1
Curso elemental de diseño de tuberías
industriales
Fundamentos y su aplicación en ingeniería
Volumen 3
2
Volumen 3
9
Instrumentación.
6
9.1. Panorama general de instrumentos.
7
9.1.1 Medición de variables específicas. 9
A. Desplazamiento lineal o angular. 9
B. Grosor. 10
C. Proximidad. 10
D. Distancia. 11
E. Posición, localización y altitud. 11
F. Área y volumen. 12
G. Oscilación e inclinación. 13
H. Velocidad y rapidez. 14
I. Acústicas. 14
J. Radiación. 15
9.1.2 Mediciones de tiempo y frecuencia. 16
A. Medición de tiempo. 16
B. Medición de frecuencia. 16
9.1.3 Medición de variables mecánicas de sólidos. 16
A. Medición de masa y peso. 16
B. Medición de densidad. 17
C. Medición de deformación. 17
D. Medición de fuerza. 17
E. Medición de torque y potencia. 18
F. Medición de sensación táctil. 19
9.1.4 Medición de variables mecánicas de fluidos. 20
A. Medición de presión, vacío y ultrasonido. 20
3
C. Medición de flujo. 22
1. Flujometro de presión diferencial. 22
2. Flujometro de área variable. 23
3. Flujometro de desplazamiento positivo. 23
4. Flujometro de turbina o paletas. 23
5. Flujometro de impulsor o rodete. 24
6. Flujometro electromagnético. 24
7. Flujometro ultrasónico. 25
8. Flujometro de vórtice. 26
9. Flujometro de sensor de flujo térmico. 27
10. Flujometro de efecto Corioli. 28
11. Flujometro de fuerza de arrastre. 29
D. Medición de velocidad puntual. 29
1. Anemómetro pitot. 29
2. Anemómetro térmico. 30
3. Anemómetro laser. 31
E. Medición de viscosidad. 32
F. Medición de tensión superficial. 34
G. Medición de variables térmicas. 35
1. Medición de temperatura: 35
a) Termómetro bimaterial. 35
b) Termómetro resistivo. 36
c) Termómetro de termistor. 37
d) Termómetro termocople. 37
e) Termómetro de unión de semiconductores. 38
f) Termómetro infrarrojo. 38
g) Termómetro de líquido en vidrio. 38
h) Termómetro manométrico. 39
i) Termómetro indicador de temperatura. 39
j) Termómetro fibra óptica. 40
2. Medición de conductividad térmica. 40
3. Medición de flujo de calor. 41
4. Medición de imagen térmica. 42
5. Medición de calorimetría. 42
H. Medición de variables electromagnéticas. 44
1. Voltaje o potencial eléctrico. 44
2. Amperaje o intensidad eléctrica. 44
3. Wattaje o potencia eléctrica. 45
4
I. Medición de variables ópticas. 46
1. Colorimetría. 46
2. Polarización. 46
3. Turbidez. 47
J. Medición de radiación. 47
K. Medición de variables químicas. 48
1. Medición de composición electroquímica. 48
2. Medición de composición cromatografica. 49
3. Medición de pH. 50
4. Medición de humedad y niebla. 50
5. Medición del medio ambiente ( Metereoligica, polución, calidad de agua ) 51 L. Procesamiento de la señal de instrumentación. 52 1. Amplificadores y acondicionadores de señal. 52
2. Modulación. 52
3. Filtros. 52
9.2. Instrumentos de control.
53
9.3. Centros de control.
53
9.4. Requerimientos adicionales de servicios de apoyo a un instrumento.
58
9.5
Planos principales para instrumentación.
58
1.
Planos de apoyo
58
2.
Planos constructivos
59
3.
Planos y detalles de taller.
62
10 Lista de materiales.
73
10.1. Códigos y estándares usuales.
73
10.2. Correspondencia de estándares Americanos y europeos.
73
10.3 Formas de especificación.
78
10.4. Formas de revisión.
82
11 Flexibilidad.
11.1 Expansión térmica.
87
11.2. Elementos de restricción.
89
11.3. Nomografías de fuerzas y esfuerzos.
99
1.
Módulo de Young.
101
2.
Fuerzas térmicas en anclajes.
101
5
4.
Movimientos de anclaje.
11.4 Estudio de tuberías sobre el puente de tuberías.
111
11.5 Balance de localización de fricción.
121
11.6 Cabezales de quemadores en puente de tuberías.
122
11.7 Espaciado de soportes que conducen tuberías.
123
11.8 Calculo de cargas muertas.
126
11.10 Equipos conectados a tuberías sujetas a esfuerzos.
137
11.11 Responsabilidades del diseñador de tuberías de esfuerzos.
152
11.12. Información miscelánea de diseño.
153
ANEXOS:
162
Anexo C-1
Referencias de asociaciones americanas (USA).
