Diseño mecánico de un separador vertical

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
PROYECTO MECÁNICO:
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR
VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y
GAS, DE DIAMETRO EXTERIOR 48 PULGADAS
x 7 PIES LONGITUD DE SOLDADURA A
SOLDADURA”
ASESORES:
M. EN C. JOSÉ LUIS MORA RODRIGUEZ.
M. EN C. JUAN JOSE MARTINEZ COSGALLA.
JURADO:
ING. IRVING ARJONA RAMIREZ.
M. EN C. RICARDO CORTES OLIVERA.
•
•
•
•
GILES GUTÉRREZ MANUEL BRICIO.
GUTIÉRREZ LARA LUIS ARTURO.
SOTO REYES CRISTIAN IVAN.
VAZQUEZ RESENDIZ JORGE ALBERTO.
Son tantas personas a las cuales debo parte de este triunfo, de lograr alcanzar mi
culminación académica, la cual es el anhelo de todos los que así lo deseamos.
Definitivamente, Dios, mi Señor, mi Guía; sabes lo esencial que has sido en mi posición
firme de alcanzar esta meta, esta alegría, que si pudiera hacerla material, la hiciera para
entregártela, pero a través de esta meta, podré siempre de tu mano alcanzar otras que espero
sean para tu Gloria.
Mi hermano, mis padres, por darme la estabilidad emocional, económica, sentimental; para
poder llegar hasta este logro, que definitivamente no hubiese podido ser realidad sin
ustedes. Gracias por darme la posibilidad de que de mi boca salga esa palabra…FAMILIA.
A mis padres que siempre serán para mi inspiración para alcanzar mis metas, por
enseñarme que todo se aprende y que todo esfuerzo es al final recompensa. Su esfuerzo, se
convirtió en tu triunfo y el mío, LOS AMO.
A mi equipo de tesis, a mi fabuloso equipo de tesis; Pirru, Benji y Arturo por ser el último
escalón para poder alcanzar este sueño, este mi sueño, que ahora es una realidad.
Agradezco haber encontrado el amor y compartir mi vida con la Zapa.
Manuel Bricio Giles Gutiérrez.
Mi primera y mayor deuda de gratitud es para mis padres porque gracias a su apoyo y
consejos he llegado a realizar una de mis metas más grandes. La cual construye la herencia
más valiosa que pudiera recibir. A quienes la ilusión de su existencia ha sido convertirme
en una persona de provecho. Doy gracias a ti señor por haberme dado a estas personas
queridas y por darme la oportunidad de entrar en el bello y maravilloso mundo del saber.
Porque ahí donde tu me haz puesto debo de crecer y luchar por mi realización. A mis
grandes amigos Manuel, Jorge y Cristian que estuvimos batallando pero lo logramos, por
todo su apoyo.
A las personas que nunca me han dejado caer, mis padres Claudia y Arturo, mis hermanos
Cesar y Rodrigo; a mis tíos Isaac, Manuela y Francisco, mis primos, Paola, Jocelyne, Karla
y Jonathan, que son mis padres y hermanos también. La vida nos ha dado golpes muy duros
de los que hemos aprendido mucho, lo que a ustedes les duele a mí también, ojala y algún
día les pueda pagar un poco de todo lo que han hecho por mí. Esto es por ti Jonathan, te
prometo que no voy a desperdiciar la segunda oportunidad que me diste carnal. Los quiero
mucho son lo más importante en mi vida. Que Dios los bendiga, gracias por todo.
Luis Arturo Gutiérrez Lara.
Agradezco primero a DIOS, que es el creador del mundo y de la vida, después a mis
PADRES y HERMANOS que me guiaron por el buen camino, me brindaron la primera
educación y principios tales como el respeto, la responsabilidad que son la bases para ser un
hombre de bien y así cumplir con cada una de mis metas. Luego al INSTITUTO
POLECNICO NACIONAL, en especial a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica
y Eléctrica Unidad Profesional Azcapotzalco y a los maestros que integran a esta, en
especial al maestro que dirigió nuestra tesis M.C. José Luis Mora que con sus
conocimientos teóricos y técnicos nos dio la bases para ser los mejores ingenieros del
mundo. Por ultimo a mis compañeros y amigos que en conjunto elaboramos la tesis.
Cristian Ivan Soto Reyes.
Agradezco haber finalizado uno de los retos de mi vida en la cual pude hacer un logro más
en lo que es mi carrera y mis retos personales a lo largo de este tiempo.
Agradezco a mis maestros que me apoyaron y me ayudaron en la realización de todo este
trabajo.
Agradezco a mis padres en especial que me apoyaron incondicionalmente durante toda la
carrera y más en esta etapa de mi carrera en la realización de esta Tesis tanto en su proceso
como en su finalización. ¡¡¡Muchas Gracias!!!
De igual forma a mis amigos y compañeros que estuvieron en este proyecto que nos
tuvimos que soportar en las buenas y en las malas y finalizar esto con uno de los mejores
proyectos de la escuela.
Jorge Alberto Vázquez Resendiz.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
INDICE.
CAPÍTULO 1 GENERALIDADES DE RECIPIENTES A PRESIÓN.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.1.6.
1.1.7.
1.1.8.
1.1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS.
RECIPIENTE A PRESIÓN.
ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESIÓN.
PRESIÓN DE OPERACIÓN (PO).
PRESIÓN DE DISEÑO (P).
PRESIÓN DE PRUEBA (PP).
PRESIÓN DE TRABAJO MÁXIMA PERMISIBLE.
ESFUERZO DE DISEÑO A LA TENSIÓN (S).
EFICIENCIA DE LAS SOLDADURAS (E).
1
1
1
1
2
2
3
3
3
1.2. TIPOS DE RECIPIENTES.
4
1.3. TIPO DE TAPAS PARA RECIPIENTES A PRESIÓN.
1.3.1. TAPAS SEMIESFÉRICA.
1.3.2. TAPAS SEMIELÍPTICAS.
1.3.3. TAPAS TORIESFÉRICAS.
7
7
8
9
1.4. MATERIALES MÁS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE TAPAS Y
CUERPOS.
10
1.5. TAMAÑO ÓPTIMO DE RECIPIENTE.
10
1.6. DISEÑO DE REFUERZOS EN APERTURAS.
1.6.1. TIPOS DE BRIDAS.
1.6.1.1. BRIDAS DESLIZABLES.
1.6.1.2. BRIDAS DE CUELLO SOLDABLE.
1.6.1.3. BRIDAS DE TRASLAPE.
1.6.1.4. BRIDAS DE ENCHUFE SOLDABLE.
1.6.1.5. BRIDAS ESPECIALES.
1.6.2. DISEÑO DE REFUERZOS EN APERTURAS.
1.6.3. CÁLCULO DE PESO.
11
11
13
13
13
13
14
14
17
1.7. CÁLCULO DE OREJAS DE IZAJE.
1.8. DISEÑO DE OREJAS DE RECIPIENTE VERTICAL.
1.8.1. CÁLCULO POR PRESIÓN EXTERNA.
1.9. DISEÑO DE APOYOS PARA RECIPIENTES VERTICALES.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
17
19
19
20
Página 1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.10. DISEÑO DE LA PLACA BASE DEL FALDÓN.
27
1.11. CÁLCULO DEL ESPESOR PARA BASE DEL FALDON.
28
1.12. SELECCIÓN DE REGISTRO PASA HOMBRE (DAVIT).
28
1.13. METODOLOGÍA DE CÁLCULO PARA UNA ZAPATA CORRIDA.
29
1.14. CÁLCULO DE LA PLACA DE CHOQUE.
31
CAPÍTULO 2 GENERALIDADES SOBRE SEPARADORES.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.1. SEPARACIÓN DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS.
SEPARADORES.
SEPARADORES A BAJA TEMPERATURA.
ELIMINADORES.
DEPURADORES.
2.2. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DEL EQUIPO DE
SEPARACIÓN.
2.2.1. DESCRIPCIÓN DE UN SEPARADOR.
2.2.1.1. SECCIÓN DE SEPARACIÓN PRIMARIA
2.2.1.2. SECCIÓN DE SEPARACIÓN SECUNDARIA
2.2.1.3. SECCIÓN DE EXTRACCIÓN DE NIEBLA
2.2.1.4. SECCIÓN DE ALMACENAMIENTO DE LÍQUIDOS
2.2.2. TIPOS DE EXTRACTORES DE NEBLINA.
2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEPARADORES.
2.3.1. SEPARADORES HORIZONTALES.
2.3.1.1. VENTAJAS.
2.3.1.2. DESVENTAJAS.
2.3.1.3. FASES DE TRABAJO DE SEPARADORES HORIZONTALES.
2.3.1.4. PARTES ESENCIALES DEL SEPARADOR DE TRES FASES
HORIZONTAL.
2.3.2. SEPARADORES VERTICALES.
2.3.2.1. VENTAJAS.
2.3.2.2. DESVENTAJAS.
2.3.2.3. FASES DE TRABAJO DE SEPARADORES VERTICALES.
2.3.3. SEPARADORES ESFÉRICOS.
2.3.3.1. VENTAJAS.
2.3.3.2. DESVENTAJAS.
2.4. SEPARADORES DE TRES FASES VERTICALES.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
33
33
33
34
34
34
34
34
34
35
35
36
41
42
42
42
42
43
44
44
44
45
46
46
46
46
Página 2
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
2.5. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE GAS
LÍQUIDO.
2.5.1. MECANISMOS DE SEPARACIÓN.
2.5.1.1. SEPARACIÓN POR GRAVEDAD.
2.5.1.2. SEPARACIÓN POR FUERZA CENTRIFUGA.
2.5.1.3. SEPARACIÓN POR CHOQUE.
2.6. PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE
SEPARACIÓN DE GAS Y LÍQUIDO.
2.6.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE LÍQUIDO.
2.6.2. LA DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE
LÍQUIDO Y EL VOLUMEN DE LÍQUIDO QUE ENTRA AL SEPARADOR.
2.6.3. VELOCIDAD DEL GAS.
2.6.4. PRESIÓN DE SEPARACIÓN.
2.6.5. TEMPERATURA DE SEPARACIÓN.
2.6.6. DENSIDAD DEL LÍQUIDO Y DEL GAS.
2.6.7. VISCOCIDAD DEL GAS.
49
49
49
50
51
51
51
52
52
53
53
53
54
CAPÍTULO 3 CÓDIGOS Y NORMAS QUE RIGEN EL DISEÑO DE
EQUIPOS SUJETOS A PRESIÓN.
3.1. GENERALIDADES.
55
3.2. CÓDIGOS APLICABLES.
55
3.3. BREVE HISTORIA DEL CÓDIGO A.S.M.E.
55
3.4. CODIGOS Y NORMAS APLICABLES.
3.4.1. CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1.
3.4.1.1. LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1.
60
60
61
3.5. SOCIEDADES E INSTITUTOS.
3.5.1. A.W.S. (American Welding Society).
3.5.2. A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction).
3.5.3. A.N.S.I. (American National Standars Institute).
61
61
62
62
3.6. ENVOLVENTE Y TAPAS.
62
3.7. BOQUILLAS Y REGISTROS.
65
3.8. INTERNOS.
72
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 3
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
3.9. ESTRUCTURAS Y SOPORTE.
73
3.10. FABRICACIÓN.
3.10.1. SOLDADURA.
3.10.2. TRATAMIENTO TÉRMICO.
3.10.3. INSPECCIÓN.
3.10.4. PRUEBAS.
3.10.5. CERTIFICADO DE PRUEBAS.
77
77
83
83
84
84
3.11. CLASES DE MATERIALES.
3.11.1. ACEROS AL CARBÓN.
3.11.2. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN.
3.11.3. ACEROS DE ALTA ALEACIÓN.
3.11.4. MATERIALES NO FERROSOS.
84
85
85
85
85
3.12. PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA
SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO.
85
3.12.1. PROPIEDADES MECÁNICAS.
85
3.12.2. PROPIEDADES FÍSICAS.
86
3.12.3. PROPIEDADES QUÍMICAS.
86
3.13. EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES SUGERIDOS.
86
CAPÍTULO 4 MEMORIA DE CÁLCULO DEL DISEÑO DEL
SEPARADOR DE TRES FASES.
88
ANEXO.
119
LISTA DE PARTES.
134
PLANOS.
136
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFIA.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 4
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
I. OBJETIVO.
Como equipo de trabajo realizar una investigación seria y detallada del diseño de los
recipientes de proceso sujetos a presión, en específico a los separadores verticales de tres
fases, tomando en cuenta todas las consideraciones mecánicas y normas que envuelven
estos recipientes para su aprovechamiento total; dando así, un trabajo claro y desarrollado
de este instrumento clave y efectivo en el proceso de la explotación del petróleo el cual es
fundamental en el desarrollo económico de nuestro país.
II. JUSTIFICACIÓN.
Todo el mundo necesita del petróleo. En una u otra de sus muchas formas lo usamos cada
día de nuestra vida. Proporciona fuerza, calor y luz; lubrica la maquinaria, de él se fabrica
una gran variedad de productos químicos.
El petróleo es la fuente de energía más importante de la sociedad actual. Pensar en qué
pasaría si se acabara repentinamente, hace llegar a la conclusión de que se trataría de una
verdadera catástrofe: los aviones, los automóviles y autobuses, gran parte de los
ferrocarriles, los barcos, centrales térmicas, muchas calefacciones dejarían de funcionar.
Además, los países dependientes del petróleo para sus economías entrarían en bancarrota
(por ejemplo México).
El petróleo es un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del total de la
energía que se consume en el mundo. La importancia del petróleo no ha dejado de crecer
desde sus primeras aplicaciones industriales a mediados del siglo XIX, y ha sido el
responsable de conflictos bélicos en algunas partes del mundo (Oriente Medio).
La alta dependencia que el mundo tiene del petróleo, la inestabilidad que caracteriza al
mercado internacional y las fluctuaciones de los precios de este producto, han llevado a que
se investiguen energías alternativas, aunque hasta ahora no se ha logrado una opción que
realmente lo sustituya; por ello de la importancia que le damos a este proyecto buscando un
bienestar personal y ayudar a nuestra patria.
III. INTRODUCCIÓN.
ASPECTOS GENERALES SOBRE EQUIPOS SEPARADORES.
Los separadores son recipientes sujetos a presión, y tienen funciones de suma importancia
para las plantas de procesamiento de hidrocarburos en México. Por ello la intención de la
aplicación de los elementos y las condiciones más usuales para el diseño e instalación de
este tipo de recipientes.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
En México, la separación de sólidos, líquidos y gases en la ingeniería petroquímica, tiene
una variedad de equipos que forman parte en el proceso de refinación del producto obtenido
en los pozos petroleros.
Esta rama alberga, básicamente, dos tipos de los llamados separadores, y son:
Separadores cilíndricos verticales.
Separadores cilíndricos horizontales.
En cada uno de estos tipos, hay ventajas y aplicaciones específicas, así como
normatividades, que se analizan a continuación.
EL PETROLEO.
En su estado natural se le atribuye un valor mineral, siendo susceptible de generar, a través
de procesos de transformación industrial, productos de alto valor, como son los
combustibles, lubricantes, ceras, solventes y derivados petroquímicos.
Se ha encontrado petróleo en todos los continentes excepto en la Antártida.
IMPORTANCIA.
La vida sin el petróleo no podría ser como la conocemos. Del crudo obtenemos gasolina y
diesel para nuestros autos y autobuses, combustible para barcos y aviones. Lo usamos para
generar electricidad, obtener energía calorífica para fábricas, hospitales y oficinas y
diversos lubricantes para maquinaria y vehículos.
La industria petroquímica usa productos derivados de él para hacer plásticos, fibras
sintéticas, detergentes, medicinas, conservadores de alimentos, hules y agroquímicos.
El petróleo ha transformado la vida de las personas y la economía de las naciones. Su
descubrimiento creó riqueza, modernidad, pueblos industriales prósperos y nuevos
empleos, motivando el crecimiento de las industrias mencionadas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CAPÍTULO 1 GENERALIDADES.
El capítulo uno manejará en su contenido la teoría mecánica de los separadores conociendo
por este medio a las cargas y esfuerzos que los afectan así como sus consideraciones y
ecuaciones a considerar en su diseño.
1.1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS.
1.1.1. RECIPIENTE A PRESIÓN.
Se considera como un recipiente a presión cualquier vasija cerrada que sea capaz de
almacenar un fluido a presión manométrica, ya sea presión interna o vació,
independientemente de su forma y dimensiones. Los recipientes cilíndricos a que nos
referimos en este capítulo, son calculados como cilindros de pared delgada.
1.1.2. ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESIÓN.
Los recipientes a presión están sujetos a diversas cargas, que causan esfuerzos de diferentes
intensidades en los componentes del recipiente. El tipo e intensidad de los esfuerzos es una
función en la naturaleza de las cargas, de la geometría del recipiente y de su construcción.
Cargas.
