Fluidos básicos

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PDVSA Ndeg TITULO

REV FECHA DESCRIPCION PAG REV APROB APROB

APROB FECHAAPROBFECHA

FLUJO DE FLUIDOS

E1994

MDPndash02ndashFFndash02 PRINCIPIOS BASICOS

APROBADA

FEB96 FEB96

FEB960 30 FR

MANUAL DE DISENtildeO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

PDVSA



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FLUJO DE FLUIDOSPRINCIPIOS BASICOS FEB960

PDVSA MDP ndash02 ndashFF ndash02

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PDVSA

Menuacute Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 OBJETIVO 3

2 ALCANCE 3

3 REFERENCIAS 3

31 Manual de Disentildeo de Procesos 3

32 Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo 3

33 Praacutecticas de Disentildeo 3

34 Normas Nacionales (USA) e Internacionales 3

35 Otras Referencias 4

4 DEFINICIONES 4 41 Fluidos Newtonianos 4

42 Fluidos nondashNewtonianos 4

43 Flujo Compresible 4

44 Flujo Incompresible 4

45 Flujo Laminar o Viscoso 4

46 Flujo en Transicioacuten 5

47 Flujo Turbulento 5

48 Liacuteneas de Corriente 5

49 Factor de Friccioacuten Fanning 5

410 Nuacutemero de Reynolds 5 411 Teorema de Bernuolli 5

412 Radio Hidraacuteulico Equivalente 6

413 Diaacutemetro Hidraacuteulico Equivalente 6 414 Longitud Equivalente (de una vaacutelvula o accesorio) 6

415 Coeficiente de Resistencia K 6

416 Coeficiente de Resistencia de Liacutenea N 6

417 Rugosidad Relativa 6

418 Velocidad Criacutetica o Soacutenica (Flujo obstruido) 6

419 Golpe de Ariete por Agua 6

420 Golpe de Ariete por Vapor 7

421 Lechada (ldquoSlurryrdquo) 7

422 Lechadas Compactadas 7

423 Lechadas Diluidas 7

424 Velocidad Criacutetica de Sedimentacioacuten 7

425 Velocidad Miacutenima de Transporte 7

426 Viscosidad Relativa de la Lechada 7

5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISENtildeO 8

51 Dimensionamiento de Liacuteneas 8



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52 Seleccioacuten de la Clase de Tuberiacuteas (Schedule) 9

53 Vibracioacuten de Tuberiacuteas 9 54 Flexibilidad de Tuberiacutea 10

55 Consideraciones Mecaacutenicas Adicionales para Tuberiacutea 10



58 Liacuteneas para Agua de Reposicioacuten de Calderas en Generadoresde Vapor In Situ 11

59 Requerimientos de Vaacutelvulas 11

510 Tuberiacuteas y Vaacutelvulas para Agua en Enfriadores y Condensadores 12 511 Erosioacuten 15

512 Emulsiones 15

513 Aislamiento 15 514 Espesor de Pared 15

6 PROGRAMAS DE COMPUTACION 17

7 NOMENCLATURA 18



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1 OBJETIVO

El objetivo de este capiacutetulo es proporcionar los fundamentos teoacutericos que permitanuna oacuteptima comprensioacuten de la terminologiacutea relacionada con el aacuterea del flujo defluidos

2 ALCANCEEn este capiacutetulo se presentan las definiciones y los principios baacutesicos involucradoscon el flujo de fluidos a traveacutes de tuberiacuteas y sus equipos relacionados tales comoorificios vaacutelvulas y accesorios Se presenta ademas el caacutelculo de espesor depared para tuberiacuteas sujetas a presioacuten interna como guiacutea general de disentildeo

3 REFERENCIAS31 Manual de Disentildeo de Procesos

PDVSA ndash MDP ndash 02 ndash FF ndash 03 ldquoFlujo en Fase Liacutequidordquo (1996)

PDVSA ndash MDP ndash 03 ndash S ndash 03 ldquoSeparadores Liacutequido ndash Vaporrdquo (1995)

PDVSA ndash MDP ndash 08 ndash SA ndash 02 ldquoConsideraciones de Contingencia yDeterminacioacuten de los Flujos de Aliviordquo (1995)

PDVSA ndash MDP ndash 08 ndash SA ndash 05 ldquoInstalacioacuten de Vaacutelvulas de Alivio de Presioacutenrdquo

(1995)

32 Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo Vol 06 ldquoEquipos con Fuegordquo Especificacioacuten de Ingenieriacutea

PDVSA ndash B ndash 201 ndash PR ldquoCalentadores de Fuego Directordquo (1988)

Vol 13 Tomo II ldquoTuberiacuteas y Oleoductosrdquo Especificacioacuten de IngenieriacuteaPDVSA ndash HA ndash 211 ndash POT ldquoVaacutelvulas y Materiales para Oleoductosrdquo

(1993)

Vol 13 Tomo III ldquoTuberiacuteas y Oleoductosrdquo Especificacioacuten de Ingenieriacutea

PDVSA ndash 906171040 ldquoSeleccioacuten de Vaacutelvulasrdquo (1994)

Vol 14 ldquoEquipos Rotativosrdquo Especificacioacuten de IngenieriacuteaPDVSA ndash GA ndash 200 ldquoTuberiacutea para Agua de Enfriamiento para

Bombas Centrifugas y sus Equipos Motricesrdquo (1993)

33 Praacutecticas de Disentildeo

Vol VIII Sec 8D ldquoHornos de Craqueo con Vaporrdquo (1978)

Vol IX Sec 15D ldquoSistemas de Disposicioacutenrdquo (1981)

Vol IX Sec 16 ldquoAislamiento Teacutermicordquo (1981)

34 Normas Nacionales (USA) e Internacionales

ANSI B313 Petroleum Refinery Piping (1993)



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ANSI B3610M Welded and Seamless Wrought Steel Pipe

