Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Sistemas de alivio de

    presin

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    Los equipos que componen una planta de procesodeben protegerse de sobrepresiones causadas por

    circunstancias anormales.

    Los elementos ms comunes son

    Vlvulas de seguridad y alivio: Vlvulas que permanecen cerradas poraccin de un resorte. Cuando la presin a la entrada vence la fuerza delresorte la vlvula se abre descargando hacia un lugar seguro. Se calibranpara que abran a la presin de diseo del recipiente que protegen

    Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una boca delrecipiente, calculado para que rompa a una presin algo menor que la

    que soporta el recipiente

    Vlvulas de presin y vaco. Para proteccin de tanques atmosfricos.Poseen clapetas que abren a muy baja sobrepresin o vaco permitiendoaliviar gases o admitir aire en el tanque

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    Elementos de proteccin contra

    sobrepresiones

    Vlvulas de seguridad y alivio Vlvulas de presin y vaco

    Discos de ruptura

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    Cdigo ASME: Obligatorio en USA

    Define algunos requerimientos de proteccin contra sobrepresiones

    Presin de operacin: es la presin normal de trabajo del equipo. La que seobtiene del balance de masas

    Presin de diseo: Todos los procesos pueden tener fluctuacionesconsideradas normales y para las que se desea que la planta contineoperando. Suele fijarse como un cierto % de la presin de operacin (Porejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)

    Presin mxima admisible de trabajo (maximum allowable workingpressure). La fija el diseador mecnico. Puede ser algo mayor que lapresin de diseo debido a la utilizacin de espesores standard de chapa

    Presin de prueba hidrulica: Por cdigo= 1.3 x p. diseo

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    Diseo de un sistema de alivio de presiones

    Etapas

    Determinacin del caudal a aliviar

    Seleccin del tipo de dispositivo Clculo del rea de alivio

    Diseo del sistema de descarga a atmsfera

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    Determinacin del caudala aliviar

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Hiptesis de contingencia nica:

    Se deben analizar todas las hiptesis decontingencia y elegir la ms crtica. Se supone

    que las contingencias no ocurren en forma

    simultnea

    Se excluyen las fallas latentes

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Caso de fuego externo

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Caso de fuego externo

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Caso de fuego externo

    Aeroenfriadores: un caso complicado

    Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de loscondensadores el volmen lquido que contienen es pequeo.

    En ciertos casos puede que ese lquido, totalmente vaporizadosea un porcentaje pequeo del volumen de vapor del sistema.

    API 521 no da ninguna recomendacin, pero sugiere analizar:

    Considerar como superficie mojada solo la superficie sin aletas

    Para condensadores tomar el 30% como superficie mojada

    Considerar reemplazar 21000 por 12000 en la frmula de Q Analizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el

    drenaje

    API 521 ed 2007: considerarlo como piping

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Caso de fuego externo

    Una vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviar

    Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/l

    Lquidos: considerar la expansin trmica: gpm= B.Q/500.g.c

    B= coef expansin cbica por F

    Q= BTU/hC= BTU/lbF

    g= grav especfica

    Fluido cerca del punto crtico

    Aproximacin: tomarl= 50 BTU/lb cerca del punto crtico(API 521

    3.15.3.1)

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Caso de fuego externo

    La evaporacin del lquido contenido en el recipiente es lo que permite

    evacuar el calor recibido

    En el caso de los recipientes que no contienen lquido, la falla se produce

    por alta temperatura del material. El nico recurso es despresurizar elequipo para reducir la presin a la que est sometido y enfriar con agua

    externamente (recipientes con gas o fluidos supercrticos)

    Despresurizacin: Tpicamente reducir la presin un 50% en 15

    minutos

    Tener en cuenta la entrada de calor por el fuego, cambio de

    densidad del vapor durante la despresurizacin y flasheo de

    lquidos que pudieran estar en el sistema (usar mdulo de Hysis)

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Expansin trmica de lquidos confinados

    (Ej tramos de caeras que pueden quedar bloqueados llenos de

    lquidos)

    En general se pone una vlvula de alivio de x 1.