163
Anexo C-2
Propiedades mecánicas de tuberías.
172
Anexo C-3
Expansión térmica lineal de metales.
181
Anexo C-4
Localización de intercambiadores de calor y tuberías.
187
Anexo C-5
Espaciado permisible de tuberías entre soportes.
198
Anexo C-6
Procedimiento de boceteo para el análisis de flexibilidad.
202
Anexo C-7
Información contenida en boceto de flexibilidad.
205
Anexo C-8
Sugerencias y ayudas para la localizacíon de equipos rotatorios.
210
Anexo C-9
Arreglo típico de equipos en una unidad de producción.
220
Anexo C-10
Espaciado permisible de tuberías entre soportes.
226
Anexo C-11
Arreglo de enfriadores de aire de tiro forzado e inducido.
228
Anexo C-12
Principios de diseño para localización de turbinas de vapor y
241
Bombas reciprocantes.
6
Prefacio.
El objetivo de este libro es presentar la información mínima para los dibujantes, diseñadores e ingenieros,
que trabajen en actividades relacionadas con el diseño y dibujo de tuberías industriales.
Benjamín Serratos
México, D.F.
Diciembre 2012
7
9
Instrumentación
Instrumentación en si son los sistemas de control de procesos industriales, la cual es una especialidad muy extensa y complicada que no es tema de este libro
El propósito de hablar de instrumentación en este libro, es la intención de presentar un panorama resumido, solo para saber lo necesario para un funcionamiento adecuado de los instrumentos en las tuberías de procesos industriales.
También es importante resaltar que existen sistemas auxiliares que apoyan en el funcionamiento adecuado de una planta industrial, como son:
Sistemas de comunicación de de voz, imagen y datos, como son: teléfono, fax, internet y computadoras.
Sistemas de seguridad: imagen, sensores y alarmas de peligro, y sistemas contra incendio.
Sistemas automatizados de aire acondicionado y de extracción de gases tóxicos.
8
Para todos estos sistemas deberá ser conducida su señal y procesada en centros de control centrales o independientes. En ningún momento deberá ser olvidada, subvalorada u omitida su utilidad.
9.1. Panorama general de instrumentos.
Para mi muy personal punto de vista, un instrumento es un artificio (equipo) que por medio de un sensor (elemento), recibe y transforma una variable física de interés, en una señal apropiada para su indicación, trasmisión, registro y control; todas estas solicitudes pueden ser requeridas para su revisión de manera local, zonal o en los centros de control de proceso. Para que todas estas señales puedan ser de utilidad deben ser al final proporcionadas en un sistema estándar de unidades.
Estándares de medición son aquellos objetos, artefactos, procedimientos, instrumentos, sistemas, protocolos o procesos que se usan para definir o realizar una unidad de medición. Existen patrones (referencias oficiales) que se toman como base, para revisar que los instrumentos estén proporcionando las mediciones reales del sistema; los instrumentos se deben retirar o sustituir cada cierto tiempo, y ser revisados en un banco de prueba, con respecto a patrones, a este proceso se le llama calibración: esto conlleva a que los instrumentos deben estar accesibles para su mantenimiento.
La ciencia que estudia el control de los sistemas de medición, es la Metrología; La metrología debe ser tomada muy en cuenta, para respetar y verificar las referencias legales de los patrones de medición, de cada una de las normas oficiales del país.
También se debe tomar en consideración la telemetría de las señales para proteger su cambio de fuerza o distorsión del punto de medición al de proceso de la señal.
Es importante reconocer desde un principio las características del elemento de medición de un instrumento, así como su modo de operación; su comportamiento en posiciones estáticas y dinámicas, así como su exactitud de medición de acuerdo a las condiciones del medio ambiente.
El diagrama de la figura 9.1. ilustra las interrelaciones de los diferentes sistemas de estándares a través del mundo. Se da una mas detallada visión del sistema de estándares de USA, debido a su preponderancia industrial, y su correspondencia con el sistema
internacional de medidas. Pero no hay que olvidar, que cada una de las naciones cuenta con sus sistemas de normas legales, y
9
Estructura USA Organización tratado internacional Estructuras nacionales
figura 9.1. Interrelaciones de los diferentes sistemas de estándares a través del mundo.