Presión interna o externa.
Peso del recipiente y su contenido.
Reacciones estáticas del equipo auxiliar, tubería, revestimiento, aislamiento, piezas
internas, apoyos.
Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a la presión o a las variaciones térmicas.
Presión del viento y fuerzas sísmicas.
Reacciones por impacto debido a choque hidráulico.
Gradientes de temperatura y expansión térmica diferencial.
Esfuerzos.
Esfuerzo a la Tensión.
Esfuerzo longitudinal a la compresión.
Esfuerzo primario general de membrana inducido por cualquier combinación de cargas.
Esfuerzo primario de membrana más esfuerzo primario de flexión inducido por
combinación de cargas.
Esfuerzo primario general de membrana inducido por la combinación de sismos o de la
presión del viento con otras cargas.
1.1.3. PRESIÓN DE OPERACIÓN (Po).
Es identificada como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la cual estará
sometido un equipo en condiciones de operación normal.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.1.4. PRESIÓN DE DISEÑO (P).
Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes constitutivas
de los recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:
1° CONDICIÓN.
Cálculo de la Presión de Diseño tomando en cuenta la presión de operación Po.
1.1
Se obtiene el espesor recomendado bajo las condiciones descritas anteriormente para el
recipiente y utilizando el radio interior.
2° CONDICIÓN.
Cálculo de la Presión de Diseño tomando en cuenta la presión de operación Po.
Se obtiene el espesor recomendado bajo las condiciones descritas anteriormente para el
recipiente y utilizando el radio exterior.
P = es la presión de diseño.
Re = radio exterior.
Rint = radio interior.
Po = es la presión de operación. S = esfuerzo a la presión. E = eficiencia soldadura.
C.A. = sobrespesor por corrosión.
1.1.5. PRESIÓN DE PRUEBA (Pp).
Se entenderá por presión hidrostática de prueba y se cuantificará por medio de la siguiente
ecuación:
Una y media veces la presión permitida de operación. Si el valor del esfuerzo del material
del recipiente a la temperatura de diseño es menor que a la temperatura de prueba, la
presión de prueba hidrostática debe incrementarse proporcionalmente.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 2
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Presión de Prueba.
P = Presión de diseño.
Sta = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambiente.
Std = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño.
1.1.6. PRESIÓN DE TRABAJO MÁXIMA PERMISIBLE.
Es la presión máxima a la que se puede someter un recipiente, en condiciones de operación,
suponiendo que él está:
a) En condiciones después de haber sido corroído.
b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño.
c) En la posición normal de operación.
d) Bajo los efectos de otras cargas, tales como fuerza debida al viento, presión hidrostática,
etc., cuyos efectos deben agregarse a los ocasionados por la presión interna.
El término “Máxima presión de trabajo permisible nuevo y frío”, significa: La presión
máxima permisible, cuando se encuentra en las siguientes condiciones:
a) El recipiente no está corroído (nuevo).
b) La temperatura no afecta a la resistencia a la tensión del material (temperatura
ambiente) (frío).
c) Tampoco se consideran los efectos producidos por la acción del viento, presión
hidrostática, etc.
El valor de la presión de trabajo máxima permisible, se obtiene despejando “P” de las
ecuaciones que determinan los espesores del cuerpo y las tapas, y usando como “t” el
espesor real del equipo y su valor será el que resulte menor.
1.1.7. ESFUERZO DE DISEÑO A LA TENSIÓN (S).
Es el valor máximo al que podemos someter un material, que forma parte de un recipiente a
presión, en condiciones normales de operación. Su valor es aproximadamente el 25% del
esfuerzo último a la tensión del material.
1.1.8. EFICIENCIA DE LAS SOLDADURAS (E).
Se puede definir la eficiencia de las soldaduras, como el grado de confiabilidad que se
puede tener de ellas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 3
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
EFICIENCIA DE LA UNIÓN CUANDO LA JUNTA ES RADIOGRAFIADA.
100%
SPOT
SIN
1.00
0.85
0.70
1.00
0.85
0.70
1.00
0.85
0.70
Fig. 1. Cap. 1.- Eficiencia de los diferentes tipos de Soldaduras.
1.2. TIPOS DE RECIPIENTES.
Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas industriales o de
procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias que se dirigen o
convergen de algún proceso, este tipo de recipientes son llamados en general tanques. Los
diferentes tipos de recipientes que existen, se clasifican de la siguiente manera:
POR SU USO
De almacenamiento
De procesos
Los recipientes de almacenamiento nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión
y de acuerdo con sus servicios son conocidos como tanques de almacenamiento.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 4
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 2. Cap. 1.- Recipientes de Almacenamiento.
Fig. 3. Cap. 1.- Recipientes de Proceso.
Recipientes a presión:
POR SU FORMA
Esféricos
Cilíndricos
Verticales
Horizontales
Los recipientes a presión pueden ser cilíndricos o esféricos. Los primeros son horizontales
o verticales y pueden tener en algunos casos, chaquetas para incrementar o decrecer la
temperatura de los fluidos según sea el caso.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 5
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Los recipientes esféricos se utilizan
generalmente como
tanques de
almacenamiento, y se recomiendan para
almacenar grandes volúmenes esféricos
a altas presiones. Puesto que la forma
esférica es la forma natural que toman
los cuerpos al ser sometidos a presión
interna esta sería la forma más
económica para almacenar fluidos a
presión sin embargo en la fabricación
de estos es mucho más cara a
comparación de los recipientes
cilíndricos.
Fig. 4. Cap. 1.- Recipiente Esférico.
Fig. 5. Cap. 1.- Recipiente Horizontal.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 6
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 6. Cap. 1.- Recipiente Vertical.
1.3. TIPO DE TAPAS PARA RECIPIENTES A PRESIÓN.
1.3.1. TAPAS SEMIESFÉRICA.
Son las menos empleadas y presentan una curvatura más pronunciada que las siguientes, su
fabricación es más complicada.
Cálculo del espesor mínimo de la tapa semiesférica usando el Rint.
Cálculo del espesor mínimo de la tapa semiesférica usando el Rext.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 7
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 7. Cap. 1.-Tapa Semiesférica.
1.3.2. TAPAS SEMIELÍPTICAS.
Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesférica es relativamente alto,
ya que las tapas semielípticas soportan mayores presiones que las toriesféricas. El proceso
de fabricación de estas tapas es el troquelado, su silueta describe una elipse relación 2:1, su
costo es alto y en México se fabrican hasta un diámetro máximo de 3 metros. Es la más
usada en México.
Fig. 8. Cap. 1.-Tapa Semielíptica.
Se calcula el espesor mínimo de la tapa semiesférica usando el diámetro interior.
Se calcula el espesor mínimo de la tapa semiesférica usando el diámetro exterior.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 8
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.3.3. TAPAS TORIESFÉRICAS.
Son las que mayor aceptación tienen en la industria, debido a su bajo costo y a que soportan
altas presiones manométricas, su característica principal es que el radio de abombado es
aproximadamente igual al diámetro. Se pueden fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6
metros.
Fig. 9. Cap. 1.-Tapa Toriesférica.
Usando Diámetro interno.
Cuando
•
Se calcula el espesor de la tapa con la siguiente fórmula:
Usando Diámetro Exterior.
Cuando
•
•
Se calcula el espesor de la tapa con la siguiente fórmula:
Cuando
Se calcula el espesor de la tapa con la siguiente fórmula:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 9
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
E = Eficiencia de soldaduras.
P = Presión de diseño, en lb/pulg2. (kPa).
Rint = Radio interno de la tapa semiesférica , en pulgadas (mm).
Rext = Radio externo de la tapa toriesférica, en pulgadas (mm).
S = Esfuerzo máximo permisible, del material de la tapa lb/pulg2 (kPa).
C.A = Factor de Corrosión 1/16´´ para 12 años.
1.4. MATERIALES MÁS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE TAPAS Y
CUERPOS.
SA-283-C
SA-285-C
SA-515-55
SA-515-70
SA-516-55
SA-516-70
1.5. TAMAÑO ÓPTIMO DE RECIPIENTE.
•
Factor de Abakians.
E = Eficiencia de soldaduras.
P = Presión de diseño, en lb/pulg2. (kPa).
C.A = Factor de Corrosión 1/16 para 12 años .
•
Longitud recomendado del Recipiente.
Despejando L nos queda.
L = Longitud del recipiente.
Nota: La longitud se toma sin las tapas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 10
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.6. DISEÑO DE REFUERZOS EN APERTURAS.
Todos los recipientes a presión deben estar provistos de boquillas y conexiones de entrada y
salida del producto, válvula de seguridad, entrada de hombre, venteo, etc; A continuación
se enlistan algunas de las boquillas que se deben instalar en los recipientes a presión:
A.-Entrada (s) de producto.
B.-Salida (s) de producto.
C.-Drene.
D.-Venteo.
E.-Entrada(s) de hombre.
F.-Conexión para válvula de seguridad.
G.-Conexión para manómetro.
H.-Conexión para termómetro (termopozo).
I.-Conexiones para indicadores de nivel.
J.-Conexiones para control de nivel, etc.
De acuerdo con el tipo de recipiente a presión que vayamos a diseñar, éste puede tener una
o varias boquillas de las antes mencionadas.
En concordancia con el Código A.S.M.E., Sección VIII División 1, todas las boquillas
mayores de 3 pulgadas de diámetro, instaladas en recipientes a presión, deberán tener una
placa de refuerzo en la unión del cuello de la boquilla con el recipiente. En México, se ha
hecho una costumbre reforzar también las boquillas de 3 pulgadas, lo cual es aconsejable.
Todas las placas de refuerzo de boquillas de 12 pulgadas de diámetro y menores, deberán
llevar un barreno de prueba de 1/4” de diámetro con cuerda NPT, las placas de refuerzo de
boquillas de 14” de diámetro y mayores, deberán tener dos barrenos de prueba. Para instalar
una boquilla, en un recipiente a presión, es necesario hacer un agujero en el cuerpo o tapa
en que se vaya a instalar. Al efectuar este agujero estamos “quitando área” y las líneas de
esfuerzos que pasaban por el área que quitamos pasarán tangentes al agujero practicado.
Para evitar fallas en la periferia donde realizamos el agujero, es necesario reponer el
material que quitamos.
1.6.1. TIPOS DE BRIDAS.
SR = Esfuerzo de el Recipiente.
ST = Esfuerzo de el tubo.
CASO 1
SR < ST
CASO 2
SR > ST
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 11
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Brida de cuello soldable. (Welding
Neck)
Brida de traslape (lap-Joint).
Brida deslizable (Slip-On).
Bridas roscadas (Threaded)
Tubo – Brida
Tipos de apertura
“BRIDAS”
Brida
L.W.N: Long Welding Neck ó cuello
soldable largo.
Se recomienda que las boquillas de 1-1/4” de diámetro y menores sean instaladas por medio
de coples roscados de 3,000 y 6,000 libras/pulgada2. Las boquillas de 1 - 1/2” y mayores
deberán ser bridadas.
a
b
c
d
Fig. 10. Cap. 1.- Tipo de Bridas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 12
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.6.1.1. BRIDAS DESLIZABLES.
a) SLIP-ON.
Estas bridas se prefieren sobre las de cuello soldable, debido a su costo más bajo, a la
menor precisión requerida al cortar los tubos a la medida, a la mayor facilidad de
alineamiento en el ensamble ya que su costo de instalación final es menor que las bridas de
cuello soldable. Su resistencia calculada bajo presión interna, es del orden de 2/3 de las
anteriores y su vida bajo condiciones de fatiga es aproximadamente 1/3 de las últimas.
1.6.1.2. BRIDAS DE CUELLO SOLDABLE.
b) WELDING NECK.
Se distinguen de las demás por su cono largo y por su cambio gradual de espesor en la
región de la soldadura que las une al tubo. El cono largo suministra un refuerzo importante
a la brida desde el punto de vista de resistencia. La ligera transición desde el espesor de la
brida hasta el espesor de la pared del tubo, efectuada por el cono de la brida, es
extremadamente benéfico bajo los efectos de flexión repetida, causada por la expansión de
la línea u otras fuerzas variables y produce una resistencia de duración equivalente a la de
una unión soldada entre tubos, este tipo de brida se prefiere para todas las condiciones
severas de trabajo, ya sea que esto resulte de altas presiones o de temperaturas elevadas o
menores de cero, ya sea también para condiciones de carga que sean sustancialmente
constantes o que fluctúen entre límites amplios. Las bridas de cuello soldable se
recomiendan para el manejo de fluidos explosivos, inflamables o costosos, donde una falla
puede ser acompañada de desastrosas consecuencias.
Por estas razones, las bridas deslizables en presiones de 1,500 libras/pulgada2 existen
solamente en diámetros de 1/2” a 2-1/2”, y no existen en presiones de 2,500 libras /
pulgada2. El manual de construcción de calderas A.S.M.E, limita su uso a 4” de diámetro.
1.6.1.3. BRIDAS DE TRASLAPE.
c) LAP-JOINT.
Generalmente se instalan en tuberías de acero inoxidable o aleaciones especiales. Siempre
que utilicemos este tipo de brida, debemos acompañarla de un extremo adaptador (stubend). También usamos este tipo de bridas traslapadas cuando las tuberías no son paralelas a
los ejes de los recipientes.
1.6.1.4. BRIDAS DE ENCHUFE SOLDABLE.
d) SOCKET WELDING.
Se usan para cerrar los extremos de boquillas, tuberías y válvulas. Desde el punto de vista
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 13
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
de presión interna y fuerzas ejercidas sobre los pernos, estas bridas, principalmente en
tamaños grandes, son las que están sujetas a esfuerzos mayores. Al instalar las bridas
ciegas debe tomarse en consideración la temperatura y el golpe de ariete, si existiera.
1.6.1.5. BRIDAS ESPECIALES.
Cuando una brida no corresponde a los tipos antes mencionados, le llamamos brida
especial. Su uso es muy común en cambiadores de calor, cuyos diámetros no corresponden
generalmente a los estandarizados de bridas.
1.6.2. DISEÑO DE REFUERZOS EN APERTURAS.
CASO
• Material del Recipiente.
De esta información podemos conocer el
• Material del Tubo.
De esta información podemos conocer el
así conocer
•
.
y con el diámetro nominal del tubo pudiendo
Cálculo de
Nota: El
se aproxima al valor inmediato superior estandarizado de tubos.
•
Cálculo de
•
Área de Refuerzo Requerida.
Nota: El que se toma en esta ecuación para realizar el cálculo es el calculado no el valor
de estandarizado.
•
Incremento de Área.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 14
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
•
Área Requerida.
•
Área de Refuerzo Evaluada.
A1=Área de Refuerzo Requerida.
A1.1 = EL MAYOR DE
Reducción de A1.1
A1 DE REFUERZO REAL.
•
Área de Exceso en la Boquilla.
A2=Área de Exceso en la Boquilla.
A2 =EL MENOR DE
A2 REAL.
•
Área de Proyección al interior.
A3 = Área de Proyección al interior.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 15
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
A3 =EL MENOR DE
A3 REAL.
Área de Soldadura Exterior.
A4=Área de Soldadura Exterior.
A4 =EL MENOR DE
A4 REAL.
•
Área de Soldadura Exterior.
A5=Área de Soldadura Interior.
A5 =EL MENOR DE
A5. REAL.
Área Real Evaluada.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 16
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
•
Área del Refuerzo Real Necesario.
1.6.3. CÁLCULO DE PESO.
•
Peso Vacío.
•
Peso Vacío Total.
Nota: Por norma ASME se suma el 6% del Peso Vacio para sacar el Peso Vacio Total
(mallas, bridas, etc.).
•
Peso Llenado de Agua.
•
Peso Vacío Total.
1.7. CÁLCULO DE OREJAS DE IZAJE.
Las orejas de izaje se utilizan para transportar el recipiente, en caso de que sea un recipiente
vertical se utilizan para elevarlo.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 17
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 11. Cap. 1.- Oreja de Izaje.
α, La podemos tomar como 90º<,60º,45º,30º y10º, depende del diseñador.
•
Análisis puntual de las fuerzas.
Este análisis lo ocuparemos como D.C.L referido a la ubicación de las orejas del izaje por
ejemplo en un recipiente horizontal.
Fig. 12. Cap. 1.- Análisis Puntual.
∑FY=0
•
Determinando R para obtener el diámetro del orificio del cable.
•
Diámetro del cable.
σ= Esfuerzo del cable.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 18
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
•
Diámetro del barreno de la oreja.
•
Espesor de la placa de la oreja.
Se hace un corte que sea perpendicular a la carga dependiendo del ángulo.
Obtenemos el Área de de la oreja.
Despejamos el Área y nos queda:
De la ecuación 1.57 despejamos t para obtener el espesor.
1.8. DISEÑO DE OREJAS DE RECIPIENTE VERTICAL.
1.8.1. CÁLCULO POR PRESIÓN EXTERNA.
DO = diámetro exterior.
t = espesor de placa.
