calculo instalacion de Gas

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Córdoba Departamento: Ingeniería Mecánica

Instalaciones Industriales GAS

Docentes: Ing. José Macchione Ing. Fabián Palazzolo Ing. Carlos Quinteros Integrantes: Bernad, Juan

Legajo: 42538

Mejía, Maximiliano

Legajo: 53446

Valdez, Roberto

Legajo: 49882

Número de grupo: 7

2013

Departamento de Ingeniería Mecánica Facultad Regional Córdoba Universidad Tecnológica Nacional

Índice

1

Introduccion.................................................................................................................................. 3

2

Maquinas y equipos ..................................................................................................................... 8

3

Memoria descriptiva ..................................................................................................................... 9

4

Memoria de de calculo ................................................................................................................. 9 4.1

Determinación de los caudales requeridos por los consumos. .............................................. 9

4.2

Consumo total instalado ...................................................................................................... 11

4.3

Pre-Dimensionamiento de la tubería ................................................................................... 12

4.4

Verificación de la pérdida de carga ..................................................................................... 12

4.5

Verificación de la velocidad ................................................................................................. 13

4.6

Verificación del espesor de la tubería .................................................................................. 13

5

Tabulación de cálculos ............................................................................................................... 13

6

Selección de componentes y montaje de la instalación .............................................................. 16 6.1

Caños ................................................................................................................................. 16

6.2

Accesorios .......................................................................................................................... 17

6.3

Válvulas reguladoras de caudal .......................................................................................... 17

6.4

Soportes de tuberías ........................................................................................................... 17

6.5

Instalación de tuberías subterráneas................................................................................... 18

Anexos .............................................................................................................................................. 19

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano

Cátedra: Instalaciones Industriales

Valdez, Robeto Grupo N° 7

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1 - Introducción MATRIMET S.R.L. Para realizar el estudio de los distintos sistemas de mantenimiento elegimos una empresa autopartista que fue fundada en la ciudad de Córdoba el 1 de junio de 1963, por iniciativa de los hermanos Mario y Feliz Infante. A comienzos de la década de los sesenta, se desarrollaron los motores fuera de borda Biguá, con aplicaciones en diversos tipos de embarcaciones deportivas. Debido a su excelente desempeño y confiabilidad logran captar importantes sectores del mercado en Argentina, Chile y Brasil. A partir de 1992 Matrimet S.R.L. focaliza su actividad en la industria automotriz logrando un crecimiento sostenido durante el transcurso del tiempo, mediante la incorporación de nuevas tecnologías de producción y gestión, permitió que la empresa ingrese al competitivo segmento de las terminales automotrices (OEM), proveyendo partes metalizadas y conjuntos mecánicos a sus correspondientes clientes. La Calidad fue siempre una constante en los productos fabricados por Matrimet S.R.L., a partir de 1994 se inicio el desarrollo e implementación de un Sistema de Aseguramiento de la Calidad basado en normas ISO 9002, evolucionando luego en la aplicación de normas ISO/TS 16949, cuya certificaci6n fue alcanzada en el año 2011. Su principal actividad está dedicada a la fabricación de autopartes para la industria automotriz. Matrimet S.R.L. tiene su planta Av. General Savio 5200 Parque Industrial Ferreyra 5101 provincia de Córdoba, República Argentina, la misma se levanta en un predio de 40000 m2 con un área cubierta de 12000 m2. Su actual dotación es de 250 empleados compuesta por profesionales, técnicos, personal administrativo y operarios.

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Productos que exporta: Arboles de transmisión (incluidos los de levas y los cigüeñales) y manivelas; cajas de cojinetes y cojinetes; engranajes y ruedas de fricción; husillos fileteados de bolas o rodillos; reductores, multiplicadores y variadores de velocidad, incluidos los convertidores de par; volantes y poleas, incluidos los motones; embragues y órganos de acoplamiento, incluidas las juntas de articulación.