    En grandes pipelines estimar la entrada de calor y calcular el

    caudal a aliviar por dilatacin trmica

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Limitadores de caudal (orificio de restriccin)

    W=2140.Ko.A. p.D

    Caudal a travs de un orificio

    lquidos

    A= rea i2

    D= densidad (lb/ft3)

    W= lb/h

    p= psi

    Ko= coef de orificio

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    Limitadores de caudal (orificio de restriccin)

    Caudal a travs de un orificio

    Gases o vapores1 1

    12.Ko.A.p1.W=Ko.A.. p .D =

    R.T

    12/

    2 2

    1 1

    k

    k-1

    2 2crit 1 2crit

    1544

    24061

    2si p

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    Limitadores de caudal (orificio de restriccin)

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    Caudales a travs de una vlvula globo(valores en lb/h)VAPOR AIRE O N2

    Presin de

    entrada(psig)

    11 165 495 82.5 110 137.5

    Tamao

    213 1400 3860 1240 1590 1940

    373 2460 6760 2170 2780 3400

    1 604 3990 11000 3520 4510 5510

    1 1420 9390 25800 8290 10600 13000

    2 2350 15500 42600 13700 17500 21400

    3 5170 34100 93800 38600 38600 47100

    AGUA

    p a travs de lavlvula (psi)

    55 82.5 110

    21500 26300 30300

    37600 46100 53200

    1 61000 74700 86300

    1 144000 176000 203000

    2 237000 210000 33500

    3 522000 639000 73800

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Condiciones de proceso

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    Determinacin del caudal a aliviar

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Si fuera necesario modelar la rotura del tubo, el clculo puede ser complejo. Sedebe analizar la capacidad de las caeras que conducen el fluido de baja presinpara aliviar el caudal, teniendo en cuenta posibles efectos de vaporizacin,aceleracin de lquido etc

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Explosiones:

    No se pueden aliviar con vlvulas de seguridad. Instalar discosde ruptura, que an no siempre son efectivos

    En caso de ser posible, aumentar la presin de diseo.

    Tpicamente para hidrocarburos, la presin durante unaexplosin aumenta 7 veces.

    Si la explosin ocurre a presin atmosfrica (ej flare KOD) llegaa 7 bar(a). Si se disea el equipo a 4.5 bar(g) en la explosinestara por debajo de la presin de prueba hidrulica

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    Determinacin del caudal a aliviar

    Vaporizacin sbita

    Ejemplo tpico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oil

    Es muy dificil prever. Lomejor es cubrir conprocedimientosoperativos

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    Seleccin del

    dispositivo de alivio

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    Seleccin del dispositivo de alivio

    Vlvulas de seguridad

    (gases o vapores)

    Vlvulas de alivio

    (lquidos)

    Vlvulas de seguridad

    y alivio (gases o lquidos)

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    Seleccin del dispositivo de alivioVlvulas de seguridad (gases o vapores)

    Accin pop: abren

    totalmente cuando se

    alcanza la presin de set y

    permanecen abiertas por un

    efecto dinmico originado

    en el cambio de direccindel fluido a alta velocidad

    en la hudding chamber. Ese

    efecto da origen al

    blowdown (una vez que el

    fluido comenz a descargar

    se requiere que la presindisminuya por debajo de la

    presin de set para que la

    vlvula cierre

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    Seleccin del dispositivo de alivio

    Vlvulas de alivio(lquidos)

    Comienzan a abrircuando se alcanza la

    presin de set yalcanzan su mximaapertura para unaacumulacin igual al10% de la presin deset

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    Seleccin del dispositivo de alivio

    Vlvulas de seguridady alivio :

    Pueden usarse para

    cualquiera de las dos

    funciones gracias a la

    presencia de un anillo

    de blowdown que

    penetra dentro de la

    hudding chamber. En la

    posicin superior acta

    como vlvula de

    seguridad y en la

    posicin inferior como

    vlvula de alivio

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    Seleccin del dispositivo

    Vlvula operada por piloto

    VentajasHasta alcanzar la presin de

    set, la fuerza de cierre

    aumenta con la presin

    Independiente de la

    contrapresin

    Se puede automatizar para

    que funcione como vlvula

    telecomandada

    Inconvenientes

    Posibilidad que se tape

    El O ring es un elemento

    delicado

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    Seleccin del dispositivo de alivio

    Descarga de gas a travsde una tobera

    Las vlvulas de seguridad

    trabajan en rgimen crtico.

