CLASE DISEÑO TUBERIAS I

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA ANTONIO JOSE DE SUCRE VICE RECTORADO ¨LUIS

CABALLERO MEJÍAS¨

LA YAGUARA - CARACAS

INTRODUCCION AL DISEÑO DE TUBERIAS

SEMESTRE 2011-2

CONTENIDO SINOPTICO

1. INTRODUCCION.

• Importancia del Diseño de Tuberías.

• Factores a tomar en cuenta en el Diseño de Tuberías.

• Requisitos para un buen Diseño de Tuberías.

2. CALCULO DE DIAMETRO Y ESPESOR DE PARED EN LINEAS DE TUBERIAS.

• Criterios de velocidad para tuberías de vapor, gas y liquido.

• Criterios de velocidad de erosión para tuberías de vapor, gas y liquido.

• Calculo de diámetro interno para tuberías de vapor, gas y liquido.

• Determinación del Schedule y Materiales a emplear en el Diseño de Tuberías (Piping Class).

• Calculo de espesor de pared de tuberías vapor, gas y liquido según Norma ASME.

CONTENIDO SINOPTICO

3. PERDIDAS DE PRESION EN TUBERIAS.

• Teorema de Bernoulli.

• Caída de presión en tramos de tuberías y accesorios.

• Ecuación de Darcy Weisbach y Hanzell – Williams.

• Criterios de caída de presión según Normas PDVSA.

4. DISEÑO DE TUBERIAS PARA LA INDUSTRIA PETROLERA, GASIFERA, PLANTAS INDUSTRIALES, GENERACION DE POTENCIA, REFRIGERACION Y TRATANIENTOS DE AGUAS.

• Standard ASME B31.1 (Power Piping).

• Standard ASME B31.3 (Process Piping).

• Standard ASME B31.4 (Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids).

• Standard ASME B31.5 (Refrigeration Piping and Heat Transfer components).

CONTENIDO SINOPTICO

• Standard ASME B31.8 (Gas Transmission and Distribution Piping Systems).

5. SIMULACION DE CALCULOS HIDRAULICOS EN SISTEMAS DE TUBERIAS.

• Introduccion al analisis de circuitos hidraulicos PIPEFLOW.

• Introduccion al analisis de circuitos hidraulicos PIPEPHASE.

6. TOPICOS VARIOS DE TUBERIAS.

• Proteccion de tuberias.

• Aislamiento termico en tuberias.

• Construccion y emsamblaje de tuberias (Trabajos en frio y caliente).

• Pruebas e Inspeccion de sistema tuberias.

7. ANALISIS DE FLEXIBILIDAD

• Criterios de esfuerzos segun codigo ASME.

• Simulacion de esfuerzos en tuberias mediante Software.

TEMA I - INTRODUCCION

IMPORTANCIA DEL DISEÑO DE TUBERIAS.

1. Definición Tubería:

Es un conducto que tiene como objetivo fundamental el transporte de un fluido en sus diferentes estados de la materia desde un punto aguas arriba hasta un punto aguas abajo para su utilización y/o transformación.

2. Sistemas de Tuberías:

Es un arreglo de componentes mecánicos cuyo objetivo principal es el almacenamiento, control y distribución de un o varios fluidos que forman parte de un sistema.

En un proyecto de ingeniería multidisciplinario el diseño de tuberías es la voz cantante del mismo. La inversión económica representa aproximadamente un 50% de la

inversión total del proyecto.



1. El diseño de tuberías define parámetros que impulsan el trabajo de muchas otras disciplinas de ingeniería.

2. Un buen diseño de tuberías permite operar una determinada instalación de manera segura, continua, confiable y dicho diseño establece las políticas de mantenimiento.

3. En el diseño de tuberías se debe tomar en cuenta que son los elementos mecánicos con mayor vida útil en una determinada instalación. Los criterios de diseño establecen que aproximadamente cada veinte años se debe reemplazar un sistema de tuberías.

4. Mediante un buen diseño de sistema de tuberías podemos determinar las mínimas condiciones de operación en planta, en las cuales se logre una gran reducción en costos de proyectos y operación.



5. Un buen dimensionamiento hidráulico de tuberías limita a la misma a sufrir alteraciones tempranas de sus propiedades mecánicas por fenómenos de erosión.

