías corre a través de una unidad de proceso o entrada de planta.

Tabla 8.7.c.

CLAROS Y DIMENSIONES

CLAROS MINIMOS. Claros horizontales:

Espacio de operación alrededor del equipo. Del centro de línea de FFCC a la obstrucción mas cercana. ( 1 ) En vía recta ( 2 ) En vía curva Entrada de hombre a una vía u obstrucción. 168

75 cm 2 .6 m 2 .9 m 1 m


Claros verticales:

Sobre un pasillo, plataforma o área de operación. Sobre una escalera. Sobre el punto más alto de una calle de planta: ( 1 ) calle secundaria. ( 2 ) calle primaria Sobre el punto más alto de una vía de FFCC.

2 .1 m 2 .1 m 5 .2 m 6 .1 m 7 m

DIMENSIONES HORIZONTALES MINIMAS. Ancho de pasillo a nivel del piso. Ancho de pasillo elevado o escalera. Ancho de peldaño de escalera marina. Ancho de camino para un montacargas móvil motorizado.

90 cm 75 cm 40 cm 2 .4 m

DIMENSIONES VERTICALES. Barandales. Del tope del piso, plataforma, o escalera, a : ( 1 ) barandal inferior. ( 2 ) barandal superior

55 cm 1 .1 m

NOTAS: Para un análisis más conciso ver las normas apropiadas de los códigos OSHA, NFPA, API estándar 2510, etc. Equipos como intercambiadores, compresores y turbinas requerirán claros adicionales, solicitar apoyo a los proveedores para determinar los requerimientos de espacio.

15 Cuando se definan las elevaciones de las tuberías en los puentes tratar de evitar a toda costa que se creen hondonadas que impidan que estas líneas puedan ser drenadas adecuadamente porque esto pude ocasionar depósito de materiales o corrosión. 16 El grupo de tuberías calientes requieren de espiras de expansión en sitios indicados según el análisis de flexibilidad. 17 Localizar estaciones de servicio, estaciones de control de válvulas e hidrantes, en puntos adyacentes a las columnas principales del puente de tubería, por su facilidad de soporte. 18 Dejar espacio para bajadas a bombas, equipos, etc. Entre el puente y las áreas adyacentes al edificio o estructura. 19 Una tubería no está completamente rígida, siempre existe pandeo entre soportes contiguos. En algunos casos el pandeo es aceptable, pero en otros debe ser restringido. La naturaleza del material transportado, el proceso y los requerimientos de flujo determinan que tanto el pandeo puede ser aceptado; el pandeo se reduce si se acercan los poste entre sí, ver alternativa en inciso 22. El encharcado de líquido debido al pandeo puede ser eliminado si se le da una pendiente a la línea de al menos el triple del pandeo en el punto medio. Las tuberías que requieren pendiente son los cabezales de alivio, los de soplado, líneas de vapor, de condensado, de aire comprimido y algunas de proceso. El drenado completo debe ser utilizado en líneas de proceso en lote para evitar contaminación, o donde el producto si se mantiene en la línea puede degenerarse o polimerizar, o formar sedimentos. En áreas sujetas a heladas las líneas de condensados deben ser inclinadas y algunas veces trazadas con vapor. 169


20 Posición alterna de charolas si los claros son adecuados y no existe interferencia con otras tuberías o pasillos. 21 Mantenga el espacio debajo del puente de tuberías libre, para el acceso de personal y equipo de mantenimiento; o use una área específica para bombas o equipo auxiliar. 22 Es una excelente práctica unir las armaduras de los puentes de tubería con estructuras horizontales que le dan una apropiada rigidez y al colocarle travesaños entre sí, soportan las tuberías pequeñas.

DIMENSION “S” CENTRO DE TUBERIA A PARED CLARO 51 a 76 mm

25 a 51 mm

TUBERIA SIN BRIDAS

NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

PARED,

RANGO DE BRIDAS EN psig

150 DIA ME TRO

TUBERIA SIN BRIDAS

102 102 127 152 178 202 229 229 254 280 305 357

300

RECIPIENTE, ACERO

600

102 127 152 178 202 229 280 305 330 357 387 432

127 152 152 202 229 254 305 330 357 387 432 483

127 152 178 202 254 280 305 330 387 406 432 508

Fig 8.7.d.

Tabla de distancias de tuberías a pared.

TUBERIA CON BRIDAS

PARED, RECIPIENTE, ACERO

BRIDAS DE 150 PSIG ( # ) ADJUNTA A OTRA DE 150 PSIG (#) 150 PSIG DIAMETRO NOMINAL ( mm )

150# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 152 178 202 229 280 305 330 357 387 406 483

76

102

152

203

254

305

356

406

457

508

605

178 202 229 254 280 330 357 387 406 432 483

202 229 254 305 330 357 387 406 432 508

254 305 330 357 387 432 432 483 533

330 357 387 406 457 457 508 559

387 406 432 483 483 533 584

432 457 508 508 559 610

483 508 533 559 610

533 559 584 635

584 610 660

635 711

737

Fig 8.7.e.

Distancia entre tuberías de 150 # adjunta a otra de 150 #. 170


BRIDAS DE 300 PSIG ( # ) ADJUNTA A OTRA DE 300 PSIG (# ) 300# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 178 202 229 254 280 330 357 387 432 457 533

76

102

300 # DIAMETRO NOMINAL ( mm ) 152 203 254 305 356

178 202 229 280 305 330 387 406 432 457 533

229 254 280 305 357 387 406 457 483 559

280 305 357 387 406 457 483 508 584

Fig 8.7.f.

330 387 406 432 483 508 533 610

406 432 457 508 533 559 635

457 483 533 559 584 660

508 533 559 610 660

406

457

508

605

559 584 635 686

610 660 711

686 737

787

508 406 432 432 483 508 533 559 584 610 635 686 737

605 483 483 508 533 559 584 610 635 660 686 737 787

Distancia entre tuberías de 300 # adjunta a otra de 300 #.

BRIDAS DE 300 PSIG ( # )ADJUNTA A OTRA DE 150 PSIG ( # ) 300# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 178 203 229 254 280 330 357 387 432 457 533

76 152 178 203 229 280 305 330 387 406 432 457 533 Fig 8.7.g.

102 178 202 229 254 280 305 357 387 406 457 483 559

150 # 152 202 229 254 280 305 357 387 406 457 483 508 584

DIAMETRO NOMINAL 203 254 229 280 254 280 280 305 305 330 330 357 387 406 406 432 432 457 483 508 508 533 533 559 610 635

( mm ) 305 356 305 330 330 357 330 357 357 387 387 406 432 432 457 483 483 508 533 533 559 559 584 610 660 660


171

406 357 387 387 432 457 483 508 533 559 584 635 686

457 387 406 406 432 457 483 533 559 584 610 660 711


BRIDAS DE 600 PSIG ( # )ADJUNTA A OTRA DE 300 PSIG ( # ) 600# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 178 203 254 280 330 357 387 406 432 483 533

76 178 178 229 254 280 330 357 387 432 457 483 559 Fig 8.7.h.

102 203 203 229 280 305 357 387 406 432 457 508 559

300 # 152 229 229 254 305 330 387 406 432 457 483 533 584


( mm ) 305 356 330 357 330 387 357 387 387 406 406 432 457 457 483 483 508 508 533 559 559 584 610 610 660 586

406 387 406 406 457 483 508 533 533 584 610 635 711

457 432 432 457 483 508 533 559 559 610 535 660 737

508 457 457 483 508 533 559 584 610 635 660 686 762

605 533 533 559 584 610 635 660 660 686 711 737 813

508 406 432 432 483 508 533 559 584 635 660 686 762

605 483 483 508 533 559 584 610 635 686 711 737 813


BRIDAS DE 600 ( # )PSIG ADJUNTA A OTRA DE 150 PSIG ( # ) 600# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 178 203 254 280 330 357 387 406 432 483 533

76 152 178 229 254 280 330 357 387 432 457 483 559 Fig 8.7.i.

102 178 203 229 280 305 357 387 406 432 457 508 559

150 # 152 203 229 254 305 330 387 406 432 457 483 533 584


( mm ) 305 356 305 330 330 357 330 357 387 387 406 432 457 457 483 483 508 508 559 559 559 584 610 610 660 686


172

406 357 387 387 432 457 483 508 533 584 610 635 711

457 387 406 406 432 483 508 533 559 610 635 660 737


BRIDAS DE 600 ( # )PSIG ADJUNTA A OTRA DE 600 PSIG ( # ) 600# DIA ME TRO NO MI NAL EN mm

51 76 102 152 203 254 305 356 406 457 508 605

51 152 178 203 254 280 330 357 387 406 432 483 533

76

102

600 # DIAMETRO NOMINAL ( mm ) 152 203 254 305 356

178 229 254 280 330 357 387 432 457 483 559

229 280 305 357 387 406 432 457 508 559

305 330 387 406 432 457 483 533 584

357 406 432 457 483 508 559 610

432 457 483 508 533 585 635

483 508 533 559 610 660

508 559 584 610 686

Fig 8.7.j.


Fig 8.7.k.

Ejemplo de distancias en una cama de puente de tuberías.

173

406

457

508

605

584 610 635 711

635 660 737

686 762

813


8.8.

Distancias entre tuberías en el interior de una planta de proceso.

Cuando uno entra al diseño de tuberías en el interior de las plantas de proceso nuestras restricciones se incrementan considerablemente, ya nos no podemos mover lo que queramos en altura como en los puentes de tuberías. El equipo de ingeniería ya habrá negociado las cavidades con los demás departamento como se muestra en la sección 8.8. Se debe meditar profundamente la información que se nos proporcionó de la cavidad de tuberías, para dado el caso cuestionarla inmediatamente. Cuando se diseña tuberías en el interior de planta se puede encontrar 4 casos principales, o una mezcla de ellos. A continuación se definen: 8.8.1. Distancias cuando las tuberías van en camas horizontales. Si las tuberías van en camas horizontales seguimos la información que hemos estado trabajando y solo pondremos atención si alguna tubería caliente tiene movimientos en el análisis de esfuerzos para tomarlo en cuenta. Solo se deben ver las interferencias que existen contra la superestructura del edificio y la operatividad de las válvulas e instrumentos.

8.8.2. Distancias cuando las tuberías van recubiertas. Cuando las tuberías se recubren se tienen que bridar necesariamente ya que este trabajo no se puede realizar en tramos largo, la consecuencia aparece cuando se hacen cambios de dirección de varias tuberías, ya que hay una gran factibilidad de que coincidan el borde de varias bridas. En este caso se diseña dejando entre 25 y 50 mm entre ellas.

174


8.8.3. Distancias cuando las tuberías van en camas verticales. Es un sistema que no se recomienda porque forma paredes de tuberías que impiden el paso, se complica mas cuando se les tiene que dar pendiente hacia un lado, y todavía peor cuando una tubería tiene pendiente hacia un lado y hacia el otro, también se tiene que tomar en cuenta el aislamiento de tuberías; lo que es peor es que hay ciertas tuberías como las de vapor y aire comprimido que se le sacan las salidas hacia arriba para impedir que los condensados caigan a la línea; adicionalmente algunas deben tener soportes complicados que se tienen que tomar en cuenta.

AREAS INUTILES POR LAS SALIDAS

AREAS INUTILES POR LAS SALIDAS

175


8.8.4. Criterio cuando las tuberías contienen lodos sedimentables. Cuando uno piensa de lodos sedimentables piensa inmediatamente en drenajes, cloacas o tubos de albañal; la verdad es que existe una amplia variedad de procesos industriales en donde se trabajan, con lodos, coloides, suspensiones, etc, como son las plantas que producen polímeros ( PVC ), caleras, cementeras, fábricas de papel; en las cuales las tuberías se deben trabajar siempre sobre la vertical y no solo se pide pendiente ( 2 al 5 % ) sino que sobre la horizontal se debe trabajar con ángulos a partir de 15 ˚para que las tuberías sean autodrenables y fácilmente limpiables. En este caso el criterio es tratar de seguir la ruta más corta, con la mayor pendiente, mientras sea económicamente posible.

176


8.9.

Teoría de cavidades. A continuación se muestra una elevación sobre la cual veremos las cavidades. CAVIDAD DE DESLIZAMIENTO DE LA GRUA VIAJERA

8.9.k

8.9.k

8.9.l

8.9.b

8.9.f 8.9.i 8.9.j

8.9.c

8.9.k 8.9.d

8.9.g

8.9.l

8.9.d

8.9.b

8.9.g

8.9.f

8.9.h 8.9.k

8.9.c

8.9.c 8.9.b 8.9.f

8.9.i 8.9.k 8.9.c 8.9.b

8.9.f 8.9.i 8.9.k

8.9.b

8.9.c

8.9.d

8.9.e

177


8.9.a. Dimensionamiento vertical de planta. Para dimensionar verticalmente un edificio se parte primero del conocimiento de operación de la planta ( know how ); por ejemplo en el caso anterior el equipo principal ocupa cinco niveles de operación ( Nivel de descarga, nivel de servicios a tanque grande, nivel de servicios a tanques pequeños, nivel de operación principal y nivel de maniobras de carga ). En caso de no existir esta información se dibujan cada uno de los equipos principales en el nivel, como están soportados se toma como base el más grande y se dan las dimensiones de las cavidades según los incisos a continuación. 8.7.f Espacio para la superestructura del edificio 8.7.g Espacio para sistemas de ventilación. 8.7.h Espacio para conduits eléctricos e instrumentación 8.7.i Espacio para tuberías de servicios y proceso. 8.7.c y b Cavidad para recipientes, equipo, flujo de personal y manejo de materia prima.

8.7. espacio para cimentación 8.7.e espacio para drenajes, contratrabes y tuberías enterradas.

8.9.b Cavidad mínima para flujo de personal y equipo de manejo de materia prima. La cavidad

para que una persona pueda transitar de lado es de 70 cm, caminando de frente necesita 90 cm, para que dos personas puedan caminar es necesario 120 cm.

TORRETA DE LEVANTAMIENTO

La altura mínima de cualquier obstrucción al paso de una persona es de 2.1 m, cuando se trata de un montacargas se debe usar la altura máxima de la torreta de levantamiento cuando se transporta una tarima y se le añaden 15 cm. 178


8.9.c Cavidad mínima para recipientes. Como se pueden dar cuenta en el ejemplo a continuación, en principio viéndolo en planta un recipiente tiene 4 frentes de operación: adelante, atrás, derecha e izquierda; por razones de operación un reactor debía de tener una área libre de obstrucciones de 70 cm alrededor, para que alguien trabajara ladeado. La verdad es que muchas veces los trenes de reactores se colocan lo más cercanos entre si de manera que solo tendrán dos áreas de operación y en el mejor de los casos tres áreas de operación.

También están muy condicionados con el modulado de la superestructura civil.

8.9.d Cavidad mínima para equipos, sus áreas de servicio y mantenimiento. Comúnmente los proveedores de equipos suministran la información suficiente para que el personal pueda operarlo y darle mantenimiento adecuado. Un ejemplo clásico son los intercambiadores de calor como lo demuestra la siguiente figura.

179


VARIABLE DE

LONGITUD INTERCAMBIADOR

0.8 x LONGITUD

2.4.m E DE

60 cm PUENTE DE TUBERIAS

C L A R O

5 cm

Espacio para sacar y limpiar los tubos.

75 cm 5 cm

pasillo

60 cm

8.9.e. Cavidad mínima para drenajes, contratrabes y tuberías enterradas o subterráneas. Al estar esta cavidad bajo tierra, las personas omiten mentalmente la existencia de ductos, canales, trincheras, contratrabes, cimentación, cuarto de amortiguación inferior de elevadores, etc; y cuando necesitan darle ruta a los albañales de drenaje, chocan contra alguna de ellas. Es muy importante tomar en cuenta estas obstrucciones.

Contratrabe trinchera Tubería problema

Cimentación Alternativa tuberia

8.9.f Cavidad mínima y restringida a la superestructura del edificio. Resulta obvio que una tubería no debe bajo ningún concepto pasar a través de cualquier perfil estructural de la superestructura del edificio; no obstante aunque parezca aberrante algunas personas las perforan para pasar tuberías.

180


Como pueden ver en el detalle de arriba las tuberías pueden pasar rozando las estructuras ( aunque es mala práctica cuando están calientes ), pueden pasar a través del piso ( rejilla Irving ), pero nunca cruzar una estructura.

8.9.g Cavidad mínima para sistemas de ventilación. Las plantas químicas en la actualidad están siendo

muy controladas por los departamentos de control ecológico gubernamentales por lo que se controlan acuciosamente las emisiones gaseosas a la atmosfera; por lo que ciclones y limpiadores de aire junto con sus ductos de extracción se encuentran muy presentes en las plantas.

8.9.h. Cavidad mínima para conduits eléctricos o de instrumentación.

CHAROLA CONDUITS ELECTRICOS Y DE INSTRUMENTACION

181


8.9.i. Cavidad mínima para tuberías de servicios y proceso. En la figura a continuación se muestra la creatividad que debe tener un diseñador de tuberías para usar las diferentes cavidades que no hayan sido reservadas por las otras especialidades de ingeniería.

8.9.j. Cavidad mínima para paso de gatos del personal de mantenimiento. Se necesita de mucha creatividad para poder proporcionarle al personal de mantenimiento plataformas elevadas y pasillos ( pasos de gato ) en donde de una manera mínima, pueda realizar sus trabajos siguiendo las normas de seguridad.

182


8.9.k. Cavidad mínima para lámparas. La iluminación industrial es una área muy especializada que tiene que ver con muchos parámetros como son: nivel de seguridad de la lámpara ( ¿ a prueba de explosión ?) Espectro de distribución de luz, intensidad de luz, color, etc. Al final todo se resume en definir que intensidad de luz se necesita ( en especial en áreas de operación ) y en qué lugar.

8.9.l. Cavidad suficiente para montaje y desmontaje de equipos. Esta cavidad es muy importante , sobre todo en equipos grandes o voluminosos ; muchas veces se coloca un equipo con la idea de hacer labores de montaje y desmontaje de sus componentes menores, el desmontaje total solo se realizaría en el demolición. Por lo que se piensan en diferentes maneras de realizar estas operaciones.

GRUA VIAJERA

183


8.10. Tuberías conectadas a bombas. La bomba es uno de los equipos más usados en la operación de una planta química; el

a) b) c) d)

e) f) g) h)

único pero es que existe una amplia variedad de tipos ( como se puede ver en la sección 5.5.) . Para su instalación se deben respetar los siguientes puntos: No colocar tuberías arriba del conjunto de la motobomba, para que no haya interferencia en su desmontaje; llevar todos los arreglos al frente. Dejar suficiente espacio vertical arriba de la bomba para poder colocar una garrucha móvil y su monorriel, si la bomba es muy pesada. Si una bomba está demasiado cerca de su tanque de alimentación y tienen diferentes cimentaciones, no hacer un arreglo de tuberías rígido, ya que podrían haber movimientos diferenciales con daño en la tubería. Las válvulas deben estar lo más cerca posible de la bomba, después de la válvula de retención, una antes y otra después de la bomba para poder aislarlas en su mantenimiento; sus válvulas deben estar colocadas de manera tal que no sean dañadas por el trafico y no dañen sus volantes a alguna persona. Deben ser cimentadas apropiadamente de manera tal que soporten su propio peso más el de las tuberías que lleguen a ella, y soportar la vibración. Una bomba usualmente tiene un dren para poder desaguarla apropiadamente cuando está en desuso, también en los sellos mecánicos; estas purgas deben ser drenadas apropiadamente, ya que se pueden llegar a inundar. La base de concreto de una bomba debe proyectarse por lo menos 7 cm de las anclas de fijación; es muy mala práctica colocar la estructura de apoyo directamente al piso. En algunos casos se lleva agua o vapor al sello mecánico, por lo que es necesario tomar en cuenta esta alternativa.

Existen dos líneas que llegan y parten en un arreglo de tuberías de una bomba: LINEA DE SUCCION. Esta tubería lleva el fluido del tanque de alimentación a la bomba. Es muy importante tomar en cuenta varios concejos para adecuar su diseño: a)

b) c)

d) e)

Revisar la posición de la bomba con respecto al recipiente; una bomba siempre debe estar llena por el fluido a mover ( ahogada ), las bombas no chupan ( no puede existir un gas en la succión ); en consecuencia para evitarse problemas una bomba debe estar debajo del nivel del recipiente ( por el NPSH ), o haberse previsto el problema. Conviene localizar las bombas cerca del punto de succión pues pueden llegar a tener problemas de cavitación por el NPSH, causando reducción de eficiencia, ruido y daño en el impulsor y los baleros. Comúnmente se usan se usan reducciones concéntricas en la succión, la parte plana se puede colocar de dos maneras: hacia arriba para evitar que se formen paquetes de aire. Hacia abajo para evitar que se acumulen residuos. Por lo que es necesario seleccionar cual se prefiere. Es una muy mala práctica colocar un codo demasiado cercano a la succión. Dado el caso se deben colocar laminas que distribuyan equitativamente el flujo. Si una bomba sorbe liquido de un sumidero, debe estar ahogada, y en la parte de donde está tomando el liquido debe tener una combinación de válvula de retención y coladera llamada pichancha.