CIPM COMITÉ INTERNACIONAL PARA PESAS Y MEDIDAS PRESIDENTE USA TRATADO DEL METRO NACIONALES MINISTERIO NACIONAL LABORATORIOS NACIONALES NACION SOBERANA DEPARTAMENTO DE COMERCIO USA INSTITUTO NACIONAL DE ESTANDARES Y TECNOLOGIA ESTANDARES EN TRABAJO ESTANDARES NACIONALES REFERENCIA ESTANDARES NACIONALES INSTRUMENTOS, SENSORES,ETC ESTANDARES EN TRABAJO LABORATORIO ESTANDARES EN TRABAJO OFICINA DE PESAS Y MEDIDAS AUTORIDADES ESTATALES DE PESAS Y MEDIDAS JURISDICCION ESTATAL MEDIDAS EN REGISTROS Y COMERCIO ESTANDARES INTERLABORATORIO PROCESOS DE PRODUCTO SENADO USA COMITE CONSULTIVO ELECTRICIDAD COMITE CONSULTIVO TEMPERATURA COMITE CONSULTIVO OTROS COMITE CONSULTIVO OTROS
BURO INTERNACIONAL DE PESAS Y MEDIDAS INTERLABORATORIO
INTERNACIONAL DE ESTANDARES
10
9.1.1 Medición de variables especificas.
En este momento podría caer en el simplismo de enfocarme solamente en las variables comunes de los procesos químicos como son: presión, temperatura y flujo, quizá viscosidad, densidad, etc; mi idea es extender el punto de vista y dar una rápida mirada sobre los diferentes grupos de instrumentos, las variables físicas y químicas que detecta y que operación realiza con ellas. A continuación presento los diferentes grupos de instrumentos.
A. Desplazamiento lineal o angular.
Estos instrumentos se pueden clasificar según sus sensores de desplazamiento en: resistivo, inductivo, capacitivo, piezoeléctrico, de interferómetro laser, medición de agujero, magnético, etc.
Proveedores:
Compañía Tipo
Data Instruments Linear-motion, rotary Movimiento lineal, rotatorio 100 Discovery Way
Acton, MA 01720-3648 Tel: (800) 333-3282, (978) 264-9550 Fax: (978) 263-0630
11
Honeywell Dept 722
11 W. Spring Street
Freeport, IL 61032 Tel: (800) 537-6945 Fax: (815) 235-5988 B. Grosor.
La medición de grosor se puede realizar usando deferentes escala. Así mismo esta medición se puede realizar por medio de una gran diversidad de métodos, de los cuales el medidor por ultrasonido de grosor de paredes solo uno de ellos.
C. Proximidad.
El termino proximidad tiene que ver más con posición, de un cuerpo con respecto a otros. Convencionalmente los sensores de proximidad deben ser capaces de medir distancias de hasta 50 mm y ± 30ª de orientación.
12
D. Distancia.
Existe un amplio rango de solicitudes de medición que van desde las medidas interatómicas hasta las intergalácticas.
Proveedores:
Clase Modelo patente Principio Dispositivo Contact
Medicion (contacto) MicroScribe-3DX Brazo instrumentado 50 in. Volumen trabajo esférico, Immersion Corp. 0.3 mm exactitud (408) 467-1900,
Medición(sin contacto) LASERVISION TOF, laser 50 m de rango, 4.9 mm accuracy @ZIRCON Corp., 15 m, nivel integrado electronico (408) 866-8600 Rango-imagen HYSCAN Active triangulation 40 mm fondo de campo, 70 m Hymarc Ltd., (scan lineal) Laser anchura, 0.025 mm exactutud, (613) 727-1584,
13
Proveedores:
Sistema Compañia/Instituto
Navigation Accuracy Measurement Electronic Navigation Research Institute
System (NAMS) Ministry of Transport 6-38-1 Shinkawa, Mitaka Tokyo, 181, Japan Tel: +81 422 413171 Fax: 81-422-413176
DAMS height monitoring unit National Aerospace Laboratory NLR
Anthony Fokkerweg 2 1059 CM Amsterdam The Netherlands Tel: +31 (0)20 511 3113 Fax: +31 (0)20 511 3210
SSR and quadrilateration technique GEC-Marconi Electronics Ltd. Marconi Research Laboratories
West Hanningfield Road Great Baddow, Chelmsford Essex, England F. Área y volumen.