API 5L Specifications for Line Pipe (1995)ISO DIS 3183 Oil and Natural Gas Industries Steel Line Pipe (1980)

35 Otras Referencias

1 PERRY and CHILTONrsquos Chemical Engineerrsquos Handbook 6th Ed Section 5ldquoFluid and Particle Mechanicsrdquo

2 Crane Technical Paper No 410 ldquoFlow of Fluids through Valves Fittings andPiperdquo 1988

3 Taylor Forge Catalog 571 3rd Edition 1961

4 DEFINICIONESLas definiciones generales para este capiacutetulo se presentan a continuacioacuten

41 Fluidos Newtonianos

Son fluidos en los cuales la viscosidad es independiente del esfuerzo cortante ydel tiempo La mayoriacutea de los liacutequidos y todos los gases pertenecen a este grupo

42 Fluidos no ndash Newtonianos

Son liacutequidos en los cuales la viscosidad depende del esfuerzo cortante o deltiempo Como ejemplo estaacuten las lechadas (ldquoslurriesrdquo) emulsiones y la mayoriacutea deliacutequidos con viscosidad mayor de 20 Pas (20000 cP) a baja tasa de esfuerzocortante (menor que 10 seg ndash 1)

43 Flujo Compresible

El flujo se considera compresible cuando la caiacuteda de presioacuten debida al paso de ungas por un sistema es lo suficientemente grande en comparacioacuten con la presioacutende entrada para ocacionar una disminucioacuten del 10 o maacutes en la densidad del gas

44 Flujo Incompresible

El flujo se considera incompresible si la sustancia en movimiento es un liquido o

si se trata de un gas cuya densidad cambia de valor en el sistema en un valor nomayor al 10

45 Flujo Laminar o Viscoso

El flujo laminar ocurre cuando las peliacuteculas adyacentes del fluido se mueven unasrelativas a las otras sin mezclas a nivel macroscoacutepico En flujo laminar el esfuerzoviscoso el cual es causado por intercambio de momento molecular entre laspeliacuteculas del fluido es de influencia predominante en el establecimiento del flujode fluidos Este tipo de flujo ocurre en liacuteneas cuando Relt2000



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46 Flujo en Transici oacute n

Es el reacutegimen de flujo que se encuentra entre laminar y turbulento En este reacutegimenlas fluctuaciones de velocidad pueden o no estar presentes Este tipo de flujoocurre en las tuberiacuteas cuando el 2000ltRelt4000

47 Flujo Turbulento

El flujo turbulento ocurre cuando existe un mezclado microscoacutepico tantoperpendicular como en direccioacuten del flujo principal El flujo turbulento estaacutecaracterizado por partiacuteculas que tienen movimientos fluctuantes y trayectoriasirregulares Este tipo de flujo ocurre cuando fuerzas inerciales tienen influenciapredominante en el establecimiento del flujo de fluidos Este tipo de flujo ocurre en

las tuberiacuteas cuando el Regt4000

48 Liacute neas de Corriente

Son curvas imaginarias dibujadas a traveacutes de un fluido en movimiento y queindican la direccioacuten de eacuteste en los diversos puntos del flujo de fluidos La tangenteen un punto de la curva representa la direccioacuten instantaacutenea de la velocidad de laspartiacuteculas fluidas en dicho punto

49 Factor de Fricci oacute n Fanning

Es un factor empiacuterico en la ecuacioacuten de Fanning para caiacutedas de presioacuten entuberiacuteas rectas Este factor es funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la rugosidadrelativa a la pared e d Para una determinada clase de material la rugosidad esrelativamente independiente del diaacutemetro de la liacutenea asiacute que en el diagrama def vs Re d frecuentemente se reemplaza por e d como un paraacutemetro

El factor de friccioacuten de Fanning no debe ser confundido con el factor de friccioacutenDarcy el cual es cuatro veces maacutes grande

410 N uacute mero de Reynolds

Es un nuacutemero adimensional el cual expresa la relacioacuten de la fuerza inercial y lafuerza viscosa en el flujo de fluido

411 Teorema de Bernuolli

Es una forma de expresar la aplicacioacuten de la ley de la conservacioacuten de la energiacuteaal flujo de fluidos en una tuberiacutea La energiacutea total en un punto cualquiera porencima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia es igual a la sumade la altura geomeacutetrica la altura debida a la presioacuten y la altura debida a lavelocidad



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412 Radio Hidr aacute ulico Equivalente

Es la relacioacuten que existe entre el aacuterea de la seccioacuten transversal del ducto por dondecircula el fluido y la longitud del periacutemetro mojado se utiliza cuando la seccioacutentransversal del ducto no es circular

413 Di aacute metro Hidr aacute ulico Equivalente

Es cuatro (4) veces el radio hidraacuteulico equivalente

414 Longitud Equivalente (de una v aacute lvula o accesorio)

Es la longitud de tuberiacutea recta que dariacutea la misma caiacuteda de presioacuten que una vaacutelvulao un accesorio del mismo diaacutemetro nominal bajo las mismas condiciones

415 Coeficiente de Resistencia K

Es un coeficiente empiacuterico en la ecuacioacuten de peacuterdida por friccioacuten para vaacutelvulas yaccesorios Este expresa el nuacutemero de cabezales de velocidad que se pierden porfriccioacuten El coeficiente es normalmente una funcioacuten del diaacutemetro nominal

416 Coeficiente de Resistencia de Liacute nea N

Es anaacutelogo al coeficiente de resistencia K pero aplicado a la friccioacuten en tuberiacuteasrectas

417 Rugosidad Relativa

Es la relacioacuten entre la rugosidad absoluta de la pared de la tuberiacutea y el diaacutemetrointerno d en unidades consistentes