184


LINEA DE DESCARGA. Esta tubería lleva el fluido a los lugares de consumo. Generalmente suele aumentar su diámetro al salir de la bomba por lo que se coloca una reducción concéntrica, una válvula de retención, una válvula de cierre, un manómetro.

8.10.a. Diseño típico. Como se habló en el inciso anterior, un arreglo de tuberías consta de una tubería de succión y una de descarga. Debo remarcar como una muy buena practica el uso de una tubería de recirculación entre las dos válvulas, lo que permite el alivio de sobrepresión cuando la válvula de descarga está cerrada y la bomba esta al freno, o cuando se sobredimensionó la bomba. En esta recirculación se coloca una brida de orificio o una válvula de seguridad.

VALVULA RECIRCULACION ( PSV ò PSE )

VALVULA DE RETENCION MANOMETRO

VALVULA

8.10.b. Bombas centrifugas. Es el tipo de bomba más usado en las industrias en general, a continuación se muestra un dibujo con sus características más sobresalientes de arreglo de tuberías. MOTOR

AGUA AL SELLO MECANICO

DRENE

PROVEER FLEXIBILIDAD PARA EVITAR QUE QUEDE DEMASIADO CERCA DEL CABEZAL

Fig 8.10.b.1.

Diferentes alternativas de succión de bombas centrifugas. 185

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. MANTENER EL ESPACIO SUPERIOR LIBRE

UBICAR EL ARREGLO PREFERENTEMENTE EN ESTA CAVIDAD

ARREGLO ALTERNATIVO DREN ALTERNATIVO PARA LA VALV DE RETENCION

INDICAR ELEVACION

ALINEAR VALVULAS SI ES POSIBLE

ELEVACION DESCARGA

ELEVACION DE SUCCION

INDICAR DESFASE TUBERIAS 60 CM MINIMO AL CENTRO DE LINEA SUCCION

15 CM MINIMO DE BASE CONCRETO VERIFICAR QUE ESTAS ANCLAS ESTEN AL MENOS A 7 CM DE LA ORILLA PARA EVITAR QUE LA BASE SE QUIEBRE

CUANDO SE REALICE EL PLANO EN PLANTA CUIDAR DE DIBUJAR LA BASE DE LA BOMBA

ARREGLO TIPICO DE TUBERIAS EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MUESTRA LOS PARAMETROS QUE DEBE UNO CUIDAR PARA EL ADECUADO FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA

VISTA EN PLANTA DEL ARREGLO SUPERIOR

Fig 8.10.b.2.

Diferentes alternativas de descarga de bombas centrifugas. 186


Notas para las burbujas indicadas en las figuras de los incisos 8.10.b.1. y 8.10.b.2. 1 Posición alterna de descarga, con la línea desplazada a un lado de la parte superior, las válvulas arriba y también desplazadas lo necesario. Hay que tener cuidado en este caso que el volante de la válvula quede asequible, sobre todo si la línea desciende. 2 Posiciones alternas del volante. 3 En líneas de 2” ø ò mayores proveer un dren ò niple de ½” ò ¾” arriba del disco de una válvula de retención. 4 Carrete para punto de drenaje, si el drene no puede situarse en la válvula de retención. 5 Lugares alternos de localización del manómetro en la línea de descarga, si el punto no fue previsto por el vendedor de la bomba. 6 Venteo en la carcasa de la bomba, se usa en el arranque para sacar el aire. 7-a Coladera temporal de arranque. 7-b Coladera permanente para tuberías roscadas y enchufables-soldadas. 8 Conexiones para enfriamiento o sello liquido; generalmente agua o aceite. 9-a Reducción ( concéntrica puede ser usada en bombas con entrada de 2”ø ò mas pequeñas ) 9-b 10 11 12

13 14 15 16

Swage ( swaged niple ). Tapón del dren de la carcasa de la bomba, sacar el liquido de la bomba si se puede congelar. Colocar una tubería para drenar la estructura de apoyo de la bomba y evitar que esta se inunde. La recirculación ( by pass ) protege a las bombas centrifugas de averías por sobre flujo o mal diseño de la bomba; en las bombas de desplazamiento positivo protege a la bomba y el motor de trabajar con la válvula de descarga cerrada, lo que en esas bombas es muy dañino. Las recirculaciones en paralelo ( Bypasses ) de las bombas permiten el flujo alterno del fluido, sin pasar por la bomba, cuando esta está apagada. Carrete para una coladera temporal. Un codo reductor puede remplazar a un codo y una reducción. Si una bomba tiene una tubería con succión lateral prever una distancia de tubería de 3 ò mas diámetros como indica el detalle.

ADECUAR LA REDUCCION DE ACUERDO A LAS CONDICIONES

MANIFOLD DE DESCARGA CON UNA VALVULA DE RETENCION

187

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. VALVULA RETENCION

REDUCCION EXCENTRICA

VALVULA COMPUERTA

CODO RADIO LARGO

ARREGLO CORRECTO

PICHANCHA COLADERA

VALVULA RETENCION

REDUCCION EXCENTRICA CODO RADIO LARGO

VALVULA COMPUERTA

LA PENDIENTE DE LA SUCCION HACIA LA FUENTE DE ALIMENTACION

ARREGLO CORRECTO PICHANCHA COLADERA SE FORMA UNA CAVIDAD DE AIRE SI NO SE USA UNA REDUCCION EXCENTRICA Y PUEDE OCASIONAR QUE LA LINEA DE SUCCION NO TENGA UNA PENDIENTE GRADUAL HACIA LA ALIMENTACION.

VALVULA COMPUERTA

LA VALVULA DE RETENCION NO DBE ESTAR ENTRE LA DE RETENCION Y LA BOMBA

ARREGLO ERRONEO

Fig 8.8.b.3. Línea de succión de bomba.

188

VALVULA RETENCION


REDUCCION EXCENTRICA CON LO PLANO ARRIBA

AL MENOS 5 DIAMETROS

EL CODO DEBE DE ESTAR VERTICAL CUANDO ESTA PROXIMO A LA BOMBA

PERMISIBLE

ERRONEO

CODOS EN LA SUCCION

SUCCION BOMBA

RECOMENDADO

RECOMENDADO

SUCCION BOMBA

MAMPARA

SUCCION BOMBA

RECOMENDADO

189


VELOCIDAD EN PIES POR SEGUNDO =

( (

)

ò

)

190


MAMPARA PLANA

PROFUNDIDAD AGUA

VISTA LATERAL

TUBO SUCCION

TUBO SUCCION

MAMPARA PLANA

VISTA SUPERIOR

ROMPEVORTICE

RECOMENDADO

DONDE : PULG FLUJO PULG

Fig 8.10.b.4.

Dimensiones de sumidero.

191

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. BOMBA BOMBA SOLA FLUJO SOPORTE BASURA

SUMIDERO MULTIPLE

TAMIZ

Divisiones parciales opcionales (incremente la dimensión w con el grosor)

FLUJO

Fig 8.10.b.5. Dimensiones de sumidero, vista en planta, para bombas de foso húmedo.

TAMIZ

SOPORTE BASURA NIVEL MINIMO AGUA

NOTA : 10 ˚ Ò MENOS SE PREFIERE, CUANDO LA VELOCIDAD MAXIMA ES DE 1 PIE / SEG EN LA COLADERA QUE SE MUE4STRA. 15 ˚ CUANDO LA VELOCIDAD SE REDUCE A 0.5 PIES /SEG

Fig 8.10.b.6. Dimensiones de sumidero, vista en elevación, para bombas de foso húmedo.

8.9.c. Bombas de pozo. Es una bomba que se usa para sacar agua de pozos, esta bomba se encuentra sumergida en la parte más profunda. Una parte muy importante es la sumergencia ( distancia entre el espejo de agua y la succión de la bomba ) si se recorta puede ocasionar un vórtice pegado a la columna de la bomba y jalar aire. 192


MOTOR

SUMERGENCIA “S”

BOMBA

SUMERGENCIA “S” Este es el arreglo preferido

Las curvas son para este tipo de arreglo

CAPACIDAD “Q ”

193


Fig 8.0.b.7.

Distancias recomendadas de succión para varias bombas en una cisterna.

8.10.d. Bombas de engranes. Cuando se trata de bombear fluidos con alta temperatura, ò cuando la viscosidad de un líquido no se mantiene constante y cambia con respecto al esfuerzo cortante que trasmite la bomba al fluido, entonces las bombas centrifugas no actúan adecuadamente y se puede empezar a pensar en bombas rotatorias. 194


Los fluidos son Newtonianos cuando mantienen su viscosidad con respecto al esfuerzo cortante o agitación, ò las fuerzas que causan el movimiento del fluido se incrementan proporcionalmente a la velocidad de este; los líquidos que se comportan de esta manera son: agua, aceites minerales, mermeladas, etc. La gran mayoría de líquidos se comportan en forma Newtoniana. No newtoniano se le llama a un fluido cuando su viscosidad se incrementa o desciende cuando cambian los esfuerzos cortantes sobre el fluido. Las bombas que se comportan mejor con los fluidos no newtonianos y con los de alta viscosidad son las bombas rotatorias. NPSH ( cabeza neta de succión positiva ) es un término común para describir las condiciones de succión en bombas centrifugas. Hay dos términos que se deben usar para la entrada de bombas rotatorias: NIPA (Net inlet pressure available – Presión neta asequible en la entrada ) se le llama a la presión promedio ( en psia ) medida cerca de la boquilla de succión durante la operación, menos la presión de vapor. Esta indica la cantidad de energía de presión útil asequible, para llenar las cavidades de la bomba. NIPR (Net inlet pressure required – Presión neta requerida en la entrada ) es una característica individual de cada bomba, determinada por prueba, de que energía de presión ( en psia ) se necesita para llenar la entrada de la bomba. Para una operación satisfactoria para cualquier condición, el NIPA debe ser mayor del NIPR.

PRESION ENTRADA

PRESION DE VAPOR

DEBE SER MAS GRANDE QUE

The Hydraulic institute hizo una revisión mayor en 1994 y se definió el “ ANSI for rotary pumps, for nomenclature, definition, application and operation “ en donde se definen: NPIPA ( Net positive inlet pressure available ) el cual es la suma algebraica de la presión de entrada del liquido a la temperatura de entrada. NPIPA = + NIPR ( Net positive inlet pressure required ) que es la presión requerida arriba de la presión de vapor, para llenar la cámara o cavidad de admisión de la bomba, expresada en psi ( k Pa ). El NIPR es una característica de la bomba y varia con respecto a la velocidad y viscosidad. Dada una viscosidad de fluido, la gráfica de energía de una bomba rotatoria se muestra como en la gráfica a continuación; con el NIPR incrementándose cuando el flujo se incrementa.

195

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. ENERGIA REQUERIDA

INCREMENTO DE FLUJO

En un sistema típico de bombeo de una bomba rotatoria, la gráfica de energía asequible en la entrada de la bomba, aparecerá como en la gráfica a continuación; conforme el flujo se incrementa, las perdidas por fricción se incrementan y así se reduce la energía asequible. ENERGIA ASEQUIBLE

PERDIDAS POR FRICCION ( FL )

FLUJO

De la gráfica de energía previa, la presión de vapor del fluido debe ser sustraída; a causa de que la presión de vapor representa la energía de presión necesaria para que el fluido se mantenga como tal. La línea de nivel de presión remanente es el NIPA y se muestra a continuación.

PRESION DE VAPOR

ENERGIA

NIPA EN FLUJO Y

Combinando las gráficas del NIPA Y NIPR, se muestra una gráfica con el área de operación satisfactoria.

OPERACIÓN SATISFACTORIA ENERGIA DE PRESION FLUJO

196


La grafica total del sistema de energía y pérdidas se muestra a continuación, graficada contra el incremento de flujo. FL PERDIDAS POR FRICCION

v.p. PRESION DE VAPOR AREA SATISFACTORIA ENERGIA

FLUJO

Si el NIPA es demasiado bajo en una situación específica de bombeo, como en el punto x de la gráfica de arriba, la presión puntual o cerca de entrada, llegara a ser menor que la presión de vapor del fluido, el fluido se vaporizará, el vapor llenará las cavidades de la bomba, a esto se le llama cavitación, y causará ruido, operación ineficiente y daño a la bomba.

Conforme la viscosidad de un fluido se incrementa el efecto se muestra en el NIPA y NIPR. Las pérdidas por fricción aumentan en forma directa a la viscosidad absoluta, en consecuencia bajando el NIPA. El NIPR de la bomba también se incrementa y ambos actúan para decrecer rápidamente la zona de operación satisfactoria. Generalmente es necesario reducir las velocidades de la bomba para bombear líquidos viscosos.

ENERGIA FLUJO

197


Cambios para asegurar estar en la zona de operación satisfactoria. Se han de haber preguntado porque tanta teoría para el diseño de sistemas de bombeo de bombas rotatorias, la verdad es que se usan mucho las gráficas de la bomba para entender su comportamiento. Las características del sistema se pueden modificar, para asegurar la operación de la bomba en el área satisfactoria; Con estos cambios físicos en el diseño, las líneas de NIPA y NIPR ampliar para expandir la zona de operación satisfactoria, para evitar cavitación o desabasto , y asegurar que el NIPA sea mayor que el NIPR. A continuación se muestran los procedimientos para asegurar un buen bombeo en bombas rotatorias: Disminuir la velocidad de la bomba. ( Decrece el flujo ).

ENERGIA

FLUJO

Incrementar el diámetro de la línea de entrada.

ENERGIA

FLUJO

Acortar la longitud de la línea de entrada. Minimizar los cambios de tamaño y de dirección, reducir el número de accesorios.

ENERGIA

FLUJO

198


Incrementar el tamaño de bomba para un flujo dado. ( Esto disminuye el NIPR ).

ENERGIA

FLUJO

Elevar la fuente del líquido ò bajar la bomba ò presurizar el tanque de alimentación.

ENERGIA

FLUJO

Se les recomienda leer el “ Engineering manual “ de Waukesha pumps. Se recomienda mantener constantes los parámetros de descarga y fundamentalmente los de succión.

CAMBIO EN LA PRESION DE ENTRADA DEBIDO AL CAMBIO DE NIVEL

NO OPTIMO

CAMBIO EN LA PRESION DE SALIDA DEBIDO AL CAMBIO DE NIVEL

CONTROL DE NIVEL

SUMINISTRO DE PRESION CONSTANTE

PRESION DE DESCARGA CONSTANTE

TANQUE DE BALANCE

PREFERIDO 199


Sin la colocación de una válvula de seguridad ( construida en su interior ò externa ), si hay muy alta presión de descarga y se cierra una válvula o el consumo, puede dañar a la bomba o a la tubería conectada. Se recomienda incluir en los arreglos una línea de recirculación con mecanismo de alivio, ver figura a continuación.

SUMAMENTE IMPORTANTE VALVULA DE SEGURIDAD EN LA RECIRCULACION

LINEA RECIRCULACION DREN

DREN

8.10.e. Bombas de cavidad progresiva ( Moyno ). Generalmente se considera similar a una bomba rotatoria de desplazamiento positivo, tiene capacidad para manejar fluidos multifase, por lo que puede transportar grandes cantidades de aire, vapor o gas en los fluidos que conduce; puede trabajar grandes cantidades de flujo, altas presiones, mínima pulsación, opera sin válvulas y tiene una excelente estabilidad de presión. No trabaja bien los fluidos tixotrópicos, trabaja apropiadamente los fluidos dilatantes. Trabaja apropiadamente fluidos difíciles como ayudafiltros, lodos desecados ò lodos, pulpa de papel, mezclas de construcción, lodos de tratamiento de aguas, materiales abrasivos y procesamiento de alimentos. Este tipo de bomba se puede usar sustituyendo la succión por una tolva bridada para facilitar el manejo del producto. CARGA

DESCARGA

En este tipo de bomba, si usted asegura llenar de producto la succión, trabajará apropiadamente. Se deben tomar en cuenta diferentes parámetros para el apropiado desempeño de la bomba.

200


DATOS DE LAS PARTICULAS: Abrasión.- Es importante determinar el grado de abrasión del producto, pues su dureza pude ser mayor que la del rotor. Tamaño.- El tamaño de partícula no pude ser más grande que la cavidad. Concentración.- La concentración del producto aumenta el esfuerzo al corte. Densidad.- las partículas más pesadas pasan más difícilmente que las ligeras. DATOS DEL FLUIDO CONDUCTOR : Corrosividad.- Las superficies atacadas por la corrosión sufrirán un efecto corrosión-erosión. Viscosidad.- La alta viscosidad del fluido mantendrá las partículas en suspensión y no habrá abrasión. Velocidad.- La baja velocidad del fluido ò de la bomba minimizaran la abrasión. Se recomiendan las siguientes velocidades de acuerdo a la abrasión: Muy abrasivos Medio abrasivos Ligeramente abrasivos

Velocidad promedio de 1 a 1.5 m/seg. Velocidad promedio de 1.8 a 3 m/seg. Velocidad promedio de 3 a 4.5 m/seg.

Para definir cuál es el grado de abrasión de un líquido se pueden ver ejemplos en la siguiente tabla: No abrasivos Ligeramente abrasivos Medio abrasivos Muy abrasivos

Agua clara, gasolina, aceites combustibles, y lubricantes. Agua con sales, o pequeñas cantidades de arena o tierra. Lodos de roca, polvos vidriados de marmita, lacas de porcelana, lodo. Polvos de esmeril, lechada de cemento, polvos de molino, argamasas para techado, compuestos pulidores. Temperatura.- Dado que un bomba de este tipo es fundamentalmente un rotor metálico que gira dentro de una camisa de elastómero, la temperatura si afecta el desenvolvimiento de esta por dos caminos: A. Dado que el estator es de elastómero, la expansión térmica es 10 veces mayor que si fuera metal. B. La vida del elastómero es afectada grandemente por la temperatura. Ver tabla a continuación:

RANGOS DE TEMPERATURA DEL ESTATOR DE ACUERDO AL MATERIAL Material Nitrilo Hule natural EPDM Fluoroelastomero

RANGO DE TEMPERATURA EN ˚F Rango del estator Máximo rango ( estático ) 150 250 185 225 300 350 300 400

201


8.10.f. Bombas de diafragma. La bomba de diafragma es un tipo de bomba de desplazamiento positivo, en si es un cuerpo que contiene un diafragma, que en combinación con válvulas de retención mueve el fluido adentro y afuera de la cámara de bombeo. Existen varios tipos de válvulas de retención en este sistema:

CHARNELA

BOLA

DISCO GUIADO

Existen varios tipos de bombas de diafragma de acuerdo al sistema de actuación: Actuada electromagnéticamente. Actuada mecánicamente. Actuada hidráulicamente. Actuada por aire comprimido. A continuación se muestra una tabla con sus condiciones de desempeño.

Descripción

Electromagnética

Mecánica

Hidráulica

Neumática

¿Trabaja en seco? ¿Autocebante? ¿Se puede cerrar la válvula sin peligro? ¿Requiere válvula de alivio? Control de flujo por:

Si Si Si No Motor variable ò Biela de longitud ajustable.

Si Si Si Si Motor variable Biela de long ajustable.

Si Si Si Incluida Motor variable Biela de long ajustable.

Si Si Si No Motor variable Válvula de descarga.

Las bombas de diafragma neumáticas son idealmente apropiadas para manejar lodos abrasivos debido a que: 1) La velocidad del liquido a través de las válvulas de retención y las cámaras de bombeo, no exceden la velocidad en la tubería. 2) La abrasión del lodo es mínima. Las velocidades en la cámara de bombeo son bajas por lo que pueden ser usadas para fluíos viscosos de hasta cSt )

202

55 00 SSU ( 11 00

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. SALIDA FLUIDO

SALIDA AIRE

SUMIN AIRE

ENTRADA FLUIDO FLUIDO

Debido a que la turbulencia y mezclado en la camara de bombeo son minimas, son muy apropiadas para materiales sensitvos a las fuerzas de corte, como los latex. Con un regulador de presion se puede controlar la presion del aire comprimido, que es analoga a la presion de bombeo del fluido de la bomba, y una valvula de regulacion en la cantidad de aire controlara la velociada de la bomba y del flujo del fluido. Este tipo de bombas puede manejar una amplia variedad de liquidos solo restringida a que el diafragma y las partes en contacto sean compatibles con el fluido. Tienen un grave inconveniente debido a que son equipos que trabajan con pulsaciones ritmicas, por lo que puede haber resonancia, la cual puede ampliar la intensidad de onda de la pulsacion y causar serios daños en las tuberias; se recomienda usar amortiguadores de pulsacion como el que se muetra a continuacion.