    El caudal depende de lapresin del recipiente y del

    rea de la tobera y es

    independiente de la

    contrapresin, pero la

    contrapresin juega un

    papel importante en laapertura de la vlvula

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    Seleccin del dispositivo de alivio

    Contrapresin:

    Causada por la cada de

    presin del gas en el

    colector.

    Contrapresin propia(built up backpressure):

    Causada por la descarga

    de la propia vlvula. No

    existe si la vlvula est

    cerrada.

    Contrapresin sobreimpuesta (superimposed backpressure): causada por lasdescargas de otras vlvulas

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    Seleccin del dispositivo

    Efecto de la contrapresin

    La fuerza sobre el disco en una

    vlvula convencional se ve

    afectada por la contrapresin.La contrapresin tiende a cerrar

    la vlvula

    En una vlvula de fuelle

    balanceada la contrapresin

    acta sobre igual superficie en

    ambas caras del disco

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    Seleccin del dispositivo

    no balanceada balanceada

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    Seleccin del dispositivo

    Efecto del chattering en vlvulas no balanceadas

    Vlvulas no balanceadas no pueden usarse cuando la contrapresin

    propia es ms del 10% de la presin de set

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    Seleccin del dispositivo

    Chattering por alta cada de presin en la lnea de entrada

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    Seleccin del dispositivo

    Efecto de la contrapresin sobreimpuesta sobre una vlvula convencional

    Se debe corregir la tensin

    del resorte

    Si la contrapresin

    sobreimpuesta es variable, la

    vlvula convencional no se

    puede usar

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Seleccin del dispositivo

    Ventajas del fuelle

    No tiene la limitacin del 10% de contrapresin propia.Tericamente se puede usar hasta 50% de sobrepresin,aunque es aconsejable no ms de 30%

    No hace falta corregir la tensin del resorte para contrapresinsobreimpuesta

    Abre siempre a la misma presin

    Inconvenientes

    El fuelle es un elemento delicado. Si se rompe el fuelle lavlvula deja de ser balanceada

    El fuelle debe estar venteado a la atmsfera. Peligroso si es ungas txico en caso de rotura del fuelle

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    Seleccin del dispositivo

    Discos de ruptura

    Ventajas

    Pueden construirse en materiales resistentes a la corrosin

    Gran capacidad

    Bajo costo

    Inconvenientes

    Prdida del inventario y parada de la planta

    Requiere mayor margen entre presin de operacin y de rotura

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    Seleccin del dispositivo

    Discos de ruptura

    Presin de rotura especificada: la solicitada por el comprador

    Presin de rotura estampada: La presin a la que el disco rompe segn

    ensayos realizados. Puede ser mayor o menor que la especificada, perodebe encontrarse dentro del rango de fabricacin indicado por el fabricante

    Rango de fabricacin: Es el rango de presiones dentro del cual el discopuede ser estampado. Normalmente el fabricante indica un rango en ms yen menos con respecto al valor de la presin especificada

    Tolerancia a la rotura: es la variacin alrededor de la presin marcada

    dentro de la que el disco puede romper Relacin de operacin: cociente entre la mxima presin operativa y la

    presin de rotura estampada. La sugiere el fabricante

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Seleccin del dispositivo

    Discos de ruptura

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    Forma de especificar

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    Seleccin del dispositivoTipos de discos

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    Seleccin del dispositivo

    Combinacin discovlvula

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    Clculo del rea de alivio

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    Clculo del rea de alivio de la PSV

    Las vlvulas de seguridad pueden

    calcularse asumiendo una evolucin

    isoentrpica en la tobera

    2 2p2

    2 1

    p1

    22

    2 2 2

    2

    2

    p2

    Balance de cantidad de movimiento

    v -vg.z .dp + F + W=0

    2

    v= velocidad vol.especifico

    en una tobera sin friccion (isoentropica)

    v1=0 z=0 W=0 F=0

    W.Wv =

    A . A

    W.1

    2 A

    v

    v

    v

    vv

    p2

    1

    1/2p2

    p1

    2 2

    .dp

    2. .dpW

    A

    v

    v

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    Cuando un fluido se expande isoentropicamente desde una presin p1

    hasta p2 sin realizar trabajo, la expansion cumple con

    1/ 2p2

    22

    p12

    W.v 2. .dp

    A

    vv

    1/ 2p2

    2

    p12 2

    v W2. .dp

    . A

    vv

    o bien

    esta expresin da la velocidad msica a lo largo de la evolucin

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Se puede calcular a lo largo de la expansin el valor de v

    (velocidad) y el valor de G (veloc msica)

    Se observa que la funcin G vs p2 pasa por un mximo y

    luego se reduce a pesar que aumente la velocidad

    Esto implica que el rea del conducto debe pasar por un

    mnimo para mantener isoentrpico el flujo.