Proveedores;
Gebruder Haff Gmbh Lasico Inc. Altek Corporation Tiroler Strasse 5 2451 Riverside Drive 12210 Plum Orchard St. D-87459 Pfronten Los Angeles, CA 90039 Silver Spring, MD 20904
Germany Tel: (213) 662-2128 Tel: (301) 572-2555
Tel: 49-8363-9122-0
14
Proveedores de equipos para técnicas de medición de volumen
Technique Application Companies Products Price (U.S.$) Spirometry Lung volume Nellcor Puritan Bennett Renaissance
Morgan Science Spirometrics
CDX Corporation Spiro 110S Whole-body plethysmography Lung volume Morgan Science
ACI Medical Inc. 25,000 Gas-dilution Lung volume Equilibrated Biosystems Inc.
Melville
Thermodilution Heart Abbott Critical Care System Baxter
American Edwards Laboratories Strain-gage plethysmography Cardiac output Parks Medical Electronics Impedance plethysmography Perfusion studies Ambulatory monitoring systems
Vitalog
RJL systems Detroit Codman and Shurtleff Inc. Randolp Electrodiagnostic Instrument Inc Burbank
Inductive plethysmograph Lung volume SensorMedics BV RespiTrace plus SomnoStar PT 15,000 Radionuclide imaging Heart, peripheral Schering
Organs G. Oscilación e inclinación.
15
Proveedores para oscilación e inclinación:
Applied Geomechanics Inc. Auckland Nuclear Accessory Company Ltd. 1336 Brommer Street P.O. Box 16066
Santa Cruz, CA 95062 Auckland, 3. New Zealand Eastman Whipstock GmbH Geotechnical Instruments Ltd. Gutenbergstrasse 3 Station House, Old Warwich Road 3005 Hannover-Westerfeld Leamington Spa, Warwickshire CV31 3HR
West Germany England
Huggenberger AG IRAD GAGE
Holstrasse 176 Etna Road
CH-8040 Zürich Lebanon, NH 03766 Switzerland
H. Velocidad y rapidez.
La velocidad lineal de una partícula está definida como la dimensión del cambio de posición de esta, con respecto al diferencial de tiempo-
La velocidad angular o rotacional es el cambio de Angulo de giro de la partícula con respecto al diferencial de tiempo.
Radar para velocidad Anemómetro I. Acústicas.
De acuerdo a la ecuación de ondas, el campo completo acústico puede en principio ser descrito solo por las diferencias puntuales de presión en los gases, líquidos y sólidos. Esto significa que cuando se revisa una medición acústica frecuentemente se mide el espectro de diferenciales de presión.
16 J. Radiación. REJILLA PROTECCION DIAFRAGMA TRASPLACA CARCASA AISLADOR
17
9.1.2 Mediciones de tiempo y frecuencia. A. Medición de tiempo.
B. Medición de frecuencia.
9.1.3 Medición de variables mecánicas de sólidos. A. Medición de masa y peso.
18
B. Medición de densidad.
C. Medición de deformación.
19
E. Medición de torque y potencia.
Fig 9.1.3.e. Arreglo esquemático de aparatos usados para la medición de torque y potencia
La figura 9.1.3.e. muestra cuatro técnicas usadas actualmente para medición de torque trasmitido.
a) El esfuerzo de torsión en la flecha altera la resistencia eléctrica para los cuatro sensores de esfuerzo ( dos no se ven ) conectados a el puente del circuito de Wheatstone. En el dibujo mostrado, las conexiones eléctricas están hechas para el puente a través de los anillos deslizantes y las escobillas.
APARATO MOTOR TORQUE DEL MOTOR REGION DE TRASMISION SENSOR VELOCIDAD
EQUIPO MOVIDO POR EL MOTOR TORQUE RESISTENTE ESCOBILLAS MEDIDOR TENSION AL CIRCUITO EXTERNO AISLADOR ANILLOS DESLIZANTES RUEDAS DENTADAS SECCION TORSION RECOLECTORES RESALTE O RANURA HELICE SERPENTIN
DE BOBINA PARED DOMINANTE ANILLO POLARIZADO
ESPIRAS SENSORAS Y DE EXCITACION
FLUJO LINEAS
20
b) El torcimiento de la sección de torsión causa un desplazamiento angular de las superficies de las caras de las ruedas dentadas; esto crea una diferencia de fase en las señales de los dos recolectores.
c) Las permeabilidades de las dos secciones ranuradas de la flecha cambian inversamente con los esfuerzos de torsión; esto es captado como una diferencia en los voltajes de salida de las dos espiras sensoras.
d) Los esfuerzos de torsión causan que las inicialmente magnetizaciones circunferenciales en el anillo (flechas solidas) se inclinen (flechas punteadas); estas magnetizaciones helicoidales causan que polos magnéticos aparezcan en la pared dominante y en la terminal del anillo, el campo magnético resultante es sentido por el sensor de campo.