203


MANOMETRO VALVULAS DE CORTE

CONEXIÓN FLEXIBLE

LINEA DESCARGA

MANOMETRO

AMORTIGUADOR PULSACIONES

VALVULAS CORTE VALVULAS DE CORTE FILTRO,REGULADOR Y VALVULA LINEA SUCCION

ENTRADA AIRE CONEXION FLEXIBLE

Las bombas neumáticas de diafragma no se recomiendan para flujos de arriba de 1150 l/min. No están manufacturadas para presiones de aire de operación de arriba de 125 psig ( 8.6 bar ). Sin embargo se obtienen algunas versiones que duplican y triplican estas condiciones. En climas helados se puede formar hielo en los motores de aire, pero este efecto puede ser minimizado por una buena aplicación y diseño. El diafragma tiene una vida finita; los fluidos abrasivos y altas temperaturas de proceso pueden limitar la vida del diafragma, pero hay muchos materiales apropiados a cada problema, incluyendo teflón y diversos elastómeros termoplásticos. Las bombas neumaticas de diafragma tienen las siguientes ventajas: a. Son autocebantes partiendo de un arranque en seco. b. Tienen un infinitamente variable porcentaje de flujo, presion dentro de la presion y rango de capacidad. c. No tienen sellos dinamicos ni empaques a los cuales darles mantenimiento. d. Pueden trabajar indefinidamente en seco. e. La descarga puede ser regulada a flujo cero indefinidamente. f. No hay consumo de aire cuando no existe cabeza que vencer en el sistema; las bombas actuadas electricamente consumiran una porcion significativa de la potencia del motor cuando no existe demanda de flujo. g. Es apropiada para medio ambientes peligrosos ( no se requiere potencia electrica ) h. La potencia neumatica es usada en proporcion al poercentaje de bombeo. i. Puede ser usada en un area confinada sin recalentarse. j. Puede bombear liquidos abradsivos y solidos en suspension. k. Puede bombear liquidos con viscosidades de hasta 50 000 SSU. l. Ocurre una minima degradacion de la viscosiad de materiales sensibles a los esfuerzos de corte. m. Pueden bombear polvos suspendidos en el aire. n. No hay partes rotantes, ajustadas o deslizantes en contacto con el liquido. o. No se necesitan recirculaciones como en las bombas de desplazamiento positivo. p. Cuando se les da un mantenimiento apropiado tiene cero fugas. 204


q. r. s. t. u.

Son simples de mantener y reparar. No tienen armaduras que alinear, cuadrar, nivelar o acoplar. Pueden ser usadas en soluciones quimicas agresivas. Pueden ser sumergidas en soluciones quimicas agresivas. Ellas pueden ser manufacturadas en un mas amplio rango de materiales que otro tipo de bombas.

8.10.g. Bombas especiales. A continuación se ve una gráfica de cobertura de bombas rotatorias. 10,000 4,000

P R E S I O N E N P S I

P I S T O N

PISTON

3,000

PISTON Y TRES TORNILLOS LIMITADOS BOMBA DE VANO Y ENGRANE LIMITADO

2,000

TORNILLO MULTIPLE ENGRANE EXTERNO Y ALGUNAS DE VANO

BOMBAS PARA FLUIDOS DE POTENCIA BOMBAS PARA SERVICIOS GENERALES INDUSTRIALES

ENGRANE EXTERNO 500 TORNILLO Y ENGRANE INTERNO 250 150 100

40

TORNILLO ENGRANE EXTERNO ALGUNOS DE ENGRANE INTERNO ENGRANE INTERNO ENGRANE EXTERNO DE VANOS Y DE LOBULOS DE PISTON CIRCUNFERENCIAL

ENGRANE TORNILLO EXTERNO

MIEMBRO FLEXIBLE

60

500 CAPACIDAD GPM

3,500

9,000

8.11. Válvulas en el diseño de tuberías. Las válvulas en el diseño de tuberías se usan para diversos propósitos: 1)

Controlar el proceso durante la operación. En este caso solo se hablará de válvulas de control manual por estrangulamiento y válvulas abre-cierra. Para las válvulas con control instrumentado o controladas por circuitos analógicos o computarizados, ver el volumen 3 capítulo 9. 205


2) 3) 4) 5) 6)

Que controlan suministros o servicios ( vapor, aire, agua, aceite ) Que aíslan tuberías, equipos, reactores o instrumentos, para mantenimiento. Descargan gas vapor o líquidos. Drenan o ventean tuberías y equipo en paros de planta. Para cierres de emergencia en casos de siniestros en la planta.

8.11.a. Como dimensionar una válvula. Generalmente las válvulas serán del mismo diámetro nominal del de la línea al que pertenecen, con excepción de las válvulas de control, las cuales usualmente son uno o dos tamaños nominales más pequeñas, nunca más grandes. En las estaciones de control y bombas ha sido casi tradicional usar válvulas de aislamiento del tamaño de la línea; sin embargo algunas compañías ahora usan válvulas de aislamiento en las líneas de control del mismo diámetro de la válvula de control ( que como habíamos dicho son más pequeñas ), y en las bombas también usan válvulas del mismo diámetro de la succión y la descarga ( la descarga de bomba generalmente es de menor diámetro que la línea); estos cambios de criterio son por razones económicas. Para el cálculo de pérdidas por fricción del flujo de un fluido en una tubería, debe tomarse en cuenta de que las pérdidas por fricción a través de una válvula varia con respecto al flujo, y que es una relación que involucra: la velocidad del fluido, perdidas de cabeza y perdidas de presión; las perdidas por fricción pueden obtenerse en diversas tablas en; Longitud equivalente ( sistema antiguo ). , este coeficiente estipula la capacidad de flujo de una válvula en galones por minuto ( GPM ) de agua a una temperatura de 60 ˚, la cual fluirá a través de ella con una caída de presión de una libre por pulgada cuadrada ( psig ). , es una versión del en unidades internacionales ( SI ); estipula el numero de /h de agua a una temperatura entre 5 – 40 C, que fluye a través de la válvula con una caída de presión de 1 bar. , es la versión en unidades coherentes de la , es el numero de /seg de agua entre 5 – 40 ˚C, con una caída de presión de 1 pascal.

8.11.b. Donde se sitúan las válvulas. Las válvulas deben colocarse adecuadamente para poder realizar su operación de una manera optima, se recomiendan los siguientes puntos: A En líneas que vienen desde cabezales o puentes de tuberías, se recomienda situarlas en situación horizontal preferentemente que en la vertical, de manera tal que las líneas puedan ser drenadas cuando las válvulas se cierran. En lugares de clima helado, en donde el agua que se estanca se puede congelar y romper la tubería, se recomienda colocarle venas de vapor ( Tracing ). B En contraposición a lo anterior se recomienda colocar las válvulas de bloqueo de líneas que salen de un cabezal, lo más cercano posible a este y agruparlas para formar una estación de válvulas. C Para evitar exceso de carretes se recomienda colocar las válvulas directamente en las bridas de los equipos, verificando que todo el peso de la tubería no recaiga sobre el equipo. Existen excepciones como lo es con las válvulas de mariposa entre bridas, o cuando el equipo necesita esa área para su mantenimiento. 206

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. LUGAR APROPIADO

LUGAR NO APROPIADO INTERFIERE SALIDA

D E

Localizar válvulas pesadas cerca de lugares de soporte apropiados, las válvulas no debieran estar a mas de 30 cms de un soporte para evitar pandeos. Por apariencia si es permisible, colocar los centros de línea de las válvulas a la misma altura.

8.11.c. Accesos de operación de válvulas. Se debe tener mente abierta para seleccionar y revisar las alturas de operación de las válvulas y dado el caso colocar accesos y plataformas. Para eso se deben seguir diversos estándares como los siguientes:

VALVULAS ARRIBA DE LA CABEZA ARRIBA DE 2.10 M SE RECOMIENDA ACTUARLAS DESDE EL PISO SUPERIOR O POR UNA PLATAFORMA.

NO SE RECOMIENDAN VALVULAS CON EL VOLANTE INVERTIDO

2.10 metros ALTURA MINIMA ARRIBA DEL PISO O PLATAFORMA

VALVULAS HORIZONTALES

VALVULAS VERTICALES

1.95 m

1.95 m

1.35 m

1.35 m 1.28 m 1.10 m

1.05 m

ELEVACION PREFERIDA

0.60 m

SEGUNDA OPCION DE ELEVACION

NPT m

PELIGRO EN PIERNAS Y CABEZA SE DEBEN USAR PROTECCIONES.

60 cm

0.60 m NPT m

60 cm

NOTAS: 1. Situar cadenas a 90 cm del nivel de piso de operación; prohibido colgar cadenas en un pasillo. 2. Se debe dar esta distancia si existe un barandal. 207


3. Si existe barandal, la elevación confortable de operación es de 1.5 a 1.65 metros.

ALTURAS DE OPERACIÓN DE VALVULAS ORDEN DE PREFERENCIA PARA LOCALIZACION DE VALVULAS PRIMERA SEGUNDA TERCERA PELIGRO EN LA CABEZA

ELEVACION DEL CENTRO DE LINEA DEL ELEVACION DEL VOLANTE ELEVACION MINIMA DEL ARO DEL VOLANTE PARA VASTAGO PARA VALVULAS HORIZONTALES PARA VALVULAS VERTICALES VALVULAS INCLINADAS OPERACION MANTENIMIENTO ANGULO CON LA VERTICAL ELEVACION MINIMA 1.05 M A 1.35 M 1.05 M A 1.35 M 1.13 M A 1.28 M -------------------0.60 M A 1.05 M 0.30 M A 1.05 M 0.60 M A 1.13 M -------------------1.35 M A 1.65 M MAS 1.35 M A 2.35 M ---------30 ˚ 1.5 M LA MITAD DEL 45 ˚ 1.65 M DIAMETRO 60 ˚ 1.80 M DEL VOLANTE ACEPTABLE PARA VALVULAS 0.15 M A 0.60 M Y ---------DE 1” O MAS PEQUEÑAS 1.93 M A 2.25 M SI SE SITUAN VALVULAS DENTRO DE LA SEGUNDA Y TERCERA ALTERNATIVA, SE DEBE EVITAR QUE LOS VOLANTES DE LAS VALVULAS APUNTEN O SE INTRODUSCAN EN LOS PASILLOS O AREAS DE OPERACIÓN. PARA EVITAR O MINIMIZAR EL DAÑO AL PERSONAL. ASI MISMO HAY QUE TRATAR DE COLOCAR LAS VALVULAS LO MAS CERCA DE LA PARED POSIBLE MIENTRAS LO PERMITA SU FACIL OPERACIÓN.

4. Considerar la frecuencia de operación cuando se localizan válvulas operadas manualmente. 5. Localizar las válvulas más frecuentemente operadas de manera tal, que sean accesibles al operador desde el piso o plataforma; Arriba de esta altura y hasta 6 m usar operadores de cadena o extensiones de vástago; arriba de 6 m se debe considerar una plataforma u operación remota. 6. Válvulas usadas infrecuentemente se pueden alcanzar por escaleras ( no se recomienda ) hay que considerar alternativas. 7. No colocar válvulas sobre puentes de tuberías, a no ser que sea absolutamente inevitable. 8. Se deben agrupar que están en lugares inasequibles para proporcionarles una plataforma para su operación, sino se manejan con operadores automatizados. 9. Si una cadena se usa en una válvula montada horizontalmente, el fondo del rizo de la cadena debe estar a 90 cm del piso y se debe colocar un gancho cerca para asegurarla e impedir que ella cuelgue en medio del pasillo. 10. No usar operadores de cadena en válvulas roscadas o menores de 1 ½ “. 11. Cuando las tuberías manejan materiales peligrosos, es preferible situar las válvulas en un apropiado bajo nivel arriba del piso, banqueta, plataforma, etc. De manera tal que el operador no la alcance arriba de su cabeza.

8.11.d. Accesos a válvulas en lugares peligrosos. 1. Localizar las válvulas principales de aislamiento, donde ellas puedan ser alcanzadas fácilmente en una emergencia tal como un incendio o accidente. Se debe asegurar que el personal pueda acceder a ellas por una plataforma. 2. Localizar válvulas operadas manualmente en el perímetro de la planta, o fuera de las áreas peligrosas. 3. Asegurar que los operadores automatices de las válvulas y sus líneas de control están protegidas del efecto del fuego o accidente. 4. Usar paredes de ladrillo o concreto para proteger en lo posible las estaciones de válvulas. 5. En el interior de la planta, colocar válvulas de aislamiento en posiciones accesibles para cerrar las líneas de alimentación de equipos o procesos teniendo riesgo de accidente o fuego.

208


6. Considerar el uso de válvulas automáticas en sistemas de combate al fuego, para enviar agua, espuma y otros agentes contra fuego, respondiendo a ampollas contra incendio, detectores de humo, alarmas, etc, a condiciones de aumento de temperatura o indebidas.

8.11.e. Como hacer el diseño de fácil y seguro mantenimiento. En un departamento de Ingeniería de planta que comúnmente se divide en: sección de diseño y sección de mantenimiento; es clásica la pugna y distanciamiento real que existe entre ellos, debido a que cuando se realiza el diseño de planta, muchas veces no se le facilita con seguridad el mantenimiento de las instalaciones; por eso es muy importante que las personas que realicen el diseño se comuniquen con el personal de mantenimiento y se retroalimenten con su experiencia y consejos; lo que sería un paso de justicia a personas que tienen que lidiar con problemas reales las 24 horas del día. Por eso hay que por lo menos seguir los siguientes consejos: 1. Proveer acceso a equipo de izaje para manipular válvulas pesadas. 2. Considerar la colocación de cabrestantes para mover válvulas pesadas en lugares muy confinados de acceso restringido. 3. Si es posible haga el arreglo de tuberías, de manera tal que el soporte no tenga que ser quitado para el mantenimiento. 4. ARREGLO PREFERIDO

5. Una válvula macho requiere lubricación por eso debe ser fácilmente asequible, sobre todo si es frecuentemente operada. 6. Hay ciertas etapas en el proceso de una planta en la cual se debe cerrar el flujo de una tubería de una manera segura, documentada y a prueba de fugas; este proceso de cierre es necesario en las tuberías cuando: a) Existe un cambio en el material de proceso que fluye en la tubería y es crítico que no exista contaminación cruzada. b) Mantenimiento periódico se debe realizar y no debe estar presente ninguna posibilidad de que fluyan materiales flamables o tóxicos, o cualquier material que dificulte el trabajo de mantenimiento. c) Las válvulas que se describen a continuación pueden ofrecer una completa seguridad contra fugas, y se puede usar uno de los siguientes métodos de clausura temporal: válvula ciega en línea, línea ciega( incluye tipos especiales para usar con bridas con junta de anillo), a continuación se muestran varios tipos:

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. BRIDA DE ANTEOJOS

LINEA CEGADA

1 TORNILLO SEPARADOR

1

1

1 1 1 VISTA DE LADO SE VE QUE EL TORNILLO SEPARADOR PUDE SEPARA EN CONDICIONES CORROSIVAS

VALVULA DE BLOQUEO

VALVULA DE BLOQUEO

VALVULA DE DRENADO

HACIENDO UN BARRENO DE DRENAJE SE PUEDE AHORRAR EL USO DE LA BRIDA DE DRENE

CARRETE REMOVIBLE. DEBE SER POSIBLE RETIRAR EL CARRETE Y COLOCAR BRIDAS CIEGAS.

8.11.f. Como se orientan los vástagos de las válvulas. La orientación de una válvula bridada depende del número de barrenos en la brida, o sea, depende de su diámetro nominal y de su rango de presión cuando estamos hablando de acero al carbón; eso nos indica que una brida de 2” ø 150 # que tiene 4 barrenos solo puede cambiar cada 90º , una de 24” ø 150 # puede cambiar cada 18 º con respecto a la vertical, pues debe estar a horcajadas según norma. A continuación se enlistan consejos adicionales: 1. No debe apuntar o introducirse el vástago y manivela en la cavidad de pasillos, calles, escaleras, etc. 2. A no ser que sea necesario no girar una válvula hacia abajo ( o hacia cualquier ángulo debajo de la horizontal ), especialmente con válvulas de globo y compuerta. Debido a que puede acumular sedimento entre el empaque y el vástago rayándolo. Además puede ser un peligro para que se tropiece el personal. 210


3. No se debe usar la posición invertida, dado el caso se debe usar una campana de goteo ( la que tarde o temprano se llenará y goteará ).

CHAROLA DE GOTEO

8.11.g. Como se cierran tuberías. Hay que poner mucha atención y cuidado en el tiempo de cierre o de regulación de una línea de tubería muy larga; el cierre rápido de de una válvula provoca una rápida disipación de la energía cinética del liquido, puede ocasionar un golpe de ariete con el riesgo de rompimiento de la tubería; las tuberías de largas distancias pueden presentar este problema. Una línea de tubería con una válvula de cierre rápido debe estar provisto con una tubería vertical corriente arriba y muy cercana a la válvula para absorber la energía cinética del liquido. Esta tubería vertical cercana a la válvula atrapa gas o aire en su parte superior para formar un colchón de aire (es obvia su posición vertical ).

8.11.h. Como colocar válvulas si no hay diagrama de tuberías e instrumentación. Como parte del diseño de tuberías es bueno realizar labores de revisión para ver si se omitieron válvulas, o en el peor de los casos no aparecen en el DTI ( diagrama de tubería e instrumentación ), se sugieren los siguientes consejos: 1. Se sugiere colocar válvulas inmediatamente después de un cabezal, para poder aislar esta tubería y no quede llena de producto, y válvula lo más cercana posible al equipo para poder removerlo en su mantenimiento si sacar de operación el sistema. 2. Proveer válvulas de aislamiento para líneas de instrumentos, para que puedan ser removidos en condiciones de operación. 3. Proveer válvulas en drenes de todos los tanques, recipientes, etc. Y otros equipos que puedan recolectar líquidos en sus partes bajas. Esto les permite purgarlas en operación.

211


4. Proteger equipos muy sensibles con el uso de válvulas de retención de cierre rápido, para parar el contraflujo antes de que gane momento. 5. Considerar el uso de válvulas soldadas a tope o con bridas de empaque de arillo para líneas que contengan fluidos peligrosos o penetrantes; El hidrogeno es un ejemplo clásico de filtración. 6. Proveer suficientes válvulas para controlar el flujo. 7. Considerar un registro de concreto para válvulas que van debajo del piso ( generalmente de 1.2 x 1.2 m), se recomienda que sea de las debidas dimensiones para su fácil mantenimiento. 8. Se debe pensar en atajos ( bypass ) por si es necesario sacar de servicio un equipo. 9. Se recomienda colocar atajos ( bypasses ) en equipos muy frágiles a los cambios de temperatura o presión, como son aceros fundidos, recipientes vidriados o recipientes de vidrio; eso permite derivar gran parte de la corriente para que lo vaya afectando lentamente. 10. Considérese el uso de atajos con válvula, para válvulas muy grandes de compuerta, para igualar la presión en una y otra parte del disco y reducir los esfuerzos al abrir la válvula.

8.11.i. Como arreglar válvulas de seguridad. La instalación de una válvula de alivio o de seguridad requiere de la consideración cuidadosa de las siguientes áreas del diseño: Tubería de entrada. Tubería de salida. Preinstalación, manejo y prueba. Cualquier desatención en alguna de estas áreas de diseño, puede ocasionar que la válvula sea inoperable, ò por lo menos restrinja su habilidad para trabajar apropiadamente y causar altos costos de mantenimiento. TUBERIA DE ENTRADA.- Se debe calcular este tramo para que según códigos no sobrepase el 3% de pérdidas de presión. Traqueteo ( vibración desordenada ) por resonancia puede ocurrir, cuando la frecuencia natural de la corriente de entrada, se aproxima a la frecuencia natural de las partes interiores de la válvula; esto puede suceder a muy altas presiones de ajuste, ò a diámetros muy grandes de válvula; una vez comenzado este traqueteo no se puede para, hasta que la presión sea removida, y suele suceder que la válvula se destruye antes de que se alivie la presión, lo que puede causar daños catastróficos a la propiedad y al personal. En la entrada se debe minimizar la longitud equivalente de los accesorios usados de tubería, a continuación se muestran varios ejemplos.

212


REDUCCION CONCENTRICA

FLUJO

TANQUE

TE ESTANDAR CON VALVULA EN SALIDA LATERAL

1 DIAMETRO

A ESCUADRA CODO ESTANDAR CODO MEDIO CODO RADIO LARGO CODO 45ª

1 DIAMETRO

0 . 5 DIAMETRO VALVULA GLOBO ABIERTA

Fig 8.11.i.1.

Longitud equivalente de varios tipos de entrada a válvulas de seguridad.

5 DIAMETROS DE TUBERIA O MENOS CUANDO LA D ES EL MIMO QUE LA PSV

REDUCCION CONCENTRICA

VALV BLOQUEO HOYO COMPLETO

UN TAMAÑO DE TUBERIA MAYOR QUE LA ENTRADA DE LA VALVULA

CODO RADIO LARGO

RED CONCEN

UN TAMAÑO DE TUBERIA MAYOR

Fig 8.11.i.2.

Penetraciones en tanque recomendadas para entrada de válvulas de seguridad.

213


TUBERIA DESCARGA

VALVULA ALIVIO DE PRESION

TUBERIA DE ENTRADA DIMENSIONADA DE TAL MANERA QUE LA CAIDA DE PRESION NO SEA EXCESIVA

CUANDO EXISTA ESTE TIPO DE INSTALACION ASEGURESE QUE LA DISTANCIA ENTRE LA FUENTE DE PRESION EN EL EQUIPO PROTEGIDO Y LA PSV NO SEA EXCESIVO

VALVULA ALIVIO DE PRESION

DESDE EL EQUIPO PROTEGIDO

CUANDO EXISTA ESTE TIPO DE INSTALACION ASEGURESE QUE LA DISTANCIA ENTRE LA FUENTE DE PRESION EN EL EQUIPO PROTEGIDO Y LA PSV NO SEA EXCESIVO

PSV

Fig 8.11.i.2.

