Curso elemental de diseño de tuberías industriales Fundamentos y su aplicación en ingeniería Volumen 2
Benjamín Serratos Monroy Para comentarios acerca de este libro, favor de enviar mensaje al e-mail
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5 Equipos mayores conectados a tuberías 5.1.
5.2.
5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.
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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. 2
8 9 16 28 30 31 31 33 35 35 37 41 43 44 44 45 45 45 47 497 49 50 51 51 52 52 52 54 65 70
5.8. 5.9. 5.10. 5.11. 5.12. 5.13.
Equipos de proceso. Intercambiadores de calor. Tratamiento de suministro de agua . Tratamiento de efluentes. Torres de destilación y de absorción. Torres de enfriamiento.
73 86 91 94 98 98
6 Conducción de tuberías. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4.
100
Puentes de tuberías. Trincheras. Tuberías enterradas. Soportes de tuberías.
101 102 102 102
7 Dibujo de tuberías 7.1.
103
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. 3
103 103 105 105 118 119 120 120 122 123 124 126 126 127 128
7.1.3.4. Diagrama de tubería. 7.1.3.5. Diagrama de tubería e instrumentación. 7.1.3.6. Localización y distribución de equipos. 7.1.3.7. Ortográficos de tuberías ( Plantas y elevaciones ). 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.
8 Diseño de tuberías
130 130 133 134 137 137 137 138 138 139 144 145 146 146 147 149 150 150
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 4
8.8.2. 8.8.3. 8.8.4. 8.9.
Distancias cuando las tuberías van recubiertas. 173 Distancias cuando las tuberías van en camas verticales. 173 Criterio para tuberías con lodos sedimentables. 174 Teoría de cavidades. 175 8.9.1. Dimensionamiento vertical de planta. 176 8.9.2. Cavidad mínima para flujo de personal y equipo de manejo de materia prima. 176 8.9.3. Cavidad mínima para recipientes. 177 8.9.4. Cavidad mínima para equipos, sus áreas de servicio y mantenimiento. 178 8.9.5. Cavidad mínima para drenajes, contratrabes y tuberías enterradas o subterráneas. 178 8.9.6. Cavidad mínima y restringida a la superestructura del edificio. 179 8.9.7. Cavidad mínima para sistemas de ventilación. 179 8.9.8. Cavidad mínima para conduits eléctricos o de instrumentación. 180 8.9.9. Cavidad mínima para tuberías de servicios y proceso. 180 8.9.10. Cavidad mínima para paso de gatos del personal de mantenimiento. 181 8.9.11. Cavidad mínima para lámparas y cajas de filtros de ventilación. 181 8.9.12. Cavidad suficiente para montaje y desmontaje de equipos. 182 8.10. Tuberías conectadas a bombas. 182 8.10.a. Diseño típico y tipos de bombas. 184 8.10.b. Bombas centrifugas. 184 8.10.c. Bombas de pozo. 192 8.10.d. Bombas de engranes 194 8.10.e. Bombas Monho 200 8.10.f. Bombas de diafragma. 202 8.10.g. Bombas especiales 205 8.11. Válvulas en el diseño de tuberías. 206 8.11.a. Como dimensionar una válvula. 206 8.11.b. Donde se sitúan las válvulas. 207 8.11.c. Accesos de operación de válvulas. 207 8.11.d. Accesos a válvulas en lugares peligrosos. 209 8.11.e. Como hacer el diseño de fácil y seguro mantenimiento. 209 8.11.f. Como se orientan los vástagos de las válvulas. 211 8.11.g. Como se clausuran tuberías. 211 5
8.12. 8.13.
8.14. 8.15. 8.16. 8.17. 8.18. 8.19. 8.20. 8.21. 8.22.
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. Tuberías conectadas a recipientes. 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. Mantenimiento de temperatura en tuberías. Tubería para aire comprimido. Tubería conectada a turbinas. Tuberías conectadas a columnas de destilación o absorción. Tuberías conectadas a intercambiadores. Tuberías conectadas a equipo de suministro de agua.(sistemas hidroneumáticos ) Diseño de tuberías sanitarias. Códigos para coloración y letreros en tuberías . Venteos y drenes en tuberías y recipientes.
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212 213 220 220 224 231 231 241 243 245 246 249 261 261 266 278 279 293 295
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
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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:
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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.
Fig 5.1.1. a.
Tanque para agua atornillable.
Fig 5.1.1.b.
AWWA D 110 para tanques de concreto.
ANSI B96.1 norma para tanques fabricados en aluminio
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Tanque para agua soldado.
Normas API ( American petroleum institute ) son las normas seguidas por la industria petrolera; existe una amplia variedad de estás que regulan situaciones especificas: 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 0 ) que tienen receptáculos auxiliares muy sofisticados para apartar la humedad.
Fig 5.1.1. c.
Tanques atmosféricos de polímero reforzado. 11
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.
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: ___ _____ ò _______ mm
Capacidad máxima _____
Nivel normal de llenado
Capacidad neta de trabajo ______
Nivel mínimo llenado tanque Volumen remanente mínimo de operación en el tanque _____ ò _______ mm
Fig 5.1.1. d.
Nivel inferior del tanque
Dimensiones generales a tomar en cuenta. 12
Guías de redondo galvanizado de 19 mm
Sujetar escalera a techo
Portezuela levadiza
Sujetadores galvanizados atiezador Metálico atornillable
Nivel de agua
Portezuela de
Techo de placa soldada
Venteo indispensable
Portezuela de techo
L i n e a 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
Entrada de hombre techo Plataforma entrada hombre
Diámetro interior nominal
Paneles del techo
Planta
Pasillo en el techo con barandal
Venteo con ventilador Tope 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 de la jaula de protección al piso Entrada de hombre
2.1. m
Según norma
Nivel Cimentación
Nivel banqueta
Elevación Fig 5.1.1. f.
Placa antivortice en la boquilla de descarga
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
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