    Es decir que se requiere una tobera convergente divergente

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    la tobera de la vlvula de seguridad es solo convergente de

    modo que ena vez alcanzado el G maximo en la garganta, la

    presin cae bruscamente hasta el valor de la presin de salida

    En la garganta se establece una presin distinta a la de salida

    de la vlvula

    Si l i d d d l l d id d l

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Si la presin de descarga de una vlvula de seguridad es lo

    suficientemente alta como para que no se alcance este valor de Gmax, la

    presin en la garganta ser igual a la presin de descarga.

    Pero si la presin en la descarga es inferior a la que provoca el Gmax, la

    expansin isoentrpica llega hasta la garganta con una presin mayor quela de descarga, y luego el fluido disminuye bruscamente la presin a la

    salida con una onda de choque altamente irreversible.

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Clculo del rea de alivio de la PSV

    1/ 2p2

    22

    p12

    W.v 2. .dp

    A

    vv

    La integral se debe calcular

    siguiendo una isoentrpicaEl punto 2 corresponde a las

    condiciones en la garganta de la

    tobera

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Es decir que la presin en la garganta siempre ser la que provoque el

    mximo G siguiendo una expansin isoentrpica hasta la presin de

    descarga.

    Si la presin de descarga es menor que la presin correspondiente almximo G, esa parte de la evolucin no tiene lugar ya que se necesitara

    una tobera convergente divergente. Como la tobera solo tiene la seccin

    convergente, se produce la onda de choque desde la presin de garganta

    hasta la presin de descarga.

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    El mtodo entonces consiste en ir calculando para valores decrecientes de p2

    el valor de la integral

    1/2p2

    p1

    2

    2. .dpvG

    v

    Si se llega a p2 sin haber alcanzado un mximo, esa ser la presin de

    garganta.

    Si antes de llegar a p2 alcanzamos un mximo esa ser la presin de garganta

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Como calcular la integral?

    La integral se puede calcular con ayuda de un simulador. Por

    ejemplo Hysis.

    En Hysis no existe un bloque de tobera isoentrpica, pero s

    existe una turbina isoentrpica

    Comparando ambos procesos y planteando el balance de

    energa mecnica para una evolucin sin friccin ni variacin

    de altura

    2 2p2v v

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    p22 1

    p1

    2 p22

    p1

    p2

    p1

    v -v.dp + W=0

    2

    En una tobera con velocidad inicial cero

    v.dp =0

    2

    En una turbina

    .dp + W=0

    v

    v

    v

    Es decir que el trabajo por unidad de masa en una turbina

    isoentrpica es igual a la energa cintica que tendra un fluido a la

    salida de una tobera isoentrpica evolucionando entre las mismas

    presiones

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    66/96

    1/2pi

    p1 12. .dp

    Gi

    j i

    j

    i i

    Wjv

    v v

    Para cada presin intermedia pi se

    puede calcular

    El valor de presin pi que hace

    mximo Gi corresponde a las

    condiciones de garganta

    Una vez calculado el Gmax se puede calcular el area de la tobera en la

    seccin de garganta como

    A= W/Gmax

    Siendo W el caudal msico que se quiere descargar

    El l l d di t t b id l D b

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    67/96

    El rea as calculada es un rea correspondiente a una tobera ideal. Deben

    aplicarse algunos factores de correccin que se encuentran en la norma API 520

    y que veremos ms adelante.