B = factor.
Nota: Si la Pa < Patm requiere refuerzo.
E = módulo de elasticidad del material de fabricación.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 19
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Para la elección de los factores A y B necesitamos los siguientes datos y relaciones:
El cálculo del DO seria el primer paso.
DO = Dint + 2t
Las siguientes relaciones sirven para obtener el factor A
L / DO (eje de las x)
DO / t
Nota: Para la obtención del factor B es necesario establecer la temperatura en grados
Fahrenheit.
1.9. DISEÑO DE APOYOS PARA RECIPIENTES VERTICALES.
Fig. 13. Cap. 1.- Apoyo en Recipiente Vertical.
Los faldones los debemos de calcular por las diferentes cargas y de cada una se va a ir
obteniendo un espesor y debemos de sumarlos para que nos de el espesor real del faldón.
•
•
•
Peso Propio.
Sismo.
Viento.
Se hace un cálculo por Deflexión para saber si soporta el resiste propuesto.
• Peso Propio.
Espesor por peso propio.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 20
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Diámetro Exterior.
Cabe mencionar que para el diseño de estos apoyos es necesario tomar en cuenta su S y
algunos de los materiales más comunes son el: SA-36, SA-283-C, SA-285-C.
La eficiencia de soldadura o junta tiene los siguientes porcentajes dependiendo del tipo que
se tome en consideración, E =
1.0
radiografiado 100%
0.85 radiografiado por puntos (15 cm radiografiado por 15 m de longitud)
0.70 sin radiografiar
• Viento.
Cortante.
Momento.
Esfuerzo.
Espesor de placa requerido.
Fig. 14. Cap. 1.- Viento.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 21
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Tab. 1. Cap 1.- Velocidades de Viento Máximo de la República Mexicana.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 22
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 15. Cap. 1.- Zonas Eólicas, Velocidades Regionales de la República Mexicana.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 23
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
• Cálculo por Sismo.
Fig. 16. Cap. 1.- Sismo.
Peso.
Periodo de vibración.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 24
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Cortante.
C=Coeficiente por sismo. Depende del tipo de suelo y en la región que estemos.
Fig. 17. Cap. 1.- Regionalización Sísmica de la República Mexicana.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 25
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Periodo Máximo de Vibración Evaluada.
Momento.
Espesor de la placa.
Esfuerzo.
• Espesor Real del Faldón.
CONDICIÓN:
• Cálculo por Deflexión.
Inercia.
CONDICIÓN:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 26
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.10. DISEÑO DE LA PLACA BASE DEL FALDÓN.
Fig.18.Cap.1.Base del faldón.
Tensión Máxima.
Área del perno.
Espesor del perno.
Área de la base.
Área del perno.
CONDICIÓN:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 27
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.11. CÁLCULO DEL ESPESOR PARA BASE DEL FALDÓN.
Compresión Máxima.
Ancho aproximado del anillo base.
Espesor aproximado del anillo base.
Esfuerzo de apoyo.
Esfuerzo flexionante.
1.12. SELECCIÓN DE REGISTRO PASA HOMBRE (DAVIT).
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 28
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
1.13. METODOLOGÍA DE CÁLCULO PARA UNA ZAPATA CORRIDA.
Carga total.
Área de cimentación.
Longitud de la zapata.
Vuelo del centroide a la derecha y a la izquierda.
Cálculo de la carga producida por esfuerzo flexionante.
Momento flexionante.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 29
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Peralte.
Peralte total.
Cálculo del área de acero por flexionante.
Después de proponer una varilla.
Separación entre varillas.
Verificar adherencia.
Adherencia admisible.
Condición.
Cálculo de área de acero por temperatura.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 30
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Después de proponer una varilla.
Separación entre varillas.
1.14. CÁLCULO DE LA PLACA DE CHOQUE.
Es el aditamento que recibe el fluido desde la válvula de entrada.
Criterios:
1. ρV2 > 1500 lb/ft2 para fluidos no corrosivos, no abrasivos y de una fase.
2. ρV2 > 500 lb/ft2 para fluidos de dos fases.
3. ρV2 ≤ 4 000 lb/ft2 para gases vapores y mezclas.
Hpp
Diámetro de la placa de choque.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 31
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Sustituyendo queda de la siguiente forma.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 32
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CAPÍTULO 2 GENERALIDADES SOBRE
SEPARADORES.
2.1. SEPARACIÓN DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS.
Los equipos de separación, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera
para separar mezclas de líquido y gas.
Las mezclas de líquido y gas, se presentan en los campos petroleros principalmente por las
siguientes causas:
a) Por lo general los pozos producen líquidos y gas mezclados en un solo flujo.
b) Hay tuberías en las que aparentemente se maneja sólo líquido o gas; pero debido a los
cambios de presión y temperatura que se producen a través de la tubería, hay
vaporización de líquido o condensación de gas, dando lugar al flujo de dos fases.
c) En ocasiones el flujo de gas arrastra líquidos de las compresoras y equipos de
procesamiento, en cantidades apreciables.
Las razones principales por las que es importante efectuar una separación adecuada de
líquido y gas, son:
a) En campos de gas y aceite, donde no se cuenta con el equipo de separación
adecuado y además el gas se quema, una cantidad considerable de aceite ligero que
es arrastrado por el flujo del gas también es quemado, ocasionando grandes
pérdidas si se considera que el aceite ligero es el de más alto valor comercial.
b) Aunque el gas se transporte a una cierta distancia para tratarlo, es conveniente
eliminarle la mayor cantidad de líquido, ya que este ocasiona problemas, tales
como: corrosión y abrasión del equipo de transporte, aumento en las caídas de
presión y reducción en la capacidad de transporte de las líneas.
c) Como se menciona, el flujo de gas frecuentemente arrastra líquidos de
proceso, como el glicol, los cuales se deben recuperar ya que tienen un valor
considerable.
En la industria petrolera, entre los equipos de separación aplicados con mayor frecuencia,
están los siguientes:
2.1.1. Separadores: Son equipos utilizados para separar corrientes de aceite y gas que
provienen directamente de los pozos. Las relaciones gas-aceite de estas corrientes
disminuyen en ocasiones, debido a las cabezadas de líquido que repentinamente se
presentan, siendo estas más frecuentes cuando los pozos producen artificialmente.
2.1.2. Separadores a baja temperatura.- Estos dispositivos se utilizan para la separación
de gas y condensados, a baja temperatura, mediante una expansión. Están diseñados para
manejar y fundir los hidratos que se pueden formar al disminuir la temperatura del flujo.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 33
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
2.1.3. Eliminadores.- Estos dispositivos se utilizan para eliminar los líquidos
(hidrocarburos y agua) de una corriente de gas a alta presión. Se utilizan generalmente en
los sistemas de separación a baja temperatura. Algunos eliminadores sólo separan el agua
de la corriente de gas.
2.1.4. Depuradores.-Son dispositivos que se utilizan para manejar corrientes con muy altas
relaciones gas-líquido. Se aplican también para separar gotas muy pequeñas de líquido
suspendidas en corrientes de gas, ya que éstas no son eliminadas generalmente por un
separador ordinario. Dentro de este tipo específico de separadores están los depuradores de
polvo y los filtros, que eliminan además de las gotas pequeñas de líquido, el polvo
arrastrado en la corriente de gas. Es muy recomendable instalar depuradores antes de las
compresoras, con el fin de protegerlas de los daños que pueden causar las impurezas
arrastradas por el gas.
2.2. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DEL EQUIPO DE SEPARACIÓN.
En este capítulo se describen las partes de un separador y los diferentes tipos de
separadores, mencionando brevemente las características de operación de los separadores
de dos y tres fases, en sus formas horizontal, vertical y esférica.
2.2.1. Descripción de un separador.
Un separador consta de las siguientes secciones:
a)
b)
c)
d)
Sección de separación primaria.
Sección de separación secundaria.
Sección de extracción de niebla.
Sección de almacenamiento de líquido.
2.2.1.1. Sección de separación primaria: Al ingresar el flujo al equipo choca con una
mampara que divide a dicho flujo en dos, los cuales se adhieren a la circunferencia interna
del cuerpo del separador. El cambio brusco de dirección y fuerza centrifuga resultante del
flujo circular separa eficientemente el líquido, que escurre hacia abajo por las paredes del
recipiente del gas.
2.2.1.2. Sección de separación secundaria. -.En esta sección se separa la máxima cantidad
de gotas de líquido de la corriente de gas. Las gotas se separan principalmente por la
gravedad por lo que la turbulencia del flujo debe ser mínima. Para esto, el separador debe
tener suficiente longitud. En algunos diseños se utilizan veletas o aspas alineadas para
reducir aún más la turbulencia, sirviendo al mismo tiempo como superficies colectoras de
gotas de líquido.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 34
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
La eficiencia de separación en esta sección, depende principalmente de las propiedades
físicas del gas y del líquido, del tamaño de las gotas de líquido suspendidas en el flujo de
gas y del grado de turbulencia.
2.2.1.3. Sección de extracción de niebla.- En esta sección se separan del flujo de gas, las
gotas pequeñas de líquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria y
secundaria del separador. En esta parte del separador se utilizan el efecto de choque y/o la
fuerza centrífuga como mecanismos de separación.
Mediante estos mecanismos se logra que las pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre
una superficie en donde se acumulan y forman gotas más grandes, que se drenan a través de
un conducto a la sección de acumulación de líquidos o bien caen contra la corriente de gas
a la sección de separación primaria.
El dispositivo utilizado en esta sección, conocido como extractor de niebla, está constituido
generalmente por un conjunto de veletas o aspas; por alambre entretejido, o por tubos
ciclónicos.
2.2.1.4. Sección de almacenamiento de líquidos.- En esta sección se almacena y descarga
el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener la capacidad
suficiente para manejar los posibles baches de líquido que se pueden presentar en una
operación normal. Además debe tener la instrumentación adecuada para controlar el nivel
de líquido en el separador. Esta instrumentación está formada por un controlador y un
indicador de nivel, un flotador y una válvula de descarga.
La sección de almacenamiento de líquidos debe estar situada en el separador, de tal forma
que el líquido acumulado no sea arrastrado por la corriente de gas que fluye a través del
separador. Aparte de las 4 secciones antes descritas, el separador debe tener dispositivos de
seguridad tales como: una válvula de seguridad, un tubo desviador de seguridad y
controles de contra presión adecuados.
Cuando se conocen los tipos de flujo de la mezcla de gas y líquido que va al separador, tal
como la frecuencia de los baches de líquido en pozos de bombeo, se deben hacer cambios
en el diseño y tamaño de las partes del separador. Sin embargo es recomendable que el
separador se diseñe de la forma más simple posible, para facilitar su limpieza y
mantenimiento.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 35
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 1. Cap. 2.- Esquema de un separador Vertical.
2.2.2. TIPOS DE EXTRACTORES DE NEBLINA.
Los principios mecánicos bajo los cuales operan los extractores de niebla son
Asentamiento por gravedad, la fuerza centrífuga, el choque y la filtración.
Los extractores de niebla más empleados son los del tipo de impacto, que a su vez pueden
ser de veletas o de alambre entretejido.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 36
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
a) Extractores de niebla tipo veleta.-Consisten de placas metálicas paralelas
formando un laberinto. Cada una de estas placas, cuenta con varias bolsas para
retener el líquido.
Cuando el gas pasa a través del extractor cambia de dirección varias veces y es
centrifugado, provocando que las gotas de líquido se muevan hacia el exterior, donde son
retenidas por las bolsas colectoras.
Aunque el diseño de estos extractores es empírico, los fabricantes generalmente garantizan
que el líquido arrastrado en el flujo de gas no sobrepasa 0.1 gal/MM* pie3 de gas.
*M M significa millones.
Fig. 2. Cap. 2.- Separador tipo veleta.
La eficiencia de un extractor de niebla de este tipo, aumenta al colocar las placas de metal
más juntas o al instalar más bolsas para retener el líquido; pero obviamente también se
incrementa la caída de presión a través del extractor.
Entre los factores que afectan la eficiencia de estos extractores están el tamaño de las gotas,
la densidad y la tensión superficial del líquido. Los extractores de este tipo son eficientes
para separar partículas de líquido mayores de 10 micras.
En los separadores que manejan glicol ha sido necesario utilizar dos extractores en serie, ya
que siendo el glicol un líquido alto tensor propicia la formación de películas en el primer
extractor, las cuales son arrastradas por el flujo de gas hasta el segundo extractor, donde se
retienen y separan. El glicol también tiene la tendencia a disminuir la densidad del aceite o
condensados arrastrados en el flujo de gas. Este problema se ha reducido añadiendo un
agente antiespumante de alta densidad al glicol.
Cuando el separador cuenta con un tubo de drene de líquido, que va desde el extractor a la
sección de almacenamiento, se debe vigilar que la caída de presión a través del extractor no
sea mayor que la correspondiente a la columna hidrostática que se forma en el tubo.
Cuando esto sucede, el líquido es extraído por succión hacia la parte superior del separador;
o bien, el tubo queda parcialmente tapado.
Comúnmente la caída de presión a través de este tipo de extractores, varía de 1 a 10 pg. de
agua.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 37
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
b) Extractores de niebla de malla de alambre entretejido.-Este tipo de extractores
aunque se emplea poco, ha dado resultados favorables y es de bajo costo. Consisten
básicamente de un cojinete de malla de alambre, que tiene aberturas asimétricas y
desalineadas .El mecanismo de separación del líquido es el choque, aunque también
hay acción centrifuga.
Fig. 3. Cap. 2.- Malla de alambre entretejida.
Las características de la malla de alambre usada en estos extractores, están dentro de los
siguientes rangos:
En la mayoría de los casos, el espesor del cojinete necesario para que el volumen de líquido
arrastrado en el flujo de gas fuera del separador no exceda de 0.1 gal/MM pie3 debe ser de
4 a 6 pg.
La eficiencia de estos extractores, depende de la velocidad del flujo de gas. Cuando la
velocidad es baja, las gotas de líquido tienden a aglomerarse entre los alambres.
A velocidades altas el extractor tiende a inundarse, debido a que el líquido no puede fluir
hacia abajo, contra el flujo del gas. En ambos casos los espacios libres del extractor se
pueden llenar de líquido y entonces, una porción del líquido es arrastrada por la corriente de
gas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 38
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 4. Cap. 2.- Gráfica de eficiencia de un extractor tipo maya.
La velocidad con que se obtiene la máxima eficiencia puede calcularse con la siguiente
ecuación.
El valor aproximado de k, cuando se utiliza el extractor en separadores de gas y líquido, es
0.35. La ecuación anterior es similar a la que se emplea para determinar la velocidad
permisible en los separadores; pero en este caso el valor de k varía entre 0.12 y 0.17.
En consecuencia el área de flujo del extractor debe ser menor que la del separador; esto se
logra cubriendo una parte de la rejilla que sostiene el cojinete de malla de alambre.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 39
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
La caída de presión en estos extractores depende de la carga de líquido en el flujo de gas,
del diseño del cojinete y de la velocidad del gas, pero generalmente no es mayor que 1pg.
de agua.
c) Extractores de niebla tipo ciclónico. - Este tipo de extractores, consiste de un
conjunto de pares de tubos concéntricos, como los mostrados en la figura 5 capitulo
2 montados en un recipiente como se indica en la figura 6 capitulo 2. El número de
tubos concéntricos depende del gasto de gas que se va a manejar.
Fig. 5. Cap. 2.- Esquema de un tubo centrifugo de un
extractor del tipo ciclónico.
Fig. 6. Cap. 2.- Esquema de un extractor de
niebla de tipo ciclónico.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 40
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Los tubos concéntricos están provistos de entradas tangenciales para el gas. La parte
inferior de estos tubos es cónica y tienen descargas para las partículas de líquido separadas.
El gas entra tangencialmente al espacio anular entre los dos tubos, moviéndose en espiral
hacia abajo. Las partículas de líquido en la corriente de gas son conducidas, por la fuerza
centrífuga, hacia las paredes del tubo en donde se recolectan y arrastran hacia el fondo por
el gas. Estas partículas se descargan a través de la salida localizada en el fondo de los tubos.
El gas, libre de impurezas, sale a través del tubo interior.
La velocidad del flujo de gas en este tipo de extractores es crítica. Cuando la velocidad
disminuye abajo de un cierto valor, la eficiencia se abate rápidamente y si la velocidad
aumenta, la caída de presión a través del extractor también se incrementa.
En algunos equipos de separación se han empleado extractores de niebla tipo choque, como
el de alambre entretejido, delante de un extractor tipo ciclónico, con resultados
satisfactorios. El extractor de alambre entretejido actúa como aglomerado de gotas
pequeñas de líquido, las cuales son posteriormente eliminadas en el extractor tipo ciclónico.
2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEPARADORES.
Los separadores pueden clasificarse por su forma y geometría en horizontales, verticales y
esféricos, y para separar dos fases (gas y líquido) o tres (gas, aceite y agua).