418 Velocidad Cr iacute tica o S oacute nica (Flujo obstruido)

Es la maacutexima velocidad que un gas o mezcla de gas ndash liacutequido puede alcanzar enun ducto a determinada presioacuten corriente arriba (excepto en ciertas boquillasconvergentes y divergentes) no importa cuan baja sea la presioacuten de descargaPara gases esta maacutexima velocidad es igual a la velocidad del sonido a las

condiciones locales

419 Golpe de Ariete por Agua

El golpe de ariete por agua es la descarga dinaacutemica de presioacuten que resulta de lasraacutepidas transformaciones de la energiacutea cineacutetica en un fluido a presioacuten cuando elflujo se detiene repentinamente El cierre repentino de una vaacutelvula puede causargolpe de ariete por agua Los golpes de ariete por presioacuten pueden ser losuficientemente grandes para romper la carcaza de la bomba o reventar lastuberiacuteas por lo tanto esto debe ser considerado en el disentildeo de tuberiacuteas



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420 Golpe de Ariete por Vapor

Es la excesiva vibracioacuten de la liacutenea que ocurre debido a las burbujas de vaporformadas en una corriente friacutea de liacutequido

421 Lechada ( ldquo Slurry rdquo )

Lechada es una mezcla de liacutequido con partiacuteculas de soacutelidos

422 Lechadas Compactadas

Las lechadas compactadas son lechadas con concentraciones de soacutelidos losuficientemente altas para que las partiacuteculas (o grupos en caso de floculacioacuten)esteacuten en contacto Lechadas altamente floculadas pueden formar lechadas

compactadas a fracciones volumeacutetricas tan bajas como 005 en contraste serequieren los valores mayores que 060 para que empaques al azar de esferas nointeractivas formen lechadas compactas

423 Lechadas Diluidas

Las lechadas diluidas son lechadas en las cuales las partiacuteculas no estaacuten encontacto Las lechadas diluidas ocurriraacuten normalmente en sistemas altamentefloculados a fracciones volumeacutetricas menores que 005 y en empaques al azar deesferas no interactivas a fracciones volumeacutetricas aproximadamente menores queaproximadamente 060

424 Velocidad Cr iacute tica de Sedimentaci oacute n

La velocidad criacutetica de sedimentacioacuten es la velocidad lineal maacutes baja en la tuberiacuteaen la cual no se acumularaacuten soacutelidos en el fondo A velocidades por debajo de lascriticas se acumularaacuten soacutelidos en el fondo de la tuberiacutea hasta que la velocidadlineal de flujo en la porcioacuten abierta de la tuberiacutea es equivalente a su velocidadcriacutetica de sedimentacioacuten correspondiente

La velocidad requerida para arrastrar partiacuteculas sedimentadas en una tuberiacutea essiempre mayor que la velocidad criacutetica de sedimentacioacuten para tuberiacuteashorizontales La velocidad de arrastre puede ser dos o tres veces maacutes alta que la

velocidad criacutetica de sedimentacioacuten

425 Velocidad M iacute nima de Transporte

La velocidad miacutenima de transporte es la velocidad de disentildeo incorporando unfactor de seguridad para asegurar que no ocurriraacute sedimentacioacuten

426 Viscosidad Relativa de la Lechada

La viscosidad relativa de la lechada es la relacioacuten de la viscosidad de la lechaday la viscosidad del liacutequido solo a una determinada presioacuten y temperatura



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5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISENtildeO

Las consideraciones baacutesicas de disentildeo son las siguientes

51 Dimensionamiento de Liacute neas

A menos que se le fije en base a consideraciones de proceso o de seguridad eltamantildeo de las liacuteneas esta determinado por la longitud de la liacutenea y la caiacuteda depresioacuten admisible La caiacuteda de presioacuten admisible puede ser influenciada pormuchos factores incluyendo los requerimientos de proceso econoacutemicosseguridad y liacutemites de ruido y vibracioacuten

El diaacutemetro oacuteptimo de las liacuteneas estaacute determinado por el balance entre la inversioacutende liacuteneas y tuberiacuteas contra la inversioacuten de la bomba o compresor y el costo de

operacioacuten del accionador Todas las liacuteneas de alto costo deben ser consideradasindividualmente y se debe calcular el caso de miacutenima inversioacuten para las liacuteneas yequipos de bombeo Ejemplos de liacuteneas costosas son las siguientes

1 Liacuteneas de aleaciones

2 Liacuteneas con diaacutemetro mayor de 300 mm (12 pulg)

3 Liacuteneas fuera de liacutemite de planta pe liacuteneas maacutes largas de 300 m (1000 pie)

4 Liacuteneas de acero al carbono dentro de planta conteniendo un gran nuacutemero devaacutelvulas y accesorios

Un ejemplo particular puede ser (pe liacuteneas pequentildeas en servicio de presionesextremadamente altas) donde debe ser considerado el uso de tubos (ldquotubingrdquo) enlugar de tuberiacutea ya que para el tubo (ldquotubingrdquo) puede ser especificado el diaacutemetrointerno y el espesor de la pared

La Tabla 2 de PDVSA ndash MDP ndash 02 ndash FF ndash 03 da algunas guiacuteas de las caiacutedas depresioacuten oacuteptimas en liacuteneas de acero al carbono Esta lista ha sido preparadatomando como base liacuteneas promedios en el rango de 200 m (600 pie) o menosEstos valores deben ser considerados como una guiacutea y pueden ser modificadaspor razones econoacutemicas Por ejemplo la liacutenea de transferencia de unhidrocraqueador al separador de alta presioacuten puede ser dimensionada para

caiacutedas de presioacuten de 80 a 90 kPa100 m (35 a 4 psi100 pie) para minimizar eltamantildeo de las liacuteneas con aleaciones

El dimensionamiento de vaacutelvulas es tambieacuten afectado por la economiacutea Lo tiacutepicoes usar una vaacutelvula de menor diaacutemetro que la liacutenea en liacuteneas de 250 mm (10 pulg)o mayor diaacutemetro