Bernad, Juan

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Productos que importa: Tubos y perfiles huecos, sin soldadura (sin costura), de hierro o acero. Máquinas y aparatos de clasificar, cribar, separar, lavar, quebrantar, triturar, pulverizar, mezclar, amasar o sobar, tierra, piedra u otra materia mineral sólida (incluidos el polvo y la pasta); máquinas de aglomerar, formar o moldear combustibles minerales sólidos, pastas cerámicas, cemento, yeso o demás materias minerales en polvo o pasta; máquinas de hacer moldes de arena para fundición. Las demás máquinas y aparatos de elevación, carga, descarga o manipulación (por ejemplo: ascensores, escaleras mecánicas, transportadores, telefericos). Cuadros, paneles, consolas, armarios y demás soportes equipados con varios aparatos para control o distribución de electricidad, incluidos los que incorporen instrumentos o aparatos

Bernad, Juan

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2 -Máquinas y equipos La fábrica cuenta con las siguientes máquinas y equipos: 1 CENTRO VERTICAL DAH LIH 1 TORNO CNC TURRI T5 2 TORNO CNC BIGLIA B-500 8 TORNO CNC ROMI G280 7 TORNO VERTICAL EMAG VSC 1 CENTRO DE MECANIZADO VERICAL 1 CENTRO DE MECANIZADO MAZAK HTC 400 HORIZONTAL 1 CENTRO DE MECANIZADO MITSUBISHI 1 CENTRO DE MECANIZADO HYNDAI 1 CENTRO DE MECNIZADO KITAMURA 1 TORNO HITACHI 1 CENTRO DE MECANIZADO JOHN DEERE 2 CENTRO DE MECANIZADO LEADWELL 3 LAVADORAS MAN-SER 2 COMPRESORES ATLAS COPCO 1 HORNO DE TRATAMIENTO TERMICO 1 CALDERA FONTANET

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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3 -Memoria descriptiva Los consumos presentes en la planta se dividen en tres grupos, en función de la presión: Consumos a 0,15 kg/cm2, representados por 1 hornos para tratamientos térmicos Consumos a 0,25 kg/cm2, representados por 1 caldera Consumos a 0,002 kg/cm2, representados por calefactores en el sector administrativo El suministro proveniente de la vía pública ingresa al terreno hacia la estación reguladora principal. La presión a la cual circula el gas por el tramo principal de la planta es de 1,5 kg/cm2 hasta llegar a las estaciones reguladoras 1 y 2 donde se baja la presión a 0,02 kg/cm2, 0,15 kg/cm2, 0,25 kg/cm2, respectivamente. En el presente trabajo se diseñara la instalación de gas para la alimentación de los diferentes consumos existentes en la planta de producción, y los cálculos pertinentes a la misma. Se presenta una memoria de cálculo para la determinación de los diferentes valores necesarios para la posterior selección de componentes de la instalación y el montaje de la misma. Se procedió a hacer el trazado de las cañerías como puede observarse en plano adjunto. La cañería principal está ubicada a 6 metros de altura, bajando desde allí hacia cada consumo. Se recurrió a tablas para efectuar los cálculos de diámetros, perdidas de carga de los tramos. En base a lo calculado se realizó la elección de los elementos necesarios de la instalación.

4 -Memoria de cálculo 4.1

Determinación de los caudales requeridos por los consumos.

•

Consumos a 0,25 kg/cm2 (Calderas)

Producción de calor por caldera= 83700 kcal/h (ver catalogo anexo) Teniendo en cuenta el poder calorífico del gas natural (9300 kcal/m3), se determina el caudal de gas consumido por cada caldera: =

Bernad, Juan

83700 kcal/h = 9 m /h 9300 kcal/m

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•

Consumos a 0,15 kg/cm2 (Horno TT)

Producción de calor en el horno de TT = 140000 kcal/h (ver catalogo anexo) Teniendo en cuenta el poder calorífico del gas natural (9300 kcal/m3), se determina el caudal de gas consumido por el horno: =

•

140000 kcal/h = 15 m /h 9300 kcal/m

Consumos a 0,02 kg/cm2

Calefactores Se dispone de un volumen a calefaccionar de 810 m3, zona de oficinas en planta baja y alta, (27m x 6m x 2,5m) x 2. Se utilizarán calefactores de la firma Coppens de 1953 Kcal/h cuya capacidad a calefaccionar es de 40m3 (ver catalogo anexo). La cantidad de artefactos a utilizar será: º. !" #$%"&#'%() =

*(+,-". %(%#+ # '#+"&#'/(.#$ 0(+,-". -á2/-( $"'(-".!#!( 3($ $/'#.%"

Nº . de artefactos = La cantidad de calor total será:

810 m ≅ 21 40 m

Q @ABCDA@EFGCH = Nº de artefac ∙ Factor de utilización ∙ Factor de simultaneidad ∙ Capacidad caloríSica