F. Medición de sensación táctil.
21
9.1.4 Medición de variables mecánicas de fluidos. A. Medición de presión, vacío y ultrasonido.
Figura 9.1.4.a. Elementos sensores de presión: (a) diafragma plano, (b) diafragma corrugado, (c) capsula, (d) acordeón, (e) tubo recto, (f) tubo Bourdon perfil “C”, (g) tubo Bourdon enroscado, (h) tubo Bourdon helicoidal, (i) tubo Bourdon
22
B. Medición acústica.
Es muy importante actualmente por razones de seguridad e higiene de trabajo la medición de los parámetros adecuados de intensidad y frecuencia de los sonidos en el área de trabajo.
Superficie medición
Fuente de referencia
23
C. Medición de flujo:
1. Flujometro de presión diferencial. Tipo brida de orificio.
Tipo Tobera.
Tipo Venturi.
SENSOR PRESION (PARA COMPENSACION) PLACA ORIFICIO
SENSOR TEMP P/COMP LINEAS MEDIC
CELDAS PRESION DIFERENCIAL
COMPU DE FLUJO
LECTURA LOCAL
CONEX CORRIENTE ARRIBA
24
2. Flujometro de área variable.
Es importante resaltar que este instrumento solo se puede colocar en la vertical y con el flujo de abajo hacia arriba.
3. Flujometro de desplazamiento positivo.
4. Flujometro de turbina o paletas.
incrementa el área alrededor del flotador se debe incrementar
25
5. Flujometro de impulsor o rodete.
6. Flujometro electro magnético.
Corriente de Eddy causada por cambios en el campo magnético Bobina de excitación Electrodo A Electrodo B Campo magnético variable Fluido Compensación
26
7. Flujometro ultrasónico.
SEÑAL TRASMITIDA TRASMISOR
ZONA DE REFLEXION EN REGION DE VELOCIDAD ESTABLE Vf Perfil flujo Receptor FLUJOMETRO DOPPLER
27
Figura C.7. Distancia mínima corriente arriba y abajo en diámetros de tuberías . 8. Flujometro de vórtice. TIPO DE DISTORSION
FLUJO
ENTRADA
SALIDA
REDUCCION CONCENTRICA CODO O TE RAMAL 2 CODOS 90ª EN UN PLANO2 CODOS 90ª EN DOS PLANOS
VALVULA DESLIZANTE PARCIALMENTE ABIERTA
28
9. Flujometro de sensor de flujo térmico.
Manufactureros de sensores de flujo masa térmicos.
Manufactureros Datos Precio
aproximado
Kobold Instruments Inc. Tipo calorimétrico: Serie MAS, aire, rango mínimo 0-10 ml, rango máximo 850 USD 1 801 Parkway view Drive 0-40 ml, temp max 50 ˚, presión maxima 10 bar, exactitud ± 2 %
Honeywell Tipo calorimétrico, gases, rango 0- 1 000 ml/min, presión máxima 1.75 bar Microswitch, Freeport, il.
10. Flujometro de efecto Corioli.
METODO DE MEDICION. Si una corriente de líquido corre en un tubo oscilante, la fase elevadora de esta oscilación depende sobre la fuerza de Corioli y en consecuencia del flujo másico de la corriente del liquido.
29
A causa de que los medidores de flujo tipo Corioli se optimizan para una determinacion precisa de la fase de levante, ellos tiene pobre rendimiento para la medicion de la frecuencia de oscilacion, la cual es requerida para una medicion precisa de la densidad. Eso es la causa por la cual las mediciones de concentracion y densidad solo permiten precisiones del ±5% al 10± de la escala completa con estos instrumentos.
La medición de concentración con esta tecnología tiene sus desventajas:
Alta sensibilidad para burbujas de gas y sedimentos.
En la mayoría de los casos los instrumentos tiene compensación de temperatura en el aparato, pero no para el cálculo de densidad.
Instalación difícil, especialmente para tuberías de diámetro grande.
Perdidas de presión altas a causa de su diámetro interno reducido de tubo.
30
11. Flujometro de fuerza de arrastre.
D. Medición de velocidad puntual. 1. Anemómetro pitot.
Vendedores manufactureros de anemómetros Pitot.
