calculo de diametro de tuberias
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1 CALCULO DEL DIAMETRO DE TUBERIAS
Para el cálculo de los diámetros recurriremos a los datos y a las fórmulas dadas en clase, las cuales se muestran a continuación:
Tabla de velocidades del vapor y otros procesos
Tabla de velocidadesProceso velocidad unidades
Tuberías en general 200-500 pies/minuto
Descarga de bombas 300-600 pies/minuto
Tuberías de servicios 300-600 pies/minuto
Tuberías de succión 200-500 pies/minuto
Tuberías de alim. Caldero
500-600 pies/minuto
Vapor AP Sobrecalen. 10000-150000 pies/minuto
Vapor AP Saturado 6000-10000 pies/minuto
Vapor BP 4000-6000 pies/minuto
Para el cálculo del área de la sección de la tubería por donde pasará el vapor
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ] ……(1)
Donde:A Área de la sección [pulg2]m Flujo másico de vapor [lb/min] Volumen específico del vapor [pie3/lb]V Velocidad del vapor [pies/min]
Para el cálculo del diámetro se tiene:
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ] ……(2)
Donde:d Diámetro calculado de la tubería [pulg]
A Área de la sección [pulg2]
Para el cálculo del número de cédula
SN=1000∗PSE
……(3)
Donde:P Presión de trabajo [ksi]SE Máximo esfuerzo de trabajo del material [ksi]
Para verificar el espesor de la tubería seleccionada, utilizaremos la fórmula de la Norma ASME B31.1 Power Piping:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]…… (4 )
Donde:tm Espesor mínimo de la tubería [pulg]P Presión interna de trabajo [ksi]Do Diámetro exterior de la tubería [pulg]SE Esfuerzo máximo admisible del material [ksi]
1.1 Circuito de Vapor
1.1.1 Línea de tubería de la salida de la caldera recuperadora al distribuidor de vapor (3 X Tramo 10)
Condiciones de trabajo del tramo 10 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P10 360 barh10 3445.5 kJ/kg
vapor sobrecalentadov10 0.0095561
5m3/kg
T10 616.61 °C
m10 58.45 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 10=58.46kgs
=7756.744 Lbmin
v10=0.00955615m3
kg=0.153072 pie3
lb
V 10=11000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 7756.744∗0.15307211000 )A=15.543 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗15.543π
d=4.448 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=5 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-C. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO 1.2:
SE=20ksi
Tenemos: P=360 ¿̄5221.36 psi=5.221 ksi
SN=1000∗5.22120
SN=261
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la fórmula del
ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.7 para T=616.61 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
5 pulg 5.563 pulg
tm=5.221∗5.563
2 (20+5.221∗0.7 )
tm=0.6139 pulg
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-C, DN= 5pulg y SCH 160
1.1.2 Línea de tubería de la salida del distribuidor de vapor a la entrada de la turbina de alta presión (Tramo 11)
Condiciones de trabajo del tramo 11 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P11 165 Bar
h11 3445.5 kJ/kg
vapor sobrecalentadov11 0.020779 m3/kg
T11 555 °C
m11 175.91 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 11=175.91kgs
=23268.91 Lbmin
v11=0.0207786m3
kg=0.33283527 pie3
lb
V 11=15000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 23268.91∗0.3328352715000 )A=74.35 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗74.35π
d=9.73 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=10 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-B. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO 1.2:
SE=17.1ksi
Tenemos: P=165 ¿̄2393.122 psi=2.393 ksi
SN=1000∗2.39317.1
SN=139.94
Revisando la tabla de tuberías estándar para un d=10 pulg, tomamos un valor de
SCH140.
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la fórmula del
ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.7 para T=555 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
Espesor
10 pulg 10.75 pulg 1 pulg
tm=2.393∗10.75
2 (17.1+2.393∗0.7 )
tm=0.685 pulg<1 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-B, DN= 10 pulg y SCH 140
1.1.3 Línea de tubería de la salida de la turbina de alta presión a la entrada del recalentador (Tramo 12)
Condiciones de trabajo del tramo 12 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P12 30 bar
h12 2860.232 kJ/kg
vapor sobrecalentadov12 0.070900
7m3/kg
T12 251.202 °C
m12 175.91 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 12=175.91kgs
=23268.91 Lbmin
v12=0.0709007m3
kg=1.1357 pie3
lb
V 12=15000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 23268.91∗1.135715000 )A=253.69438 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗253.69438π
d=17.9725 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=18 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-B. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO
1.2:
SE=17.1ksi
Tenemos: P=30 ¿̄435.113 psi=0.435113ks i
SN=1000∗0.43511317.1
SN=25.445
Revisando la tabla de tuberías estándar para un d=18 pulg, tomamos un valor de
SCH30.