    Es importante notar que este clculo es totalmente independiente de si el fluido

    es un gas, un lquido, una mezcla de ambos o un lquido que va flasheando amedida que se expansiona en la tobera

    En el caso de gases, es posible deducir tericamente las ecuaciones de

    expansin en una tobera isoentrpica combinando la ecuacin de la evolucin

    isoentrpica y obtener en forma analtica la velocidad de flujo msico en lagarganta

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    68/96

    2p2

    2

    p1

    1

    1

    1 1

    2

    .

    con la ecuacin de estado

    p. =z.R.Tv

    y con .dp =02

    vy maximizando v.

    se obtiene

    2 .Gmax=p1

    1 . .

    En unidades SI G=kg/s.m R=8314 p= Pa

    La formula del API 520

    k

    k

    k

    p cte

    v

    v

    k M

    k z R T

    2

    1

    1

    1

    1 1

    es con G= kg/h.mm y p en kPa y es

    2 .Gmax=.0.03948 p1

    1 .

    k

    k k M

    k z T

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    69/96

    la ecuacin anterior es vlida cuando la funcin G pasa por un mximo,

    es decir cuando en la garganta se alcanza el flujo crtico.

    Es posible demostrar que en estas condiciones la presin en la gargantavale

    k

    k 1

    2c 1

    2p p

    k 1

    por lo tanto, se puede calcular esta presin, y si resulta que

    p2

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    70/96

    y la frmula para el clculo del rea de la garganta, suponiendo

    una tobera ideal en flujo crtico queda

    1 1

    1

    1

    .WA=

    p1.C

    2con C=0.03948

    1

    k

    k

    T z

    M

    kk

    Vale decir que en el caso de gases no hace falta calcular la curva de

    expansin ya que es posible calcular directamente las condiciones en

    la garganta

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    71/96

    Si resulta que p2 es mayor que p2c, la presin en la garganta ser p2 y

    entonces podemos calcular

    k 12 / k

    k1 1 2

    1 1

    1 2

    2

    1 1 2

    1 1

    k 12 / k

    k

    M.p (p p )k 1 rG max 2 .

    k 1 1 r R.z .T .

    siendo r =p /p

    si se ponen las presiones en kPa y se quiere G en kg/h.mm resulta

    M.p (p p )F2

    Gmax =17.9 z .T .

    k 1 rcon F2=

    k 1 1 r

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    72/96

    En el caso de un fluido incompresible, como es el caso de

    un lquido que no flashea, las ecuaciones resultan an

    ms sencillas, dado que la ecuacin

    2p2

    2

    p1

    v.dp =0

    2 v

    si es constante se reduce a

    G 2. . p y

    Gmax= 2. .(p1 p2)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    73/96

    Vale decir que para gases y lquidos se dispone de frmulas

    analticas que evitan el clculo de la evolucin isoentrpica

    a lo largo de la tobera.Si bien ese mtodo es totalmente general, slo tiene sentido

    utilizarlo en los casos en que haya flujo bifsico. Por

    ejemplo:

    -Una mezcla bifsica ingresando a la PSV

    -Un lquido que flashea dentro de la PSV

    -Un fluido supercrtico que condensa en la PSV

    Clculo del rea de alivio de la PSV

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

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    Formulas del API 520

    1

    12520 .

    1

    k

    k

    C kk

    k

    k-12Gas o vapor - Flujo sonico : p2 < p1

    k+1

    13160.W T.z 35250.V. T.z.MA=

    C.Kd.P1.Kb.Kc M C.Kd.P1.Kb.Kc

    A= mm2

    Kd=Coef de descarga .

    Tpico: 0.975 para vlvulas

    0.62 para disco ruptura

    p1= Kpa absT= Kelvin

    W= kg/h

    V= Nm3/min (15C y 1 atm)

    Kb= correccin por backpressure

    (valvulas de fuelle balanceado)

    Kc= correccin si se instala PRV + disco

    de ruptura (= 0.9, si no =1)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    75/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    En una vlvula balanceada, si la contrapresin es grande, tambin aparecen fuerzas

    no balanceadas que pueden limitar el recorrido del disco, y esto tiene un efecto

    sobre la capacidad.Se debe corregir el caudal en funcin de la contrapresin con un coeficiente Kb

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    76/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    2 2

    (k-1)/k2/k

    Flujo subcritico - gases o vapores

    Valvula convencional (sin fuelle) o valvula operada por piloto

    17.9.W z.T 47.95.V z.T.MA=

    F .Kd.Kc M.p1.(p1-p2) F .Kd.Kc p1.(p1-p2)

    k 1-r F2= .r k-1 1-r

    r = p2/p1

    A= mm2

    Kd=Coef de descarga .