SENSOR FUERZA O ESFUERZO
DIRECCION FLUJO DIRECCION FLUJO
OBJETIVO HOYOS ESTATICOS HOYO IMPACTO DIRECCION DE FLUJO CONEXION
31
Dwyer Instruments Inc PO Box 573 Michigan City, IN 46361 Tel(219)879-8000 Pitot tubos estáticos y tipo “S” Rosemount Aerospace 14300 Judicial Rd Burnsville MN Tel(612)892-4300 Sensores flujo angular Scientific Engineering 1275 Kleppe Lane, Suite 14 S Tel(702)358-0937 Sistema hibrido STACKWATCH para
Instruments Inc Sparks NV 994-6499 Fax(702)358-0956 medición en ductos y chimeneas
2. Anemómetro térmico.
32
3. Anemómetro laser.
FLUJO CON PARTICULAS SEMBRADAS
INTENSIDAD DE SEÑAL PROCESADOR SEÑAL DETECTOR df CONOCIDO dt ( MEDIDO ) TIEMPO CELDA EMISORA MEDICION DE VOLUMEN LUZ DISPERSA POSTERIOR
33
E. Medición de viscosidad.
Clasificación de viscosímetros y sus características básicas
Tipo flujo de arrastre: Se determina el flujo por el movimiento del perfil o superficie del instrumento usando una fuerza externa o la gravedad TIPO / GEOMETRIA CARACTERIZTICAS BASICAS /COMENTARIOS
Cilindros rotantes concéntricos ( Couette ) Bueno para baja viscosidad, porcentajes altos de corte; para R2/R1≈ 1; duro para fluidos limpios espesos.
Cono Rotante y placa Cortante homogénea, el mejor para fluidos no-newtonianos y esfuerzos normales, necesita buen alineamiento, problemas al cargar y la evaporación.
Discos paralelos rotantes Similar al anterior, pero con cortante no-homogénea, la cortante varia con la altura de separación, fácil de cargar la muestra.
Placas paralelas deslizantes Cortante homogénea, diseño simple, bueno para viscosidades altas; difícil de cargar muestra y controlar la separación.
Cuerpo cayendo ( Bala o cilindro ) Muy simple, bueno para temperaturas y presión altas; necesita densidad y sensores especiales para fluidos opacos, no bueno para fluidos visco-elásticos
Burbuja ascendente Similar al anterior; para fluidos transparentes.
Cuerpo oscilante Necesita la constante del instrumento, bueno para metales líquidos de baja viscosidad.
Tipo flujo a presión: Se determina el flujo por el movimiento del fluido por la geometría del instrumento usando una fuerza externa o la gravedad. TIPO / GEOMETRIA CARACTERIZTICAS BASICAS /COMENTARIOS
Capilaridad larga ( Flujo Poiseville ) Simple, rango y cortantes muy altas, pero cortantes muy-no-homogéneas, malo por la dependencia y alto consumo de tiempo. Copa / Orificio ( Capilaridad corta ) Muy simple, realizable, pero no para viscosidad absoluta y fluidos
no-newtonianos
Hendidura ( Placas paralelas ) flujo a presión Similar al de capilaridad pero difícil de limpiar.
Flujo a presión de ánulos axiales Similar al de capilaridad, mejor uniformidad de corte pero mas complejo, problemas de excentricidad y difícil de limpiar.
Otros / Misceláneos
TIPO / GEOMETRIA CARACTERIZTICAS BASICAS /COMENTARIOS
Ultrasónico Bueno para fluidos de alta viscosidad, volumen de muestras pequeño; da datos de cortantes, volumen de viscosidad y propiedades elásticas; problemas con el acabado de superficie y alineamiento, complicada reducción de datos.
34
DIFERENTES CAUSAS DE ERRORES EN VISCOSIMETROS
Error / Efecto
Causa / Comentario
Final / Efecto orilla. Perdidas de energía en la entrada y salida en la geometría de la prueba principal.
Perdidas de energía cinética. Perdidas de presión para la energía cinética.
Flujo secundario. Perdidas de energía debido a flujos secundarios, vórtices, etc; se incrementa con el numero de Reynolds
Geometría No-ideal. Desviaciones del perfil, alineamiento y acabado ideal. Porcentaje de corte no-uniforme. Importante para fluidos no-newtonianos.
Variación de temperatura y calentamiento viscoso.
La variación en la temperatura, en tiempo y espacio, influencia la viscosidad medida.
Turbulencia. Turbulencia local y/o parcial se desarrolla frecuentemente en números de Reynolds bajos.
Tensión superficial. Diferencia en tensiones inter-fase.
Efectos elásticos. Efectos elásticos en la estructura y el fluido.