Distancias recomendadas para entrada de válvulas de seguridad.

Fuerzas de reacción para gases: En sistemas abiertos a la atmosfera se debe cuidar los efectos de las fuerzas de reacción generadas por los fluidos, cuando se abre la válvula de seguridad; estas pueden llegar a ser tan fuertes que dañen la tubería , se pueden calcular con la siguiente fórmula:

Donde : = Fuerza de reacción ( libras ) W = Flujo del gas ( libras/hr ) k = razón de calores específicos ( / ) T = Temperatura absoluta ˚R ( ˚F +460 ) M = peso molecular. = Área de salida en el punto de descarga ( = presión estática en el punto de descarga ( psig )

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)

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. FUERZA DE REACCION EN EL PUNTO DE DESCARGA A LA ATMOSFERA

AREA DE DESCARGA EN EL PUNTO DE DESCARGA

TUBERIA VERTICAL

PSV

CODO RADIO LARGO

SOPORTE PARA SOPORTAR PESO Y FUERZA REACTIVA

DRENE EN EL PUNTO MAS BAJO

RECIPIENTE A PRESION

En el caso de PSV ( pressure safety valve – válvula de seguridad ) para vapor de agua, se recomiendan los siguientes puntos: 1. Asegurar que cualquier esquina de tubería este redondeada. 2. Reducir la longitud de la tubería de entrada. 3. Instalar la válvula al menos 8 – 10 diámetros de tubería, corriente debajo de una bifurcación “ Y “ o un codo. 4. Nunca instalar una PSV directamente opuesta a un ramal de la línea de vapor. 5. Evitar tener ramales conectados a una línea de descarga de PSV.

RAMAL DE TUBERIA AL MENOS 2 DIAMETROS MAYORES QUE LA PSV

RADIO NO MENOR QUE UN CUARTO DEL AGUJERO

8 A 10 DIAMETROS DE UNA DIVERGENCIA

6. No se recomienda tener una válvula de seguridad al final de una tubería muy larga, ya que se podrían acumular condensados y al salir el desfogue causar un golpe de ariete. TUBERIA DE DESCARGA.- Las tuberías de descarga de las válvulas de seguridad deben ser lo más cortas posibles, con mínima caída de presión y sin obstrucciones, pero debe alejarse el fluido lo más posible del personal de operación, del personal y propiedades vecinas, y en el caso de materiales corrosivos o nocivos a la salud deben tratar de recolectarse. Se debe colocar en el punto más alto posible del equipo al cual se esté aliviando. Nunca en el punto más bajo. 215


TUBERIA NO SE DEBE COLOCAR DEBAJO POR QUE PUEDE ARRASTRAR CONDENSADOS O BASURA QUE OBSTRUYA

SIEMPRE EN EL PUNTO MAS ALTO TUB ENTRADA TUBERIA O RECIPIENTE

Nota importante: En mi muy personal punto de vista, según los consejos que me proporcionaron mis jefes en la experiencia profesional, ellos clasificaban las válvulas en: Válvulas de alivio.- Son aquellas que alivian de presión a equipos y recipientes que contienen líquidos. Válvulas de seguridad.- Son aquellas que alivian de presión a recipientes que contienen gases, vapores ò mezclas de líquidos y vapor. Existen dos maneras posibles de tubería de descarga: DESCARGA ABIERTA. Cuando el sistema descarga directamente a la atmosfera sin ninguna interferencia. Se recomienda que la tubería de descarga de vapor o gas se eleve lo más posible, y debido a que los líquidos que se consensan tienden a caer, hay que recolectarlos y drenarlos a un lugar adecuado.

VENTEO HACIA ARRIBA

DREN EN EL PUNTO MAS BAJO

TUB O RECIPIENTE

Es importante recalcar que si el fluido ( dependiendo de su naturaleza ) se recolecta en la sección de descarga de la valvular, puede ejercer una contrapresión en el disco de descarga , que la haga trabajar inadecuadamente, también puede corroer los interiores, obstruir o pegar las partes móviles.

216


A continuación se muestran varios detalles de descarga.

VENTEO EN EL BONETE PARA PSV CON FUELLE

SE PUEDE REQUERIR TAPA VOLADIZA EN LA DESCARGA

PARA SISTEMAS CERRADOS AUTODRENABLES

PERDIDAS DE PRESION NO MAYORES DEL 12% DE LA PRESION DE DISPARO DREN EN PUNTO MAS ABAJO

PSV CODO RADIO LARGO

PERDIDAS DE PRESION NO MAYORES DEL 3% DE LA PRESION DE DISPARO

SOPORTE SUFICIENTE PARA FUERZA REACCION DIAMETRO NOMINAL NUNCA MENOR QUE PSV RECIPIENTE A PRESION

DREN DEL CUERPO

EL CARRETE NECESARIO PARA ELEVAR LA PSV

PERDIDAS DE PRESION NO MAYORES DEL 3% DE LA PRESION DE DISPARO

DIAMETRO NOMINAL NUNCA MENOR QUE PSV

RECIPIENTE

Cuando se tiene que hacer mantenimiento a una válvula y se requiere que exista otra válvula de apoyo se usa una válvula como la que se ve a continuación.

217


PSV`S

VALVULA CONMUTADORA

DESCARGA CERRADA. Es cuando las tuberías de descarga se conducen a un cabezal, el cual debido a las características físico-químicas del fluido de alivio debe ser confinado. En este caso el sistema afectará a cada una de las válvulas de seguridad de una forma drástica. Según el código ISA 4126 la caída de presión del sistema, debe ser menor en todos los componentes del sistema al 10 % de la presión de disparo. Los cabezales deben ser dimensionados de una manera tal que en el peor de los casos ( cuando todas las válvulas están descargando), la tubería sea lo bastante grande para no generar niveles inaceptables de contrapresión. Las descargas individuales deben entrar al cabezal de descarga con una inclinación no mayor de 45 ˚en la dirección del flujo; el cabezal debe ser fijado y drenado apropiadamente hacia el recipiente de soplado.

No se recomienda colocar una válvula entre el recipiente protegido y la válvula de seguridad, en el caso excepcional de que se coloque una válvula, debe ser de paso continuo, sin reducciones y restricciones, debe estar en posición abierta, y se debe colocar un dispositivo que impida que se cierre accidentalmente. DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION NO-RESTABLECIBLES. Los dispositivos no restablecibles son aquellos que permanecen abiertos después de su operación. DISCOS DE RUPTURA O ESTALLADO.- Consiste de una membrana de polímero o metal delgado, o mezcla de ambos, qué revienta aflorado sin formar partículas ( que pueden trabar una PSV ), calibrados a una presión de disparo, relevando la presión del recipiente. Estos discos pueden ser usados previos a una PSV, se colocan previos a una PSV debido a que pueden aislar de un líquido corrosivo a las partes interiores de una PSV, y esta se puede adquirir de un material menos costoso; al reventar el disco queda abierto, y la PSV actúa hasta que el exceso de presión se alivia, y después cierra, impidiendo que salga exceso de producto. 218


Se recomienda su uso en reacciones sucias donde se polimeriza y se forman incrustaciones o piedras que impidan el flujo de producto, ellos presentan una superficie casi plana y lisa a la presión, a la cual se le pueden enviar chorros de líquido de limpieza. Un disco de ruptura es un elemento de bajo costo que se coloca entre asientos que lo fijan y estos después entre bridas; la mayoría de discos modernos cuentan con un instrumento ( generalmente manómetro ) que muestra cuando está fallando y debe ser sustituido. Existen discos de ruptura para condiciones de presión y vacío, y de materiales acordes al fluido aliviado.

INDICADOR TIPO MANOMETRO

DISCO DE RUPTURA

DISCO DE RUPTURA SALIDA DISCO BRIDA ESTANDAR CLIPS O TORNILLOS DE PRE-ENSAMBLE

TORNILLOS Y TUERCAS COMUNES

ASIENTOS DE DISCO DE RUPTURA TIPO INSERTO

BRIDA ESTANDAR ENTRADA

Ventajas de su uso:  Se pueden colocar corriente arriba o corriente debajo de válvulas de seguridad para servicios altamente tóxicos o corrosivos; solamente se debe cuidar que sus elementos no sean fragmentables.  Son más efectivos que las PSV para explosiones súbitas.  Dependiendo de los materiales, son más resistentes a la corrosión o taponado, que otros accesorios de alivio.  Se aplican en materiales lodosos y viscosos.  Son más baratos que las PSV.  El disco se rompe cuando la presión de disparo se alcanza, y no gorgotea como las PSV con presiones cercanas al disparo.

219


Desventajas de su uso:  Cuando se rompe el contenido completo del recipiente se puede perder.  Es difícil detectar si un disco está teniendo fugas, por lo que se deben usar indicadores, detectores o alarmas de fuga conectadas al dispositivo, que incrementan el costo.  Discos viejos o sujetos a muy altos ciclos de fatiga pueden fallar debido a la fatiga del metal; para minimizar lo anterior, la presión de ruptura del disco, debe ser considerada arriba del más amplio rango de presiones de operación. Se puede requerir que sean sustituidos cada año, dependiendo de los programas de operación y mantenimiento de planta.  Los discos están sujetos a manipulación inadecuada, la cuidadosa colocación es de extrema importancia; los discos se manufacturan con metales delgados y frágiles y cualquier deformación durante su ensamble pueden debilitarlos y ocasionar su ruptura prematura.  Las presiones de ruptura son sensibles a los cambios de temperatura.  Algunos tipos requieren más grandes márgenes de operación.

8.11.j. Como instalar válvulas de mariposa. Al ser una válvula que generalmente se coloca entre bridas, y su trabajo es bloquear el paso del fluido es importante sopesar los siguientes consejos:  Asegurarse que el disco de la válvula rote sin interferencias en la posición abierta.  Se sugiere colocar la válvula con empaques integrados entre bridas de cuello soldable o de enchufe; el método de soldadura de las bridas deslizables ( slip on ) no da un sello adecuado.  Se le debe colocar un carrete después de la válvula para que quede sujeto a ella, y no suceda que al quitar la brida se caiga la válvula sin bloquear nada.  Las palancas que sirven para hacer girar el vástago y los operadores automáticos son comúnmente muy largos o voluminosos por lo que interfieren con las demás válvulas en una estación de control. 

CARRETE

220


8.11.k. Estaciones derivadoras, de control, estaciones de servicio y sus puntos de diseño. Cada que se tengan que sacar un grupo de tuberías del puente principal de tuberías, para cabezal es secundarios se recomienda la colocación de una estación de válvulas derivadoras para poder bloquearla el área de producción de la planta.

Esta estación debe ser fácilmente accesible al personal que las opere y con las debidas condiciones de seguridad. ESTACIONES DE CONTROL DE VALVULAS.- Una estación de control es un arreglo de tubería en la cual una válvula de control es usada para controlar ( reducir, regular, etc ) las condiciones de flujo ( presión, temperatura, flujo, etc ) de un fluido ( liquido, gas, vapor, etc ). Las estaciones de válvulas de control deben ser diseñadas de manera tal, que la válvula ò artificio de control pueda ser aislado y removido para su servicio. Para facilitar lo anterior, los arreglos deben ser tan flexibles como las circunstancias lo permitan; los ejemplos a continuación nos aconsejan sobre arreglos básicos.

VALVULAS BRIDADAS

VALVULAS ROSCADAS

BRIDA REDUCCION

TCA UNION

LAS TCAS FACILITAN REMOCION

Arreglo básico.- Las dos válvulas de bloqueo permiten el mantenimiento de la válvula de control, el atajo ( bypass ) de seguridad con válvula de regulación manual, sustituye a la de control mientras esta fuera. Comúnmente esta válvula del atajo puede ser cualquier válvula que tenga efecto de estrangulamiento proporcional ( globo, aguja, diafragma, etc ).

221


VALVULA DE ATAJO NORMALMENTE CERRADA

ALIMENTACION ALTERNA

DESCARGA ALTERNA

CHECAR CLARO VALVULA BLOQUEO

VALVULA BLOQUEO

LAS VALVULAS DE CONTROL PUDEN SER DEL MISMO DIAMETRO QUE LAS DE CONTROL DREN

VALVULA DE CONTROL

SE REQUIERE DREN CORRIENTE ABAJO SI LA VALVULA FALLA CERRADA

Consejos de diseño: 1. Para un mejor control, sitúe la estación de control lo mas cercana posible al equipo que sirve, localizándola a alturas apropiadas de operación sobre una banqueta o plataforma. 2. Se le debe asegurar a una estructura para asegurar que no se mueva. 3. Es una buena práctica colocar manómetros a la entrada y salida de circuito de control para poder saber si el sistema tiene presión ( pero para ciertos criterios se pueden tachar de redundantes ). 4. Preferentemente no usar válvulas de bloqueo tipo sándwich ( de mariposa ) ya que necesitan un carrete para sujetarse; desgraciadamente son más baratas que las demás. 5. Si el equipo o tubería corriente abajo de la estación de control es de menor presión, que la de corriente arriba, puede ser necesario proteger el sistema con una válvula de seguridad. 6. Si el equipo o tubería corriente abajo de la estación de control puede llegar a generar mayor presión, que la de corriente arriba, puede ser necesario proteger el sistema con una válvula de retención ò de seguridad, o ambas. 7. Se debe proveer una válvula de drene en el área corriente arriba de la valvular de control; para ahorrar espacio esta se puede colocar en la reducción; esta válvula permite la purga de presión entre la válvula de control y la de bloqueo. Se pueden llegar a ocupar dos válvulas de drene si la válvula falla cerrada.

222


Arreglos para válvulas angulares.

VERIFICAR POSICION CON EL INSTRUMENTISTA

30 CM AL PISO

30 CM AL PISO

ESTOS ARREGLOS SON APROPIADOS PARA FLUIDOS LIBRES DE SEDIMENTOS, PARA TUBERIAS CONDUCIENDO SEDIMENTOS COLOCAR LA LINEA DE ATAJO A UN NIVEL SUPERIOR, PARA REDUCIR EL RIESGO QUE EL ATAJO SE ATASQUE.

30 CM AL PISO

ESTACION PARA LIQUIDOS DAÑINOS AL PERSONAL LOCALIZAR LAS VALVULAS EN LA BANQUETA O PISO PARA MINIMIZAR EL CONTACTO CON LA PIEL

26 CM AL PISO DEL FONDO DE VALVULA

CODO REDUCTOR

26 CM AL PISO DEL FONDO DE VALVULA

ESTACIONES DE SERVICIO.- Las estaciones de servicio son lugares donde se concentran las tuberías de los fluidos que se consideran necesarios para realizar las labores de limpieza o mantenimiento del proceso o del edificio. Generalmente estos fluidos son: agua, aire comprimido y vapor de agua; según sean las necesidades de operación y mantenimiento se puede reducir esta lista o ampliarse; generalmente la línea de vapor es de ¾ ø y las demás de 1” ø.

223

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. SE PUEDEN REQUERIR VALVULAS DE BLOQUEO EN LA PARTE SUPERIOR DEL PUENTE DE TUBERIAS PARA DARLE MANTENIMIENTO A LAS DE DEBAJO

CABEZALES

CLAVE DE TUBERIAS 1.- VALVULA DE COMPUERTA DE 1” ø. 2.- VALVULA DE GLOBO DE 1” ø.

LOCALIZAR LAS VALVULAS DE BLOQUEO SUPERIORES CON UNA PLATAFORMA ACCESIBLE

COLUMNA DEL EDIFICIO O DEL PUENTE DE TUBERIAS EL AIRE Y EL VAPOR SE TOIMAN DE LA PARTE SUPERIOR DE LOS CABEZALES PARA EVITAR CONDENSADO Y SEDIMENTOS. Y EL AGUA DE ABAJO PARA EVITAR BURBUJAS DE AIRE.

ø. 4.- COPLE DE MANGUERA DE 3/4” ø. 5.- COPLE DE MANGUERA DE 1” ø. 6.- TUBERIA DE 1” ø. 7.- TUBERIA DE 3/4” ø.

V A P O R

A I R E

A G U A

3.- VALVULA DE GLOBO DE 3/4”

1.20 M DEL PISO

8.- TRAMPA DE VAPOR.

8.12. Tuberías conectadas a recipientes. Este es el momento para aplicar toda la información y consejos acerca de equipos, tuberías y accesorios que se muestran en el libro ( ver pagina 48 ). Se realizan arreglos de tuberías preliminares para enviar la información de localización de boquillas a los fabricantes del tanque, en este se debe indicar la localización de soportes. Es importante ver la localización del recipiente y sus soportes contra las vigas de la superestructura, cuidando distancias apropiadas; ver las tuberías que pasan de un nivel a otro y las plataformas que se necesitan para al operación a nivel alto; se debe poner atención en respetar el área de operación al frente y alrededor de la entrada de hombre.

224


10 cm mínimo separación al tanque

AREA DE TRABAJO

TUBERIAS BAJANDO

Fig 8.12.a.

Planta nivel + 12.6 m.

225


TUBERIAS EN ARREGLO VERTICAL

PSV EN LUGAR MAS ALTO CHAQUETA

ESTACION CONTROL OPERABLE

VALVULAS OPERABLES DESDE ARRIBA

Fig 8.12.b.

Corte longitudinal mirando al este.

226


CORTE EN PISO PARA PASO DEL TANQUE Y 10CM ADICIONALES PARA CASO DE TEMBLOR

Fig 8.12.c.


Checar aquellas boquillas que requieran conexiones eléctricas como.: calentadores eléctricos, instrumentos y mirillas, porque pueden llevar asociados sus registros de conexiones y tuberías conduit. Checar la necesidad de espacio de boquillas como para las válvulas fluidizadoras de fondo de tanque las cuales tienen un vástago que se puede proyectar una distancia considerable del recipiente; además de las boquillas con sistemas de limpieza por aspersión que pueden llegar a tener un equipo auxiliar bastante voluminoso.

227


VER VALVULAS QUE SE DEBEN OPERAR DEBAJO O CERCA DEL PISO

Fig 8.12.d.


Se debe estudiar concienzudamente la flexibilidad de las tuberías conectadas al recipiente (sobre todo las calientes).

228

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. EN EQUIPOS AUXILIARES SE PUEDE OPERAR EN OTRO NIVEL

PLATAFORMA PARA OPERACIÓN EN ALTO ESPACIO Y ALTURA APROPIADA DE OPERACION

ESCALERA ACCESO A LA PLATAFORMA

PASILLO Y ESPACIO DE OPERACIÓN DE ESTACIONES DE CONTROL

ALTURA APROPIADA DE SOPORTES TUBERIAS

Fig 8.12.e.

Corte transversal mirando al sur.

229


SALIDAS Y LLEGADAS APROPIADAS AL CABEZAL

LAS TUBERIAS PUDEN METERSE EN LA CAVIDAD DE LA SUPERESTRUCTURA SI LO PERMITEN LOS ELEMENTOS SECUNDARIOS

Fig 8.12.f.

Corte transversal mirando al norte.

230


Fig 8.12.g.

Fachada este mirando al oeste.

Como se ve en la figura anterior puede ser necesario el uso de corredores en el área posterior de reactores, algunas veces saliéndose del paño del edificio y algunas veces inclusive a mayor nivel que el nivel común de operación; en este caso gran parte del área de operación se realiza en la parte posterior de los recipientes.

231


Se debe proveer flexibilidad adicional en las líneas de tuberías de equipos que están apoyados en cimientos separados ( si es posible únanse la cimentación ). Sea cauteloso en hacer rutas de interconexión muy rectas entre boquillas de diferentes equipos, se sugiere usar una ruta de tuberías en forma de “ Z “ en el espacio de tres dimensiones, todavía es apropiada en un plano de dos dimensiones, pero no es apropiada una unión recta entre dos equipos fijos.

8.13. Tuberías de vapor. Cuando estamos operando una planta industrial tenemos la necesidad de diferentes recursos ( energías ) para poderla operar, se puede hablar del agua y de sus propiedades químicas para usarla como agua de proceso; de sus propiedades como agua de enfriamiento ; y sus propiedades como salmuera como agua para congelamiento. Así mismo se puede hablar de la energía eléctrica y su uso para mover motores, para realizar iluminación o en procesos de control instrumentado. Entonces se presentará ante nosotros al vapor de agua y su muy amplio uso como generador de potencia ( las principales generadoras de electricidad son las movidas por vapor ), y como generador de calentamiento. El vapor de agua tiene la excelente propiedad termodinámica de transferir una gran cantidad de vapor ( calor latente ) por el solo cambio del estado de vapor al de líquido.

8.13.a Diseño de tuberías de vapor. En el capitulo 5.4. “Calderas” se describieron los diferentes tipos de generadores de vapor: A continuación describiremos de una manera sencilla como está conformado un sistema de vapor. DISTRIBUCION

VALVULA REDUCTORA DE PRESION

GAS COMBUST VALV AISLADORA PRECALENTADOR GASES COMBUSTIO

VENTILADOR CALDERA

USO FINAL EQUIPO PROCESO

CMBIADOR DE CALOR

ECONOMIZADOR CALDERA

GENERACION

TRAMPA VAPOR

TRAMPA VAPOR

TRAMPA VAPOR

COMBUSTIBLE

AIRE COMBUSTION

CALENTADOR PROCESO

BOMBA

BOMBA CONDENSADO DEAEREADOR

RECUPERACION

Fig 8.13.a.1.