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la
fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.4 para T=251.202 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
Espesor
18 pulg 18 pulg 0.438 pulg
tm=0.435113∗18
2 (17.1+0.435113∗0.4 )
tm=0.2267 pulg<0.438 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-B, DN= 18 pulg y SCH 30
1.1.4 Línea de tubería de la salida del recalentador a la entrada dela turbina de baja presión (Tramo 13)
Condiciones de trabajo del tramo 13 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P13 30 bar
h13 3579.54 kJ/kg
vapor sobrecalentadov13 0.125083 m3/kg
T13 554.407 °C
m13 175.91 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 13=175.91kgs
=23268.91 Lbmin
v13=0.125083m3
kg=2.0036015 pie3
lb
V 13=15000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 23268.91∗2.003601515000 )A=447.567 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗447.5675π
d=23.87176 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=24 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-B. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO
1.2:
SE=17.1ksi
Tenemos: P=30 ¿̄435.113 psi=0.435113k si
SN=1000∗0.43511317.1
SN=25.445
Revisando la tabla de tuberías estándar para un d=24 pulg, tomamos un valor de
SCH30.
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la
fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.7 para T=554.407 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
Espesor
24 pulg 24 pulg 0.562 pulg
tm=0.435113∗24
2 (17.1+0.435113∗0.7 )
tm=0.3 pulg<0.562 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-B, DN= 24 pulg y SCH 30
1.1.5 Línea de tubería de la salida de la turbina de baja presión a la entrada del proceso industrial (Tramo 15)
Condiciones de trabajo del tramo 15 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P15 4.5 bar
h15 3056.4 kJ/kg
vapor sobrecalentadov15 0.576531 m3/kg
T15 296 °C
m15 20.546 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 15=20.546kgs
=2717.7706 Lbmin
v13=0.576531m3
kg=9.23487492 pie3
lb
V 13=15000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 2717.7706∗9.2348749215000 )A=240.946 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗240.946π
d=17.515 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=18 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-A. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO
1.2:
SE=13.7 ksi
Tenemos: P=4.5 ¿̄65.267 psi=0.065267ks i
SN=1000∗0.06526713.7
SN=4.764
Revisando la tabla de tuberías estándar para un d=18 pulg, tomamos un valor de
SCH10.
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la
fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.4 para T=296 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
Espesor
18 pulg 18 pulg 0.250 pulg
tm=0.065267∗18
2 (13.7+0.065267∗0.4 )
tm=0.04 pulg<0.25 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-A, DN= 18 pulg y SCH 10
1.1.6 Línea de tubería de la salida de la turbina de baja presión a la entrada del desgasificador (Tramo 16)
Condiciones de trabajo del tramo 16 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P16 1.2 bar
h16 2805.9 kJ/kg
vapor sobrecalentadov16 1.67238 m3/kg
T16 166 °C
m16 15.46 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 16=15.46kgs
=2045.00792 Lbmin
v16=1.67238m3
kg=26.788477 pie3
lb
V 16=15000piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 2045.00792∗26.78847715000 )A=525.9134 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗525.9134π
d=25.877 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=26 pulg
Para el cálculo del número de cédula utilizaremos la ecuación (3)
SN=1000∗PSE
La norma ASME B31.1 Power Piping posee las tablas de acero al carbono para
el transporte de vapor, del cual seleccionamos convenientemente: Acero al carbono A106-A. Los esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO
1.2:
SE=13.7 ksi
Tenemos: P=1.2 ¿̄ 17.4045 psi=0.0174045 ksi
SN=1000∗0.017404513.7
SN=1.27
Revisando la tabla de tuberías estándar para un d=26 pulg, tomamos un valor de
SCH10.
Este valor es demasiado elevado por lo que comprobaremos utilizando la
fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un valor de y=0.4 para T=296 °C:
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
Diámetronominal
Diámetroexterior
Espesor
26 pulg 26 pulg 0.312 pulg
tm=0.0174045∗26
2 (13.7+0.0174045∗0.4 )
tm=0.02 pulg<0.312 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A106-A, DN= 26 pulg y SCH 10
1.1.7 Línea de tubería de la salida de la turbina de baja presión a la entrada del condensador (Tramo 14)
Condiciones de trabajo del tramo 14 (Datos de la primera parte de la
monografía):
P14 0.090 bar
h14 2405.688 kJ/kg
vapor húmedov14 15.02 m3/kg
T14 36.16 °C
m14 139.89 kg/s
X14 0.9271
Para el cálculo de la tubería consideraremos que el vapor se encuentra como
vapor saturado.