Efectos misceláneos. Depende del espécimen de prueba, fractura de derretimiento, tixotropia y reopexia.
35
F. Medición de tensión superficial.
Si un tubo capilar de vidrio es puesto en contacto con la superficie de un liquido, y si el liquido moja el vidrio con un ángulo de contacto de 90˚, entonces el liquido tira hacia arriba en el tubo como se muestra en la figura a continuación.
La tension superficial es directamente proporcional a la altura de ascension, h , de el liquido en el tubo, en relacion con la superficie plana del liquido en el contenedor mas grande.
MANUFACTUREROS DE VISCOSIMETROS
36
INSTRUMENTOS ASEQUIBLES COMERCIALMENTE
Metodo
Tipo de instrumento Manufacturero / Modelo Precio USDLevante en capilar. Manual. Fisher $ 79
Placa Wilhelmy/anillo du Notty. Manual, balance mecanico. CSC, Fisher, Kahl $ 2000 - $ 4000 Placa Wilhelmy/anillo du Notty. Manual, electrobalance. KSV, Lauda, NIMA $ 4000 - $ 11000 Placa Wilhelmy/anillo du Notty. Automatico,
electrobalance.
Cahn, Krüs, KSV, NIMA. $ 9000 - $ 24000 Presion de burbuja maxima Automatico. Krüss, Lauda, Sensa Dyne $ 5000 - $ 23000 Caida Pendulo / sesil. Manual. Krüss, Rame-Hart $ 7000 - $ 10000 Caida Pendulo / sesil. Automatico. ADSA, AST, FTA, Krüss, Rame-Hart, Temco $ 10000 -$ 21000
Caida de trompo. Manual. Krüss $ 20100
G. Medición de variables térmicas. 1. Medición de temperatura: a) Termómetro bimaterial. Terminal libre Elemento enredado espiral Terminal fija Flecha rotatoria Terminal libre conectado a flecha indicadora Terminal fija
37
b) Termómetro resistivo.
Alambres externos flexibles
Accesorio transicion Vaina de acero inoxidable
Sello a prueba humedad
Aisladores de cerámica
Elemento rugoso
38
c) Termómetro de termistor.
39
e) Termómetro de unión de semiconductores.
f) Termómetro infrarrojo.
40
h) Termómetro manométrico.
41
j) Termómetro fibra óptica.
42
COMPAÑIAS QUE HACEN INSTRUMENTOS DE CONDUCTIVIDAD TERMICA
Tipo
Rango de temperatura
Compañía
Precio aprox. USD
Transiente de disco caliente. Analizador térmico TPS
290 – 1 000 K K – análisis AB $ 30 000 Plato paralelo guardado.
Thermatest GHP – 300 TCT 426 290 – 1 000 K 290 – 340 K Holometrix Inc. NETZCH Variable $ 30 000 Medidor flujo calor.
Rapid-k RK – 70 Unitherm 290 – 500 K 290 – 500 K Holometrix Inc. ANTER Variable $ 18 000 Flujo de calor radial.
Orton D.C.A. 290 – 1 400 K Orton $ 50 000
Lasser Flash
Thermaflash 290 – 1 300 K Holometrix Inc. Variable
43
4. Medición de imagen térmica.
PROVEEDORES DE APARATOS DE IMAGEN TERMICA
Compañia
Modelo
Datos
Descripcion
AGEMA 880 LWB LWIR,CMT
NETD = 0.07
Sistema de medicion termica 175 pixeles ( 50 % MTF )