Diagrama de un sistema de vapor. 232

TANQUE RECEPTOR CONDENSADO S


En si un sistema de vapor se trata de un sistema cíclico de: Generación, distribución, uso final y recuperación. De la generación ya se ha hablado en capítulos anteriores. De la distribución debemos partir de un parámetro principal, esta tubería puede cambiar en momentos específicos de una temperatura de 0 ˚C hasta una temperatura superior a los 100 ˚, en consecuencia va a tener elongamientos y contracciones que en un momento dado podrá provocar solicitudes mecánicas que la pueden dañar, por lo que siempre deberán ser revisadas por un análisis meticuloso de flexibilidad. En el cuarto de calderas contará con un arreglo de válvulas ( manifold ) el cual le permitirá intercomunicarse con otros calderas, o enviarse a diferentes áreas de consumo. CALDERA 2

SECADO

CABEZAL PRINCIPAL

CALDERA 1

POLIMERIZ AC

DISTANCIAS Y CAVIDADES DE OPERACIÓN ADECUADAS

233


Después del manifold entra la etapa de distribución en la cual debe de ser conducido el vapor por uno o mas cabezales, muchas veces a distancias largas. En esta etapa se debe poner especial atención debido a que en las etapas de arranque o paro del sistema, las tuberías soportan cambios de longitud debido a los cambios de temperatura. Partiremos entonces de mi primer consejo, el cálculo del análisis de flexibilidad de tuberías es una labor especializada, realizada solo por expertos. La tubería debe ser lo suficientemente flexible para acomodar los movimientos de sus componentes cuando se expandan; en algunos casos la sola configuración del arreglo soportará los esfuerzos mecánicos indebidos; pero en otros caos será necesario incorporar algunos aparatos para que se alcance la debida flexibilidad. A continuación se describen algunos de ellos. PIERNA FRIA.- Es un truco de ingeniería en el cual, primero se ve la posición de la tubería cuando se encuentra fría, y luego cuando esta caliente ( que es la posición de operación todo el tiempo ); entonces se corta la tubería la longitud necesaria para su posición de trabajo, y se coloca un espaciador; cundo va a operar el sistema, se quita el espaciador y se flexiona la tubería uniéndola a la boquilla; al calentarse la tubería se expande y corrige la deformación. Este proceso se realiza también en cambios de dirección de cabezales en forma de “L” y “Z”. ESPACIADOR

MITAD DE LA EXPANSION ESPERADA DE LA LONGITUD “L”

POSICION CON EL CORTE POSICION REAL POSICION CALIENTE

Al expandirse las tuberías clientes sobre puentes de tuberías puede comúnmente ser soportadas de la siguiente manera:

ESTRUCTURA PLACA MONTAJE PTFE DESLIZANTE

PTFE BASE

Soporte tipo zapata

Soporte deslizante

Soporte rodillo

ESPIRA COMPLETA.- Este diseño se usa raramente, ya que es muy difícil de manufacturar y ocupa demasiado espacio, se debe colocar en forma horizontal, ya que en forma vertical acumula condensado, tiene pocas perdidas de presión, pero por la presión misma ejerce una fuerza de desenrrollamiento. En líneas de conducción demasiado largas se puede considerar su uso.

234


FLUJO

FLUJO

MEDIA ESPIRA O LIRA.- Cuando hay espacio algunas veces se usa, se puede usar verticalmente si se le coloca una trampa de vapor.

VISTA EN ELEVACION FLUJO

FLUJO

TRAMPA VAPOR

OMEGA.- Es el arreglo más comúnmente usado, la omega puede ser fabricada soldando tubería y codos, se puede realizar en un plano o en tres dimensiones; para un dimensionamiento preliminar se puede seguir la figura y monograma a continuación.

CODO RADIO LARGO

JUNTA SOLDADA

235

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. EXPANSION DESDE LA POSICION NEUTRAL EN MM

D I A M E T R O N O M I N A L

M M

W = ANCHO ( METROS )

Usted puede ver que la profundidad o largo de la omega es dos veces el ancho ( W ), y que el ancho ( W ) se determina del nomograma anterior, conociendo la cantidad de expansión esperada a ambos lados de la omega.

Si existe una expansión que ya no puede ser soportada por la flexibilidad natural de la tubería, entonces se usan los accesorios de expansión. En la practica la expansión de la tubería y el soporte pueden ser clasificados en las tres áreas de la siguiente figura.

ANCLAJE PUNTO A

SOPORTE DESLIZANTE PUNTO B

ACCESORIO DE EXPANSION PUNTO C

236

SOPORTE DESLIZANTE PUNTO B

ANCLAJE PUNTO A


El punto fijo o anclaje “ A “ provee un punto de referencia desde el cual se forma la expansión. Los puntos de soportes deslizantes “ B “ que permiten libre movimiento de expansión de la tubería sobre el eje, mientras que mantienen la tubería alineada. El artefacto de expansión “ C “ que absorbe la expansión y contracción de la tubería. Los artefactos que absorben los movimientos de tuberias son: JUNTA DESLIZANTE.- Este tipo de artefacto se usa en lugares pequeños en donde se necesita que la tuberia este rigidamente anclada y guidada sobre eje; cualquier deformacion radial ocasionara que la union tenga fugas.

JUNTA FUELLE DE EXPANSION.- Este tipo de junta tiene la ventaja de que no requiere empaque ( como la deslizante), pero la presión interna tiende a extender el fuelle, por lo que requiere anclas y guías para contrarrestar estas fuerzas.

237


El fuelle debe incorporar varillas limitadoras, con límites de sobrecompresion y sobrextension del elemento; estos pueden tener poca función en condiciones normales ( la mayoría de estos fuelles soportan pequeños movimientos laterales o angulares ); sin embargo, si una ancla falla, las varillas responden y contienen las fuerzas de corte, previenen el daño a la tubería, equipo o personal ( Fig 8.13.a.3. ). Cuando se esperan fuerzas mayores, se necesita refuerzo mecánico adicional en el artefacto, como barras articuladas atirantadas (Fig 8.13.a.4. ). Existen varios caminos para acomodar los movimientos entre los desplazamientos laterales de la tubería y las posiciones de las anclas del fuelle. En términos generales es mejor un desplazamiento axial que uno angular, el cual en su turno es mejor que el lateral. Los desplazamientos angulares y laterales deben ser evitados en lo posible. A continuación se muestra el comportamiento de fuelles y anclas. GUIA

MOVIMIENTO AXIAL DISTANCIA CORTA

PUNTO FIJO MOVIMIENTO AXIAL GUIA

Fig 8.13.a.2.

Movimiento axial en fuelles.

GUIA

VARILLA LIMITE

DISTANCIA MEDIA

MOVIMIENTO LATERAL PEQUEÑO

MOVIMIENTO LATERAL GRANDE

PUNTO FIJO

MOVIMIENTO LATERAL PEQUEÑO

VARILLA LIMITE GUIA

Fig 8.13.a.3.

Movimiento lateral y angular de los fuelles.

238

MOVIMIENTO LATERAL GRANDE


BARRAS ARTICULADAS ATIRANTADAS

MOVIMIENTO ANGULAR PEQUEÑO

DISTANCIA LARGA

MOVIMIENTO AXIAL MOVIMIENTO ANGULAR PEQUEÑO PUNTO FIJO

Fig 8.13.a.3.

Movimiento angular y axial de los fuelles.

Los cabezales de vapor deben tener Venteos y piernas húmedas en el extremo final. VENTEO Y TRAMPA FINALES VENTEO DE AIRE TERMOSTATICO DE PRESION BALANCEADA

CABEZAL VAPOR

PIERNA HUMEDA

TRAMPA VAPOR TERMODINAMICA DREN

De preferencia en los puntos cercanos o entradas de áreas de consumo debe haber una estación de medición. TIPICA ESTACION DE MEDICION DE VAPOR

RED EXCENTRICA MEDIDOR

SEPARADOR VAPOR

6 DIAMETROS

TRAMPEADO

239

3 DIAMETROS


TERMINOS USADOS EN VAPOR

REDUCCION EN LINEA DE VAPOR

CABEZAL DE VAPOR

RAMAL PARA VAPOR

SEPARADOR DE CONDENSADO

COLADERA DE VAPOR

DISTRIBUCION A NIVELES ALTOS PIERNAS HUMEDAS PARA VAPOR

Ciertos equipos e instrumentos requieren de vapor a baja presión por lo que algunas veces se requiere una estación de reducción de presión; a continuación se muestra los dos tipos más usados. ESTACION REDUCTORA DE PRESION DE VAPOR NEUMATICA

VALVULA DE ALIVIO

SEPARADOR CONDENSADOS ENTRADA

SALIDA

SUMINISTRO AIRE

240


ESTACION REDUCTORA DE PRESION DE VAPOR OPERADA POR PILOTO

VALVULA DE ALIVIO

LA ALTA PRESION DISMINUYE EL DIAMETRO DE TUBERIA ENTRADA

SALIDA COLADERA

LA BAJA PRESION INCREMENTA EL DIAMETRO DE TUBERIA

SEPARADOR CONDENSADOS

GOLPE DE AGUA O ARIETE ( WATERHAMMER ).- Si se permite que se acumule condensado en una tubería larga, se puede formar eventualmente una ola de agua, que puede ser acarreada a la velocidad del vapor ( 25 a 30 m/s ), esta ola de agua es densa e incompresible con una gran energía cinética, al ser obstruida por un codo o se te convierte en energía de presión ò energía de choque aplicada a la obstrucción. Se puede formar ruido y vibración por el impacto de la ola contra la obstrucción, lo que puede ocasionar daños graves a la tubería y sus equipos de soporte ò control.

VAPOR CONDENSADO VAPOR OLA VAPOR

Se debe eliminar el condensado de los cabezales. Un diseño incorrecto puede ocasionar acumulación. USO INCORRECTO DE UNA REDUCCION CONCENTRICA DRENAJE INADECUADO ANTES DE UN CODO

VAPOR

CONDENSADO

VAPOR

INSTALACION INCORRECTA DE COLADERA VAPOR

CONDENSADO CONDENSADO

241


8.13.b Trampas de vapor. Existe una amplia variedad de trampas de vapor ( Ver capítulo 4.3.4 “Trampas de vapor” volumen 1 ) se recomienda ponerse en contacto con proveedores para un adecuado asesoramiento. Personalmente sugiero como lectura el folleto “ Design of fluids systems_hook-ups “ de spirax-sarco. En él se muestran una gran variedad de arreglos para el calentamiento de equipos específicos. En si salvo el tipo de trampa y uno que otro accesorio de más o de menos, todo se limita a: tomar el vapor sin condensado de la parte superior de un cabezal, acondicionarlo para el equipo, realizar el proceso de calentamiento, regresar el condensado ( es un producto caro ) a la caldera y si es en cantidades pequeñas se tira al drenaje. ESPECIFIC VAPOR NO OLVIDAR LA COLOCACION DE LA PIERNA HUMEDA EN CABEZAL

ESPECIFICACION PARA CONDENSADO

POSICION PREFERIDA PARA VALVULA DE RETENCION ( DE COLUMPIO ) EN MEDIO AMBIENTE CONGELANTE

CABEZAL VAPOR

CABEZAL DE CONDENSADO

EN ESTA POSICION ENTRA EL EQUIPO QUE SE VA A CALENTAR CON SU SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA

INDICAR DATOS ESPECIFICOS DE LA TRAMPA ( PROVEEDOR, TIPO, RANGO DE PRESION, GASTO,ETC. OPCION DE ENTRADA NO RECOMENDADA PORQUE REGRESA EL CONDENSADO AL EQUIPO

TRAMPA

Fig 8.13.b.1.

Arreglo típico de trampa de vapor para retorno de condensados de equipos. 242


NOTAS DE LA FIGURA ANTERIOR. * Indica que el accesorio es opcional y no es indispensable en el arreglo. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Pierna húmeda del cabezal o tubería. Válvula de purga de la pierna húmeda para desalojo del sedimento; por seguridad se debe llevar en tubería hasta el drenaje. Válvula de bloqueo lo más cercana posible al cabezal. (*) Se necesita aislamiento para prevenir quemaduras al personal, en lugares de clima helado, quizá se necesite adicionalmente venas de calentamiento. (*) Válvula de bloqueo, se requiere solo si la válvula (3) y (17) están fuera de alcance ò si se requiere un atajo. Ver nota (18). Coladera (filtro), normalmente se coloca en tuberías de 2” o menores. En algunos casos es parte integral de la trampa. (*) Válvula para purgar el sedimento del filtro, se coloca tapón por seguridad. (*) Válvula de purga manual para uso en condiciones de clima helado, cuando el arreglo esta en posición horizontal (ver nota 16). (*) Válvula de retención; se requiere principalmente si se usan trampas de cubeta, para prevenir el contraflujo si se pierde el sello de agua de la cubeta. Tuerca unión para remover la trampa. (*) Swage para reducir la tubería a la trampa. (*) Purga de la trampa, con un filtro integral ( Alternativa de la 6 ). (*) Válvula de prueba por si la trampa está pasando. (*) Válvula de retención, previene el contraflujo a través de la trampa, sobre todo si se trata de una trampa que va a dar a un cabezal con varias trampas, o existe una contrapresión real. (*) La mirilla permite ver si existe flujo, no se usa generalmente porque si se quiebra el vidrio hay riesgo de explosión. (*) Dren automático sensible a la temperatura, se autopurga cuando hay condensado, se usa en climas helados. Válvula de bloqueo en cabezal. Atajo ( bypass ) no se recomienda porque la válvula puede estar abierta; es preferible una trampa en paralelo.

CONSEJOS PARA COLOCAR TRAMPAS DE VAPOR. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Si existen mas de dos trampas de vapor hay que agruparlas en un arreglo ordenado. Las trampas de vapor debe ser del mismo tamño que la línea, pero nunca menores a ¾”. Las trampas normalmente debe estar colocadas a menor nivel que el equipo que drenan. Si un equipo tiene varias áreas o compartimientos, colocarles trampas separadamente. Colocar piernas húmedas y trampas en líneas de vapor con poco o nulo sobrecalentamiento, en los puntos bajos, en el fondo de aspersores, en vados y otros lugares donde se acumule condensado, ò donde exista un súbito enfriamiento. Localizar piernas húmedas en el punto medio de las corazas de intercambiadores, cabezales cortos, etc. Si existen piernas húmedas duales es mejor colocarlas juntas casi al final.

243


7. 8. 9. 10.

Para instalaciones en condiciones de congelamiento, donde el condensado se desecha, coloque preferentemente trampas de drenado continuo y que puedan ser colocadas verticalmente, para que se drenen por gravedad. Evite líneas largas de descarga en condiciones de congelamiento, ya que se puede formar hielo en su interior; mantenga las líneas lo mas cortas posibles y hacia abajo, a no ser que se retorne el condensado. Para equipos con gran consumo de vapor tales como intercambiadores de calor, considérese el uso de separadores de condensado. EL SIFON remueve el condensado en equipos que no puede ser drenados por gravedad, como en el caso de un mandril giratorio. En este caso se usa la presión del vapor para forzar el condensado por el sifón, el condensado se envía a una pierna húmeda de concentración y a una trampa. JUNTA GIRATORIA MANDRIL GIRATORIO VAPOR

CONDENSADO

ASPERSOR

11.

Cuando el condensado se descarga a un dren abierto en una instalación interior se crea una niebla que es una atmosfera no apropiada para el personal, debe entonces ser conectada a una cheminea para su conducción al exterior y esta chimenea debe ser drenada

8.13.c Bombas para vapor. En la etapa final del ciclo del vapor esta la recuperación y retorno del condensado. Existen varias razones para retornar el condensado: se trata de agua suave que cuesta dinero su tratamiento, el condensado tiene aun gran cantidad de calor sensible; si no se usa el condensado se necesita mas agua suave, recalentarla y tratarla para la caldera , si se tira al drenaje perjudica las cloacas. Este condensado se debe reunir, acumular y retornar a la caldera, por medio de un cabezal del sistema de condensados, el cual debe tener una pendiente mínima hacia el tanque de condensados de la caldera del 1%. Si existe algún problema por la gran cantidad de condensado o falta de pendiente, se pueden usar los siguientes equipos. BOMBA DE OPERACIÓN ELECTRICA

BOMBA ACTUADA POR VAPOR

244


INTERCAMBIADOR CALOR

ENTRADA DE VAPOR SUMINISTRO AGUA FRIA

BOMBA DE VAPOR SISTEMA RETORNO CONDEN

8.13.d Controles de temperatura. Generalmente el vapor puede ser controlado por los siguientes tipos de válvula. CONTROL DE TEMPERATURA AUTO ACTUADO

ASIENTO VALVULA

PERILLA AJUSTE

MOVIMIENTO MACHO VALVULA

ACTUADOR PARA LA CONEXION DE VALVULA

SENSOR

MOVIMIENTO CAUSADO POR LA TEMP DEL SENSOR

SUMAR 1˚C AL SENSOR

FUELLE DE SOBRECARGA ESPIGA DE EMPUJE CAPILAR

245


VALVULA CONTROL TEMPERATURA OPERADA POR PILOTO AJUSTE TEMPERATURA PILOTO DE TEMPERATURA BULBO ORIFICIO ENTRADA

VALVULA PRINCIPAL

CONTROL PRESION

DIAFRAGMA PRINCIPAL CONTROL TEMPERATURA

CONTROL TEMPERATURA OPERADA POR ACTUADOR NEUMATICO O ELECTRICO REGULAD AIRE

ACTUADOR

ENTRADA

SEPARADOR CONDENSADO

POSICIONADOR

8.14. Mantenimiento de temperatura en tuberías. El mantenimiento de temperatura de tuberías como su nombre lo indica su función es mantener el fluido que se encuentra dentro de la tubería mayor en las condiciones de temperatura adecuadas. No necesariamente su objetivo es calentar tuberías, se puede usar el mismo procedimiento para enfriar productos. Los sistemas de calentamiento ( venas ) se usan comúnmente para dos aplicaciones típicas: mantener la temperatura de un fluido ( critica ) ò protegerlo para que no se congele ( no critica ). Las venas de calentamiento comúnmente son pequeñas tuberías de cobre pegadas a la tubería mayor, en donde por medio de un líquido caliente o vapor calientan la tubería, comúnmente están rodeadas por el aislamiento. Todo esto se debe a que existen fluidos en los cuales si baja la temperatura aumenta mucho la viscosidad.

TUBERIA PROCESO ALAMBRE ACERO INOX ( ENLAZADO )

VENA TUBERIA PROCESO VENA

246


La posición y como se fija la vena a la tubería es muy importante, se usa alambre de acero inoxidable y en algunos casos se usa pasta que tramite el calor para unirlo a la tubería.

AISLAMIENTO TUBERIA PROCESO PASTA CONDUCTORA VENA

A continuación se muestran varios arreglos para calentar tubería y válvulas. VENA MULTIPLES COLOCADAS EN LA PARTE INFERIOR

TUBERIA PROCESO LAS VENAS DEBEN BRINCAR LAS BRIDAS DE MANERA QUE MANTENGAN LA PENDIENTE DE DRENADO

VENAS SOPORTE

VISTA EN CORTE NOTA: EL CONDENSADO DEBE TENER PENDIENTE HACIA ABAJO TRAMPA

VENAS EN VALVULAS

EN ALGUNOS CASOS CON EL RETORNO SE AUMANTA LA SUPERFICIE DE TRANSFERENCIA .

ENVOLVER LA VENA A LA VALVULA Y BRIDAS Y PERMITIR LA EXPANSION

ENTRADA VAPOR

ENTRADA VAPOR VALV MEDIANAS Y GRANDES

VALVULAS PEQUEÑAS TRAMPAS SEPARADAS PARA CADA SECCION DE VENAS

VALV PEQUEÑAS BRIDADAS

247


UNION PARA ROPMPER EL RIZO Y DRENAR LA LINEA EN CONDICIONES DE CONGELACION BRIDA HORIZONTAL Ò SOBRE BRIDA

NUMERO DE VENAS POR CADA CABEZAL DE ALIMENTACION TAMAÑO CABEZAL MM (PULG)

19 ( ¾” ) 25.4 ( 1” ) 38 (1 ½ “) 51 ( 2” )

TAMAÑO DE LA VENA EN MM ( PULGADAS )

6.3 ( ¼” )

9.5 ( 3/8” )

12.7 ( 1/2” )

19 ( ¾” )

25.4 ( 1” )

NUMERO DE VENAS

9 16 38 64

4 7 16 28

2 4 9 16

CAMBIAR DE LADO LA VENA PARA PERMITIR LA EXPANSION E INCREMENTAR EL CALENTAMIENTO DEL CODO

1 2 4 7

1 2 4

ENLAZAR EL CODO EN CLIMAS HELADOS

CONSEJOS PARA COLOCAR VENAS DE CALENTAMIENTO Y AISLAMIENTOS . 1. Colocar las venas paralelas y a contraflujo en el lado inferior de la tubería que se calienta. 2. Colocar un subcabezal para alimentar las venas, no es apropiada alimentarlas directamente de un cabezal, sobre todo si es necesario reducir la presión. 3. Asegúrese que la temperatura que proporciona el vapor, no sea mayor que la temperatura limite que soporte el producto siendo calentado, porque puede dañarlo. 4. Tome el vapor de la parte superior del cabezal y coloque una válvula de bloqueo. 5. Alimente de vapor a la vena que este colocada mas alto y así consecutivamente, para favorecer el drenado de las líneas. 6. No es buen practica dividir una vena y reunirla posteriormente ( se puede ir la mayoría de vapor por la línea mas corta. 7. Se debe prever expansión en las líneas y en los codos; si existen omegas arregle las venas de manera que se drenen en un parao de operaciones.