El tipo de accesorios a usar tambieacuten seraacute afectado por la economiacutea Un accesorioque produzca un ligero incremento en la caiacuteda de presioacuten puede sersuficientemente maacutes bajo en costo como para lograr un ahorro general neto Unejemplo es la seleccioacuten entre un codo de radio corto (bajo costo) y codos de radio



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largo (alto costo) en sistemas de tuberiacutea de alta presioacuten En aquellos casos donde

la eleccioacuten del tipo de accesorio no es obvia debe hacerse un estudio econoacutemicoo debe hacerse una nota en la Especificacioacuten de Disentildeo sugiriendo que lacompantildeiacutea contratista haga tal estudio

Algunas liacuteneas deben ser dimensionadas en base a las consideraciones deproceso Ejemplos de este tipo de liacutenea son los cabezales de compresores lasliacuteneas de transferencia de hornos las liacuteneas de Dowtherm y las liacuteneas alrededorde los equipos de vaciacuteo

Algunas liacuteneas se dimensionan en base a consideraciones de seguridad Porejemplo liacuteneas de entrada y salida de las vaacutelvulas de seguridad liacuteneas de los

sistemas de descarga Ver PDVSA ndash 08 ndash SA ndash 05 para bases de disentildeo y meacutetodos

de caacutelculoEl disentildeo de drenaje de liacutequido y cabezales de recepcioacuten (Pulldown headers) quereciben material de diferentes fuentes con un rango de presioacuten y temperatura sepresenta en Vol IX Sec 15D

52 Selecci oacute n de la Clase de Tuber iacute as (Schedule)

Para seleccionar una clase de una tuberiacutea se debe conocer el diaacutemetro de la liacutenea(interno y externo) y el expesor de la pared (Vea Tabla 1) El diaacutemetro interno dela tuberiacutea se calcula seguacuten se indicoacute en Dimensionamiento de Liacuteneas Paratuberiacuteas de 300 mm (12 pulg) o menos el diaacutemetro interno de la liacutenea correspondeestrechamente al tamantildeo nomimal Para diaacutemetros mayores el diaacutemetro nominalcorresponde al diaacutemetro externo

El miacutenimo espesor de pared para cualquier tuberiacutea sujeta a presiones externas einternas es una funcioacuten del esfuerzo permitido por el material de la tuberiacutea deldiaacutemetro de la misma de la presioacuten de disentildeo y de las ratas de erosioacuten y corrosioacutenAdemaacutes el miacutenimo espesor de una tuberiacutea sujeta a presiones externas es unafuncioacuten de la longitud de la seccioacuten de la liacutenea pues tiene influencia sobre laresistencia a colapso de la tuberiacutea Finalmente el miacutenimo espesor de pared paracualquier tuberiacutea debe incluir una tolerancia adecuada de fabricacioacuten

En el punto 514 se dan teacutecnicas para el caacutelculo del espesor miacutenimo de pared paratuberiacuteas sujetas a presiones externas e internas

53 Vibraci oacute n de Tuber iacute as

La actual tendencia a unidades y equipos maacutes grandes incrementa el potencial deproblemas de vibracioacuten compleja En particular sistemas con tuberiacuteas de gas convaacutelvulas de control han experimentado problemas de fallas por fatiga donde existioacuteexcesiva turbulencia y alta energiacutea acuacutestica Las fuerzas turbulentas excitanalgunos modos complejos de vibracioacuten en la tuberiacutea estas vibraciones resultanen tensiones que sobrepasan el liacutemite de tolerancia de los materiales y porconsiguiente ocurren las fallas por fatiga



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Los problemas de este tipo deberiacutean ser considerados al comienzo en la etapa de

disentildeo de la planta No hay disponibles guiacuteas explicitas para tales problemas perocon datos limitados de las experiencias de las compantildeiacuteas afiliadas se handesarrollado ciertas guiacuteas para asistir al disentildeador en el reconocimiento deproblemas potenciales Los casos en los cuales se requiere comprobar el nivel deruido creado por problemas de vibracioacuten en corrientes de gas son las siguientes

Vaacutelvulas donde

1 El tamantildeo de la liacutenea corriente abajo es de 400 mm (16 pulg) o mayor elcaudal de flujo maacutesico es mayor de 25 kgs (200000 lbh) o la relacioacuten depresioacuten corriente arriba a corriente abajo de la vaacutelvula es mayor que 3

2 El tamantildeo de la liacutenea corriente abajo estaacute entre de 200 mm (8 pulg) y 400 mm

(16 pulg) la velocidad de la liacutenea corriente abajo es mayor de 50 de lasoacutenica y la relacioacuten de presioacuten corriente arriba a corriente abajo de la vaacutelvulaes mayor que 3

3 El tamantildeo de liacutenea corriente abajo es menor que 200 mm (8 pulg) pero quepueden alargarse hasta liacuteneas de 200 mm (8 pulg) o mas grandes lavelocidad en la liacutenea corriente abajo es mayor que 50 de la Soacutenica y larelacioacuten de presioacuten corriente arriba ndash corriente abajo de la vaacutelvula es mayorque 3

Conexiones en T donde el tamantildeo de la liacutenea es 400 mm (16 pulg) el caudal deflujo maacutesico es mayor que 25 kgs (200000 lbh) y existen condiciones de velocidad

soacutenica a la salida de la conexioacuten en T

54 Flexibilidad de Tuber iacute a

La mayoriacutea de los sistemas de tuberiacutea son restringidos contra el libre movimientoteacutermico de los recipientes intercambiadores compresores bombas y otrosequipos que son interconectados por las tuberiacuteas Este movimiento teacutermico debeser absorbido dentro de este sistema a traveacutes de lazos o juntas de expansioacuten loscuales son usados para dar flexibilidad al sistema de tuberiacutea El uso de las juntasde expansioacuten lleva a incrementar las longitudes de las tuberiacuteas y deberaacute serconsiderado en los caacutelculos de flujos La flexibilidad de la tuberiacutea para proveer elmovimiento teacutermico debe ser adecuada para cumplir dos propoacutesitos