TEMA I - INTRODUCCIONFACTORES A TOMAR EN CUENTA EN EL DISEÑO DE TUBERIAS

1. Campo de aplicación industrial.

2. Condiciones ambientales del sitio.

3. Topografía del terreno.

4. Arreglo arquitectónico de la planta.

5. Disposición o Plot Plan de equipos mecánicos y eléctricos.

6. Naturaleza del fluido/s a operar.

7. Propiedades físico-químicas del fluido a operar.

8. Identificación y clasificación de líneas de servicios.

9. Condiciones de diseño y operación del sistema.

10. Bases y criterios del diseño del sistema.

TEMA I - INTRODUCCIONCuando se diseña un sistema de tuberías el Ingeniero de Proyectos debe tener en cuenta:

1. Selección de los materiales en función de los servicios que transporte el sistema de tuberías.

2. Efecto de las temperaturas y sus cambios en diferentes condiciones de operación.• Aislamiento Térmico.• Expansión térmica.• Contracción térmica.• Cambios de fase.

3. Que tan flexible debería ser el sistema de tuberías.

4. Soportería y anclajes de tuberías.

5. Alteraciones en el sistema y servicio.

6. Mantenimiento e inspección.

7. Condiciones de operación de equipos estáticos y rotativos.

8. Seguridad operacional.


REQUISITOS PARA UN BUEN DISEÑO DE TUBERIAS

• Haber definido las condiciones de operación del sistema.• Definir las bases y criterios de diseño del sistema:• Códigos y normas aplicables para el diseño (Nacional e Internacional).• Referencias bibliograficas, electrónicas o diseño similares.• Definir la premisas y alcance del diseño del sistema de tuberías.

3. Haber definido y clasificado por áreas las líneas de servicio.

4. Haber definido cantidad y ubicación de equipos estáticos y rotativos.Luego de tener estos requisitos bases el Ingeniero Proyectista procederá a realizar los cálculos preliminares de las diferentes líneas

de tuberías asociadas al diseño.

TEMA I - INTRODUCCIONNORMAS NACIONALES PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

1. Normas PDVSA:

1.1 LTP-1.5 (Cálculos Hidráulicos en Tuberías Industriales).

• Define velocidades recomendadas para diferentes servicios.

• Define caídas de presión recomendadas en función del servicio a operar.

1.2 LTP-1.11 (Listado de Tuberías Industriales).

• Define los parámetro de lista de tuberías según su servicio de operación.

• Expone las reglas básicas para listar los diferentes tipos de tuberías.

1.3 LTP-1.3 (Identificación y numeración Tuberías Industriales).

• ¿Cómo se identifican las tuberías?

• Códigos de identificación según servicios.

• Diagramas de tuberías e instrumentación. (DTI).

• Diagramas de flujo de procesos. (DFP).


NORMAS NACIONALES PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

1. Normas PDVSA:

1.4 LTP-1.1 (Preparación de Diagramas de Procesos).• Define la metodología de preparación de diagramas de procesos.• Define la metodología de preparación de diagramas de tubería e instrumentación.• Expone la simbología de equipos, válvulas, tuberías e instrumentos.

1.5 LTPD-108.4 (Planos de Implantación de Equipos).• Estudio y levantamiento topográfico del sitio.• Condiciones climáticas del sitio.• Diagramas de flujo de procesos.• Criterios de ubicación de equipos en plantas industriales.• Preparación de Plot Plan de plantas de procesos.


NORMAS NACIONALES PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

1. Normas PDVSA:

1.6 H-221 (Materiales de Tuberías Industriales).• Define la metodología para determinar el tipo de material a emplear en diferentes tipos de tuberías según su servicio.• Define las clases de las líneas de servicios. (Piping Class).• Define los materiales de accesorios de tuberías, válvulas, pernos y empaquetaduras.

1.7 H-231 (Requerimientos para la fabricación de tuberías).• Fabricación de tuberías.• Tratamientos térmicos.• Uniones de soldadura.• Inspección y pruebas.• Embalaje.


1. Normas PDVSA:

1.6 H-252 (Criterios de Esfuerzos en Tuberías).• Códigos y Normas de referencias. (ASME, COVENIN, API).• Criterios para cálculos de esfuerzos y flexibilidad en tuberías.• Temperatura y presión de diseño.• Cargas por sismos y vientos.• Cargas por vibraciones mecánicas.• Cargas en boquillas de equipos estáticos y rotativos.• Cargas externas en oleoductos y gasoductos.• Efectos de fricción.• Cargas por presión externa.