El cálculo para la tubería hacia el condensador debido a su alto flujo másico será
repartido entre 2 entradas al condensador, debido a que el condensador ser
encontrará debajo de la turbina de vapor, la cual entregará el vapor ya turbinado
al condensador a través de los diámetros que vamos a calcular. Más adelante
mostraremos el diseño de un condensador.
- Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Para los siguientes datos:
mv 14=139.892
kgs
=69.945 kgs
=9252.14 Lbmin
v14=15.02m3
kg=240.593 pie3
lb
V 16=10000piemin
(Considerandolo como vapor saturado)
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 9252.14∗240.59310000 )A=32054.4 pul g2
Ahora para el cálculo del diámetro de la tubería utilizaremos la ecuación (2)
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗32054.4π
d=202.022 pulg=5.131m
Este indica que ambas entradas que van a condensador, el cual se encontrará en la parte inferior de la turbina de vapor, serán de 5.131 m de diámetro.
Esta disposición fue tomada en base a la central térmica de la Bahía de Bizkania, la
cual posee características parecidas a las nuestras.
1.2 Circuito de agua y condensado
1.2.1 Línea de tubería de la salida del condensador a la entrada de la bomba 2 (Tramo 6)
Condiciones de trabajo del tramo 6 (Datos de la primera parte de la monografía):
P6 0.060 bar
h6 151.494 kJ/kg
Líquido saturadov6 0.0010064
4m3/kg
T6 36.16 °C
m6 139.84 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Si utilizamos 3 bombas para enviar el condensado del condensador al desgasificador:
mv 6=139.843
kgs
=46.613 kgs
=6165.88849 Lbmin
v6=0.00100645m3
kg=0.01612146 pie3
lb
V 6=500piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 6165.88849∗0.01612146500 )A=28.628 pul g2
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗28.628π
d=6.0374 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=6 pulg y SN=40
DN=6 pulg.→do=6.625 pulg. y dt=0.28 pulg .
Comprobamos el diámetro interno:
d i=DN−2∗dt=6.625−2∗0.28
d i=6.065 pulg.>6.0374 pulg .Ok !
Comprobaremos el espesor utilizando la fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un
valor de y=0.4 para T=36.16 °C y para un material de Acero al carbono A53-A Los
esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO 1.2:
SE=13.7 ksi
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
tm=0.00087023∗6.625
2 (13.7+0.00087023∗0.4 )
tm=0.001 pulg<0.28 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A153-A, DN= 6 pulg y SCH 40
1.2.2 Línea de tubería de la salida de la bomba 2 a la entrada del desgasificador (Tramo 7)
Condiciones de trabajo del tramo 7 (Datos de la primera parte de la monografía):
P7 1.2 bar
H7 151.494 kJ/kg
Líquido saturado
V7 0.00100644
m3/kg
T7 36.16 °C
m7 139.84 kg/s
Para el cálculo del área de la tubería comenzaremos utilizando la ecuación (1):
A=144(mv∗vV ) [ pulg2 ]
Si utilizamos 3 bombas para enviar el condensado del condensador al desgasificador:
mv 6=139.843
kgs
=46.613 kgs
=6165.88849 Lbmin
v6=0.00100645m3
kg=0.01612146 pie3
lb
V 6=500piemin
Reemplazando valores tenemos:
A=144( 6165.88849∗0.01612146500 )A=28.628 pul g2
d=√ 4∗Aπ
[ pulg ]
d=√ 4∗28.628π
d=6.0374 pulg
Según las tablas de dimensiones estándar de tuberías, para ello ver el Anexo 1.1 seleccionaremos un diámetro:
d=6 pulg y SN=40
DN=6 pulg.→do=6.625 pulg. y dt=0.28 pulg .
Comprobamos el diámetro interno:
d i=DN−2∗dt=6.625−2∗0.28
d i=6.065 pulg.>6.0374 pulg .Ok !
Comprobaremos el espesor utilizando la fórmula del ASME, la ecuación (4) y para un
valor de y=0.4 para T=36.16 °C y para un material de Acero al carbono A53-A Los
esfuerzos de trabajo se tienen en la tabla A-1 del ANEXO 1.2:
SE=13.7 ksi
tm=P∗Do
2 (SE+P∗y )[ pulg ]
tm=0.00087023∗6.625
2 (13.7+0.00087023∗0.4 )
tm=0.001 pulg<0.28 pulgCUMPLE‼!
Por lo tanto seleccionamos:
ACERO AL CARBONO A153-A, DN= 6 pulg y SCH 40
1.2.3