S Mantener las reacciones de las tuberiacuteas conectada a equipos(intercambiadores de plato bombas compresores etc) dentro de los liacutemitesaceptables

S Mantener el esfuerzo flexor en la tuberiacutea misma dentro de un rango tal que seanevitadas las fallas directas o fallas por fatigas y las fugas en uniones

55 Consideraciones Mec aacute nicas Adicionales para Tuber iacute a

Para consideraciones mecaacutenicas involucradas en el disentildeo y disposicioacuten detuberiacuteas ver ANSI StdB313 Petroleum Refinery Piping publicado por la



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Sociedad Americana de Ingenieros Mecaacutenicos Vea tambieacuten la uacuteltima emisioacuten de

cada uno de las siguientes volumenes del Manual de Ingenieriacutea de DisentildeoPDVSA ndash GA ndash 200 y PDVSA ndash B ndash 201 ndash PR


Para prevenir los golpes de ariete por agua el tiempo que se tarda en cerrar lasvaacutelvulas instaladas en tuberiacuteas de un diaacutemetro hasta 600 mm (24 pulg) debeexceder de 15 segundos Para diaacutemetros de tuberiacuteas de 600 mm (24 pulg) omayor este tiempo debe ser miacutenimo 30 segundos

El contratista deberaacute verificar usando los caacutelculos apropiados (por ejemplo lasCartas de Allievi) que el incremento de presioacuten debido al cierre de la vaacutelvula no

sobrepresionaraacute o dantildearaacute la liacutenea Los operadores de vaacutelvulas del tipo pistoacutenneumaacutetico deberaacuten ser evitados porque ellos pueden causar golpes de ariete poragua debido al raacutepido cierre de las vaacutelvulas


La inyeccioacuten de vapores condensables (pe vapor de agua) a liacutequidos deberaacute serhecho a traveacutes de distribuidores para prevenir las vibraciones excesivas debidoal colapso de grandes burbujas de vapor La miacutenima caiacuteda de presioacuten a traveacutes delos distribuidores deberaacute ser 34 kPa (05 psi) En Vol VIII Secc 8D se da el disentildeotiacutepico de un distribuidor para inyeccioacuten de vapor a una corriente de hidrocarburos

tambieacuten se puede inyectar vapor a traveacutes de un Venturi pe inyeccioacuten de vaporpara pruebas hidrostaacuteticas de recipientes a presioacuten La mezcla de vapor y aguafriacutea en el inyector condensariacutea el vapor incrementando la temperatura del aguay minimizando las vibraciones en la liacutenea

58 Liacute neas para Agua de Reposici oacute n de Calderas en Generadores de Vapor In Situ

Para tambores horizontales de vapor de agua es una praacutectica normal inyectaragua de reposicioacuten por debajo del nivel de liacutequido del tambor de vapor Paratambores de vapor verticales en los cuales el agua de reposicioacuten es saturada eacutesta

puede ser inyectada en la liacutenea de alimentacioacuten a la caldera en la liacutenea de retornode liacutequido o en el espacio de vapor del mismo tambor de vapor Para tamboresverticales en los cuales el agua de reposicioacuten no es saturada es bueno que seinyecte por debajo del nivel de liacutequido del tambor de vapor

59 Requerimientos de V aacute lvulas

Las condiciones que siguen el uso el disentildeo y la inspeccioacuten de vaacutelvulas soncubiertos en cada uno de las siguientes volumenes del Manual de Ingenieriacutea de

Disentildeo PDVSA ndash HA ndash 211 ndash POT y PDVSA ndash 906171040



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PDVSA


510 Tuber iacute as y V aacute lvulas para Agua en Enfriadores y Condensadores

Requerimientos de Tuberiacute as ndash La descarga del agua de enfriadores ycondensadores depende de consideraciones sobre la posible contaminacioacuten delagua Ej Si la presioacuten del agua en la corriente principal es maacutes alta o maacutes bajaque la presioacuten del hidrocarburo En el caso de condensadores elevados el cabezalestaacutetico del agua debe ser restado de la presioacuten del agua

Cuando la presioacuten del agua en la corriente principal es mayor que la presioacuten delhidrocarburo el agua es enviada al sistema de aguas limpias Si la presioacuten delagua es menor que la presioacuten del hidrocarburo el agua es distribuida de lasiguiente manera

1 Al tambor separador de agua cuando la presioacuten del vapor de hidrocarburoes mayor que 109 kPa Abs (15 psia) a 40degC (100degF) y seguidamente va ala alcantarilla de agua limpia (El uso de tambores separadores de agua es

cubierto en detalle en PDVSA ndash MDP ndash 08 ndash S ndash 03

2 Directamente a la alcantarilla de agua limpia en el caso de hidrocarburos maacutespesados

Se deben proveer algunos medios para desviar temporalmente aguas limpias dealcantarilla al sistema de tratamiento de aguas con hidrocarburo como precaucioacutencontra altos contenidos de hidrocarburos resultantes de las fugas de enfriadores

de procesos En sistemas de recirculacioacuten esto puede ser hecho con facilidad enuna torre de enfriamiento y no se requiere de una capacidad de desv iacuteo especialSin embargo un gran desviacuteo de las corrientes de agua de enfriamiento norecicladas puede sobrecargar hidraacuteulicamente el sistema de tratamiento Por lotanto deben tomarse consideraciones para suministrar la capacidad de desviarlos efluentes a un estanque de retencioacuten yo lago artificial para reducir el flujo alsistema de tratamiento o si la calidad es satisfactoria al cuerpo receptor de aguaEn algunos casos puede ser praacutectico el uso de estanques retenedores de aguasde lluvia como almacenamiento de agua temporal para efluentes contaminados