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8. Coloque espiras alrededor de bridas en forma horizontal y ponga tuercas unión, de manera que las venas puedan ser desconectadas y drenadas. 9. Si es posible agrupe las trampas de las venas en un lugar donde puedan ser operables. 10. No coloque una trampa en cada punto bajo de las venas ( como si fuera una línea de vapor ), pero ponga una trampa al final. 11. Coloque una trampa a cada uno de las venas. 12. Para incrementar el calentamiento podemos: a) Usar más de una vena. b) Enredar la vena alrededor de la tubería a todo lo largo. c) Colocando cemento conductor entre la vena y la tubería. d) Soldando la vena a la tubería. 13. Es preferible enredar las venas en tuberías verticales donde el condensado se autodrena. 14. En condiciones de congelamiento colóquense drenes en puntos bajos y en otros lugares donde el condensado se acumula en los paros. 15. Proveer ranuras en el aislamiento para permitir el deslizamiento en donde salen las venas para ser trampeadas. 16. Indique el grosor del aislamiento tomando el cuenta que va incluir venas, y si es necesario colocarlo también en las bridas. 17. Verificar que tan grueso es el aislamiento para protección personal. 18. Se deben colocar tés o cruces con bridas en la línea que se está calentando para permitir su limpieza si el sistema de calentamiento falla.

8.15. Tubería para aire comprimido. El diseño de un sistema de tuberías de aire comprimido, es análogo al de un sistema de vapor, salvo que en este caso no existen problemas de expansiones y contracciones por gravedad ( aunque si pueden llegar a existir problemas de vibración y resonancia destructivos ); ambos acumulan condensado y se deben drenar, las salidas en consecuencia se deben tomar de la parte superior de la tubería. La diferencia estriba en que el vapor usa agua suave en condiciones controladas i con ciertos aditivos para proteger a la caldera. Los compresores toman aire atmosférico que puede contener contaminantes ( arena, polvo, vapores químicos, polvos y gran cantidad de humedad ). Para el diseño de la tubería, en un principio debemos considerar el uso para el cual vamos a usar el sistema de aire comprimido: Aire para sistemas de fuerza ( pistones, turbinas. Etc ), aire para control de instrumentación y aire para usos especializados ( semiconductores, hospitalarios, farmacéuticos, etc ). Esta clasificación se verá en forma resumida posteriormente. El diseño de tuberías del sistema de aire lo clasificaremos en cuatro áreas, cada una de ellas con diferentes criterios de diseño; en cada una de ellas sugeriremos consejos ò guías que consideramos apropiadas. ENTRADA DE AIRE.- Es importante para la integridad del compresos y eficiencia, que el aire de entrada esté libre de partículas ( hollín, orín, polen, agua, etc) y a la mayor presión.

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. FILTRO

DRENADO CONDENSADOS

Esto se puede corregir con sistemas de filtrado previos al compresor; puede llegar a ser una buena práctica colocar un ducto de aire de gran tamaño con filtro, pero puede llegar a acumularse agua en el, por lo que debe ser drenada. Algunas veces se colocan ductos de lamina galvanizada previniendo la oxidación de los de acero, pero el galvanizado en ciertas condiciones forma escamas, por lo que se sugiere usar lamina con pintura de polímeros adecuada, laminas de plástico o acero inoxidable. AREA DE INTERCONEXION DE LOS SUMINSTRADORES DE AIRE. Todos los diseños de tuberías de aire comprimido basan su diseño en tablas de caída de presión por cada 100 metros como la que se presenta a continuación.

Fig 8.15.a.

Tabla de caídas de presión contra gasto y diámetro nominal, Sistema internacional. 250


La manera más eficiente de trabajar de un compresor es cuando trabajan a toda la presión, y a plena carga el motor; por lo que si hay cambios muy bruscos de consumo de aire, conviene distribuir el suministró en varios compresores, de manera que 1 ò 2 trabajen a plena carga y uno solo module el suministró. Comúnmente la gente dimensiona las tuberías de interconexión usando el diámetro de salida del compresor, ò usa las tablas de caída de presión y buscan una con una caída apropiada; la verdad es que existen puntos que ocasionan que el sistema trabaje mal, como el ejemplo a continuación de un sistema de una área vieja de planta y una moderna. TRES COMPRESORES RECIPROCANTES 150 HP 750 CFM 1968 UNIDADES

LINEA DESCARGA 6”

LINEA DESCARGA 2”

CABEZAL 3”

COSTO ELECTRICO DE 18 PSIG @ 0.05 kW/ 8760 hrs =ARRIBA 60 000 DOLARES A LA BASURA AL AÑO

TRES COMPRESORES RECIPROCANTES 150 HP 750 CFM 1968 UNIDADES

SISTEMA ANTIGUO

TRES COMPRESORES RECIPROCANTES 150 HP 750 CFM 1968 UNIDADES

SISTEMA MODERNO

El sistema antiguo se calculo con velocidades de 8 a 9 pps ( pies por segundo ), con una caída de presión total de i psig; el sistema moderno con velocidades de 70 a 92 pps, con una caída de 18 psig, la diferencia de caída de presión nos da un costo superior a lo $ 60 000 al año.

Se muestra que las conexiones en “ te “ ocasionan turbulencia y caída de presión, y que las conexiones en “ ye “ favorecen el flujo. Hay algunas reglas que se deben seguir en tuberías de interconexión: 1. El flujo de aire nunca debe exceder los 20 pps. 251


2. Evite los cabezales muertos y tes, use yes o codos de radio largo. 3. En velocidades de 20 pps el diseño es mucho menos crítico. CABEZAL MUERTO

CODO RADIO LARGO UNION

USE “YE” EN LA DIRECCION DE FLUJO CONECTANDO LINEAS ADYACENTES

TE

En los sistemas de gases comprimidos como es el de aire a presión, cuando hay mucho consumo, se pierde momentáneamente la presión mientras el compresor la suministra, para ese propósito se colocan tanques de almacenamiento de aire comprimido para que ellos lo suministren momentáneamente; un punto fino en el diseño es que existen equipos que por su forma pueden trabajar como acumuladores de presión como los ejemplos a continuación.

CABEZAL 4” 2000 PIES 176.5 PIES CUBICOS 1321 GALONES

BANDA CONTROL 10 PSIG

ALMACENAMIENTO EFECTIVO 71.84 PIES CUBICOS /537 GALONES

CABEZAL 4” 2000 PIES 176.5 PIES CUBICOS 1321 GALONES SECADOR SOBREDIMENSIONADO

ALMACENAMIENTO EFECTIVO 248.34 PIES CUBICOS /1857 GALONES

Como se pueden dar cuenta hay una mucha menor caída de presión y mayor capacidad de almacenamiento en el segundo caso. AREA DE TUBERIA DE DISTRIBUCION ( CABEZALES Y SUB-CABEZALES ).- El trabajo de esta tubería es conducir el aire comprimido a las ares de consumo, con poca o ninguna caída de presión. Algunas áreas pueden tener un alto consumo en poco tiempo, entonces se debe diseñar la red para que no jale esa demanda de otras áreas: para dimensionar las tuberías se deben usar las tablas de caída de presión vs gasto y diámetro, como las de las Fig 8.13.a. ò las que se muestran a continuación.

252


Fig 8.15.b.

Tabla de caídas de presión contra gasto y diámetro nominal, Sistema inglés.

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. CANTIDAD DE CONSUMIDORES

F FACTOR SIMULTANEIDAD

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1.00 0.94 0.89 0.86 0.83 0.80 0.77 0.75 0.73 0.71 0.69 0.68 0.67 0.66 0.64 0.63

En la tabla anterior se muestran los factores de corrección que se usan cuando existen varios consumidores en un subcabezal de una red. Y a continuación las caídas de presión de accesorios en longitud equivalente.

CURVA P R E S I O N

2D

CURVA

R E D U C C

TE

3D

B A R

LONG EQUIV ( M ) 2D

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A M P L I

R A M A L A T

F U G A

A V A L V

C O N E X B R I D

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. CABEZAL PLACA DE ORIFICIO MUERTO OLVIDADA DESDE COMPRESOR 1

DESDE COMPRESOR 2 LA SALIDA DEBE SER POR ARRIBA SINO TOMA CONDENSADO

SUBCABEZAL BAJODIMENSIONADO ALTA CAIDA DE PRESION

CRUZ ESQUINERA

CAB PEQUEÑO DEL COMP 2 TERMINAL SIN PURGA

FUGA AIRE

Fig 8.15.C.

Errores comunes en tuberías de distribución.

Para empezar a dimensionar debemos partir de un conocimiento conciso de los consumos de cada uno de los consumidores en el area principal de consumo, y se debe pensar en velocidades de flujo de 20 ppm o menos ( aunque algunos le sugieran 30 ppm ), entonces se podra hacer uso de varios trucos. Sobredimensionar el cabezal en las areas de mayor consumo, para que esta tuberia actue como acumulador de presion.

DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE

CABE ZAL 4“

DESCORTEZADOR DE AIRE

DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE

CABEZAL 12 “

AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE DESCORTEZADOR DE AIRE

4” DESDE COMPRESOR CON MULTIPLES CODOS

85-80 PSIG

5” o 6” DESDE EL COMPRESOR 90 PSIG

FIGURA 1

El solo uso de un tanque acumulador hace que la fluctuación de flujo se controle. 255

FIGURA 2


AREA DE TUBERIAS DE ALIMENTACION AL PROCESO. El libro nos dice que las velocidades de diseño en las líneas de alimentación debe ser entre 35 y 40 pps, el sentido común nos dice que el diámetro debe ser lo más grande posible; y cuando lleguemos a un consumidor con diámetro pequeño, hacer la tubería lo más corta posible. Algunos consejos para la alimentación son:  Conocer el flujo y presión óptimos de entrada de cada equipo.  Cuando sea necesario, no omitir el uso de manómetros.  Medir las condiciones después de colocada la tubería.  Conocer el comportamiento conciso de cada uno de las válvulas, reguladores, filtros, lubricadores, etc. A continuación algunas notas adicionales. A 30 PPS DE VELOCIDAD VIRTUALMENTE CADA SUCIEDAD, ESCAMA, AGUA O ACEITE CAERAN EN LO ELEMENTOS DE SEPARACION.

EL VAPOR DE AGUA GENERALMENTE SE MUEVE DE LAS AREAS DE MAYOR CONCENTRACION DE HUMEDAD, A LAS AREAS DE MENOR CONCENTRACION, INDIFERENTE A LA DIRECCION DE FLUJO DEL AIRE.

LOS LIQUIDOS SE DRENAN POR GRAVEDAD INDIFERENTES A LA DIRECCION DE FLUJO DEL AIRE.

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SI SE DEJA REPOSAR EL AGUA EN ESTADO LIQUIDO EN UN RECIPIENTE UNA PORCION POR LA PRESION DE VAPOR SE EVAPORARÀ Y RENTRARÀ EN EL SISTEMA, POR LO QUE ES MUY IMPORTANTE QUE LOS SEPARADORES SE DRENEN CONTINUAMENTE.

INSTALACION ERRONEA

INSTALACION ERRONEA

MANGUERA C O N D E N S A D O

REGULADOR

TUBERIA REGULADOR

TUBERIA SOPORTE EN PISO

PUNTO DRENADO

Hay algunas reglas generales referentes a la eficiencia de un sistema de aire comprimido: 1. A 100 psig ( 7 bar ) de descarga, la mayoría de compresores manejan 4-5 CFM/HP ( 0.11 – 0.14 m3/min por kW ) 2. Cada 2 psig ( 0.137 bar ) de cambio de presión, la potencia cambia en 1%. 3. La eficiencia cambia 1% por cada 10˚F en la temperatura de entrada del aire, alta temperatura decrece y baja temperatura aumenta la eficiencia. 4. El tanque de almacenamiento se debe dimensionar en 1 galón de volumen por cada CFM del compresor. 5. Para asegurar un control efectivo de la demanda se debe aumentar a 2-4 gal/CFM del compresor. 6. La caída de presión en un sistema de aire comprimido no debe ser mayor de 15 psi ( 1 bar ) a lo largo del sistema, incluida la tubería. Siempre existe la duda de que es lo más adecuado una instalación centralizada ( todo los equipos en un cuarto de máquinas), ò una instalación departamental ( en cada una de las áreas de proceso ). A continuación se comentan los pros y contras. CENTRALIZADA.- Las ventajas son: 1. El mantenimiento se simplifica por que el personal es especializado, el equipo está concentrado y los medios de mantenimiento están cercanos. 2. Todas las energías necesarias para los equipos se encuentran cercanas y accesibles. 3. Si se usan compresores reciprocantes, la cimentación puede llegar a ser muy especializada, y en consecuencia difícil de hacer en una área de proceso. 4. Los equipos auxiliares al compresor como filtros y secadores ocupan espacio y sueltan purgas que pueden ser dañinas al proceso.

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5. En el caso de compresores muy grandes es casi aberrante colocarlos en cada area de proceso, en sistemas muy pequeños es favorable. 6. Los compresores emiten mucho calor, lo que es más fácil de disipar en las centrales. Las desventajas son: 1. Un sistema de aire centralizado puede llegar a quedar lejos de las áreas de consumo principal, por lo que tal vez el consumo de energía consumido por las caídas de presión de cabezales y subcabezales no soporten un análisis económico comparativo con el sistema departamental. 2. El sistema centralizado no satisface diferentes demandas altas localizadas, sobre todo si estas son de muy alta presión. 3. La calidad de aire no varía fácilmente en una central, lo cual puede no cumplir calidades especiales en cada consumidor ( aire no lubricado, aire seco, aire estéril ). 4. Cuando ciertas áreas de consumo ( como desbaste con arena ) haga un consumo exagerado, puede ocasionar que el sistema centralizado no trabaje adecuadamente. 5. Las expansiones de plantas generalmente pueden ocasionar que las áreas de servicios queden muy alejadas de las áreas de consumo, a no ser que la planta haya sido diseñada incluyendo expansiones. DEPARTAMENTAL.- Las ventajas son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Sistema de generación pequeños adecuados a consumidores medianos o pequeños. Indican bajo costo. Las presiones se pueden adecuar a los requerimientos del proceso. La calidad del aire se puede adecuar a los requerimientos exactos del proceso. Se puede diseñar el equipo a las demandas pico del sistema. El sistema se puede adecuar a expansiones. Dadas las condiciones se pueden interconectar los sistemas para dar apoyo en caso de necesidad a departamentos adyacentes.

Las desventajas son: 1. Cuando existen muchas áreas de operación se tiende a dejar su mantenimiento al personal de a cada área, el cual fija sus metas hacia la producción y no en mantener adecuadamente el equipo, por lo que generalmente se cae en averías catastróficas. 2. Comúnmente el personal que les da mantenimiento no es especializado. 3. Los servicios auxiliares que necesita un sistema de aire comprimido son mas difíciles de llevar a cada una de las áreas.

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CLASIFICACION DE AIRE DE ACUERDO A SU USO. Un sistema de aire comprimido se deberá adecuar al proceso en el cual va a ser usado, esto puede partir desde el mismo compresor el cual puede ser libre de aceite, y así consecutivamente irle retirando la cantidad de humedad y contaminantes según sea el proceso; a continuación se muestran varias tablas de clasificación. El aire comprimido puede contener millones de partículas de aceite, polvo, virus ,olores y hasta 100 % de humedad, a continuación se muestran las etapas de filtración de acuerdo a la aplicación. Tipo de aire Limpio Limpio y libre de olor Limpio con punto de rocío reducido Limpio y seco

Ejemplos

Etapas de filtración recomendadas ( en secuencia )

Uso general, pistolas de soplado, robótica simple, Manómetros, herramientas neumáticas finas. Soplado de moldes, aire simple de respiración, Instrumentación, cosméticos, empaque alimentos

Prefiltro (1) y microfiltro (3)

Buen aire de fabrica, medición de aire, transporte, desbaste por impacto, fluidización

Prefiltro (1), secador (2) y microfiltro (3)

Prefiltro (1), microfiltro (3), y filtro de carbón activado (4)

Cojinetes de aire, sensores de fluidización, pintura por aspersión , control critico de aire Aire en contacto con el proceso, farmacéutico, para alimentos y bebidas, quesos y leche, hospitales

Prefiltro (1), secador (2), microfiltro (3), filtro estéril (5) para condiciones atmosféricas frías Prefiltro (1), secador (2), microfiltro (3), carbón activado (4), Aire estéril filtro estéril (5) y filtro para vapor puro estéril (6)( para limpieza del filtro estéril ) NOTAS: 1.- Los prefiltros (1) y microfiltros (3) deben venir con autodren de condensado adosado al fondo de la carcasa.

Clases de calidad de aire comprimido según ISO 8573 - 1 CLASES DE CALIDAD DEL AIRE

CONTAMINACION Tamaño de partícula Concentración máxima (mg/m3) ( μm) 1 0.1 0.1 2 1 1 3 5 5 4 15 8 5 40 10 6 --ISO clasificó la calidad del aire de acuerdo al grado de contaminación.

AGUA Punto de rocío ( ˚C ) a máxima presión - 70 - 40 - 20 +3 +7 +10

ACEITE Máxima concentración ( mg/m3 ) 0.01 0.1 1 5 25 --

Uso de clases de calidad de aire comprimido según ISO/DIS 8573 - 2 Clase 1 2 3 4 5 6

Aceite Agua Suciedad ( ppm ) ( punto de rocío ) ( μ ) 0.01 - 100 ˚F 0.1 0.1 - 40 ˚F 1 1 5 25 --

- 4 ˚F 35 ˚F 45 ˚F 50 ˚F

5 15 40 --

Aplicaciones típicas Equipo altamente sensitivo, aplicaciones criticas. Aire de calidad para instrumentos: instrumentación, automatización, aire de proceso, sistemas de pintura. Maquinaria neumática, herramientas de aire. Aire para propósitos generales – aire de taller.

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Niveles de calidad de aire comprimido ( no comparar con ISO 8573 ) NivelAplicación 1 Aire de taller 2 Herramientas de Aire, sandblasteo, Sistemas de Control neumático 3 Aire instrumentación, Pintura por aspersión, Recubrimientos en polvo, Máquinas de empaque. 4 Industria alimenticia, Industria lechera y Laboratorios.

Secuencia de Componentes del tratamiento de aire Separador centrifugo con filtro Secadores refrigerados de aire comprimido, filtro en línea.

Remueve sólidos de 3 micrones o más grandes, 99% de las gotas de agua, y 40% de aceite en aerosol. Remueve humedad producida por puntos de rocío entre 1.67ºC Y 10˚C, remover 70% de aerosoles de aceite y todas las Partículas de 1 micrón y más grandes

Secadores refrigerados de aire comprimido, filtro removedor de aceite.

Remueve humedad producida por puntos de rocío entre 1.67ºC Y 10˚C, remover 99.999 % de aerosoles de aceite y todas las Partículas de 0.025 micrones y más grandes

Secadores refrigerados de aire comprimido, filtro removedor de aceite, adsorbedor de vapor de aceite. Filtro en línea, filtro removedor de aceite, secador desecante de bajo punto de roció, filtro en línea. ,

Remueve humedad producida por puntos de rocío entre 1.67ºC Y 10˚C, remover 99.999 % de aerosoles de aceite y todas las Partículas de 0.025 micrones y más grandes, remueve olor y Sabor a aceite. Remueve humedad producida por puntos de rocío entre 1.67ºC Y 10˚C, remover 99.999 % de aerosoles de aceite y todas las Partículas de 0.025 micrones y más grandes

5 Tuberías exteriores, Transporte neumático ò materiales higroscópicos, cervecerías, industrias farmacéuticas químicas y electrónicas 6 Aire para respiración Sistema para respiración de aire ( continuo o portable )

Función

Remueve contaminantes dañinos del aire de respiración y produce un aire grado D.