Separadores convencionales:
Fig. 7. Cap. 2.- Esquema de un Recipiente Horizontal.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 41
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Se acostumbra designar separadores convencionales a los separadores de dos fases en
cualquiera de sus 3 tipos: verticales, horizontales y esféricos. Los separadores
horizontales pueden estar formados por un tanque horizontal, o bien por dos colocados uno
encima del otro.
2.3.1. SEPARADORES HORIZONTALES.
En caso de manejo de grandes volúmenes de gas, con relativamente, poco líquido, estos
equipos son más económicos. Cuando se tiene en el flujo de gas lodos y arenas, la limpieza
del recipiente se dificulta, por su configuración geométrica y por su construcción interna.
Este tipo de equipo es fácil de montar sobre patines o silletas. Esto simplifica su transporte
y su instalación. En cuanto a la inspección y reparación del equipo, esta se puede realizar
desde el piso, generalmente, así como el cambio de los dispositivos de medición del mismo.
En climas fríos, el flujo de gas sobre la extensa área de interfaces gas – líquido mantiene el
líquido caliente a una temperatura mayor a la del hidrato. Debido a la gran área de
interfaces, de este separador, existe una gran probabilidad de tener éxito en el manejo de
crudos espumantes, que con otro tipo de separadores.
2.3.1.1. Ventajas:
1.-Tienen mayor capacidad para manejar gas que los verticales.
2.-Son más económicos que los verticales.
3.-Son más fáciles de instalar que los verticales.
4.-Son muy adecuados para manejar aceite con alto contenido de espuma. Para esto, donde
queda la interfaz gas-líquido, se instalan placas rompedoras de espuma.
2.3.1.2. Desventajas:
1.- No son adecuados para manejar flujos de pozos que contienen materiales sólidos como
arena o lodo, pues es difícil limpiar este tipo de separadores.
2.- El control de nivel de líquido es más crítico que en los se paradores verticales.
2.3.1.3. FASES DE TRABAJO DE SEPARADORES HORIZONTALES.
Este tipo de equipo se aplica idealmente para manejar un flujo de gas con poco líquido de
manera muy económica.
Fase 1. SEPARACIÓN PRIMARIA: El flujo de gas – líquido al entrar al separador
encuentra una mampara, que obliga a dicho flujo a cambiar bruscamente de dirección, y se
aprovechan la alta velocidad en la boquilla de admisión, este cambio de dirección provoca
una efectiva separación inicial.
Fase 2. SEPARACIÓN SECUNDARIA: El gas fluye a baja velocidad y con poca
turbulencia a lo largo del separador, por lo que las gotas de líquido, arrastradas por el gas,
pueden caer, hasta tocar la superficie del líquido acumulado al cual se incorporan.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 42
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fase 3. EXTRACTOR DE NIEBLA: El gas que pasa por un extractor de neblina, en donde
las gotas más pequeñas del líquido quedan atrapadas y se incorporan al volumen de liquido
principal.
El gas sale seco del separador. Y se muestra el esquema de un separador horizontal de tres
fases.
2.3.1.4. PARTES
HORIZONTAL.
ESENCIALES
DEL
SEPARADOR
DE
TRES
FASES
1.-Entrada de la mezcla. Boquilla de entrada al recipiente, que tiene por objeto el ingreso
de la mezcla del agua, aceite y gas, para su posterior separación.
2.- Mampara de choque. En una placa de choque que permite la primer separación física
de la mezcla.
3.- Cuerpo. Envolvente del recipiente sujeto a presión.
4.- Silleta. Elemento estructura que funciona como apoyo del recipiente sujeto a presión.
5.- Mampara rompe olas. Es una placa que permite en varios puntos del recipiente, el
mantener el flujo de forma laminar.
6.- Válvula de seguridad. Es una válvula que está calibrada a cierta presión para que se
accione y libere el excedente de presión interna.
7.- Cabeza de seguridad. Es un segundo nivel de seguridad, donde la cabeza está calibrada
a una presión ligeramente mayor a la de la válvula de seguridad y el mecanismo que la
acciona es netamente mecánico.
8.- Manómetro. Es un dispositivo de medición, que registra la presión a la que trabaja el
equipo.
9.- Salida de agua. Es una brida de salida, donde el agua separada de la mezcla, se traslada
a otro tipo de procesos, para su reutilización.
10.- Control de nivel de agua. Es un dispositivo de medición, donde se observa, a través
de un tubo de nivel, las condiciones del agua.
11.- Salida de aceite. Es una brida de salida, donde el aceite separado de la mezcla, se
traslada a otro tipo de equipos de proceso, para su reutilización.
12.- Control de nivel de aceite. Es un dispositivo de medición, donde se observa, a través
de un tubo de nivel, las condiciones del aceite.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 43
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
13.- Flotadores. Son elementos, que operan dentro del recipiente, para delimitar la altura
máxima requerida del líquido, en cada fase.
14.- Salida de gas. Es una brida de salida, donde el gas separado de la mezcla, se traslada a
otro tipo de equipos de proceso, para su reutilización.
2.3.2. SEPARADORES VERTICALES.
Manejan mayor cantidad de líquidos por unidad de gas, que los horizontales.
Su gran capacidad de almacenamiento de líquidos, hace que su aplicación sea la más
adecuada, en caso de presentar cabezadas súbitas de líquido, como sucede en los pozos, que
están en producción por inyección de gas.
Debido a su configuración geométrica, este tipo de separadores, presentan condiciones
sobresalientes con respecto a los horizontales, cuando el gasto en el pozo tiene cantidades
considerables de lodos o arenas. Es fácil su limpieza; ya que el equipo presenta una
boquilla destinada al drenaje de estos sólidos.
Por su configuración, el arreglo en batería, es el más conveniente debido a que en espacios
restringidos de área útil por número de equipos es mayor. Sin embargo, el montaje de estos
equipos es más complejo, debido a su posición final de trabajo.
Una restricción es, el que estos equipos no son los más adecuados, para instalarse sobre
patines.
2.3.2.1. Ventajas:
1.- Es fácil mantenerlos limpios, por lo que se recomiendan para manejar flujos de pozos
con alto contenido de lodo, arena o cualquier material sólido.
2. El control de nivel de líquido no es crítico, puesto que se puede emplear un flotador
vertical, logrando que el control de nivel sea más sensible a los cambios.
3.- Debido a que el nivel de líquido se puede mover en forma moderada, son muy
recomendables para flujos de pozos que producen por bombeo neumático, con el fin de
manejar baches imprevistos de líquido que entren al separador.
4.-Hay menor tendencia de revaporización de líquidos.
2.3.2.2. Desventajas:
1.-Son más costosos que los horizontales.
2.-Son más difíciles de instalar que los horizontales.
3.-Se necesita un diámetro mayor que el de los horizontales para manejar la misma cantidad
de gas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 44
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 8. Cap. 2.- Esquema de un separador Vertical.
2.3.2.3. FASES DE TRABAJO DE SEPARADORES VERTICALES.
Los separadores verticales están diseñados y construidos para hacer uso de todos los
factores, que propician y facilitan una separación mecánica entre la fase gaseosa y la fase
líquida.
Fase 1. SEPARACIÓN PRIMARIA: Al ingresar el flujo al equipo choca con una mampara
que divide a dicho flujo en dos, los cuales se adhieren a la circunferencia interna del cuerpo
del separador. El cambio brusco de dirección y fuerza centrifuga resultante del flujo
circular separa eficientemente el líquido, que escurre hacia abajo por las paredes del
recipiente del gas.
Fase 2. SEPARACIÓN SECUNDARIA: El gas que fluye verticalmente hacia arriba a baja
velocidad y poca turbulencia, da oportunidad al líquido, que no se había separado
inicialmente, de precipitarse a contracorriente.
Fase 3. EXTRACTOR DE NIEBLA: Este accesorio interno está instalado en la parte
superior del recipiente y tiene por objeto poner en contacto las gotas más pequeñas del
líquido, que aun arrastra el gas con una superficie metálica, en donde, por medio de
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 45
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
cambios constantes de dirección del flujo, estas gotas se unen unas a otras hasta que
adquieren suficiente peso para caer hasta la zona de almacenaje de líquido.
Cuando se ha acumulado el suficiente líquido en la parte interior del separador, su nivel
llega al flotador de control de nivel, el cual opera la válvula automática, que permite la
salida del aceite del separador.
El gas seco fluye por la boquilla superior.
2.3.3. SEPARADORES ESFÉRICOS.
2.3.3.1Ventajas:
1.- Más baratos que los horizontales o verticales.
2.- Más compactos que los horizontales o los verticales, por lo que se usan en plataformas
costa afuera.
3.- Son más fáciles de limpiar que los separadores verticales.
4.- Los diferentes tamaños disponibles los hacen el tipo más económico para instalaciones
individuales de pozos de alta presión.
2.3.3.2. Desventajas:
1.- Tienen un espacio de separación muy limitado.
2.4. SEPARADORES DE TRES FASES VERTICALES.
Estos separadores, además de separar las fases líquida y gaseosa, separan el líquido en
aceite y agua no emulsionada, tiene lugar por diferencia de densidades. Para esto se
proporciona al líquido suficiente tiempo de residencia y se deposita en un espacio donde no
hay turbulencia.
Los separadores de tres fases pueden ser verticales, horizontales y esféricos.
Además de las secciones y dispositivos con que cuentan los separadores de líquido y gas, el
separador de 3 fases tiene las siguientes características y accesorios especiales:
a) Una capacidad de líquidos suficiente para proporcionar el tiempo de retención necesario
para que se separe el aceite y el agua.
b) Un sistema de control para la interfaz agua-aceite.
c) Dispositivos de descarga independientes para el aceite y para el agua.
En las Figs. 9. Cap.2. y 10. Cap.2. se muestran dos esquemas de separadores verticales de 3
fases, con las diferentes formas de control de nivel de líquidos.
En la Fig. 9. Cap.2. se muestra un separador trifásico en que tanto el controlador del nivel
total de líquidos, como el de la interfaz agua-aceite, son del tipo de desplazamiento. El
primero regula la descarga del aceite y el segundo la del agua.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 46
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Las ventajas que tiene este control de nivel de líquidos, son:
a) Diseño simple, con lo que se facilita el mantenimiento y la limpieza del separador.
b) Los volúmenes para retención del aceite y del agua, se pueden variar fácilmente
moviendo los controladores de nivel.
c) El volumen de la sección de almacenamiento de líquidos disponible, es mayor que
cuando se usa alguna de las otras formas de control.
Las desventajas que tiene la forma de control mostrada en la Fig. 9. Cap.2. son:
a) En ocasiones falla el controlador de la interfaz agua-aceite o la válvula de descarga del
agua, ocasionando que el aceite y el agua sean descargados a través de la salida del agua.
b) Se requiere experiencia para operar esta forma de control de nivel.
La forma de control de líquidos mostrada en la Fig. 9. Cap.2.también se puede utilizar en
separadores horizontales y esféricos. Sin embargo, su aplicación más adecuada es en
separadores verticales, pues la altura de las columnas de aceite y agua, permite que haya
más separación entre los flotadores de los controladores de nivel.
En la Fig. 10. Cap.2. se muestra un control de nivel en la cual el controlador total de
líquidos es un vertedero; mientras que, el de la interfaz agua-aceite es del tipo de
desplazamiento. La disposición de estos accesorios permite regular fácilmente la interfaz
agua-aceite.
Las desventajas que tiene la forma de control mostrada en la Fig. 10. Cap.2, son:
a) Es difícil proporcionar mantenimiento y limpieza a los separadores.
b) El volumen disponible de la sección de almacenamiento de líquidos, es substancialmente
menor que cuando se emplea el tipo de control de nivel mostrado en la Fig.10. Cap. 2
En la Fig.9. Cap. 2 se muestra un separador trifásico en -donde tanto el controlador de nivel
total de líquidos, como el de la interfaz agua-aceite son vertederos.
Las ventajas de esta forma de control son:
a) Si las descargas del aceite o el agua fallan, únicamente sale a través de ellos el aceite o el
agua, dependiendo de la que falle.
b) Es fácil de operar.
Sus desventajas son:
a) Es sumamente difícil proporcionar mantenimiento y limpieza a los separadores.
b) El volumen disponible de la sección de almacenamiento de líquidos es menor que
cuando se emplea el tipo de control de nivel.
c) Aunque los vertederos del control de nivel son ajustables, su maniobra es difícil.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 47
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 9. Cap. 2.- Esquema de un Separador trifásico con controladores de nivel del tipo de
deslizamiento.
Fig. 10. Cap. 2.- Esquema de un separador trifásico con un vertedero como controlador de
nivel total de líquidos y uno de desplazamiento para interfase agua-aceite.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 48
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
2.5. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE GAS
LÍQUIDO.
En este capítulo se discuten los diferentes factores que gobiernan la separación de mezclas
de gas y liquido y la forma en que afectan la eficiencia de los separadores.
2.5.1. MECANISMOS DE SEPARACIÓN.
La separación de mezclas de gas y líquido, se logra mediante una combinación adecuada de
los siguientes factores: gravedad, fuerza centrífuga y choque.
2.5.1.1. SEPARACIÓN POR GRAVEDAD.
Es el mecanismo de separación que más se utiliza, debido a que el equipo requerido es muy
simple. Cualquier sección -ampliada en una línea de flujo, actúa como asentador, por
gravedad, de las gotas de líquido suspendidas en una corriente de gas.
El asentamiento se debe a que se reduce la velocidad del flujo.
En los separadores el asentamiento por gravedad tiene -lugar principalmente en la sección
secundaria, que se conoce también como sección de asentamiento por gravedad.
Si el flujo es vertical hacia arriba, como en los separadores verticales, las partículas de
líquido que se van a separar caen a contra flujo del gas. Estas partículas de líquido que
descienden por la acción de la gravedad se aceleran, hasta que la fuerza de arrastre se
balancea con la fuerza gravitacional. Después de este momento, las partículas continúan
cayendo a una velocidad constante, conocida como velocidad e aislamiento o velocidad
terminal.
Fig. 11. Cap. 2.- Fuerzas que actúan sobre una partícula en un líquido.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 49
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
La velocidad de asentamiento calculada para una gota de liquido de cierto diámetro, indica
la velocidad máxima que debe de tener el gas, para permitir que partículas de este diámetro
o mayor se separen.
Para calcular la velocidad de asentamiento, se puede establecer el siguiente balance de
fuerzas que actúan sobre una partícula de líquido en una corriente de gas que se muestra en
la figura 11. Cap.2.
Fig. 12. Cap. 2.- Relación del tamaño de partículas de liquido VS Porciento de partículas
eliminadas.
2.5.1.2. SEPARACIÓN POR FUERZA CENTRIFUGA.
La fuerza centrífuga que se induce a las partículas de líquido suspendidas en una corriente
de gas, puede ser varios cientos de veces mayor que la fuerza de gravedad que actúa sobre
las mismas partículas. Este principio mecánico de separación se emplea en un separador,
tanto en la sección de separación primaria como en algunos tipos de extractor de niebla, por
ejemplo en el extractor tipo ciclónico.
Las partículas de líquido colectadas en las paredes de un extractor de niebla tipo ciclónico,
difícilmente son arrastradas por la corriente de gas. Sin embargo la velocidad del gas en las
paredes del tubo ciclónico, no debe ser mayor de un cierto valor crítico.
Se recomienda que la velocidad del gas debe ser tal ( ρg v2) se debe mantener en 900. “v” es
la velocidad del gas a la entrada del tubo ciclónico en pie/seg. También se recomienda que
v sea menor de 45 pie/seg.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 50
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
La ley de Stokes se puede aplicar al proceso de separación centrífuga, sustituyendo g por la
aceleración debida a la fuerza centrífuga (a), entonces:
2.5.1.3. SEPARACIÓN POR CHOQUE.
Este mecanismo de separación es tal vez el que más se emplea en la eliminación de las
partículas pequeñas de líquido suspendidas en una corriente de gas. Las partículas de
líquido que viajan en el flujo de gas, chocan con obstrucciones donde quedan adheridas.
La separación por choque se emplea principalmente en los extractores de niebla tipo veleta
y en los de malla de alambre entretejido.
Se conoce como distancia de paro, a la distancia que una partícula de cierto diámetro, viaja
a través de una línea de corriente de gas. Esta distancia se puede obtener modificando la ley
de Stokes de la siguiente forma:
Como se observa de la ecuación la distancia de paro es proporcional al cuadrado del
diámetro de la partícula de líquido. Esto significa que para las partículas más pequeñas su
distancia de paro es más corta y, por lo tanto, tienen mayor tendencia a desviarse alrededor
de la obstrucción.
2.6. PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE
SEPARACIÓN DE GAS Y LÍQUIDO.
A continuación se describen, en orden de importancia, los principales factores que afectan
la eficiencia de la separación de gas y líquido.
2.6.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE LÍQUIDO.