Requerimientos de vaacutelvulas

Se deben seguir las siguientes instrucciones

1 La vaacutelvula de estrangulamiento (Ej globo o mariposa) es instalada en un soacutelolado a menos que el condensador o enfriador deban ser removidos deservicio (para limpieza reparacioacuten etc) mientras el resto de la unidadcontinuacutea operando

2 Si el enfriador o condensador debe ser removido en operacioacuten se debecolocar una vaacutelvula de bloqueo en el lado opuesto a la vaacutelvula deestrangulamiento



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PDVSA


3 Cuando la presioacuten del hidrocarburo es mayor que el 150 de la presioacuten de

disentildeo del lado del agua refieacuterase a PDVSA ndash MDP ndash 08 ndash SA ndash 02 para undiscusioacuten de sobrepresioacuten en el lado de baja presioacuten de intercambiadores decalor como resultado de la rotura de uno de sus tubos Esto puede requeriruna vaacutelvula de alivio de presioacuten en las tuberiacuteas del intercambiador o unavaacutelvula abierta de cuerpo sellado en la salida del agua

4 Para enfriadores y condensadores elevados en los cuales el efluente deagua es descargado a la alcantarilla la vaacutelvula de estrangulamiento debeestar en la liacutenea del efluente para prevenir el arrastre de vaciacuteo en el lado delagua del intercambiador De otro modo puede haber problemas de corrosioacutencausados por desorcioacuten de oxiacutegeno Esto no aplica para agua enrecirculacioacuten ya que el cabezal estaacutetico debido a la elevacioacuten de la torre de

enfriamiento impediraacute el arrastre de vaciacuteo en el lado del agua

El diagrama siguiente ilustra varios casos de vaacutelvulas para sistemas de agua quese pueden encontrar y la localizacioacuten de la vaacutelvula reguladora para cada casoNote que en el Caso I y III la localizacioacuten de esta vaacutelvula en la liacutenea del efluentede agua satisface el punto 4 En los casos II III y V son instaladas vaacutelvulas deretencioacuten en las liacuteneas de agua de entrada de los intercambiadores para prevenirla fuga de hidrocarburos hacia la corriente de agua



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PDVSA


TUBERIA Y VALVULAS DE LA LINEA DE AGUA DE ENFRIADORES Y

CONDENSADORES UN PASO A TRAVES DEL SISTEMA (DRENAJE)

SISTEMA DE RECIRCULACION DE AGUA (TORRE DE ENFRIAMIENTO)



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PDVSA


511 Erosi oacute n

El disentildeador deberiacutea estar enterado de las condiciones siguientes que puedenincrementar la erosioacuten e imponer liacutemites de velocidad en el disentildeo

S Ambiente corrosivo donde los productos de corrosioacuten forman una costra desoacutelidos desmenuzables

S Metal blando (Ej plomo o cobre)

S Presencia de soacutelidos abrasivos en el fluido de proceso

S Gran nuacutemero de accesorios de tuberiacuteas con el consecuente alto nivel deturbulencia

512 Emulsiones La reologiacutea de emulsiones ha recibido menos atencioacuten que la reologiacutea dedispersiones coloidales porque las emulsiones son sistemas mucho maacutes difiacutecilesde estudiar La viscosidad de una emulsioacuten es siempre mayor que la de la fasecontinua e incrementaraacute con un incremento proporcional de la fase dispersa

Tiacutepicamente si la concentracioacuten de una de las fases de una emulsioacuten es pequentildea(pe menos que 02 m3 m3 (pie3 pie3) (20 en volumen)) esta seraacute la fasedispersa Cuando las concentraciones de ambas fases son aproximadamenteiguales es imposible predecir cual seraacute la fase dispersa pero esto puede serdeterminada experimentalmente

Pequentildeas gotas no excediendo unos pocos microacutemetros en diaacutemetrogeneralmente se deforman auacuten a altas ratas de esfuerzo cortante Con frecuenciase puede deducir informacioacuten con respecto al comportamiento del flujo de eacutestasgotas por analogiacutea con los datos de lechadas (slurries) homogeacuteneas de tamantildeocomparable Para gotas grandes la interpretacioacuten de los datos es maacutes difiacutecil porla deformacioacuten de las gotas

La viscosidad de emulsiones puede ser determinada usando un viscosiacutemetro oeacutesta puede ser calculada basaacutendose en los datos de caiacutedas de presioacuten en lastuberiacuteas Tiacutepicamente para emulsiones no Newtonianas los datos de viscosidado caiacuteda de presioacuten deben ser obtenidos a las ratas de esfuerzo cortante que seraacuten

encontradas a las condiciones de disentildeo de operacioacuten

513 Aislamiento

Ver Vol IX Sec 16 de las Praacutecticas de Disentildeo

514 Espesor de Pared

Los siguientes meacutetodos de disentildeo y ecuaciones deben ser usados junto con elmaterial dado bajo ldquoConsideraciones Baacutesicas de Disentildeordquo



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PDVSA


Espesor de Pared para Tuberiacute as Sujetas a Presioacuten Interna

El espesor de la pared tn de una liacutenea sujeta a presioacuten interna viene dado por lasiguiente expresioacuten

tn wtm

0875+ t ) c

0875(1)

donde t es dado por la ecuacioacuten 2

t+PDo

F1 S E(2)