    Tpico: 0.975 para vlvulas

    0.62 para disco rupturap1= Kpa abs

    T= Kelvin

    W= kg/h

    V= Nm3/min (15C y 1 atm)

    Kc= correccin si se instala PRV + disco de ruptura (= 0.9, si no =1)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    77/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    11.78.Q GA=

    Kd.Kw.Kc.Kv p1-p2

    Lquidos:

    Kd= Coef. de descarga. Como valor preliminar tomar 0.65 para PRV o 0.62 para disco rupt.

    Actualmente el Cdigo ASME VIII Div 1 requiere un ensayo certificado

    p1: Presin de set + acumulacin (Kpag)

    P2: backpressure (Kpag)

    G= Gravedad especfica

    Q= litros/min

    Kc= 1 si slo se instala la vlvula

    0.9 si se instala en combinacin con disco de ruptura

    Clculo del rea de alivio de la PSV

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    78/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    1

    0.5 1.5

    Kv=correccion por viscosidad=

    2.878 342.75= 0.9935+ +

    Re Re

    Q.(18800G)Re=

    A

    Requiere una estimacion previa de A

    Kw= Correccin por

    backpressure (solo para vlvulas

    de fuelle balanceadas)

    Lquidos (continuacin)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    79/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    .11.78.Q G

    A=Kd.Kw.Kc.Kv.Kp 1.25p-p2

    Lquidos (continuacin)

    Si no se requiere certificacin de Kd

    El efecto de lasobrepresin sobre el

    coeficiente de descarga

    se incluye en el

    coeficiente Kp

    P es la presin de set (sin

    incluir acumulacin)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    80/96

    Clculo del rea de alivio de la PSV

    Orificios normalizados

    D 0.11 i2 Q 11.05 i2

    E 0.196 i2 R 16 i2

    F 0.307 i2 T 26 i2

    G 0.503 i2

    H 0.785 i2

    J 1.33 i2

    K 1.83 i2

    L 2.85 i2

    M 3.6 i2

    N 4.34 i2

    P 6.38 i2

    Un mismo tamao de cuerpo puede

    tener varios tamaos de orificio

    Seleccionar de catlogo segn el rating

    de la brida de entrada

    Designacin: Ej: 2E6

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    81/96

    Diseo del sistema de

    descarga a la atmsfera

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    82/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Evaluar el caudal mximo (simultaneidad)

    Casos:

    Falla de utilities: complejo de analizar. Puede afectar a todo el

    establecimiento industrial. (Corte total o parcial de energa o agua de

    enfriamiento)

    Incendio: Considerar la mxima simultaneidad. En ausencia de otra

    informacin, se considera que el rea afectada por el incendio se limita a

    una superficie de 230 a 460 m2 (API Std 521 Ed 2007 Secc 7.1.2)

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    83/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Descarga directa a la atmsfera

    Cuando no existe un sistema de flare (ej: gasoductos, plantasde almacenaje de LPG)Potenciales problemas a analizar:

    No formar mezclas inflamables a nivel de suelo.(analizar conmodelos de dispersin o con grficos del API 521.) Se requiere una

    buena velocidad en la descarga. En caso de ser necesario, agregar

    vlvulas de seguridad escalonadas para manejar descargas

    pequeas)

    No superar niveles de toxicidad a nivel de suelo(ej gases con SH2) Analizar con modelos de dispersin.

    En caso de ignicin, no superar niveles admisibles deradiacin

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    84/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Antorchas elevadas

    Permiten la combustin en forma segura, con bajos niveles de radiacin

    Tipos constructivos

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    85/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Antorchas elevadas

    Humo: por combustin incompleta. Se

    elimina inyectando fluidos que

    promuevan turbulencia (vapor o aire)

    i i f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    86/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Mtodos para evitar el retroceso de llama

    Sellos lquidos

    Ventajas:

    Mantiene presurizado el

    header

    Permite dirigir

    descargas a distintos

    sistemas segn presin

    Reduce el consumo de

    N2 de purga en la

    puesta en marcha

    Di d l i d d l f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    87/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Mtodos para evitar el retroceso de llama