El tamaño de las partículas suspendidas en el flujo de gas, es un factor importante en la
determinación de la velocidad de asentamiento en la separación por gravedad y en la
separación por fuerza centrífuga. También es importante en la determinación de la distancia
de paro, cuando la separación es por choque.
La velocidad promedio del gas en la sección de separación secundaria, corresponde a la
velocidad de asentamiento de una gota de líquido de cierto diámetro, que se puede
considerar como el diámetro base. Teóricamente todas las gotas con diámetro mayor que la
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 51
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
base deben ser eliminadas. En realidad lo que sucede es que se separan partículas más
pequeñas que el diámetro base, mientras que algunas más grandes en diámetro no se
separan. Lo anterior es debido a la turbulencia del flujo, y a que algunas de las partículas de
líquido tienen una velocidad inicial mayor que la velocidad promedio del flujo de gas.
La separación en flujo horizontal también está sujeta a los mismos efectos.
2.6.2. LA DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE LÍQUIDO Y
EL VOLUMEN DE LÍQUIDO QUE ENTRA AL SEPARADOR.
Estos aspectos están íntimamente ligados en la eficiencia de la separación. Para ilustrarlo se
pueden analizar las siguientes situaciones:
Considérese que un separador se instala, para separar un volumen de líquido de 2000
galones por cada millón de pie cúbico de gas.
De este volumen de liquido, 0.5 galones están formados por partículas menores de 10
micras. Si el separador tiene una eficiencia de 80% para separar partículas menores de 10
micras, entonces su eficiencia total será de casi 100%. Sin embargo, si este mismo
separador se utiliza en una corriente de gas, donde el contenido de líquido es de 20 galones
por millón de pie cúbico, todo formado por partículas menores de 10 micras, la eficiencia
total de separación será de 80% y habrá un arrastre de líquido en el flujo de gas de 4
galones por millón de pie cúbico de gas.
Así aunque el separador funcionara bien, no sería el adecuado.
De lo anterior se concluye que, en la selección del equipo de separación para un
determinado problema, se deben considerar como aspectos importantes, la distribución del
tamaño -de las partículas y el volumen de líquido que se va a separar.
2.6.3. VELOCIDAD DEL GAS.
Generalmente los separadores se diseñan de tal forma que las partículas de líquidos
mayores de 100 micras, se deben separar del flujo de gas en la sección de separación
secundaria, mientras que las partículas más pequeñas en la sección de extracción de niebla.
Cuando se aumenta la velocidad del gas a través del separador, sobre un cierto valor
establecido en su diseño, aunque se incremente el volumen de gas manejado no se separan
totalmente las partículas de líquido mayores de 100 micras en la sección de separación
secundaria. Con esto se ocasiona que se inunde el extractor de niebla y, como
consecuencia, que haya arrastres repentinos de baches de líquido en el flujo de gas que sale
del separador.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 52
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
2.6.4. PRESIÓN DE SEPARACIÓN.
Es uno de los factores más importantes en la separación, desde el punto de vista de la
recuperación de líquidos. Siempre existe una presión óptima de separación para cada
situación en -particular.
En ocasiones al disminuir la presión de separación, principalmente en la separación de gas
y condensado, la recuperación de líquidos aumenta. Sin embargo, es necesario considerar el
valor económico del incremento de volumen de líquidos, contra la compresión extra que
puede necesitarse para transportar el gas.
La capacidad de los separadores también es afectada por la presión de separación. Al
aumentar la presión, aumenta la capacidad de separación de gas y viceversa.
2.6.5. TEMPERATURA DE SEPARACIÓN.
En cuanto a la recuperación de líquidos, la temperatura de separación interviene de la
siguiente forma: a medida que disminuye la temperatura de separación, se incrementa la
recuperación de líquidos en el separador.
Así pues, es necesario considerar que aunque se tiene la máxima recuperación de líquidos
en el separador a 0°F, de los 5000 galones por millón de pie cúbico se evaporan en el
tanque de almacenamiento 3000. Este vapor generalmente se libera a la atmósfera, por lo
que se ocasionan grandes pérdidas.
Otros aspectos que hay que considerar para utilizar baja temperatura de separación, son los
siguientes:
a) La separación a baja temperatura necesita equipo adicional de enfriamiento.
b) Se presentan otros problemas de operación, tal como la formación de hidratos. En
consecuencia, para obtener la temperatura óptima de separación, desde el punto de vista de
recuperación de líquidos es necesario considerar todos los aspectos mencionados.
La temperatura afecta la capacidad del separador al variar los volúmenes de fluido y sus
densidades. El efecto neto de un aumento en la temperatura de separación es la disminución
de capacidad en la separación de gas.
2.6.6. DENSIDAD DEL LÍQUIDO Y DEL GAS.
Las densidades del líquido y el gas, afectan la capacidad de manejo de gas de los
separadores. La capacidad de manejo de gas de un separador, es directamente proporcional
a la diferencia de densidades del líquido y del gas e inversamente proporcional a la
densidad del gas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 53
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
2.6.7. VISCOSIDAD DEL GAS.
El efecto de la viscosidad del gas en la separación, se puede observar de las fórmulas para
determinar la velocidad del asentamiento de las partículas de líquido. La viscosidad del gas
se utiliza en el parámetro NRE, con el cual se determina el valor del coeficiente de arrastre.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 54
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CAPÍTULO 3 CÓDIGOS Y NORMAS QUE
RIGEN EL DISEÑO DE EQUIPOS SUJETOS A
PRESIÓN.
3.1. GENERALIDADES.
Los separadores tanto horizontales como verticales son equipos que su funcionamiento y
construcción se definen como elementos sujetos a presión, los cuales deben de ser
calculados para su construcción en base a códigos y/o normas establecidas para tal efecto.
3.2. CÓDIGOS APLICABLES.
El principal Código utilizado en México, Estados Unidos de Norteamérica y en muchos
otros países del mundo, es el “CÓDIGO A.S.M.E”.
Este Código es publicado por la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos, su
edición es trianual; 1992, 1995, 1998, 2001, 2004, 2007, etc., sin embargo, la asociación
antes mencionada emite adendas trimestrales, las cuales modifican constantemente el
Código, manteniéndolo siempre actualizado. A continuación se enlistan los principales
Códigos existentes en el mundo para diseño y fabricación de recipientes a presión.
PAÍSES.
CÓDIGOS.
Alemania Occidental
Estados Unidos de
Norteamérica y México
A. D. Merkblatt Code.
Inglaterra
British Code BS 5500.
Italia
Italian PressureVessel Code.
Japón
Japanesse Pressure Vessel Code.
Japón
Japanesse Std. Pressure Vessel
Construction.
A.S.M.E. Code. Section VIII.
División 1 y 2.
Código A.S.M.E., Sección VIII, División 1, para el procedimiento de soldadura se utiliza la
Sección IX del Código A.S.M.E. Para la selección de materiales usamos la Sección II
3.3. BREVE HISTORIA DEL CÓDIGO A.S.M.E.
El Código para calderas y recipientes a presión de la Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos (A.S.M.E.), se originó por la necesidad de proteger a la sociedad de las
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 55
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
continuas explosiones de calderas que se sucedían antes de reglamentar su diseño y
construcción.
Inglaterra fue uno de los primeros países que sintió esta necesidad, y fue después de uno de
los más grandes desastres que sufrió la ciudad de Londres al explotar una caldera en el año
de 1815.
La investigación de las causas de esta explosión la llevó a cabo la Cámara de los Comunes
por medio de un Comité, el cual, después de agotar todas sus pesquisas, logró establecer
tres de las principales causas del desastre:
Construcción inapropiada, material inadecuado y aumento gradual y excesivo de la presión.
Al final de su informe, dicho Comité recomendaba el empleo de cabezas semiesféricas, el
hierro forjado como material de construcción y el empleo de dos válvulas de seguridad.
En los Estados Unidos de Norteamérica, las personas dedicadas a la fabricación de caldera,
se agruparon en una asociación en el año de 1889.
Esta Asociación nombró un Comité encargado de preparar reglas y especificaciones, en las
que se basará la fabricación en taller de las calderas.
Como resultado de los estudios hechos por este Comité, se presentó ante la Asociación un
informe en el que se cubrían temas como:
Especificaciones de materiales, armado por medio de remaches, factores de seguridad, tipos
de cabezas y de bridas, así como reglas para la prueba hidrostática.
No obstante, los dos intentos anteriores por evitar las explosiones de calderas, éstas seguían
sucediendo; A principios del siglo XX, tan sólo en los Estados Unidos de Norteamérica,
ocurrieron entre 350 y 400, con tremendas pérdidas de vidas y propiedades, llegó a ser
costumbre que la autorización para usar una caldera la diera el cuerpo de bomberos.
Hasta la primera década de este siglo, las explosiones de calderas habían sido catalogadas
como “Actos de Dios”. Era necesario, la existencia de un Código legal sobre calderas.
El 10 de marzo de 1905, ocurrió la explosión de una caldera en una fábrica de zapatos en
Crocktown, Massachussetts, matando a 58 personas, hiriendo a otras 117 y con pérdidas
materiales de más de un cuarto de millón de dólares. Este accidente catastrófico hizo ver a
las gentes de Massachussetts la imperiosa necesidad de legislar sobre la construcción de
calderas para garantizar su seguridad.
Después de muchos debates y discusiones públicas, el Estado promulgó, en 1907, el primer
Código legal de reglas para la construcción de calderas de vapor, al año siguiente, el Estado
de Ohio aprobó un reglamento similar.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 56
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Otros Estados y Ciudades de la Unión Americana que habían padecido explosiones
similares, se dieron cuenta que éstas podían evitarse mediante un buen diseño y una
fabricación adecuada y también se dieron a la tarea de formular reglamentes para este
propósito.
De esta manera, se llegó a una situación tal, que cada Estado y aún cada ciudad interesada
en este asunto, tenía su propio reglamento.
Como los reglamentos diferían de un estado a otro, y a menudo estaban en desacuerdo, los
fabricantes empezaron a encontrar difícil el fabricar un equipo con el reglamento de un
Estado que pudiera ser aceptado por otro. Debido a esta falta de uniformidad, en 1911, los
fabricantes y usuarios de caldera y recipientes presión, apelaron ante el concilio de la
ASME para corregir esta situación. El concilio respondió a esto nombrando un comité para
que formule especificaciones uniformes para la construcción de calderas de vapor y otros
recipientes a presión especificados para su cuidado en servicio. El comité estaba formado
por siete miembros, todos ellos de reconocido prestigio dentro de sus respectivos campos,
un ingeniero de seguros para calderas, un fabricante de materiales, dos fabricantes de
calderas, dos profesores de ingeniería y un ingeniero consultor.
El comité fue asesorado por otro Comité en calidad de consejero, formado de 18 miembros
que representaban varias fases del diseño, construcción, instalación y operación de calderas.
Basándose en los reglamentos de Massachussetts y de Ohio y en otros datos de utilidad, el
Comité presentó un informe preliminar en 1913 y envió 2,000 copias de él a los profesores
de Ingeniería Mecánica a departamentos de Ingeniería de compañías de seguros de
calderas, a jefes de inspectores de los departamentos de inspección de calderas de
Estados y Ciudades, a fabricantes de calderas, a editores de revistas de Ingeniería y a todos
los interesados en la construcción y operación de calderas, pidiendo sus comentarios.
Después de tres años de innumerables reuniones y audiencias públicas, fue adoptado en la
primavera de 1925, el primer Código A.S.M.E., “Reglas para la Construcción de Calderas
Estacionarias y para las Presiones Permisibles de Trabajo”, conocido como la edición
1914.
Desde entonces, el Código ha sufrido muchos cambios y se han agregado muchas secciones
de acuerdo a las necesidades.
Las secciones han aparecido en el siguiente orden:
Sección
I
Calderas de potencia.
(Power Boilers)
1914
Sección
II
Especificaciones de Materiales.
(Material Specifications)
1924
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 57
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Sección
III
Calderas de Locomotoras.
(Boilers of Locomotives)
1921
Sección
IV
Calderas para Calefacción de baja presión.
(Low-Pressure Heating Boilers)
1923
Sección
V
Calderas en Miniatura.
(Miniature Boilers)
1922
Sección
Sección
VI *
VII
Inspección. (Inspection)
Reglas sugeridas para el cuidado
de las calderas de potencia.
Recipientes a Presión no sometidos
Requisitos de Soldadura. (Welding
Qualifications)
1924
1926
Sección
VIII
Sección
IX *
Sección
X
1925
1940
Recipientes a Presión de Plástico Reforzado y fibra de vidrio.
(Fiber glass reinforced plastic pressure vessel)
Sección
XI
Reglas para Inspección en Servicio de Plantas
de Potencia Nuclear.
(Rules for Inservice Inspection of Nuclear Power
Plants)
* Esta sección estuvo incorporada a la sección I desde su aparición hasta 1949, finalmente
fue cancelada en 1952.
** La primera vez que apareció esta sección, fue en 1937 como suplemento al Código.
El aumento de secciones en el Código, refleja el progreso de la industria en este campo. Se
ha conservado un crecimiento espontáneo y se han requerido revisiones constantes.
Los recipientes se diseñan para presiones de 200 Kg/cm2 (2,845 psi) y a un rango de
temperatura entre –210°C a 550°C (de –346°F a 1,022°F).
Cada nuevo material, cada nuevo diseño, cada nuevo método de fabricación, cada nuevo
sistema de protección, trae consigo nuevos problemas de estudio para el Comité del
Código, exigiendo la experiencia técnica de muchos sub-Comités, para expedir nuevos
suplementos y nuevas revisiones del Código.
Como resultado del espléndido trabajo de esos sub-Comités, el Código A.S.M.E., ha
desarrollado un conjunto de Normas que garantizan cualquier diseño y cualquier
construcción de calderas y recipientes a presión dentro de los límites del propio Código.
El Código A.S.M.E., ha tenido que mantenerse al día, dentro del cambiante mundo de la
tecnología.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 58
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Este grupo celebra seis reuniones anuales para adaptar el Código. Las ediciones del Código
se hacen cada tres años, la más reciente fue en este año 2007, consta de once secciones en
catorce tomos y son:
Sección
Sección
I
II
Sección
III
Sección
IV
Sección
V
Sección
VI
Sección
VII
Sección
VIII
Sección
IX
Sección
X
Sección
XI
Calderas de Potencia (Power Boilers).
Especificaciones de Materiales (Material Specifications)
Parte A: Especificaciones de Materiales ferrosos (Ferrous
Materials) Parte B: Especificaciones de Materiales no ferrosos.
(Non Ferrous Material) Parte C: Especificaciones de materiales de
soldadura (Welding Materials).
Plantas de Potencia Nuclear.
División 1 y División 2 Componentes: Requerimientos
Generales (Nuclear Power Plants) División 1 & División 2
(Components: General Requeriments).
Calderas para Calefacción (Heatig Boilers).
Pruebas no Destructivas.
(Non Destructive Examinations).
Reglas Recomendadas para el Cuidado y
Operación de Calderas para Calefacción.
(Recommended Rules for Care and Operation of
Heating Boilers).
Reglas Sugeridas para el Cuidado de Calderas de
Potencia.
(Recommended Rules for Care of power Boilers).
División 1: Recipientes a Presión.
(Pressure Vessels).
División 2: Reglas para Diferentes Alternativas
Para Recipientes a Presión.
(Alternative Rules for Pressure Vessels).
Requisitos de Soldadura.
(Welding Qualifications).
Recipientes a Presión de Plástico Reforzado y
fibra de vidrio.
(Fiber Glass Reinforced Plastic Pressure Vessel)
Reglas para Inspección en Servicio de Plantas de
Potencia Nuclear.
(Rules for Inservice Inspection of Nuclear Power Plants).
Una vez teniendo una idea de lo que es y cómo está formado el Código A.S.M.E., nos
enfocaremos a la Sección VIII, ya que es la relacionada con Recipientes a Presión.
La Sección VIII del Código A.S.M.E., contiene dos Divisiones, la División 1, que cubre el
diseño de los recipientes a presión no sujetos a fuego directo y la División 2, que contiene
otras alternativas para el cálculo de recipientes a presión.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 59
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Las reglas de la División 1, de esta Sección del Código, cubren los requisitos mínimos para
el diseño, fabricación, inspección y certificación de recipientes a presión, además de
aquellas que están cubiertas por la Sección I.
(Calderas de Potencia), Sección III (Componentes de Plantas Nucleares) y Sección IV
(Calderas para Calefacción).
Como se dijo anteriormente, el considerable avance tecnológico que se ha tenido en los
últimos años, ha traído como consecuencia el incremento de nuevos Códigos y Normas, el
Código A.S.M.E., consciente de ello, crea dentro de la Sección VIII de su Código, un
nuevo tomo denominado, División 2. “REGLAS ALTERNATIVAS PARA
CONSTRUCCIÓN DE RECIPIENTES A PRESIÓN”.