Para realizar una aplicación típica, se debe determinar la calidad del aire y luego ver la ilustración a continuación para determinar los componentes necesarios y luego dimensionarlos según flujo y presión de operación. SECADOR PREFILTRO

MICROFILTRO

HACIA PROCESO

FILTRO CARBON ACTIVADO (OLOR )

AUTODREN

AUTODREN

SEPARADOR AGUA/ACEITE

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FILTRO ESTERIL REDUNDANTE (OPCIONAL )


8.16. Tubería conectada a turbinas. Un turbina de vapor es un equipo industrial compacto que puede producir una gran cantidad de energía al estar conectada con un generador de electricidad; es una maquina con una flecha rotatoria que recibe potencia de la expansión de un gas o vapor. Su desventaja es que trabaja con vapores ò gases a alta presión, temperatura y velocidad; lo que quiere decir que a las tuberías que convergen hacia ella, se le deben realizar análisis de flexibilidad y vibración. A continuación se comentan diversos aspectos sobre el diseño de tuberías en turbinas. 1. Cuando se arranca el sistema está lleno de aire, por lo que se debe desalojar. 2. Se debe cuidar que no se lleve condensado a la turbina porque podría desbalancearla, causar golpe de agua o erosionar los alabes. Es una buena práctica alimentarla con vapor sobrecalentado. 3. El condensado es demasiado caro, por lo que no debe ser tirado al drenaje, a no ser que tenga rastros de aceite. Se debe hacer un trabajo de soporteria especializado para que las solicitudes mecánicas de las tuberías no se ejerzan sobre las boquillas de la turbina y la averíen.

8.17. Tuberías conectadas a columnas de destilación o absorción. Las columnas de destilación son sistemas químicos o petroquímicos, no es solo un equipo; el primer paso es contar con el diagrama de tubería e instrumentación, posteriormente teniendo los plano de planta y elevación de la localización de equipos, podemos empezar a realizar el arreglo de tuberías. A continuación se muestran diferentes tipos de columnas de destilación.

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. RECALENTADOR INTERNO RECALENTADOR DE MARMITA ENCHAQUETADA VAPOR

FONDOS VAPOR

FONDOS

RECALENTADOR DE TERMOSIFON RECALENTADOR EXTERNO VAPORES

VAPOR

VAPOR

FONDOS FONDOS

ESPACIO PARA INSTRUMENTOS ( OPCIONAL PARA ESCALERAS ) AL CONDENSADOR ADYACENTE

MOVIMIENTO DEL PESCANTE

VAPOR

ESPACIO P/ TUBERIAS ESPACIO PARA ENTRADA DE HOMBRES Y MANIOBRAS ( MANEJO DE EMPAQUES Y VALVULAS )

CORTE LIGERO PSV FONDOS CORTE PESADO ALIMEN DEL CALENTADOR

BOMBA DE FONDOS

ESPACIO PARA ESCALERAS E INSTRUMENTOS

PLANTA DE LOCALIZACION 262

PUENTE TUBERIAS


ELEVACION

PESCANTE PARA MANIPULAR, EMPAQUE,, VALVULAS, ETC

venteo

COLUMNA DE DESTILACION

VALVULA DE ALIVIO-SEGURIDAD

ARREGLO DE TUBERIAS

LINEA ALIVIO ESPACIO DE INSTRUMENTACION ( MANOMETROS Y TERMOMETROS )

GUIA

ENTRADA HOMBRE CORTES LIGEROS FRACCIONES LIGERAS LOS CORTES SE TOMAN DE CHAROLAS SELECIIONADAS EN LA COLUMNA

CORTE INTERMEDIO

CORTES PESADOS FRACCIONES PESADAS

ENTRADA DE HOMBRE PARA ACCESO AL ASPERSOR

ALIMENTACION DEL CALENTADOR AL CONDENSADOR ADYACENTE

PUENTE TUBERIAS

CABEZAL DE ALIVIO MIRILLAS NIVEL GUIA

CORTE PESADO

CORTE LIGERO CORTE INTERMEDIO VENTEO FONDOS FALDON

BOMBA DE FONDOS

PUERTA DE ACCESO VENTEO ANILLO BASE

MOTOR

DREN ACCESO

Al mismo tiempo que el diseñador localiza el arreglo de tuberías en la columna, se debe decidir las posiciones de las entradas de hombre, plataformas escaleras, pescantes de maniobras e instrumentos, todos ellos deben ser ergonométricamente accesibles y operables para su control y mantenimiento.

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Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. AREA DE MANIOBRA

PESCANTE SALIDA VAPOR TOPE COLUMNA ENTRADA HOMBRE

PLATAFORMA

ESPACIO BOQUILLAS Y TUBERIAS

ESCALERA PUENTE TUBERIAS

ESPACIO ESCALERA

Las entradas de hombre deben estar localizadas de manera que se puedan instalar y remover, las bandejas y sus empaques. Las entradas de hombre deben ser del mismo tipo y deben estar localizados alejados de tuberías y en el rango del pescante de izaje; su centro de línea puede estar situado fuera del de la columna, si esto facilita el mantenimiento. La entrada de hombre que sirve a la unidad de aspersión, debe permitir la fácil remoción del aspersor; puede estar angulado para situar la conexión de alimentación en una posición deseada. El tipo y orientación de charolas determinan las porciones de la columna asequibles para boquillas; las elevaciones de boquillas se encuentran en los planos de taller. Si los cortes de destilación se toman de boquillas nones, ò de boquillas pares, todas las boquillas se pueden localizar en un lado de la columna de cara hacia el puente de tuberías. Pero si los cortes vienen de ambas, es ciertamente imposible que todas den cara hacia una dirección, ya que estas van alternadas en la columna. FLUJO LIQUIDO

CHAROLA NON CAIDA DE CHAROLA NON BOQUILLA CHAROLA PAR

CAIDA DE CHAROLA PAR BOQUILLA CHAROLA NON

FLUJO VAPOR

CHAROLA PAR

Las plataformas y escaleras se requieren para el acceso del personal a las válvulas en las boquillas, entradas de hombre e instrumentos en la columna, deben tener las dimensiones ergonométricas adecuadas para transito y maniobras de mantenimiento, barandales y artefactos de seguridad; deben soportar el peso del personal y accesorios mas pesados que se piensen realizar en el lugar; las escaleras pueden rodear completamente la columna o solo ser segmentos de un circulo; pueden ser agrupadas y algunas veces interconectadas con las plataformas de otras columnas. Se requiere una plataforma en el tope de la columna para operar el pescante de izaje, el venteo de paro y la válvula de seguridad; se puede diseñar en forma rectangular. Es una buena práctica que las escaleras que van de una plataforma a otra vayan alternadas, ya que una persona no debe subir una escalera marina más de 6 metros debido a que necesita un descanso ( el cuan no debe ser sobre la escalera). La trayectoria de una escalera no debe pasar a través de una plataforma, debido a que el personal se puede caer a través del hueco ( colocarlas fuera de su

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área ). En algunos países se permiten escaleras marinas de hasta 9 a 12 metros. Las escaleras deben ser diseñadas siguiendo todas las normas de seguridad. El pescante de maniobras o izaje puede ser uno o varios, dependiendo de lo continuo que se realice el mantenimiento, lo idóneo es colocar uno en la cima de la columna. ARREGLO DE TUBERIAS EN COLUMNAS. Para llegar a un buen arreglo de tuberías se deben presentar varias alternativas, a las cuales se llega por ensayos de acierto y error; las columnas son partes de un sistema y se deben interconectar con otros equipos. Las tuberías de las boquillas caen a lo largo de la columna, se sugiere comenzar el arreglo desde las boquillas superiores y así progresivamente hacia abajo; algunas veces una boquilla inferior puede exigir prioridad, pero es preferible acomodarlas empezando por la cima. Algunas veces se puede incrementar el espacio variando la orientación de la s charolas , pero esto debe ser autorizado por el diseñador de proceso ( ya que puede afectar mucho el comportamiento de proceso ). A continuación se describen varios consejos. 1. Localizar espacio para líneas verticales desde boquillas inferiores evitando que corran a través de plataformas. 2. Las líneas que parten de la cima de la columna generalmente son más grandes que las otras; localícelas antes, manteniéndolas a 30 cm afuera de las plataformas o del cuerpo de la columna ( esto hace que se soporten más fácilmente y permite el acceso a válvulas , instrumentos, etc ). 3. Proveer espacio para entrada de hombres y escaleras, libres de tuberías, especialmente de las verticales. 4. Prever una cavidad de maniobra de izaje para bajar equipos y accesorios desde el tope de la columna. 5. Proveer espacio para los pescantes de las tapas de los condensadores y recalentadores, para que se pueda hacer la limpieza de sus fluxes. 6. Proveer un claro de 2.4 debajo de la línea de succión, desde el fondo de la columna al la bomba de fondos. 7. Colocar un venteo o claraboya en el faldón de la columna. 8. Asegúrese que no existen puntos de acumulación ( vados ) en la línea que transporta los fondos a la boquilla de succión de la bomba de fondos, con el fin de evitar su bloqueo, durante un paro o enfriamiento.

8.18. Tuberías conectadas a intercambiadores. Como se ha podido ver en capítulos anteriores, existe una amplia variedad de intercambiadores de calor, se han estado desarrollando equipos que ocupan menos espacio que los intercambiadores de tubos y coraza.

Fig 8.18.a.

Espacio comparativo necesario para intercambiadores de placas y de tubos. 265


8.18.1.1. Tuberías conectadas a intercambiadores de Placa. Se debe hacer el arreglo de manera que quede libre el área donde se hace mantenimiento a la placas del intercambiador, como se ve en las figuras a continuación.

AREA DE MANTENIM IENTO AREA DE ARREGLO TUBERIAS

AREA DE ARREGLO TUBERIAS

AREA DE MANTENIM IENTO

8.18.1.2 Tuberías conectadas a intercambiadores de tubos y coraza. Por mucho el intercambiador más frecuentemente usado en el mundo, su uso casi es modular en las refinerías y planta química; no obstante a continuación les indicaremos algunos comentarios acerca de de su localización y arreglo de tuberías. Cuando se localiza un intercambiador solo, es necesario dejar espacio para la limpieza y mantenimiento de los fluxes, este espacio comúnmente es de la misma longitud del intercambiador. Pero comúnmente un intercambiador esta en grupos o es parte de el sistema de un equipo, por lo que se deben dar buenas condiciones de mantenimiento y de seguridad de trabajo; debe haber espacio claro y adecuado alrededor de la coraza. Los intercambiadores pueden ser espaciados solos o agrupados en pares; cuando se sitúan solos un espacio de 75 cm se considera adecuado, este espacio libre es entre la coraza y las tuberías o equipos, tomando en cuenta el aislamiento de ambos. Cuando se emparejan dos intercambiadores se puede disminuir hasta 45 cm la distancia entre la pareja, pero los 75 cm con los potros equipos. En la parte trasera o donde no se limpien o extraigan los flujos debe haber por lo menos 15 cm 266


para que se pueda quitar esa tapa y dejar caer, junto con la basura de limpieza. En el frente o área de mantenimiento debe haber una área libre de la longitud de tubos más 2.5 m, en intercambiadores localizados en estructuras elevadas 1.5 m es suficiente. ACCESO

INTERCAMBIADORES UNITARIOS

INTERCAMBIADORES UNITARIOS EN PARALELO

INTERCAMBIADORES UNITARIOS EN SERIE

INTERCAMBIADORES APILADOS

Fig 8.18.1.2a

Arreglos típicos de intercambiadores agrupados.

El arreglo de tuberías en intercambiadores es simple, depende del conocimiento de que tanto podemos modificar lintercambiadores para facilitar el arreglo, por ejemplo, la dirección de flujo, la localización de boquillas; estos cambios por supuesto no deben alterar el desempeño de proceso. 45 ˚

PISO BOQUILLA CON CODO DESCIENDE EL INTERCAMBIADOR AL PISO

BOQUILLA EN AGULO ACERCA EL CENTRO DE LINEA AL INTERCAMBIADOR

267


Fig 8.18.1.2b

Modificaciones para facilitar arreglos de intercambiadores.

PISO LA BOQUILLA CODO DSIMINUYE LA ALTURA DE INTERCAMBIADORES APILADOS

Cuando se contemple un cambio en un intercambiador hay que recordar que el medio de calentamiento fluye hacia arriba, y el fluido de enfriamiento hacia abajo; es particularmente importante si existe un cambio de estado físico en alguno de ellos, tales como evaporación o condensación. Un caso son los rehervidores donde la corriente de proceso entra en el intercambiador por los tubos por abajo como liquido y sale por arriba como un vapor, y el vapor de agua de calentamiento entra por arriba en la coraza y sale en 268


el fondo como condensado. Otro caso son los condensadores donde la corriente de proceso entra por arriba en la coraza como vapor y sale por debajo como condensado, mientras que el agua de enfriamiento entra a los tubos por debajo y sale por arriba. Cuando se necesite una altura definida de operación se anota generalmente en de diagrama de tubería e instrumentación; desde el punto de vista económico la mejor localización es en el piso donde el haz de tubos se puede manipular fácilmente y darle mantenimiento: los intercambiadores se localizan en estructuras más altas cuando se requiere que la gravedad ayude al flujo hacia a los colectores o donde va a la succión de una bomba y la ayuda en su NPSH. Para saber la elevación de intercambiadores sin requerimientos específicos, se recomienda el siguiente procedimiento: 1. Seleccione el intercambiador con la más grande conexión de fondo, tome la dimensión que existe desde el centro de línea del intercambiador a la cara de la boquilla, sume el empaque, más el grosor total de otra brida, 7 cm de carrete mínimo, el desplazamiento de un codo de 90º radio largo ( 1 ½ veces el diámetro nominal ), más la mitad del diámetro exterior de la brida, más 30 cm al piso, y tendremos la altura al centro del intercambiador. 2. Disminuya a esta altura, la altura del soporte ( silleta ) y tendrá la altura a piso terminado de la cimentación del intercambiador. 3. Es buena práctica que la altura de cimentación sea la misma para todos los intercambiadores, pero esto la mayoría de las veces es punto menos que imposible, por lo que una buena alternativa es que todos queden a una altura operable si existe una plataforma de operación. 4. En intercambiadores que se encuentran apilados, dos o tres, es deseable que su altura total no exceda los 3.7 m, debido a las maniobras de mantenimiento del haz de tubos. PUENTE TUBERIAS ARREGLE LAS TUBERIAS A UNA MISMA ELEVACION DE FONDO PARA QUE LLEGUEN EN FORMA ORDENADA AL PUENETE DE TUBERIAS MANTENER EL CLARO PARA EL PESCANTE

LOCALIZACION ALTERNA PARA VALVULAS DE CONTROL

ACCESO MANTENIMIENTO ACCESO DE OPERACION

TAPA INTERCAMBIADOR

269

ACCESO DE MANTENIMIENTO

BRIDAS DE SEPARACION TAPA

VALVULAS CONTROL

ALVULAS CONTROL


1.2 M MINIMO AL BARANDAL

AREA PARA REMOCION Y MANTENIEMIENTO DEL BONCHE DE TUBOS

45 CM MINIMO AL PISO DE LA PLATAFORMA

CALLE AUXILIAR O CAMINO DE ACCESO PARA MANTENIMIENTO DEL INTERCAMBIADOR

LARGO DEL HAZ MAS 61 CM

VIGA DEL TROLE DEL MONTACARGAS

HAZ DE FLUXES CORAZA

VIGA AMARRE DEL JALADOR

PLATAFORMA

APOYOS PARA POLIPASTOS DE IZAJE

PASILLO VIGA REMOVIBLE DE JALADO

PESCANTE HAZ DE TUBOS

CARRETON O CAMINO DE TRANSPORTE

270

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. COLUMNA DE DESTILACION

AREA DE REMOCION DEL BONCHE DE FLUXES

SILLETA Y RESORTE DISEÑO ALTERNO DE TAPA DE INTERCAMBIADOR DE 60 A 150 CM

PLATAFORMA REHERVIDOR APOYOS PARA REMOVER LA TAPA INFERIOR

90 CM MINIMO

3.6 M MINMO SIN PLATAFORMA

AREA DE REMOCION TAPA INFERIOR

Es particularmente importante que cuando los cabezales de agua de enfriamiento vayan bajo el piso, las entradas ingresen por la boquilla inferior de las tapas del intercambiador. El acceso a los volantes de las válvulas e instrumentos influirá en el arreglo alrededor del intercambiador, estos volantes deberán ser accesibles desde el piso y desde un camino accesible; estos caminos de acceso podrán ser usados para colocar arreglos de válvulas, válvulas de control e instrumentos. Se deben colocar carretes bridados dada la necesidad de quitar tuberías para sacar haces de tubo. Las líneas más cortas y el menor número de accesorios generalmente indican un mejor diseño ( no hay que olvidar la flexibilidad ). El diseñador debe evitar omegas ( sino lo pide la flexibilidad ), vados ( crossunder ), brincos ( crossovers ) y deberá investigar de boquilla a boquilla que pueda ser en lo posible drenable. Evitar en lo posible esfuerzos en las boquillas del intercambiador debido al peso de tuberías y accesorios o a diferenciales térmicos. La mejor localización de las válvulas es directamente en las boquillas algunas veces eso hace que sean difíciles de alcanzar por lo que se pueden usar volantes con cadena. Los equipos de proceso se arreglan generalmente en la secuencia de flujo del proceso, sucede lo mismo en los intercambiadores. Por ejemplo en la localización de una torre fraccionadora, se localiza ella primero, los condensadores dependen directamente de la orientación de la torre, la posición relativa puede ser fácilmente evaluada de los diagramas de flujo, pero dicha sea la verdad, el diseño de refinerías es una especialidad y todo se adquiere por años de experiencia en el diseño. No obstante se pueden aconsejar normas generales. 1. Los intercambiadores y rehervidores deben ser localizados cerca de la torre respectiva; ò los condensadores que deben estar cercanos a tanque captadores de reflujo muy cercanos a la torre. 2. Los intercambiadores de calor deben estar lo más cercano posible con los circuitos de bomba de reflujo; los condensadores superiores también deben estar muy cercanos a la torre para asegurar que la caída de presión de la línea 271


sea mínima; en el caso de la bomba de drenado de fondos del intercambiador de la torre, el intercambiador debe estar cercano a la torre o al tanque de almacenamiento para dar líneas de succión cortas. 3. Es interesante ver con el ingeniero de proceso donde debe estar localizado el intercambiador que una los dos puntos más distantes de una torre de destilación. 4. Una etapa también interesante es también establecer que intercambiadores pueden ser apilados para simplificar los arreglos y ahorra espacio de localización; la mayoría de unidades con el mismo servicio se agrupan automáticamente; dos intercambiadores en serie o en paralelo se apilan usualmente; algunas veces se pueden apilar hasta tres intercambiadores en serie; dos intercambiadores de servicios disimilares pueden también ser apilados: Debe haber suficiente espacio entre la coraza y las tapas, y las tuberías de dos intercambiadores adyacentes; los rehervidores y condensadores usualmente están colocados al lado de sus respectivas torres; recalentadores verticales de termosifón cuelgan generalmente a un lado de su torre asociada. ACCESO

TORRE

RECALENTADOR

INTERCAMBIADORES DE GRAN DIAMETRO O EN PARALELO

TQ ACUMULACION

UNIDADES MAYORES EN SERVICIO

INTERCAMBIADOR SOBRE TANQUE

PEQUEÑAS UNIDADES EN PARALELO O SERVICIO NO SIMILAR

INTERCAMBIADOR SOBRE TORRE

272

UNIDADES DE DIAMETRO MUY PEQUEÑO EN SERVICIO

INTERCAMBIADOR SOBRE ESTRUCTURA


DEJAR UN CLARO ENTRE TUBERIAS Y EL PESCANTE

ESPACIO DE REMOCION DE LA TAPA

1.3 A 1.55 M

CLARO ENTRE FONDO DE TUBERIA O DRENE Y EL PISO TAPA INTERCAMBIADOR PISO

PISO

PREVER LA REMOCION DE PIEZAS PARA EL ACCESO AL HAZ DE TUBOS MINIMO PARA LA SALIDA MAS GRANDE DEL FONDO VER DETALLE (B)

PREVER CLARO ENTRE BRIDA DE INTERCAMBIADOR Y LADO DE LA CIMENTACION DE CONCRETO

PISO

REVISAR CLARO PARA EL DESLIZ DE LA TAPA CIEGA

PISO 45 CM PARA INTERCAMBIADORES EMPAREJADOS MAXIMO 3.65 M

PISO

Fig 8.16.1.2c.

Claros mínimos entre intercambiadores de calor.

273


ELEVACIONES DEL PUENTE TUBERIAS

DIMENSIONES ENTRE 61 Y 76 CM

ELEVACIONES PARA TUBERIAS ENTRE INTERCAMBIADORES Y PISO ELEVACIONES PARA TUBERIAS PARA EQUIPOS ADYACENTES

ORIFICIO ORIFICIO DESCARGA BOMBA BRIDA ORIFICIO VALVULA CONTROL

ALTURA LIBRE O DE PASO

HACIA LA BOMBA

INTERCAMBIADOR EN ELEVACION CON EQUIPOS DE PROCESO ADYACENTES Y TUBERIAS DE CAMPO. VENTEO

VENTEO

PUENTE TUBS

PUENTE TUBS

VENTEO

DREN DREN DREN

BOCETO A

BOCETO B

EL BOCETO “ A “ PUEDE TRABAJAR, PERO EL BOCETO “ B “ ES MAS APROPIADO, SOLO SE TIENE QUE CAMBIAR LA DIRECCION DE FLUJO A TRAVEZ DEL INTERCAMBIADOR

274


A BOMBA

A BOMBA

PUENTE TUBERIAS

PUENTE TUBERIAS TORRE

TORRE

BOCETO C

BOCETO D

EL BOCETO “ C “ MUESTRA UN PATRON DE FLUJO EN ZIG-ZAG POCO APROPIADO. EL BOCETO “ D “ RELOCALIZA LA BOQUILLA PROVEYENDO UN PATRON DE FLUJO MAS FUNCIONAL Y TUBERIA MAS CORTA

8.18.1.3 Tuberías conectadas a intercambiadores de enfriamiento por aire. Este tipo de intercambiadores se usan típicamente en el enfriamiento de los vapores de la parte superior de recipientes verticales o torres de destilación ( torres de fraccionamiento o columnas de separación ). Los vapores de destilación por gravedad caen a los enfriadores de aire, los cuales por su poco peso se pueden colocar en la parte superior de los puentes de tuberías. Estos intercambiadores son livianos y se pueden limpiar fácilmente son bastante ecológicos pues son herméticos y no emiten ninguna partícula; desgraciadamente sus coeficientes de transferencia de calor no son tan altos como los de tubos y coraza.