Considerando un factor de utilización de 1, y un factor de simultaneidad de 0,7

Kcal = 28709,1 Kcal/h h Teniendo en cuenta el poder calorífico del gas natural (9300 kcal/m3), se determina el caudal de gas Q @ABCDA@EFGCH = 21 . 1 . 0,7 . 1953

consumido por el conjunto de calefactores: V

Bernad, Juan

W

X

=

46200 kcal/h = 3,087m /h 9300 kcal/m

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4.2 Consumo total instalado

=

+

=Z

]

[

+

V

W

X

= 9 + 4,96 + 0,4 + 1,3 = 27,087 m /h

Bernad, Juan

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4.3 Pre-Dimensionamiento de la tubería Se procede a dimensionar la tubería en función de los caudales y presiones para cada tramo utilizando la siguiente expresión: ` ^ = 3,49. _ a

Donde: Q = caudal en m3/h. P = presión de cálculo en kg/cm2 (absoluta) D = diámetro interior del caño en mm.

Cabe aclarar que la expresión anterior está dada para una velocidad constante de 30 m/s del fluido a través del ducto.

4.4 Verificación de la pérdida de carga A continuación se procede a calcular la pérdida de carga existente en la cañería. Para tal fin se recurre a la Ecuación de Renouard simplificada: abc − acc = Δac = 48,6. f . gW

W

.

b,hc

. ^ ij,hc

P1 y P2: presiones absolutas en ambos extremos del tramo en kg/cm2 δr : densidad relativa del gas = 0,65 .1

Ltotal: longitud del tramo en m., incrementada con la longitud equivalente de los accesorios que la componen. Q: caudal en m3/h. D: diámetro interior en mm. En base a esta expresión se calcula la presión P2 (manométrica) para cada tramo. ac(l

)

= n(ab(l

)

+ 10,033)c − 48,6. f . gW

W

.

b,hc . ^ ij,hc

− 10,033

1 Ver: Instalaciones de Gas 4ta edición, Néstor Pedro Quadri. Capitulo IX Cálculo de cañerías de gas de media y alta presión. Bernad, Juan

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4.5 Verificación de la velocidad En base a los diámetros comerciales adoptados debe verificarse que la velocidad del fluido en cada tramo no supere la velocidad máxima de 40m/s. Para ello se utiliza la siguiente expresión: 0=

^ c (ab(l

)

+ 10,033)

4.6 Verificación del espesor de la tubería Se recurre a la norma NAG donde se expresa que “Cuando la presión regulada supere los 6,92 bar M. (7 kg/cm2 M.), deberá verificarse el espesor de la cañería a utilizar…”. Al ser las presiones existentes en la presente instalación menores al valor mencionado, se obvia el cálculo y se decide utilizar caños avalados por norma NAG, de la firma TUBOS ARGENTINOS, cuyas características pueden observarse en el catálogo anexo.

5 -Tabulación de cálculos Para los cálculos se recurre a tablas Excel. A continuación se presenta la tabla donde se resumen todos los valores obtenidos de diámetros, perdidas de carga y velocidades: Longitud

Diámetro

Tramo Total P1 P2 ∆P Calculado Adoptado Velocidad recto 2 2 2 [m] [kg/cm ] [kg/cm ] [kg/cm ] [mm] [mm] [m/s] [m]

V<40 [m/s]

TRAMO

CAUDAL 3 [m /h]

A-B

27,1

11,310 14,61

1,500

1,494

0,00626

11,42

25,4

6,059

Verifica

B-C

3,1

0,740

4,80

1,500

1,500

0,00004

3,86

25,4

0,693

Verifica

C-F

1,5

25,540 28,97

0,020

0,019

0,00062

4,17

19,05

1,434

Verifica

F-G

0,44

6,140

9,76

0,020

0,020

0,00002

2,26

19,05

0,421

Verifica

F-H

0,44

10,650 13,89

0,020

0,020

0,00003

2,26

19,05

0,421

Verifica

B-D

24

55,510 59,32

1,500

1,480

0,02044

10,74

25,4

5,366

Verifica

D-N

15

8,090 11,39

0,150

0,146

0,00356

12,43

25,4

7,180

Verifica

D-E

9

3,830

6,31

0,250

0,247

0,00287

9,24

19,05

7,062

Verifica

C-I

1,6

6,960

9,44

0,020

0,020

0,00023

4,30

19,05

1,530

Verifica

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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I-J

0,58

32,09 37,42

0,02

0,020

0,00014

2,59

19,05

0,555

Verifica

I-K

0,88

27,050 31,81

0,020

0,020

0,00026

3,19

19,05

0,841

Verifica

Para la determinación de la longitud total de los tramos se suma a los tramos rectos las longitudes equivalentes correspondientes a los accesorios existentes en dichos recorridos. Dichas longitudes están computadas en la siguiente tabla:

Circuito de Gas Tramo A-B

B-C

C-F

F-G

F-H

B-D

Diámetro Le/D Accesorio Cantidad [mm] accesorio 25,40

25,40

19,05

19,05

19,05

25,40

Bernad, Juan

Le/D x cant.

Codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

Te paso indirecto

1

60

60

válvula

1

100

100

Te paso directo

4

20

80

válvula

1

100

100

Te paso directo

3

20

60

codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

Te paso directo

2

20

40

Codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

Te paso directo

1

20

20

válvula

1

100

100

Codo 90°

1

30

30

Mejía, Maximliano


Σ[Le/D] Le [mm]

Le [m]

130

3302,00

3,30

160

4064

4,06

180

3429

3,43

190

3619,5

3,62

170

3238,5

3,24

150

3810

3,81


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D-N

D-E

C-I

I-J

I-K

25,40

19,05

19,05

19,05

19,05

Codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

Codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

Codo 90°

2

30

60

válvula

1

100

100

válvula

1

100

100

Te paso directo

3

20

60

Te paso indirecto

1

60

60

Codo 90°

2

30

60

Te paso directo

6

20

120

Codo 90°

1

30

30

válvula

1

100

100

130

3302

3,30

130

2476,5

2,48

160

3048

3,05

280

5334

5,33

250

4762,5

4,76

Debe verificarse que las caídas de presión desde las estaciones reguladoras secundarias hacia los puntos de consumo no superen el 10% de la presión de salida en dichas estaciones. Además las caídas entre la estación principal y las secundarias no deben superar el 20% de la presión de salida en la primera. Para dicha verificación se tuvieron en cuenta las distancias más alejadas, tomando las pérdidas acumuladas. A continuación se presenta una tabla donde se computan las verificaciones:

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Se observa que las pérdidas acumuladas no superan en demasía los valores estipulados, por los tanto se los considera aceptables en la instalación. NOTA: Se aclara que para poder obtener caídas de presión aceptables se tuvo que sobredimensionar varios tramos, colocando diámetros considerablemente más grandes a los obtenidos en la etapa de pre-dimensionamiento.

6 Selección de componentes y montaje de la instalación 6.1 Caños Como ya se menciono en el apartado anterior, se utilizaran caños avalados por norma NAG con uniones soldadas (Ver catalogo anexo).

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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6.2 Accesorios Se utilizaran accesorios para soldar de los diámetros requeridos en cada tramos. Se utilizarán válvulas del tipo macho tapón que ofrecen una apertura y cierre rápido, lo cual es vital en instalaciones de gas. 6.3 Válvulas reguladoras de caudal Se dispondrán tres válvulas reguladoras MODELO DOMA 99, a saber: Estación reguladora secundaria 1: modelo doma 61L HR32 (presión máxima de entrada 12 bar, presión regulada 0,013 a 0,14 bar) Estación reguladora secundaria 2: modelo doma 61L HR42 (presión máxima de entrada 12 bar, presión regulada 0,07 a 0,35 bar) (en esta estación se utilizaran 2 válvulas de este modelo) Pueden observarse las demás características en el catálogo adjunto. 6.4 Soportes de tuberías Para tuberías aéreas se utilizaran soportes de las características detalladas en catalogo anexo. Las distancias a las que se dispondrán dichos soportes se encuentran definidas en la NAG, a la cual se recurre en el presente informe. A los ductos de la instalación se realizarán ensayos de prueba neumática, por lo tanto se respetarán las distancias citadas en la siguiente tabla.

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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6.5 Instalación de tuberías subterráneas El tramos AB , serán instalados de manera subterránea. Dicha instalación deberá realizarse como se muestra en el siguiente esquema:

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Anexos

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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•

HORNO HGV 1500

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Departamento de Ingeniería Mecánica Facultad Regional Córdoba Universidad Tecnológica Nacional •

CALEFACTOR COPPENS MODELO 2000

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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CALDERA FONTANET MODELO 3 PRV 80

Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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Bernad, Juan

Mejía, Maximliano



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•

VALVULAS REGULADORAS DE PRESION

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•

CAÑERIAS

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VALVULA DE APRETURA Y CIERRE

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SOPORTES ∼ Soporte para amurar a pared para sujeción de soportes fijos.

∼

Soporte fijo para diámetros de 3/4” a 1”.

Soporte sujeto al techo para diámetros de 1”.

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Mejía, Maximliano



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