En 1995, reconociendo el gran volumen de la nueva información desarrollada por el Comité
de Investigación de Recipientes a Presión (P.V.C.R) y otras organizaciones, el Comité del
A.S.M.E., para Calderas y Recipientes a Presión, organizó su Comité especial para revisar
las bases de los esfuerzos del Código.
El Comité fue consultado para desarrollar las bases lógicas para establecer los valores de
esfuerzos permisibles de 1958 a 1962, el Comité especial interrumpió sus trabajos para
preparar la Sección III, el Código para Recipientes Nucleares. Su labor original fue
terminada en 1968 con la publicación de la Sección VIII División 2.
En esta División, los esfuerzos permisibles están basados en un coeficiente de seguridad
aproximadamente igual a tres.
3.4. CÓDIGOS Y NORMAS APLICABLES.
Todos los recipientes sujetos a presión deberán ajustarse a lo siguiente:
1. Sección VII División I del Código ASME, para recipientes a presión no sujetos a
fuego directo.
2. Sección II del Código ASME, especificación de materiales.
3. Sección IX del Código ASME, soldadura.
4. Normas ANSI, para especificaciones de dimensiones y rangos de temperatura y
presión para bridas.
5. Reglamento para la inspección de recipientes a presión de la Secretaria del Trabajo
y Previsión Social, Códigos y Leyes Estatales o similares.
3.4.1. CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1.
En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el diseño,
fabricación e inspección y para obtener la certificación autorizada de la ASME para los
recipientes a presión.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 60
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
En base a esto se ha dividido en:
Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.
Subsección B. Requerimientos de fabricación.
Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.
Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado.
Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no
ferroso a este proceso se le denomina "brazing.
Subsección C. Requerimientos de materiales.
Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.
Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.
Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.
Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento tipo
"lining".
Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil.
Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferríticos con propiedades de tensión
mejoradas por tratamiento térmico.
Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas.
Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles más altos a bajas
temperaturas.
3.4.1.1. LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
La presión deberá ser menor a 3000 psi.
Calentadores tubulares sujetos a fuego.
Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de tubería.
Sistemas de tuberías.
Componentes de tubería.
Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua, que
utilizan aire como elemento originador de presión.
Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características:
Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h).
Temperatura del agua de 99° c (210°f).
Capacidad de 454.3 lt (120 galones).
Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 kg / cm² (15psi).
Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.
3.5. SOCIEDADES E INSTITUTOS.
3.5.1. A.W.S. (American Welding Society).
Proporciona la información fundamental de soldadura, diseño de soldadura, calificación,
pruebas e inspección de soldaduras, así como una Guía de la aplicación y uso de la
soldadura.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 61
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
3.5.2. A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction).
Fundado en 1921, su primer manual surgió en 1926, proporciona una Guía y código para
maximizar la eficiencia del diseño de acero estructural y seguridad.
El código A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseño, criterios de diseño y diseños prácticos
para acero estructural. Su uso es recomendado para el diseño de edificios, puentes o
cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que sirvan como soportes rígidos de
tubería.
3.5.3. A.N.S.I. (American National Standars Institute).
Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American Standars Association) cambio su
nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. Standars Institute) y en 1969 cambio a A.N.S.I. No
todos los estándares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El A.S.M.E., A.W.S.,
y numerosas organizaciones definen los estándares y códigos aplicables a la tubería
.A.N.S.I. clasifica la aplicación del sistema de tuberías, bridas, pernos, roscas, válvulas.
3.6. ENVOLVENTE Y TAPAS.
Los espesores mínimos para la fabricación de envolventes sujetos a presión, tapas y faldón
no deberán de ser menores de 4.7 mm. (3/16”) más tolerancia por corrosión.
Todas las uniones de las placas de la envolvente y tapas deberán ser juntas a tope de
penetración completa.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 62
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 1. Cap. 3.- Eficiencias de soldaduras y tipos de uniones.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 63
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
El detalle de la unión entre envolvente y tapas de espesores deberá ser con respecto a la
figura UW-13.1 (L) o (N) del código ASME. El detalle de unión de tapas deberá ser de
acuerdo a la figura UW-9(B) del mismo Código.
Fig. 2. Cap. 3.- Detalles de uniones para tapas planas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 64
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Todas las secciones de transición cónica deberán tener articulación con radios no menores
del 6% del diámetro exterior de la sección cilíndrica adyacente a cada articulación, o tres
veces el espesor de esa articulación, cualquiera que sea mayor.
Las juntas soldadas deberán ser localizadas para evitar conexiones y accesorios interiores o
exteriores. La distribución de las juntas soldadas del recipiente deberá permitir la
inspección de ambas superficies, interior y exterior de todas las soldaduras.
Las boquillas registros pasa hombre, refuerzos pad, y otros accesorios soldados (excepto
faldones, soportes unidos a tapas). Deberán ser localizados de tal forma que sus soldaduras
no estén a menos de 2”, o dos veces el espesor de la envolvente cualquiera que sea mayor,
desde las juntas longitudinales y circunferenciales del recipiente.
Las tapas de recipientes sobre las cuales sean montados agitadores deberán ser diseñadas
con refuerzos adecuados para disminuir las deflexiones debidas a las cargas estáticas y
dinámicas producidas por el elemento agitador.
3.7. BOQUILLAS Y REGISTROS.
Las bridas de 610 mm (24”) y menores, deberán estar de acuerdo a las normas ANSI. Las
bridas mayores de 610 mm (24”) tamaño nominal deberán alcanzar los requisitos mínimos
del Código ASME.
Los dibujos de recipientes deberán de incluir el tamaño y rango de las bridas, así como el
diámetro interior del cuello (bore), de cada boquilla especificada. Para bridas mayores de
610 mm. (24”), los dibujos deberán listar: fabricante, numero de parte, numero de catalogo,
diámetro interior del cuello, diámetro de tornillos y numero y tamaño de los mismos.
Los acabados de las bridas y materiales de empaque deberán de ser de acuerdo a
especificaciones apropiadas para conexión a tuberías.
Todas las boquillas, ya sea interna o externas deberán ser bridadas, y no deberán ser
menores de 25.4 mm. (1”), de tamaño nominal.
Las bridas de cuello saldable (Welding-Neck) tendrán el mismo diámetro interior como el
del tubo soldado a ésta. Las boquillas para indicadores de temperatura deberán tener un
diámetro interior mínimo de 25.4 mm (1”).
El espesor de la pared de un cuello de boquilla y otra conexión (incluyendo solamente
aberturas para acceso inspección), no deberán ser menor de aquel requerido por el párrafo
UG-45 del Código ASME. El espesor mínimo en el sub-párrafo (1) UB-45de la selección
de envolventes y tapas.
Los registros para inspección (registros pasa hombres), deberán ser localizados para evitar
riesgos personales desde sumideros internos y otros accesorios requeridos.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 65
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 3. Cap. 3.- Registros sin parche de refuerzo.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 66
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 4. Cap. 3.- Registros con parche de refuerzo.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 67
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 5a. Cap. 3.- Accesorios soldados y roscados.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 68
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 5b. Cap. 3.- Accesorios roscados y soldados.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 69
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Para recipientes a presión de acero al carbón, todas las boquillas y registros deberán ser
cuellos largos soldados o fabricados de bridas de cuello saldable y tubo sin costura o placa
rolada, usando soldadura de penetración completa. Las boquillas tipo pad (forjadas o de
placa), deberán ser usadas solamente donde sean especificadas en la lista de partes del
recipiente.
Para recipientes a presión de acero inoxidable las boquillas deberán ser cuellos largos
soldados o fabricados de bridas de cuello saldable y tubo sin costura o placa rolada, usando
soladura de penetración completa, excepto como esta modificado abajo.
• Para recipientes con presión de diseño de (75 PSIG) o menos, pueden ser usadas
bridas locas o postizas (Slip-On), de acero inoxidable, excepto en aquellos
recipientes diseñados para servicios de vacio, donde montados agitadores o bombas
sobre la brida.
• Para registros y otras boquillas, son aceptadas aquellas con extremo en acero
inoxidable y una brida de acero al carbono, excepto para recipientes diseñados para
servicios de vacío, o donde son montados agitadores o bombas sobre la brida.
Las boquillas deberán de ser localizadas de tal manera que el eje exterior del cuello de la
misma o de los refuerzos pad, no se extiendan dentro de la porción de la articulación de la
tapa.
Soldaduras de penetración completa deberán de ser utilizadas para todas las boquillas y
registros.
Los detalles (C), (G), (H), (O) y(P) de la figura UW-16-1 del Código ASME son los
requeridos para la unión de boquillas.
La proyección de las boquillas deberá ser suficiente para permitir la extracción de birlos
entre la brida y el aislamiento del recipiente, chaqueta envolvente o tapas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 70
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 6. Cap. 3.- Proyección de Boquillas.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 71
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Las boquillas y registros, excepto conexiones para tubería interna, deberán de ser instaladas
a raz con el interior del recipiente. La superficie interior deberá de ser una base lisa y el
cuello de boquilla provisto con un radio mínimo de 3.18mm. (1/8”).
Las boquillas atornillables tipo pad (Studding-Pad), también deberán de ser instaladas a raz
con el interior del recipiente.
Sin son usados refuerzos divididos, deberán proveerse de dos barrenos (como los descritos
anteriormente), en cada sección de los mismos. Por lo menos un barreno como el indicado
anteriormente deberá estar en el área mas baja del refuerzo, cuando el área esta en su
posición normal de de operación.
Las bridas ciegas (Blind Flanges), para recipientes de acero inoxidable, deberán de ser
forjadas o de placa del mismo material del recipiente en tubos de 76.2 mm. (3”) tamaño
nominal y menores. En algunos estas bridas (forjadas o de placa), de acero al carbón
recubiertas de acero inoxidable en tubos de 101.6mm. (4”) tamaño nominal o mayores. El
espesor mínimo del recubrimiento deberá ser de 3.18 mm.(1/8”), mas tolerancia de
corrosión del recipiente después de maquinar. El recubrimiento de la placa para las bridas
ciegas, deberán de tener un tapón intermedio soldado, además de un filete de soldadura
completamente alrededor de la periferia del recubrimiento. Los recubrimientos deberán
estar ventilados a la atmosfera con barrenos roscados de 6.35mm. (1/4”).
El diseño de bridas y boquillas de acero inoxidable estará basado en el esfuerzo permisible
mas bajo.
Cada registro de hombre o boquilla cerrada estará provisto con una brida ciega, tornillería
para presión y un empaque para nuevo servicio del tipo y material especificados en la hoja
de datos del recipiente.
Las boquillas que soporten agitadores, bombas y otros equipos mecánicos deberán de
contar con un refuerzo adecuado.
Los pescantes (Davits), para toda tapa de registro de inspección estarán proporcionados
conforme a la hoja de especificaciones de la hoja de datos del recipiente.
3.8. INTERNOS.
En esta especificación se entenderá como internos todo aquel elemento pieza, accesorio o
dispositivo que ocupe un lugar en el interior del recipiente.
Los internos removibles serán diseñados para permitir el paso a través de registros de
inspección para recipientes.
Las soldaduras de partes al interior del recipiente deberán de ser continuas sobre todas las
superficies para eliminar “bolsas” de corrosión.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 72
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Las tuberías internas y placas deflectoras deberán de ser montadas y soportadas de tal
manera que no limite expansiones térmicas. Consideraciones especiales deberán de ser a la
vibración y a las posibilidades de fallas por fatiga.
La tornillería interna en recipientes con agitadores, deberán de ser sujetos con soldadura
tanto las cabezas de tornillo y tuerca al broche u otro soporte.
Para la tornillería interior de recipientes sin agitador deberá de proveerse de tuerca y
contratuerca, o tuerca y chaveta de seguridad.
La tubería interna no expuesta a presión, tal como distribuidores, puede ser del mismo
material como el del lado interior del recipiente, o tubo soldado. Las bridas para internos,
tubería sin presión, etc. Pueden ser fabricadas de placa.
Todos los internos de recipientes y todas las secciones de estos últimos, deberán de ser auto
drenables, para asegurar la eliminación completa de líquido dentro del recipiente cuando
este es drenado.
La instalación de placas deflectoras deberá ser efectuada de acuerdo con la hoja de
especificación del recipiente.
La presencia de soportes fijos para agitadores estará provista según la hoja de datos del
recipiente.
3.9. ESTRUCTURAS Y SOPORTE.
Todos los recipientes deberán diseñarse como unidades auto-soportadas capaces de resistir
todas las cargas anticipadas internas y externas.
Los recipientes deberán ser soportados como sea especificado en la hoja de datos del
mismo.
Los recipientes horizontales se diseñaran con dos silletas soportes. Estas se recomiendan
sean de acero al carbón y proveerá soportes de por lo menos a 120º de la total de la
envolvente del recipiente. El mismo material de la envolvente se proveerá para refuerzos
soporte tipo pad. Esos esfuerzos pad deberán de estar soldados continuamente a la
envolvente y provistos de dos barrenos de 6.35 mm. (1/4”), cual ventilas a la atmosfera.
Los barrenos ventilas deberán estar localizados en la parte baja del refuerzo y no deberán
ser tapados durante la prueba hidrostática o en servicio.
Todos los recipientes y torres, así como estructuras autosoportadas, deberán de ser capaces
de resistir una carga dinámica de viento basada en:
- Ninguna corrosión del recipiente tiene que tomar lugar.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 73
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
- Después que el metal agregado para corrosión ha sido agregado.
Además, la deflexión horizontal máxima para todos los recipientes y torres bajo diseño de
carga de viento, no deberá ser más de (6” x 100´) de longitud.
Los faldones deberán estar soldados a la tapa interior de tal manera que los diámetros
medios de placa del faldón y la de la envolvente coincida .La unión entre tapa inferior y
faldón, deberán de ser por medio de un filete completo de soldadura continua. Los faldones
deberán de ser adheridos al anillo de la base mediante dos filetes de soldadura continua
(uno inferior y otro exterior).Todas las demás juntas soldadas en faldones, deberán de ser
de penetración completa, tipo unión a topes de acero inoxidable soportados sobre faldones.
Los recipientes de acero inoxidable soportados sobre faldones, deberán de ser provistos con
un anillo intermedio de acero inoxidable soldado a la tapa inferior, el cual deberá de ser el
mismo espesor como el faldón de acero al carbón, y no menor de 102.6 mm. (4”) de ancho;
a este anillo intermedio deberá unirse el faldón de acero al carbón mediante soldadura a
tope.
Los faldones deberán tener por lo menos una abertura de acceso propiamente reforzado de
diámetro adecuado, 457.2 mm. (18”) diámetro interior mínimo, donde el acceso desde
abajo no es previsto. Los recipientes de 1220 mm. (84”) o más, deberán de tener un
entablonado de contención (Bulkhead) de 610 mm. X 1,542 mm. (24” x 60”), tipo abertura
de acceso. Un mínimo de dos ventilas construida de tubo de 10.6 mm. (4”) tamaño
nominal, deberán de ser provistas en la parte mas alta de todos los faldones.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 74
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 7a. Cap. 3.- Soportes para recipientes verticales tipo faldón recto.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 75
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 7b. Cap.3.- Soportes para recipientes verticales tipo faldón recto.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 76
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Las placas de refuerzo de la silleta de la base, o silleta de los pernos de anclaje del faldón,
serán soldados mediante filete continuo a ambos lados de la placa adherida al faldón,
refuerzo pad, base o anillo de los pernos de anclaje.
A todo tubo que entre el faldón se le instalara una manga (Pipe Sleeve). Estas mangas
deberán de ser de tamaño suficiente, de tal manera que exista un claro para aislamiento y
expansión, además, donde sea necesario que permitan la remoción de tubería bridada.
Las mangas deberán de ser adheridas por el lado interior y exterior del faldón mediante un
filete continuo de soldadura.
La proyección interior y exterior de la abertura reforzada de acceso al faldón, ventilas y
mangas no deberá ser menor de 50.8 mm. (2”).
Donde el faldón se a prueba de fuego o aislado, la proyección mínima será de 12,7 mm.
(1/2”), mas allá de la chaqueta a prueba de fuego o aislamiento.
Los accesorios externos de acero al carbón no deberán de ser soldados directamente a
recipientes de acero inoxidable.
Estos accesorios deberán ser de acero inoxidable o de acero al carbón soldados a un
refuerzo intermedio de acero inoxidable. Este refuerzo de acero inoxidable deberá ser 101.6
mm. (4”) más ancho y más largo que el accesorio y soldado continuamente en todos sus
ejes. El espesor del refuerzo mencionado no deberá de ser menor de 6.3 mm. (1/4”).
Cada refuerzo deberá tener dos agujeros para ventilación de 3.18 mm. (1/8”), los cuales no
deberán de estar tapados durante pruebas o servicio.
Donde sea requerido refuerzo para boquillas en un recipiente de acero inoxidable, el
material de refuerzo en cuestión, deberá de ser acero inoxidable.