PLATAFORMA DE CABEZALES PLATAFORMA MANTNIMIENTO NIVEL DE CHAROLAS

NIVEL TUBERIAS

PISO

NIVEL MOSTRANDO EL CONDENSADOR SOBRE EL PUENTE DE TUBERIAS

275

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. CABEZAL DE ENTRADA PIERNAS FLEXIBLES DE TUBERIA CON CODOS MINIMOS

SOPORTE ENTRE UNIDADES

POSICION DEL CABEZAL DE SALIDA PARA DOBLE PASO ( CON ALTERNATIVA )

BOCETO MOSTRANDO EL CABEZAL MONTADO ARRIBA Y EN UN LADO

CABEZAL DE ENTRADA

CAJA CABEZAL

POSICION DEL CABEZAL DE SALIDA PARA UN SOLO PASO POSICION DEL CABEZAL DE SALIDA PARA DOBLE PASO ( CON ALTERNATIVA )

BOCETO MOSTRANDO EL CABEZAL MONTADO DE LADO

276

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. ENFRIADOR DE AIRE DE CORRIENTE INDUCIDA

MOTOR PLATAFORMA DEL CABEZAL DEL CONDENSADOR ACCESO DEL OPERADOR

PLATAFORMA DE MANTENIMIENTO

PUENTE DE TUBERIAS

ESCALERA

PLATAFORMA ADICIONAL POR SI LA ESCALERA EXCEDE LOS 9.15 M

8.19. Tuberías conectadas a equipo de suministro de agua. ( Sistemas hidroneumáticos ). En los sistemas modernos de suministro de agua, cada vez es más necesario que sus condiciones de flujo ò presión se mantengan constantes; muchos solicitan además de que la bomba siga la curva de suministro del sistema.

C A B E Z

A

FLUJO

C A B E Z

C A B E Z

A

A

FLUJO

FLUJO

Existen en la actualidad proveedores con sistemas controlados por computadora que pueden satisfacer las condiciones de bombeo que necesite el cliente.

277


DIAGRAMA DE TUBERIAS E INSTRUMENTACION DE U N SISTEMA HIDONEMATICO DE SUMNISTRO DE AGUA

1 2 3 4

Bomba con control Tanque de diafragma Panel de control y distribución Válvulas de bloqueo

5 6 7 8

Válvula de retención Pichanchas Int presión de entrada Manómetros

9 10 11

Interruptores de nivel Cisterna Trasmisor de presión

8.20. Diseño de tuberías sanitarias. El diseño de tuberías sanitarias es una área de diseño muy especializada con normas muy enérgicas las cuales deben ser documentadas para su control, todas ellas dependen de las legislaciones nacionales de lo que se considera en el lugar buenas prácticas de manufactura. Esta normas de diseño se volverán más acuciosas al pasar de la industria alimenticia, a la de medicamentos veterinarios, a la cosmética y a los diferentes niveles de la industria farmacéutica. En este capítulo nos enfocaremos en la más estricta que es la industria farmacéutica.

8.20.1. Requerimientos de diseño higiénico. Para facilitar la operación de las líneas de manufactura y obtener buenos resultados de limpieza, las tuberías y los equipos deben tener una arreglo simple, funcional y lógico. Se deben considerar los siguientes consejos: 1. Se deben seleccionar materiales de equipos y tuberías que puedan soportar los esfuerzos mecánicos, térmicos y la acción química, de manera que no emitan algún contaminante al proceso. 2. La superficie interior debe ser lo bastante tersa para que no se acumulen microorganismos en su rugosidad y sea fácil de limpiar. 3. Así mismo los puntos de unión deben ser tersos; las juntas bridas deberán contar con empaque que mantengan paso recto y tersura. Se deben omitir tuercas y tornillos. 4. Todos los equipos y tuberías deberán ser autodrenables. 5. Se deben evitar las áreas muertas ( cavidades donde no existe flujo o continuidad ). 6. Los ángulos internos y esquinas deben ser redondeados. 278


7. Los lubricantes usados deben ser grado sanitario. 8. La instrumentación usada debe ser grado sanitario ( no tener áreas muertas ). 9. Todas las tuberías, accesorios y equipos en su lado exterior deberán contar de materiales idóneos para facilitar su limpieza y no emitir o acumular partículas contaminantes. 10. Se debe dar adecuado acceso a tuberías y equipos para simplificar su mantenimiento y limpieza 8.20.2. Materiales. Los materiales deben soportar la acción mecánica, química y térmica, que le solicite el fluido de proceso o servicio, sin emitir sustancias o partículas que contaminen el proceso; los materiales deben: 1. Poder soportar un amplio rango de temperatura. 2. Resistir la corrosión y no contaminar. 3. Resistir el ataque de cloruros. 4. Resistir la descomposición térmica. 5. En el pasado se uso acero, cobre, estaño y aluminio; pero estos emitían contaminantes: En este momento en las superficies exteriores se usan aceros inoxidables que pueden ser fácilmente limpiables y esterilizables. Por sus propiedades mecánicas, químicas y farmacéuticas se sugiere el uso del acero inoxidable T 316 L ( bajo carbón ).

Fig 8.20.2.a. Comparación de aceros inoxidables internacionales. La manipulación de acero inoxidable durante la construcción puede ser afectado por los procesos de esmerilado, soldadura y pulido, se debe controlar que estos procesos estén dentro de las normas, es importante que las areas afectadas sean identificadas y corregidas. Pasivacion es un tratamiento químico en las tuberías de proceso que asegura el apropiado comportamiento frente a la corrosión de las tuberías en contacto con el producto; es importante que se definan, documenten y cumplan las normas de Pasivacion.

279


APLICACIONES DE BAJO RANGO EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA. POR EJEMPLO, DETALLES DE SOPORTES Y ARQUITECTONICOS. APLICACIONES DE RANGO MEDIO EN ALIMENTOS COMO TANQUES Y SUS ACCESORIOS DOLDADOS.

APLICACIONES DE ALTO RANGO EN ALIMENTOS COMO INTERCAMBIADORES DE CALOR. APLICACIONES DEL MAS ALTO RANGO EN ALIMENTOS Y FARMACEUTICOS COMO INTERCAMBIADORES Y EQUIPOS PROCESO APLICACIONES DEL MAYOR RANGO EN LA INDUSTRIA QUIMICA, DEBIDO A SU MUY ALTA DEMANDA A LA FORMACION DE HENDIDURAS. NO APROPIADA PARA FARMACEUTICOS

Fig 8.20.2.b.

Composición química y aplicación de aceros inoxidables.

8.20.3. Acabados de superficie. En la industria farmacéutica el acabado de superficie y su rugosidad, es un importante condición para que las partículas contaminantes no se adhieran o depositen en la superficie. Las superficies deben ser: tersas, libres de crestas, continuas y de fácil limpieza, para evitar que la suciedad o microrganismos se oculten en ella después de la limpieza. 8.20.4. A continuación compararemos el comportamiento de la superficie con respecto al tamaño de las células de bacteria. Con una rugosidad de superficie de 1.5 μm las crestas son lo bastante altas para ocultar muchas células de bacteria.

Sin embargo con una rugosidad de 0.5 μm las crestas son solo lo suficientemente profundas para ocultar una sola bacteria.

280


Una superficie que tenga una rugosidad menor de 0.8 μm es apropiada y sugerida para equipos de producción en contacto con el proceso. El acero inoxidable 2B rolado en frio tiene un

entre 0.1 μm y 0.5 μm.

8.20.5. Técnicas de soldadura. Los detalles que deben ser considerados en el proceso de soldadura son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Una soldadura tersa y continua libre de gargantas y rebajes para evitar riesgos higiénicos. Las soldaduras en contacto con el producto deben ser tersas. Se debe evitar la sobreposicion de soldaduras. Las costuras de soldadura deben ser tersas. Evitar costuras en esquinas prominentes de equipos. Se deben evitar cordones en esquinas. Se deben evitar puntos de soldadura o de expansión, por razones de higiene y resistencia. ESCALON SUBITO

ORILLA CON PENDIENTE

LAMINAS SOBREPUESTAS

A TOPE SUPERFICIE TERSA

HENDIDURAS EN CONTACTOS METAL A METAL

SOLDADURA INTERMITENTE

DISEÑO POBRE

SOLDADURA CONTINUA

DISEÑO MEJORADO

281

DISEÑO IDEAL


Se recomienda usar en las soldaduras de tuberías farmacéuticas el sistema de tubería orbital. Este es una adaptación automatizada de la soldadura TIG ( tungsteno y gas inerte ); el electrodo de tungsteno rota alrededor de la tubería mientras que la tubería permanece estacionaria.

SOLDADURA MANUAL

MAQUINA DE SOLDAURA ORBITAL

SOLDAURA ORBITAL

La habilidad para hacer costuras tersas libres de crestas, mantener su uniformidad y consistencia durante cientos de costuras, lo califica como la tecnología mas apropiada para instalaciones higiénicas. Este sistema de soldadura cuando se realiza correctamente, ofrece: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Soldar todo tipo de tamaños de tubería comunes. Producir soldaduras de alta calidad. Asegura un ambiente y purga apropiado con gas inerte. Asegura un control uniforme de temperatura y penetración de soldadura. Asegura la repetitividad de la calidad de soldadura, sin depender de la calidad del soldador. Reduce costos de erección. Produce soldaduras a una máxima velocidad.

8.20.6. Tuberías. Las tuberías deben tratar de cumplir con las siguientes condiciones: 1. 2. 3. 4.

Deben ser evitados los cambios súbitos de diámetro y las áreas muertas. Se deben soportar las tuberías al menos cada 3 o 4 metros para evitar pandeos. Se les debe dar una pendiente de al menos 1 % hacia un punto fácil de drenar, para evitar acumulaciones. Se debe usar “ tes “ con ramal extruido para evitar áreas muertas.

282


5. Existen accesorios e instrumentos con diseño higiénico como el que se muestra a continuación.

6. Para tener un suficiente efecto de limpieza por turbulencia, las áreas muertas no deben exceder las dos veces el diámetro de la tubería; esta regla debe tomarse con criterio en tuberías grandes o tuberías pequeñas. 7. La velocidad de flujo y también de limpieza debe mantenerse al menos de 1.5 m/seg ò mas.

8.20.7. Placas de transferencia. Las placas de transferencia o de interconexión son una manera de bajo costo de interconexión entre varios equipos por un lado, con varios equipos del otro lado.

PLACA DE TRANSFERENCIA

Cundo se usan placas de transferencia, se necesita considerar los siguientes puntos: 1. El proceso se debe para en cada lote para poder limpiar las líneas. 2. Se debe garantizar el drenaje de las líneas a un lugar adecuado. 283


3. Si se necesitan diámetros grandes para grandes flujos ( mas de 3”ø ), no se deben usar, ya que serian muy difíciles de manipular. 4. Los cambios en las tuberías son manuales por lo que pueden encarecer los costos de operación. Los siguientes son abusos del uso de las placas, con el riesgo inherente en la seguridad higiénica del proceso.

A continuación se muestran arreglos adecuados de las placas de transferencia.

8.20.8. Mangueras sanitarias. Los proveedores han manufacturado mangueras como la mostrada en la figura, que soportan hasta 10 bar de presión; las partes interior y exterior son enteramente tersas, sin rugosidades aptas para las bacterias; el material se selecciona según los requerimientos del proceso.

284


8.20.9. Válvulas. Estas son puntos críticos en el diseño de tuberías, sus elementos deben satisfacer requerimientos estrictos de higiene. La selección del tipo de válvula a usar depende de varios factores a tomar en cuenta, como costo, comportamiento, mantenimiento y las siguientes necesidades higiénicas: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Facilidad de limpieza, especialmente en asientos y sellos. Superficie tersa, baja rugosidad de superficie. El material debe ser apropiado al proceso. Geometría, el material de proceso debe llenar siempre la válvula sin áreas muertas. Drenabilidad, debe poder ser drenada completamente sin desmantelarla. Sellos, deben ser los menos posibles, no deben proyectarse dentro de la válvula, no deben inhibir el drenaje y ser herméticos. 7. Las superficies exteriores no deben ser intrincadas para facilitar su limpieza. 8. Los sellos dinámicos en la flecha del vástago, que están en contacto con el producto, deben incorporar barreras para prevenir el acceso de microorganismos. Existen varios tipos de válvulas para usar en farmacéuticas: manuales, actuadas y de control. MANUALES. De Mariposa, son sencillas, fácilmente asequibles y baratas. Esta válvula en principio es de abre-cierra. Dual de mariposa ventilada, como se muestra a continuación.

PRODUCTO

CAUSTICO

LINEA DE PROCESO 1

LINEA DE PROCESO 2

CAMARA DE FUGA AL ESTERIOR

Diafragma, se consideran las más apropiadas ya que no tienen áreas muertas. De bola, tienen áreas muertas en las cavidades entre la bola , el sello y el cuerpo. Macho, tienen configuración análoga a la bola, no son apropiadas.

285


ACTUADAS. Válvulas derivadoras, buenas para la construcción de grupos de válvulas, estos circuitos de tuberías son compactos, pero necesitan reciclaje en la válvula para limpiar la cámara y sus asientos, se pueden hacer diferentes configuraciones.

De mariposa.

Válvula mixproof es la preferida para circuitos grandes y complejos automatizados por su higiene, flexibilidad de proceso, integridad en el proceso, facilidad de expansión y costo accesible.

286


8.20.10. Accesorios de tubería sanitarios. Como se vio en el capítulo 2.7 del volumen 1 , existe una amplia variedad de accesorios, herramientas y soporteria, como los que se muestran a continuación.

287


8.20.11. Bombas. Existen varios tipos de bombas que se adecuan a los diferentes problemas de flujo, presión y viscosidad de los procesos farmacéuticos. Centrifugas.

COMUN

MULTIETAPA

Autocebables

Rotatorias

288


8.20.12. Intercambiadores de calor. Por su facilidad de limpieza y latinización, los intercambiadores mas comúnmente usados son los de placas y los de doble tubo.

8.20.13. Tanques. Indistintamente de las condiciones de diseño mecánicas y de proceso, un tanque farmacéutico debe ser diseñado para impedir la acumulación en sus interiores y boquillas, de suciedad y microorganismos, debe ser diseñado para garantizar su proceso de limpieza, por lo cual se deben seguir los siguientes puntos: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Tipo de suciedad. Condiciones en el interior del tanque ( temperatura, presión, viscosidad, etc ). Dimensiones del tanque. Presencia de equipo periférico. Tiempo de aplicación. Sistema de limpieza ( temperatura, presión y velocidad en tubo nunca menor a 1.5 m/seg ) Consumo de agua. Habilidad de auto limpieza del sistema. Resistencia de los microorganismos a la limpieza. Facilidad de mantenimiento.

289


El sistema de limpieza debe diseñarse de manera, que la apertura del recipiente o la intervención de la mano humana se realice lo menos posible. El consumo de agua para el sistema de limpieza se calcula sobre la base de 0.08 litros por metro cuadrado ( del interior del tanque ) por segundo.

8.20.14. Circuitos a presión para boquillas de aspersión. Estos circuitos de limpieza deben contar como mínimo con los elementos de limpieza indicados en la siguiente figura.

EL SISTEMA DE LIMPIEZA EN SITIO PUEDE NECESITAR UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO YA QUE LA TEMPERATURA FAVORECE LIMPIEZA ENTRADA-SALIDA DE PRODUCTO

BOMBA AUTOCEBANTE DE RECIRCULACION

En el interior del tanque se pueden usar los siguientes elementos de aspersión: Bolas de aspersión. Ventajas: opera a baja presión, no tiene partes móviles, no genera electricidad estática, costo bajo. Desventajas: poca potencia de impacto ( no es útil removiendo mugre pegajosa ), se pueden tapar sus agujeros.

290


Cabeza rotatoria. Ventajas: alto impacto rotatorio de limpieza, baja presión, poco consumo de agua, no hay riesgo de bloqueo. Desventajas: baja eficiencia de limpieza a alta presión, debido a que se acelera y se puede romper a altas velocidades; poca capacidad de auto limpieza; menos eficiencia para remover mugre viscosa; alto riesgo de ruptura de sus partes móviles y de acumulación de mugre en sus áreas muertas.

Cabeza rotatoria JET. Ventajas: limpieza de alto impacto, bajo consumo de agua, reduce el tiempo de limpieza, efectiva en la remoción de suciedad viscosa. Desventajas: Muy alto peligro de ruptura de sus partes móviles con el subsiguiente efecto de que estas se van al producto, alto precio.

8.20.15. Instrumentación. Muchos instrumentos en el mercado son higiénicos, pero se instalan erróneamente como se muestra en la figura.

Existen nuevos accesorios e instrumentos que cumplen completamente con las normas.

291


8.21. Códigos para coloración y letreros en tuberías. En el 2007 en la edición del ANSI / ASME A13.1 se cambiaron los esquemas de requerimientos para los letreros; estos se basan en los peligros característicos de los fluidos. Estos se pueden usar para pintar las tuberías y poder reconocer a simple vista los fluidos, de una manera aberrante un cliente me dijo cierta vez, “ que se pinten todas las tuberías de primario gris, la planta no es un circo, va a parecer calzón de puta ). En toda mi vida profesional todos los clientes han tenido el sentido común de colorear sus tuberías.

Los letreros deben ser colocados sobre las tuberías de manera que puedan ser fácilmente legibles; una apropiada posición debajo de la tubería, orientada de manera que el operador pueda verla desde una posición de paso consuetudinario, o enfrente de el a la altura de la vista.

292

es

Este libro en forma digital le fue autorizado su uso al sr Benjamín Serratos Monroy solo como una unidad; no se le autoriza su reproducción sin autorización escrita previa. LOCALIZACION DE LETREROS

LETRERO S

LETREROS LETRERO L E T R E R O S

Los letreros se deben colocar cerca de válvulas, ramales, donde un cambio de dirección ocurre, o en las entradas y salidas al pasar una pared o piso, o cada cierta distancia en tramos muy largos.

TAMAÑOS DE LETRAS EN LETREROS Diámetro nominal de tubería En pulgadas ( mm ) ¾” a 1 ¼” ( 19 a 32 ) 1 ½” a 2” ( 38 a 51 ) 2” a 6” ( 64 a 150 ) 8” a 10” ( 202 a 254 ) Arriba de 10” ( 254 )

Longitud área de color En pulgadas ( mm ) 8” ( 202 ) 8 “ ( 202 ) 12 “ ( 305 ) 24” ( 610 ) 32” ( 800 )

Tamaño de letras En pulgadas ( mm ) ½” ( 13 ) ¾” ( 19 ) 1 ¼” ( 32 ) 2 ½” ( 64 ) 3 ½“ ( 89 )

AIRE COMPRIMIDO 8 BAR

AIRE COMPRIMIDO 8 BAR

293


8.20. Venteos y drenes en tuberías y recipientes. Los Venteos son necesarios para dejar que los gases ( generalmente aire ) entren o salgan de los sistemas. Cuando un sistema pasa de calor a frio, se condensan los vapores y puede formar vacío el cual puede formar sifón e impedir el drenaje. Cuando la presión aumenta en un recipiente por la temperatura se debe colocar un venteo por donde salgan los gases; también es necesario el venteo para permitir la salida de gases cuando se está llenando un recipiente. También debe ventearse el aire de las tuberías de combustible porque desbalancea la combustión, y de las líneas de vapor porque aumenta la corrosión y la eficiencia de transferencia de calor. Cuando se está arrancando un sistema de tuberías se deben purgar a través de los venteos (estos comúnmente están en las partes más altas de las tuberías y recipientes ) ya que el aire capturado en las partes más altas y comprimido por los líquidos que fluyen en las tuberías, pueden ocasionar golpes de agua o vibraciones que pueden averiar las tuberías. En la parte más baja de recipientes o tuberías se deben colocar drenes para permitir que estos sean purgados después de una prueba hidrostática, antes de una operación o después que se ha realizado un proceso en lotes, ò después de realizar una limpieza general del sistema. Los gases que ofrezcan cierto peligro, pueden ser ventilados a la atmosfera después de una dilución adecuada con aire. Si un gas es toxico o tiene propiedades que los incluyan dentro de códigos de seguridad oficiales, estos deben ser incinerados en un quemador de chimenea.

294

BASE Curso elemental de diseño de tuberías industriales volumen 2

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