    Gas de purga

    API 521: El gas de purga debe permitir reducir la concentracin de O2 a un

    6% a una altura de 25 ft por debajo del tip

    Q(Sm3/h)= 31.25.D3.46.xi

    0.65.Ki

    xi= fraccin molar del componente i

    Valores de Ki

    H2: +5.783 C2H6: -1.067

    He: +5.078 CO2 : -2.651

    CH4: +2.328 C3H8: -2.651

    N2: +1.067 (sin viento) C4+: -6.586

    N2:+ 1.707 con viento

    Di d l i d d l f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    88/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Mtodos para evitar

    el retroceso de llama

    Sellos moleculares y sellos dinmicos

    Permiten reducir el caudal de gas de purga

    Sin sello: Velocidad de gas de purga: 0.2 a

    0.5 fps

    Con sello: 0.01 a 0.04 fps

    Frmula de TOTAL

    Sin sello: Sm3/h = 24000D3.MW-0565

    Con sello: Sm3/h=12000D3.MW-0565

    D en metros

    (valores mucho mayores)

    Di d l i t d d l t f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    89/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Efectos de la radiacin trmica

    BTU/h.ft2 Kw/m2 Tiempo paraalcanzar el

    umbral de

    dolor (seg)

    550 1.74 60 Valor al cual personal con vestimentas

    apropiadas puede estar permanentemente

    expuesto

    740 2.33 40

    1500 4.73 16 Intensidad a la cual se pueden realizaroperaciones de emergencia de varios

    minutos de duracin por personal sin

    escudos pero con vestimenta adecuada.

    Deshidratacin de la vegetacin

    3000 9.46 6 Valor mximo admisible para lugares a los

    que el personal puede tener acceso (por

    ejemplo la base de la antorcha) La

    exposicin se limita a algunos segundos(suficiente para escapar)

    Ignicin de la madera

    5000 Valor admisible para estructuras sin acceso

    de personal

    6300 19.87 2

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    90/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Clculo de la intensidad deradiacin sobre undeterminado punto del suelo

    API RP 521 cubre el

    diseo de antorchas

    subsnicas. Seadmite una velocidad

    en la descarga que

    produzca un nmero

    de Mach entre 0.2 y

    0.5

    Para antorchas

    snicas consultar al

    proveedor

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    91/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Antorchas : Longitud de llama vs calor liberado

    1: fuel gas

    2: gas de pozo

    3:gas reciclo de

    reforming catalitico

    4: efluente reactorreforming cataltico

    5: unidad

    deshidrogenacin

    6, 7 : H2

    Y = Long de llama en metros X= calor liberado watts

    Di d l i t d d l t f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    92/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Di d l i t d d l t f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    93/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    . .

    4. .

    F QD

    K

    Clculo de la intensidad de radiacin sobre un determinado punto del suelo

    Q= Energa liberada KW

    D= Distancia al epicentro (m)

    F= Fraccin de calor irradiado

    K= intensidad (KW/m2)

    = Fraccin transmitida a

    travs de la atmsfera

    1/16 1/16100 30

    0.79humedad relativa % D

    Di d l i t d d l t f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    94/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    y xY= o

    L L

    u velocidad vientoX=

    uj velocidad del jet

    Distorsin de la llama por el viento

    Di d l i t d d l t f

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    95/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Knock out drum Objeto: Separar lquidos

    Las caeras deben tener pendiente hacia l. De no ser posible hay que

    instalar otros en puntos intermedios con sus correspondientes sistemas de

    bombeo Disear como separador para eliminar gotas de 300 micrones segn el

    mtodo del API 521

    Prever adecuada capacidad de bombeo. Tener cuidado con la posibilidadde

    descarga de lquidos fros que podran flashear en la bomba

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

  • 7/29/2019 Clase Teorica Sist Alivio de Presion

    96/96

    Diseo del sistema de descarga a la atmsfera

    Diseo de colectores (descargasubsnica)

    Componer el mapa de caudales

    para cada escenario

    Adoptar velocidad de descargaMa= 0.2

    Comenzando desde la punta del

    flare a presin atmosfrica ir

    calculando hacia arriba, verificar

    que no se exceda la mxima

    contrapresin en ninguna vlvula

    ni se exceda el rating de las bridas