Los recipientes equipados con platos o empaques, deberán ser provistos con un pescante
adherido a la tapa superior.
Los anillos de aislamiento deberán ser provistos como sea indicado en la hoja de datos del
recipiente.
3.10. FABRICACIÓN.
3.10.1. SOLDADURA.
A menos que de otra manera sea especificada la soldadura 100% automática es preferida en
uniones de recipientes.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 77
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 8a. Cap. 3.- Simbología básica de Soldaduras.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 78
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig. 8b. Cap. 3.- Simbología básica de Soldaduras.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 79
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig.9a.Cap.3.Procedimiento de soldaduras para placas de acero al carbón.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 80
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig.9b.Cap.3.Procedimiento de soldaduras para placas de acero al carbón.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 81
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Fig.9c.Cap.3.Procedimiento de soldaduras para placas de acero al carbón.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 82
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
3.10.2. TRATAMIENTO TÉRMICO.
Los recipientes deberán de ser tratados térmicamente, posteriormente a la soldadura, de
acuerdo al Código ASME y como es especificada en la hoja de datos del recipiente.
Ninguna soldadura deberá de ser permitida en el recipiente después del tratamiento térmico.
3.10.3. INSPECCIÓN.
La inspección que deberá de ser requerida para recipientes a presión no expuestos a fuego
directo, es especificada en las hojas de datos del recipiente, mediante referencia a los
siguientes párrafos:
1) Los recipientes deberán de ser examinados mediante radiografía por puntos de
conformidad con el párrafo UW-52 del Código ASME.
2) Los recipientes deberán de ser examinados mediante radiografía por puntos de
conformidad, con relación al párrafo UW-51 del Código ASME, excepto el grado de
radiografiado deberá de ser como sigue:
Las uniones realizadas mediante soldadura automática, (Manual Roots Pass) permitido, ser
radiografiados en partidas, paradas, intersecciones de soldaduras longitudinales y
circunferenciales, quemaduras y otros disturbios de soldadura.
El examen radiográfico deberá ser en la parte articulada, y a 50.8 mm. (2”) de cada lado de
esa parte, en todas las juntas soldadas de articulaciones de conos, tapas o secciones de
transición formadas después de soldadura.
La inspección al 100% de radiografiado, será necesaria en soldaduras a tope realizada
manualmente, o si la soldadura manual es más extensa que el paso de raíz (Root Pass) de
uniones soldadas automáticamente.
Los recipientes deberán de ser examinados mediante inspección 100% radiográfica de
conformidad con el párrafo UW-51 del Código ASME.
También puede ser necesaria la inspección mediante partículas magnéticas o liquido
penetrante de acuerdo con los siguientes párrafos:
1.- Los recipientes de acero al carbón serán mediante partículas magnéticas de
acuerdo con la especificación ASTM-E-109.
2.- Los filetes de soldadura alrededor de la periferia de todas las boquillas, registros
pasa hombre, y refuerzos pad, deberán de ser inspeccionados mediante partículas
magnéticas, usando corriente directa o rectificada.
3.- Toda boquilla doblemente soldada o con soldadura de penetración completa,
deberá de ser inspeccionada mediante partículas magnéticas en la superficie
posterior cortada y la soldadura completa usando corriente directa o rectificada.
4.- Para recipientes de acero inoxidable, la inspección por líquidos penetrantes será
sustituida por la realización con partículas magnéticas.
5.- Los criterios de aceptación de inspección mediante partículas magnéticas o
líquido penetrante, deberá agregarse al Código ASME.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 83
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Para recipientes que requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura, la inspección de
soldaduras completas mediante partículas magnéticas o líquido penetrante, deberá ser
efectuada después de dicho tratamiento. Donde son encontradas reparaciones necesarias el
siguiente tratamiento térmico de completamiento, puede ser requerido a la discreción del
inspector del comprador del recipiente.
3.10.4. PRUEBAS.
Todas las soldaduras deberán de estar libres de escoria, aceite, agua, pintura y otras
substancias extrañas que impidan la interpretación de las pruebas requeridas, las cuales son
como sigue:
1.-La prueba por presión hidrostática para recipientes sujetos a presión, no expuestos a
fuego directo deberá de ser de acuerdo con el párrafo UG-99 del Código ASME.
2.-Cuando son requeridas o propuestas pruebas neumáticas en lugar de pruebas
hidrostáticas, deberá obtenerse una aprobación por escrito por parte del comprador del
equipo como conformidad de hermeticidad. Los requisitos para tal aprobación, serán
delinear medio de prueba, procedimiento y precauciones.
Una prueba neumática consiste en (20-25PSIG) de aire y jabonadura, deberá ser efectuada
en todos los refuerzos pad y orejas de izaje.
Un mínimo de dos manómetros deberán de ser provistos para prueba hidrostática o
neumática de recipientes. Por lo menos uno de estos manómetros deberá estar localizado en
el elemento que controla la prueba o cercano a este. El rango de los manómetros será tal
que la presión de prueba está dentro del 40% al 60% del área de aquellos manómetros
normales.
3.10.5. CERTIFICADO DE PRUEBAS.
Certificados escritos de inspección y pruebas requeridas de acuerdo a la especificación
apropiada, deberán ser provistos por el fabricante o vendedor del equipo. Estos certificados
deberán de estar firmados por la persona que conduce la prueba hidrostática, interpretación
radiográfica, inspección mediante líquido penetrante o partículas magnéticas y/o pruebas
neumáticas de refuerzo.
3.11. CLASES DE MATERIALES.
El código ASME indica la forma de suministro de los materiales más utilizados, los cuales
van implícitos en su especificación. A continuación se dan algunos ejemplos de materiales,
su especificación y forma de suministro. Ver tabla USC-23.
Debido a la existencia de diferentes materiales disponibles en el mercado, en ocasiones no
resulta sencilla la tarea de seleccionar el material ya que deben considerarse varios aspectos
como costos, disponibilidad de material, requerimientos de procesos y operación, facilidad
de formato, etc.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 84
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Así pues es necesaria una explicación más amplia acerca del criterio de la selección de los
materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:
3.11.1. ACEROS AL CARBÓN.
Es el más disponible y económico de los aceros, recomendables para la mayoría de los
recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.
3.11.2. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN.
Como su nombre lo indica, estos aceros contienen bajos porcentajes de elementos de
aleación como níquel, cromo, etc. Y en general están fabricados para cumplir condiciones
de uso específico. Son un poco más costosos que los aceros al carbón. Por otra parte no se
considera que sean resistentes a la corrosión, pero tienen mejor comportamiento en
resistencia mecánica para rangos más altos de temperaturas respecto a los aceros al carbón.
En la tabla 3.1 se puede observar los aceros recomendados para los rangos de temperatura
más usuales.
3.11.3. ACEROS DE ALTA ALEACIÓN.
Comúnmente llamados aceros inoxidables. Su costo en general es mayor que para los dos
anteriores. El contenido de elementos de aleación es mayor, lo que ocasiona que tengan alta
resistencia a la corrosión.
3.11.4. MATERIALES NO FERROSOS.
El propósito de utilizar este tipo de materiales es con el fin de manejar sustancias con alto
poder corrosivo para facilitar la limpieza en recipientes que procesan alimentos y proveen
tenacidad en la entalla en servicios a baja temperatura.
3.12. PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA
SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO.
3.12.1. PROPIEDADES MECÁNICAS.
Al considerar las propiedades mecánicas del material es deseable que tenga buena
resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia, por cierto de alargamiento alto y mínima
reducción de área. Con estas propiedades principales se establecen los esfuerzos de diseño
para el material en cuestión.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 85
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
3.12.2. PROPIEDADES FÍSICAS.
En este tipo de propiedades se buscará que el material deseado tenga coeficiente de
dilatación térmica.
3.12.3. PROPIEDADES QUÍMICAS.
La principal propiedad química que debemos considerar en el material que utilizaremos en
la fabricación de recipientes a presión es su resistencia a la corrosión. Este factor es de
muchísima importancia ya que un material mal seleccionado nos causará muchos
problemas, las consecuencias que se derivan de ello son:
a.
b.
c.
d.
e.
Reposición del equipo corroído. Un material que no sea resistente al ataque
corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio.
Sobre diseño en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al ataque
corrosivo puede ser necesario dejar un excedente en los espesores dejando margen
para la corrosión, esto trae como consecuencia que los equipos resulten más pesados,
de tal forma que encarecen el diseño además de no ser siempre la mejor solución.
Mantenimiento preventivo. Para proteger los equipos del medio corrosivo es
necesario usar pinturas protectoras.
Paros debido a la corrosión de equipos. Un recipiente a presión que ha sido atacado
por la corrosión necesariamente debe ser retirado de operación, lo cual implica las
pérdidas en la producción.
Contaminación o pérdida del producto. Cuando los componentes de los recipientes a
presión se han llegado a producir perforaciones en las paredes metálicas, los
productos de la corrosión contaminan el producto, el cual en algunos casos es
corrosivo.
3.13. EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES SUGERIDOS.
•
•
•
•
•
•
Vida estimada de la planta
Duración estimada del material
Confiabilidad del material
Disponibilidad y tiempo de entrega del material
Costo del material
Costo de mantenimiento e inspección
TEMPERATURA
EN °C
TEMPERATURA
EN °F
-67 a -46.1
-45.6 a -40.5
-40 a 15.6
15.6 a 343
344 a 412.8
-90 a -51
-50 a -41
-40 a +60
+60 a 650
-651 a +775
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
MATERIAL PARA CABEZAS Y
CASCARON
PLANTILLAS DE
REFUERZO
SA-203 B*
SA-203 A
SA-516-65
SA-203 B
SA-516-70+
SA-516-65
SA-285-C
SA-515-70
SA-515-70
Página 86
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Para espesores mayores de 51 mm llevarán relevado de esfuerzos.
+ Para temperaturas de -20°F llevará relevado de esfuerzos.
•
TABLA 1.CAP.3.
ACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES TEMPERATURAS
CONCEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 87
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CAPÍTULO 4 MEMORIA DE CÁLCULO DEL
DISEÑO DEL SEPARADOR DE TRES FASES.
Datos del recipiente:
Diámetro exterior del recipiente:
Dext=48in
Rext=24in
Longitud del cuerpo del recipiente:
L=7.5ft=90in
Presión de operación:
Po=1000PSI
Temperatura:
To=300°F
De la ecuación 1.3 del capítulo 1 calculamos la presión de diseño:
Espesor del cuerpo del cuerpo y de las tapas del recipiente:
Determinamos el material que se utilizará
Material SA-516-70 DE -20°F @ 650°F
S=20000PSI
Determinamos la eficiencia de la soldadura:
E=1
De la ecuación 1.4 calculamos el espesor del cuerpo:
De la ecuación 1.9 calculamos el espesor de las tapas:
Determinamos el diámetro interior:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 88
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.15 despejamos el volumen para así obtener su capacidad:
Calcularemos del refuerzo de apertura tomando en cuenta los datos de las bridas:
B-N°
Ø NOMINAL
N-1
N-2
N-3
N-4
N-5
N-6
N-7
N-8
N-9
N-10
N-11
N-12
6” NOM CED 40
6” NOM CED 40
2” NOM CED 40
2” NOM CED 40
2” NOM CED 40
3” NOM CED 40
½” GAS SECO P/INSTR. (NOM)
½” NOM CED 40
1” NOM CED 40
1” NOM CED 40
2” NOM CED 40
20” NOM CED 40
Tubo Ø
NOM
DINT
A
B
½”
.88
1”
1.09
2”
2.44
3”
3.57
6”
6.72
20
18.75
6.625
6.625
2.375
2.375
2.375
3.500
.840
.840
1.315
1.315
2.375
20
6.065
6.065
2.041
2.041
2.041
2.992
.622
.622
1.049
1.049
2.041
18.75
LONGITUD DIÁMETRO DIÁMETRO
BASE
EXTERIOR
C
D
G
H
.280
.280
.167
.167
.167
.254
.109
.109
.133
.133
.167
0.625
ESPESOR
J
1
4
9
14
14
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
7
Página 89
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Por norma las boquillas menores de 3pulgadas, sólo llevan refuerzos de apertura las bridas
mayores a 3 pulgadas de diámetro por lo tanto calcularemos N-1 y N-2.
Seleccionamos el material del tubo y el caso por el cual calcularemos el refuerzo.
Material del tubo
SA-53
ST=16100PSI
Caso SR>ST
Datos del tubo seleccionado:
Ø6” NOM CED 40
Dext=6.625”
Dint=6.025”
tn=0.280”
De la ecuación 1.17 calculamos espesor del recipiente base
:
Espesor real del recipiente:
De la ecuación 1.18 calculamos el espesor tubo base
:
De la ecuación 1.19 calculamos el área de refuerzo requerida:
De la ecuación 1.20 calculamos el incremento del área:
De la ecuación 1.21 calculamos el área requerida:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 90
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Áreas de refuerzos evaluadas:
De la ecuación 1.22 y 1.23 calculamos el área de exceso del recipiente:
De la ecuación 1.24 calculamos la reducción del A1:
De la ecuación 1.25 calculamos el área de exceso del recipiente real:
De la ecuación 1.26 y 1.27 calculamos el área de exceso de la boquilla:
De la ecuación 1.28 calculamos el área de exceso de la boquilla real:
De la ecuación 1.30 y 1.31 calculamos la proyección al interior:
De la ecuación 1.29 calculamos el área de proyección al interior:
De la ecuación 1.32 calculamos el área de proyección al interior real:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 91
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.33 y 1.34 calculamos la soldadura al exterior:
De la ecuación 1.35 calculamos el área de soldadura al exterior
De la ecuación 1.36, 1.37 y calculamos la soldadura al interior:
De la ecuación 1.39 calculamos el área de soldadura al interior:
De la ecuación 1.40 calculamos el área real evaluada:
De la ecuación 1.41 calculamos el área de refuerzo:
Ya encontrado podemos obtener la base del refuerzo:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 92
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.43 calculamos la base del refuerzo:
Cálculo del refuerzo del registro pasa hombres.
Seleccionamos el material del tubo y el caso por el cual calcularemos el refuerzo.
Material del tubo SA-53
ST=16100PSI
Caso SR>ST
Datos del tubo seleccionado:
Ø20” NOM CED 40
Dext=20”
Dint=18.75”
tn=0.625”
De la ecuación 1.17 del capítulo 1 calculamos espesor del recipiente base
Espesor real del recipiente:
De la ecuación 1.18 calculamos el espesor tubo base
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
:
Página 93
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.19 calculamos el área de refuerzo requerida:
De la ecuación 1.20 calculamos el incremento del área:
De la ecuación 1.21 calculamos el área requerida:
Aéreas de refuerzos evaluadas:
De la ecuación 1.22 y 1.23 calculamos el área de exceso del recipiente:
De la ecuación 1.24 calculamos la reducción del A1:
De la ecuación 1.25 calculamos el área de exceso del recipiente real:
De la ecuación 1.26 y 1.27 calculamos el área de exceso de la boquilla:
De la ecuación 1.28 calculamos el área de exceso de la boquilla real:
De la ecuación 1.30 y 1.31 calculamos la proyección al interior:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 94
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.29 calculamos el área de proyección al interior:
De la ecuación 1.32 calculamos el área de proyección al interior real:
De la ecuación 1.33 y 1.34 calculamos la soldadura al exterior:
De la ecuación 1.35 calculamos el área de soldadura al exterior
De la ecuación 1.36, 1.37 y 1.38 calculamos la soldadura al interior:
De la ecuación 1.39 calculamos el área de soldadura al interior:
De la ecuación 1.40 calculamos el área real evaluada:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 95
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.41 calculamos el área de refuerzo:
Ya encontrado podemos obtener la base del refuerzo:
De la ecuación 1.43 calculamos la base del refuerzo:
Cálculo del peso del recipiente:
De la ecuación 1.46 calcularemos el peso vacío:
De la ecuación 1.47 calculamos el peso total vacío:
De la ecuación 1.48 calculamos el peso lleno de agua:
De la ecuación 1.49 calcularemos el peso total del recipiente:
Diseño de las orejas de izaje:
Θ=60°
ΣFy=0
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 96
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.50 obtenemos:
De la ecuación 1.51 del capítulo 1 calculamos
:
De la ecuación 1.52 obtenemos R:
De la ecuación 1.53 calculamos el diámetro del cable:
De la ecuación 1.54 calculamos el diámetro del barreno de la oreja:
Calculamos el espesor de oreja:
De la ecuación 1.56 calculamos el área de la oreja:
De la ecuación 1.58 calculamos el espesor de la oreja:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 97
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Se tomará el espesor de 3/16in ya que es mayor.
Diseño de los refuerzos del recipiente.
PATM=15PSI
DEXT=48in
t=1
Condición Pa<PATM requiere refuerzo.
Factor A=0.035
E=
Factor B=16500
De la ecuación 1.60 calculamos Pa:
Por tanto no requiere refuerzo.