1. Normas PDVSA:

1.8 H-252 (Criterios de Esfuerzos en Tuberías).• Códigos y Normas de referencias. (ASME, COVENIN, API).• Criterios para cálculos de esfuerzos y flexibilidad en tuberías.• Temperatura y presión de diseño.• Cargas por sismos y vientos.• Cargas por vibraciones mecánicas.• Cargas en boquillas de equipos estáticos y rotativos.• Cargas externas en oleoductos y gasoductos.• Efectos de fricción.• Cargas por presión externa.


1. Normas PDVSA:

1.9 10605.2.106 (Simbología para Isométricos de Tuberías).• Define la simbología básica de tuberías, accesorios, válvulas, uniones bridadas para e desarrollo de diagramas isométricos.

1.10 HG-251 (Criterios de Diseño de Soportería en Tuberías).• Define los criterios para soportes en sistema de tuberías.• Materiales de construcción.• Define los arreglos típicos de soportes.• Metodología de Construcción en campo.

TEMA I - INTRODUCCIONNORMAS INTERNACIONALES PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

2. NORMAS ASME:

2.1 ASME B31.1 (Power Piping).• Expone el diseño para tuberías de plantas de generación potencia.• Aplica para plantas de generación de vapor a presiones sobre 100 kPa (14.5 PSI).• Temperaturas del agua por encima de los 120ªC o 1103 kPa (160PSI).• No incluye criterios de fatigas por ciclos de presión.• Aplica para plantas termoeléctricas, generadoras de vapor (Calderas), Plantas generadoras de potencia.• Condiciones de diseño basada en altas temperaturas y esfuerzos admisibles bajos.• Especifica la metodología de calculo de espesores mínimo de pared en tuberías y accesorios.


2. NORMAS ASME:

2.2 ASME B31.3 (Process Piping).• Expone el diseño para tuberías dentro los limites de batería de refinería, Plantas químicas, Industria Farmacéutica entre otras plantas de procesos.• Especifica la metodología de calculo de espesores mínimo de pared en tuberías y accesorios.• Excluye tuberías que transporten fluidos no inflamable, no tóxicos y dañinos para el tejido humano.• Tuberías de altas presiones.• Incluye criterios de fatigas producto de ciclos de presión y temperatura.• Incluye listado de esfuerzos admisibles de materiales en tuberías a diferentes condiciones de operación.


2. NORMAS ASME:

2.2 ASME B31.3 (Process Piping).• Condiciones de diseño basadas en presiones, esfuerzos admisibles muy conservadores y condiciones de expansión térmica.

2.3 ASME B31.4 (Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids).• Aplica para diseño de oleoductos a campo traviesa.• Tuberías enterradas siempre y cuando el fluido a transportar sea liquido.• Presiones relativamente bajas no mayores a 500 PSI.• Tuberías en carreteras, cruce de ríos y puentes.

Sa = 2/3 Sy ó 1/3 St


2. NORMAS ASME:

2.3 ASME B31.4 (Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids).• Condiciones de diseño basadas en presiones, esfuerzos admisibles pocos conservadores cercanos a la zona de fluencia del material.

2.4 ASME B31.5 (Refrigeration Piping and Heat Transfer components).• Define las condiciones de diseño de tuberías de transporte de fluidos con temperaturas por debajo de 0ªC.• Define la metodología de calculo para contracción y expansión térmica en tuberías.• Considera fluidos con cambio de fases bruscos por perdidas de presión y temperatura.• Expone propiedades físico-químicas de fluidos refrigerantes HFC, CFC, HCFC y refrigerantes naturales.

Sa = 0.72Sy


2. NORMAS ASME:

2.5 ASME B31.8 (Gas Transmission and Distribution Piping Systems).

• Gasoductos a campo traviesa.

• Tuberías enterradas siempre y cuando el fluido sea gas.

• Condiciones de presiones altas mayores a 500 PSI.

• Condiciones de diseño basadas en presiones, esfuerzos admisibles pocos conservadores cercanos a la zona de fluencia del material.

• Procedimientos de inspección rigurosos.

• Mantenimiento y monitoreo constante.

Sa = 0.9 - 1Sy

GRACIAS POR SU ATENCION

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