Aacute Aacute Aacute






Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute



Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute



Enunidadesmeacutetricas




Enunidadesinglesas



tnAacute Aacute Aacute


=Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


Espesor de pared (Tabla 1)Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


mmAacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


pulgAacute Aacute Aacute








tmAacute Aacute Aacute
















Miacutenimo espesor de pared que satisface losrequerimientos de presioacuten maacutes las permisibilidadesde la profundidad de rosca la corrosioacuten y la erosioacutenLa mayoriacutea de las especificaciones permiten alconstructor un 125 de tolerancia dimensional enel espesor de la pared Por lo tanto antes de escogerel espesor de la pared (Ver Tabla 1) debe dividirse tmpor 0875

















pulg



t Aacute Aacute Aacute


= Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


Miacutenimo espesor a la presioacuten de disentildeo Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


mm Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute





c Aacute Aacute Aacute






Corrosioacuten total permisible erosioacuten y profundidad derosca







pulg



P Aacute Aacute Aacute




Presioacuten interna de disentildeo Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


kPa man Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


psig



DoAacute Aacute Aacute




diaacutemetro externo de tuberiacutea Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute




pulg



S Aacute Aacute Aacute




Esfuerzo permitido Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


MPa Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


psiAacute Aacute Aacute



E Aacute Aacute Aacute






Factor longitudinal de Soldadura de ANSI B313Tabla 30243 Para tuberiacutea sin costura E = 10






Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


F1Aacute Aacute Aacute




Factor que depende de las unidades usadasAacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


2000Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


2

La Ecuacioacuten 2 da un resultado ligeramente conservativo y es adecuado para elcaacutelculo de flujo de fluido Un meacutetodo maacutes riguroso para caacutelculo o espesor de paredbasado en los requerimientos mecaacutenicos es dado en ANSI B313

Espesor de Pared para Tuberiacute as Sujetas a Presioacuten Externa

Para calcular el espesor de la pared requerido para cualquier tuberiacutea sujeta apresioacuten externa determine ldquotrdquo por el procedimiento dado en ANSI B313Entonces calcule ldquotnrdquo y seleccione el espesor de la pared de la tuberiacutea como sedescribioacute anteriormente



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PDVSA


6 PROGRAMAS DE COMPUTACION

A continuacioacuten se presentan los programas de computacioacuten disponibles para elmomento en la industria

INPLANT versioacuten 31 SIMSCI Latinoamericana CA Simulador que permitedisentildear evaluar yu optimizar instalaciones de flujo de fluidos en procesosindustriales Puede utilizarse para dimensionar liacuteneas determinar la potencia debombas y compresores predecir temperaturas presiones velocidades y flujosPermite el caacutelculo de tuberiacuteas con accesorios y caacutelculos en una fase o en multifase

Las siguientes filiales disponen del mismo

ndash CORPOVEN (Caracas y Puerto la Cruz)

ndash LAGOVEN (Occidente y Amuay) ndash MARAVEN (Occidente)

PIPEPHASE versioacuten 7 SIMSCI Latinoamericana CA Simulador de redes deflujo de fluidos en estado estacionario o transciente que permite disentildear evaluaryu optimizar sistemas complejos de flujo de fluidos a nivel de produccioacuten


ndash CORPOVEN (Oriente)

ndash LAGOVEN (Oriente y Occidente)

ndash MARAVEN (Occidente)

THE CRANE COMPANION versioacuten 20 Crane Versioacuten computarizada delTechnical Paper No 410 ldquoFlow of Fluids trough Valves Fittings and PiperdquoPrograma que permite disentildear evaluar y resolver sistemas de flujo de fluidos atraveacutes de tuberiacuteas tubos y vaacutelvulas asiacute como evaluar sistemas que contenganbombas centrifugas y bombas de desplazamiento positivo


ndash INTEVEP



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PDVSA


7 NOMENCLATURA

(Excluye la Tabla 1 la cual es auto explicativa la unidad entre pareacutenesis esla mas usada para la variable en el sistema ingles)

Aacute Aacute Aacute Aacute



cAacute Aacute

Aacute Aacute

Aacute Aacute

=Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute

Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


Tolerancia total de corrosioacuten erosioacuten y profundidad de rosca mm(pulg)



DoAacute Aacute

Aacute Aacute

= Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute Aacute


Diaacutemetro externo de tuberiacutea mm (pulg)Aacute Aacute Aacute Aacute


deqAacute Aacute

Aacute Aacute



Diaacutemetro hidraacuteulico equivalente mm (pulg)Aacute Aacute Aacute Aacute


E Aacute Aacute

Aacute Aacute



Factor de eficiencia de Soldadura adimensionalAacute Aacute Aacute Aacute



F1Aacute Aacute

Aacute Aacute

Aacute Aacute




Factor que depende de las unidades usadas (2000 en unidadesmeacutetricas y 2 en unidades inglesas)



fAacute Aacute

Aacute Aacute



Factor de friccioacuten de Fanning adimensionalAacute Aacute Aacute Aacute


k Aacute Aacute

Aacute Aacute



Coeficiente de resistencia (Ver Definiciones)Aacute Aacute Aacute Aacute


LeqAacute Aacute

Aacute Aacute



Longitud equivalente de tuberiacutea o accesorio m (pulg)Aacute Aacute Aacute Aacute


NAacute Aacute

Aacute Aacute



Coeficiente de resistencia de tuberiacutea (Ver Definiciones)Aacute Aacute Aacute Aacute


PAacute Aacute

Aacute Aacute



Presioacuten interna de disentildeo kPa manomeacutetricos (psig)Aacute Aacute Aacute Aacute


ReAacute Aacute

Aacute Aacute



Nuacutemero de Reynolds adimensionalAacute Aacute Aacute Aacute


SAacute Aacute

Aacute Aacute



Esfuerzo permitido MPa (psi)Aacute Aacute Aacute Aacute


tAacute Aacute

Aacute Aacute



Miacutenimo espesor requerido por presioacuten interna o externa mm (pulg)Aacute Aacute Aacute Aacute




tmAacute Aacute

Aacute Aacute

Aacute Aacute

Aacute Aacute





Miacutenimo espesor de pared Satisfaciendo los requerimientos depresioacuten maacutes erosioacuten corrosioacuten y profundidad de rosca permitidasmm (pulg)



tn Aacute Aacute

Aacute Aacute



Espesor de pared nominal de tuberiacutea mm (pulg)Aacute Aacute Aacute Aacute


eAacute Aacute

Aacute Aacute



Rugosidad absoluta mm (pulg)