Tapas por presión externa:
Factor B=1700
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 98
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Por tanto no requiere refuerzo.
Diseño de apoyo del recipientes verticales.
Material
SA-36
S=16600PSI
E=0.7 sin radiografiar
DEXT=48in
WTOTAL=15028.11lb
Diseño por peso propio:
De la ecuación 1.62 calculamos el espesor:
Diseño por viento:
Vw=36
Vw=80.54mph
Pw=
Ht=20in
H=110in=90166ft
H1=
De la ecuación 1.65 calculamos el momento:
De la ecuación 1.67 calculamos el espesor requerido:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 99
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Diseño por sismo:
Periodo de vibración.
De la ecuación 1.68 calculamos peso de la torre de por pie de longitud.
De la ecuación 1.69 calculamos el periodo de vibración:
Coeficiente sísmico.
C=0.20
De la ecuación 1.70 calculamos la constante total.
.
De la ecuación 1-71 calculamos el periodo permisible.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 100
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
De la ecuación 1.72 calculamos el momento máximo:
De la ecuación 1.74 calculamos el espesor requerido:
De la ecuación 1.76 calculamos el espesor real del faldón:
Cálculo por deflexión:
De la ecuación 1.77.1 calculamos el momento de inercia:
Por tanto.
De la ecuación 1.77 calculamos la deflexión máxima:
NOTA: Debido a lo costoso que resultaría la fabricación del soporte tipo faldón se decide
que el soporte del recipiente deberá de ser tipo estructural:
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 101
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
WT=15028.11lb
DEXT=48in
De tablas obtenemos.
Capacidad 500 galones.
Diámetro nominan del tubo 3in.
Dimensiones de la placa base
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 102
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
SELECCIÓN DE PATAS.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 103
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
SELECCIÓN DEL REGISTRO PASA-HOMBRE.
NOTA: Además se requiere un registro pasa-hombre para su inspección y mantenimiento.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 104
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CARACTERÍSTICAS DEL REGISTRO PASA-HOMBRE DE Ø 20in.
Diámetro del Casquillo
Diámetro del perno de ojo
Barrera en U
Anillo
Placa
Diámetro de la Manija
Diámetro del brazo pescante
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 105
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CÁLCULO DE SOPORTE AL PISO.
Carga total.
De la ecuación 1.89
Área de cimentación.
De la ecuación 1.90
Longitud de la zapata.
De la ecuación 1.91
Vuelo.
De la ecuación 1.92
Cálculo de las cargas producidas por esfuerzos flexionantes.
De la ecuación 1.93
Momentos flexionantes.
De la ecuación 1.94
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 106
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Peralte.
De la ecuación 1.95
NOTA: Para fines de cubrir los esfuerzos que se presenten en el cálculo de zapatas se
tomará como base el doble del peralte “d”, así como el recubrimiento de la zapata que debe
ser de 5 cm mínimo.
Peralte total.
De la ecuación 1.96
Cálculo del área de acero por flexionante.
PROPONIENDO VARILLA No. 2
De la ecuación 1.97
Av =0.079 cm2
=
plg
Separación entre varillas.
De la ecuación 1.98
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 107
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Verificar adherencia.
De la ecuación 1.99
Adherencia admisible.
De la ecuación 2.0
No se cumple la condición.
Cálculo de área de acero por temperatura.
De la ecuación 2.5
Proponiendo varilla no. 2.
De la ecuación 2.6
Separación.
De la ecuación 2.7
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 108
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Cálculo y diseño de la placa de choque.
DATOS
Di = 6.065”
DEXT = 6.625”
Sacando espesor de la placa de choque.
M = F L ya que L = b
De la ecuación 2.8 se saca el diámetro de la placa de choque.
Material de la placa de choque SA-516-70
S = 20000 PSI
;
c=
y
Sustituyendo queda de la siguiente forma:
Sustituyendo los datos y sacando el espesor de la placa de choque:
Sacando hpp.
De la ecuación 2.8
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 109
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Cálculo de soporte.
-
Área de tubo.
Se propone la base de la mampara de 4 soportes por lo tanto :
Material del soporte.
A – 36
S = 18000 lb/plg2
Sacando el diámetro de los 4 soportes de la siguiente fórmula:
=
Para el cálculo de la soldadura su espesor será el siguiente:
t = tmenor -
= 0.28 – 0.0625 =
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 110
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
ESQUEMATIZACIÓN DE LA SOLDADURA.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 111
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
SELECCIÓN DEL EXTRACTOR DE NIEBLA.
Se seleccionara de tablas un extractor tipo “Malla” (Mesh).
Especificaciones de la Malla.
- Espesor del extractor (t) : 6”
- Diámetro del alambre : 0.011”
- Material : ACINDX 304
- Densidad lb/plg3 : 5.0
- Presión: 1” columna de agua.
SELECCIÓN DEL ROMPE REMOLINOS
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 112
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
SELECCIÓN DE PINTURA.
SELECCIÓN DEL MANÓMETRO CON CONEXIÓN ½” NTP.
Fabricante: DE-WIT Modelo 2000.
El Manómetro DE-WIT de frente sólido y caja de fenol está especialmente diseñado .para
aplicaciones severas en la industria química, petroquímica, plataformas marinas y en
general en ambientes corrosivos. Su construcción de frente sólido proporciona seguridad al
operario. En caso de sobre presión ésta es desfogada hacia la parte posterior, anillo roscado
de polipropileno reforzado en la parte frontal y sello de buna en la parte posterior, el
elemento tubo bourdon es de acero inoxidable 316, opcional Monel, conexión inferior de
acero inoxidable 316, opcional Monel.
•
Características Generales:
Diámetro: 4 ½ " (115 mm).
Caja: Fenol tipo torreta frente sólido.
Bisel: Roscado en polipropileno reforzado.
Conexión: Acero inoxidable 316 inferior ½ " NPT.
Mecanismo: Acero inoxidable tipo rotatorio.
Aguja: Aluminio anodizado con micro-ajuste.
Ventana: Cristal inastillable.
Carátula: Aluminio blanco con números negros.
Exactitud: 0.5% del total de la escala.
Rangos: Doble escala Kg/cm2 + PSI Max. 1000 Kg/cm2
• Características Opcionales:
Lleno de líquido (glicerina, silicón).
Bourdon y conexión Monel.
Escalas en BAR, Kpa, etc.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 113
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Limpieza uso en oxígeno.
Ventana cristal estándar.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 114
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
INDICADOR DE NIVEL
Manual de Instrucciones
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 115
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
Se adjuntan los siguientes manuales de instrucciones: � Serie LT � Serie LTL
� Automatismo AMD.
� Automatismo AMR.
� Automatismo AMM.
� Automatismo APR.
Automatismo AAR.
Automatismo APRV.
Automatismo ADF.
Transmisor LTE
DATOS TÉCNICOS
• Montaje: Vertical, lateralmente al depósito.
• Conexiones: Bridas EN 1092-1 DN-25
Roscas 1” BSP/NPT
Otras bajo demanda:
• Densidad del líquido: 0.45 a 3 kg/l
• Viscosidad del líquido: máximo 1500 mPa.s
• Precisión: ±3 mm
• Materiales: EN 1.4404 (AISI-316L). Bajo demanda: PTFE, PVC, PP, PVDF
• Presión: PN-16 (en EN 1.4404)
PN-10 (en PVC y PP)
Bajo demanda: PN-400
• Longitud: Máximo 6000 mm. Bajo demanda hasta 15000 mm en EN1.4404
• Conforme a la Directiva 97/23/CE de Equipos a Presión.
NOTA: Este indicador de nivel está considerado un accesorio a presión y NO un accesorio
de seguridad según la definición de la Directiva 97/23/CE, Artículo 1, párrafo 2.1.3.
FUNCIONAMIENTO
Las variaciones de nivel son seguidas por el flotador interior. Éste, a su vez, mediante
campo magnético, actúa sobre el indicador.
RECEPCIÓN
Las series LT y LTL se suministran convenientemente embaladas para su transporte. Se
suministran con el flotador fijado en su parte inferior, mediante un tope introducido por la
conexión lateral inferior.
ANTES DE ACOPLARLO AL DEPOSITO, RETIRAR DICHO TOPE.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 116
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
INSTALACIÓN
Importante: Comprobar que la presión máxima de trabajo no supera la indicada en la
etiqueta de identificación del aparato. Comprobar que la temperatura de trabajo máxima del
líquido del proceso está dentro de los límites indicados en la tabla.
MATERIALES
RANGO DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO
EN 1.4404 (AISI-316L)
-20°C……..150°C
PVC
0°C……..45°C
PP
-10°C……..90°C
PVDF
-20°C……..135°C
PTFE
-60°C……..150°C
Las temperaturas de trabajo están definidas a partir de una temperatura ambiente de 20ºC.
Las conexiones al depósito, deben estar ALINEADAS y PERPENDICULARES.
El apriete de las bridas del nivel debe hacerse sobre los tornillos de unión de forma cruzada
y progresiva, sin provocar tensiones.
Cuando las conexiones sean a racores, el apriete será progresivo y simultáneo.
Para los indicadores de nivel LT (con tubo de vidrio), se recomienda retirar dicho tubo
antes de conectar el cuerpo del nivel al depósito. Seguidamente proceder al llenado del tubo
de vidrio.
Una vez el cuerpo está instalado en el depósito, montar de nuevo el tubo de vidrio en el
cuerpo.
Este proceso se realiza según las instrucciones siguientes:
INSTRUCCIONES DE LLENADO DEL TUBO DE VIDRIO (fig. 1):
1. Quitar tornillo superior allen (1).
2. Retirar de su alojamiento el tubo de vidrio y sacar el tapón (3).
3. Llenar el tubo de vidrio (4) con el líquido suministrado.
4. Colocar el tapón de cierre superior (3) en el tubo y mantenerlo en una posición vertical.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 117
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
COLOCACIÓN DEL TUBO DE VIDRIO (fig. 1):
1. Comprobar que el asiento de goma (5) está en su alojamiento.
2. La parte inferior del tubo de vidrio (4) debe apoyarse sobre el asiento de goma (5).
3. Colocar el espaciador (2, arandela de goma) en su posición.
4. Colocar el tubo de vidrio en su posición y roscar el tornillo allen (1) en el tapón (3).
5. El tornillo allen no debe apretarse fuerte, es suficiente hasta notar una pequeña
resistencia.
LECTURA DEL NIVEL
Para los indicadores de nivel con tubo de vidrio, el valor del nivel se lee sobre la escala a la
altura de la punta superior del flotador externo. Para los indicadores de nivel por láminas
magnéticas, la lectura se toma donde las laminas cambian de color blanco a rojo.
MANTENIMIENTO
No se requiere ningún mantenimiento en especial.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 118
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
ANEXO
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 119
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 120
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 121
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 122
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 123
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 124
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 125
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 126
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 127
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 128
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 129
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 130
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 131
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 132
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
Página 133
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE SOLDADURA A SOLDADURA”
LISTA DE PARTES
EQUIPO:
SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS DE
MARCA
CANTIDAD
DESCRIPCIÓN
LONGITUD DE SOLDADURA A SOLDADURA.
PARTE
MATERIAL
CUERPO
SA – 516-70
CABEZAS
SA-516-70
SA -105
1
2
2
2
3
3
4
2
5
3
6
3
7
8
1
1
N-1,N-2
CUELLO
N1,N-2
N-3,N-4,
N5,N-11
CUELLO
N3,N-4,
N-5,N11
N-6
CUELLO N-6
9
1
N-7
SA – 105
10
1
CUELLO N-7
SA – 53 - B
11
1
N-8
SA – 105
12
13
14
15
2
1
1
1
N-9,N-10
N-12
CUELLO N-12
TAPA N-12
16
1
EMPAQUE N-12
SA – 105
SA – 105
SA – 53 - B
SA – 105
JM – 60 Ó
GARLOCK 7021
17
16
N-12
SA – 193 B7
18
32
TUERCAS
R. H.
SA – 194 – 2H
19
1
PESCANTE
SA – 53 - B
TAPAS SEMIELÍPTICA DE
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
SA – 53 - B
SA – 105
SA – 53 – B
SA – 105
SA – 53 - B
Página 134
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE SOLDADURA A SOLDADURA”
20
1
21
1
22
1
23
1
24
1
25
1
26
1
27
2
28
1
29
2
30
1
31
1
32
1
33
1
34
1
35
4
36
4
GUÍA
PESCANTE
ANILLO
PESCANTE
SA – 53 - B
SA – 285 GR. C
VER DETALLE.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
TORNILLO
PESCANTE
TORNILLO
PESCANTE
TORNILLO
PESCANTE
R. H.
SAE – 1018
SA – 194- 2H
SAE - 1018
SA - 234
OREJA DE IZAJE
MALLA
DEMISTER
ANGULO
SA-516-70
TORNILLO
ROMPE VORTEX
N-2
ROMPE VORTEX
N-5
CAJA
SEPARADORA
CAJA
SEPARADORA
PLACA DE
ANCLAJE
SOPORTES
SAE – 1018
A.I.-316
A-36
A.C.
A.C.
SA-516-70
SA-516-70
SA – 285 GR. C
SA – 53 GR. B
Página 135
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
CONCLUSIONES.
GILES GUTIÉRREZ MANUEL BRICIO.
Por medio de este proyecto, logramos diseñar un separador de tres fases; que es un
recipiente vertical a presión con tapas semielípticas, con este tipo de recipiente se puede
separar mas flujo liquido que gas aunque sea más costosa su producción pero es fácil su
mantenimiento. Con este equipo se puede separar el agua, aceite y gas materias primas para
el desarrollo de un país. Este equipo se diseño respetando normas internacionales de
seguridad. Dándome como resultado personal un amplio conocimiento sobre estos equipos.
GUTIÉRREZ LARA LUIS ARTURO.
Con este proyecto logramos el diseño de un separador vertical de tres fases, tomando en
cuenta todos los códigos y normas utilizadas en México; nuestro diseño se enfoca en un
proyecto que va planeado y ubicado en una media tanto en lo económico, comercial,
beneficio y aprovechamiento, tomando en cuenta todas las clausulas de seguridad.
Es un recipiente a presión cilíndrico vertical que es un poco más caro que los horizontales,
pero con la consideración, de que con el vertical se aprovecha con mayor eficacia las fases
de separación puesto que esta considerado para un fluido con grandes cabezadas de líquido
al extraer de pozos, las tapas son semielípticas, los instrumentos son diseñados y
seleccionados buscando que en conjunto sean 100 % efectivos en su desempeño; el trabajo
fue satisfactorio tomando en cuenta la asesoría de nuestro sinodal, investigación, manuales,
códigos.
El objetivo se cumplió oportunamente; se logró experiencia con un diseño real, el cual
sabemos que puede ser aplicado con confianza en el ámbito laboral e industrial.
SOTO REYES CRISTIAN IVAN.
Con el estudio e investigación realizada durante casi un año hoy se concluye con resultados
satisfactorios ya que se cumple con el objetivo establecido en un principio.
Ya que se obtienen conocimientos sobre conceptos básicos, el diseño, accesorios y
normatividad de recipientes sujetos a presión. Por otro lado se da el estudio del método de
separación del fluido o sustancia a procesar y se da el diseño accesorios internos para
efectuar la separación; también se obtiene información sobre la instrumentación que debe
llevar el separador trifásico. Y por ultimo se realizo una serie de planos en los cuales
quedaron plasmados todo los cálculos y la selección de los accesorios internos como
externos, etc.
“Como conclusión del estudio e investigación realizada sobre los recipientes sujetos a
presión (Separador de agua, Aceite y Gas) contamos con este trabajo”.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
VÁZQUEZ RESENDIZ JORGE ALBERTO.
Se puede concluir la elaboración de un proyecto que se estuvo realizando durante los dos
últimos semestres de la carrera.
La culminación de este proyecto damos una visión de cómo se realiza desde los datos
históricos, normas que se deben de seguir y cálculos que representan al final el trabajo
realizado durante un año, teniendo como referencia a nuestros estudios el cómo se podría
practicar en la industria.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“DISEÑO MECÁNICO DE UN SEPARADOR VERTICAL DE TRES FASES, AGUA, ACEITE Y GAS, DE ØE 48” x 7’ LONGITUD DE
SOLDADURA A SOLDADURA”
BIBLIOGRAFÍA.
MEGYESY, Eugene F. Manual de Recipientes a Presión: Diseño y Cálculo. Limusa.
1999.
PERRY, Robert H. Manual del Ingeniero Químico. McGraw-Hill. 1992.
León Estrada, Juan Manuel, “DISEÑO Y CÁLCULO DE RECIPIENTES SUJETOS A
PRESIÓN”, en http://www.inglesa.com.mx/html/publi.htm
Código ASME, “Sección VIII, División 1 Recipientes a Presión, División 2: Reglas para
diferentes alternativas para recipientes a presión”
Norma API.
“SOY POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN NO POR CIRCUNSTANCIA”