Los datos tabulados abajo se usan generalmente en el disentildeode tuberiacutea Muchos de los espesores que tradicionalmente seincluyen en este tipo de tablas se han omitido debido a quese han hecho obsoleto por el desuso y por no estar cubiertospor ninguacuten estaacutendar

Los diaacutemetros y espesores listados aquiacute son cubiertos por lassiguientes normas estaacutendares

1 American Standard ANSI B3610

2 American Petroleum Institute Standard API 5L

Taylor Forge Electric Fusion Welded Pipe produceuna amplia variedad de aplicaciones para diaacutemetrosy espesores los cuales no tienen designacioacutenestaacutendar

Todos los datos estaacuten computados dedimensiones nominales listadas y el efecttolerancia de manufacturacioacuten no es tomen cuenta Los valores son computados dsiguientes ecuaciones

Radio de giro R+ D2 ) d2

4

Momento de inercia I+ R2 A

Moacutedulo de la seccioacuten Z+ I0 5 D

Tabla extraida de las Praacutecticas de Disentildeo Vol 8 Secc 14 ldquoFlujo de Fluidosrdquo (1979)

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TABLA 1 PROPIEDADES DE DISENtildeO DE TUBERIAS



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TABLA 1 (CONTINUACION)



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NOTAS PARA LA TABLA 1

Las siguientes notas se aplican a esta versioacuten de la Tabla 1

1 Los nuacutemeros en negrilla estaacuten en pulgadas Los nuacutemeros restantes representan el valor nominalequivalente en mm Estos no tienen status oficial en USA pero estaacuten de acuerdo con los diaacutemetrosnominales propuestos por la British Steel Corporation para tamantildeos hasta 900 mm (36 pulg)inclusive

2 Los nuacutemeros en negrilla estaacuten en pulgadas Los nuacutemeros restantes son los valores equivalentesen mm computados con una precisioacuten de 01 mm (00039 pulg) para tuberiacuteas de diaacutemetro nominalhasta 400 mm (16 pulg) y con una precisioacuten de 1 mm para diaacutemetros maacutes grandes El diaacutemetroexterno indicado (ambos en mm y pulg) para tuberiacuteas de diaacutemetro hasta 400 mm (16 pulg) inclusiveestaacuten de acuerdo con los dados por British Steel Corporation tambieacuten como Metric Table 61 of API5L Para diaacutemetros nominales de tuberiacuteas de 300 mm (12 pulg) y mayores los diaacutemetros exteriores

indicados (ambos en mm y pulg) estaacuten de acuerdo con los valores en ISO Draft InternationalStandard (DIS) 3183

3 Multiplique el valor tabulado por 254 para obtener el valor en mm

4 Multiplique el valor tabulado por 1488 para obtener masa de metal en kgm de tuberiacutea

5 Multiplique el valor tabulado por 1488 para obtener masa de agua en kgm de tuberiacutea

6 Multiplique el valor tabulado por 03048 para obtener aacutereas en m2 m de tuberiacutea

7 Multiplique el valor tabulado por 6452 x 10 ndash 4 para obtener aacutereas de flujo en m2

8 Multiplique el valor tabulado por 6452 para obtener aacutereas de metal en cm2

9 Multiplique el valor tabulado por 4162 para obtener momento de inercia en cm4

10 Multiplique el valor tabulado por 1639 para obtener el moacutedulo de la seccioacuten en cm3



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PDVSA


Indice

1 OBJETIVO 3

2 ALCANCE 3

3 REFERENCIAS 3

31 Manual de Disentildeo de Procesos 3

32 Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo 3

33 Praacutecticas de Disentildeo 3

34 Normas Nacionales (USA) e Internacionales 3

35 Otras Referencias 4

4 DEFINICIONES 4 41 Fluidos Newtonianos 4

42 Fluidos nondashNewtonianos 4

43 Flujo Compresible 4

44 Flujo Incompresible 4

45 Flujo Laminar o Viscoso 4

46 Flujo en Transicioacuten 5

47 Flujo Turbulento 5

48 Liacuteneas de Corriente 5

49 Factor de Friccioacuten Fanning 5

410 Nuacutemero de Reynolds 5 411 Teorema de Bernuolli 5

412 Radio Hidraacuteulico Equivalente 6

413 Diaacutemetro Hidraacuteulico Equivalente 6 414 Longitud Equivalente (de una vaacutelvula o accesorio) 6

415 Coeficiente de Resistencia K 6

416 Coeficiente de Resistencia de Liacutenea N 6

417 Rugosidad Relativa 6

418 Velocidad Criacutetica o Soacutenica (Flujo obstruido) 6



421 Lechada (ldquoSlurryrdquo) 7

422 Lechadas Compactadas 7

423 Lechadas Diluidas 7

424 Velocidad Criacutetica de Sedimentacioacuten 7

425 Velocidad Miacutenima de Transporte 7

426 Viscosidad Relativa de la Lechada 7

5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISENtildeO 8

51 Dimensionamiento de Liacuteneas 8



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512 Emulsiones 15



7 NOMENCLATURA 18



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1 OBJETIVO








(1995)




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47 Flujo Turbulento














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condiciones locales





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Vaacutelvulas donde















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511 Erosi oacute n











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tn wtm

0875+ t ) c

0875(1)


t+PDo

F1 S E(2)

















Enunidadesinglesas




















































pulg



























pulg











psig











pulg




































2






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7 NOMENCLATURA





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Aacute Aacute

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512 Emulsiones 15



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1 OBJETIVO








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Vaacutelvulas donde















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0875(1)


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Enunidadesinglesas




















































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7 NOMENCLATURA





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1 OBJETIVO








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Enunidadesinglesas




















































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