Amber Radiancel MWIR, InSb
NETD = 0.025
Pantalla compacta para medicion 256 x 256 pixeles, InSb
Cincinnati IRRIS. 160ST MWIR, InSb NETD = 0.025
Pantalla compacta 160 pixeles / linea
44
CONTROL DE FLUJO DE HUMEDAD, GAS O LIQUIDO
CAMARA DEL MICROCALORIMETRO ISOTERMICO PELICULA O RECUBRIMIENTO MUESTRA TERMOPILA
MIDE EL CALOR DE ABSORCION
NANOBALANZA MIDE EL CAMBIO DE MASA Y
VISCOELASTICIDAD
CALOR
45
H. Medición de variables electromagnéticas. 1. Voltaje o potencial eléctrico.
46
3. Wattaje o potencia eléctrica.
47
I. Medición de variables ópticas. 1. Colorimetría.
48
7. Turbidez.
49
K. Medición de variables químicas.
1. Medición de composición electroquímica.
Los métodos que comúnmente se utilizan para este medición son los siguientes:
TECNICAS SIN FLUJO DE CORRIENTE TECNICAS CON FLUJO DE CORRIENTE
POTENCIOMETRO
TECNICAS CON OMISIBLE CONVERSION ANALITICA TECNICAS CON COMPLETA CONVERSION ANALITICA
VOLTIMETRO CONDUCTIMETRO COULOMBIMETRO
50
51
3. Medición de pH.
4. Medición de humedad y niebla.
VOLUMEN DE MEDICION DETECTOR HUMEDAD FUENTE NEUTRON DETECTOR FUENTE GAMMA MAXIMO 700 mm COMPENSACION DENSIDAD UNIDAD HUMEDA D UNIDAD DE EVALUACION
52
5. Medición del medio ambiente ( Metereoligica, polución, calidad de agua )
UNIDAD DE EVALUACION
MEDIDOR DE HUMEDAD DE SUPERFICIE
VOLUMEN DE MEDICION
53
L. Procesamiento de la señal de instrumentación.
1. Amplificadores y acondicionadores de señal. Las señales desde los sensores generalmente no tienen las características apropiadas para mostrar su imagen, registrarse, trasmitirse o procesarse; esta señal puede perder amplitud, potencia, nivel o ancho de banda al alejarse del sensor, o adquirir durante el trayecto ruido o interferencia que enmascare la información trasmitida.
Los acondicionadores de señal incluyendo amplificadores, adaptan la señal del sensor a los requerimientos del
receptor o circuito al que va a ser conectada la señal. Las señales desde los sensores pueden ser análogas o digitales.
El rango dinámico para una medición, es el coeficiente entre el rango a medir y la resolución deseada.
Es muy importante saber la distancia a la que se encuentra un instrumento sensor, hasta el lugar a donde se va a procesar su señal, pues puede necesitar un amplificador o acondicionador de señal.
2. Modulación. Es frecuente el caso en instrumentación, que la señal de soporte de información no esta en forma optima para su uso debido, en tales casos la señal soporte de información puede ser usada para alterar alguna característica de una segunda señal mas apropiada para su aplicación; este proceso de alterar una señal por medio de otra es conocida como modulación; la información original se llama señal base, y la señal modulada por la señal base es llamada
señal conductora (carrier). La recuperación de la información original requiere de un proceso de demodulación
apropiado. Los mas comunes procesos de modulación son de ( AM ) amplitud modulada y ( FM ) frecuencia modulada. 3. Filtros. Un filtro es un sistema de proceso de señal en la cual la señal de salida respuesta, difiere de la de
entrada excitación; la razón de su uso es que una señal de excitación generalmente lleva una mezcla de señales, que incluyen algunas que pueden ser inútiles para el proceso y las cuales solo ocasionarían distorsión en la medición.
54
9.2
Instrumentos de control.
Las computadoras son un equipo esencial de la mayoría de sistemas de instrumentación, debido a su habilidad para supervisar la colección de datos, y permitir que esa información sea procesada, almacenada y mostrada. La mayoría de los instrumentos modernos son capaces de proveer a un usuario lejano acceso a la información medida vía una red de computación.
Los principales accesorios de un sistema de instrumentación basado en computadora se muestran a continuación.
9.3. Centros de control.
El trabajo y localización de un centro de control de un instrumento o grupo de instrumentos para realizar su labor de sensar, indicar, trasmitir, registrar, controlar, etc, una variable o grupo de variables de proceso; depende desde mi punto de vista de tres niveles de actuación dependiendo solo de que nivel de interacción se requiere para el operador y el equipo de proceso, o sea del grado de sofisticación que se requiera en el control de un proceso, estos centros de control pueden ser: locales, zonales o centrales. En el caso de centros de control locales estos se encuentran sobre el equipo de proceso y sus sistemas de control están en el mismo instrumento al diseñar su colocación solo se necesita que sean manipulables y no obstruyan.
SENSORES Y CIRCUITOS DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL DIGITALIZADOR ALMACEN DE DATOS DISCO RAM INTERFACE HUMANA-COMPUTADORA: TABLERO,RATON,IMPRESORA,PANTALLA INTERFASE DE COMUNICACION
CPU UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
55
Cuando se habla de centros de control zonales, en muchos casos vienen en forma modular, aunque aun en ese caso se debe definir la posición de este tablero de control para su adecuada función y su probable retrasmisión de información a un control central; en la mayoría de los casos se debe definir y diseñar un tablero de control de toda una área de proceso, con las debidas previsiones de interferencia con las tuberías con los conduit de control.
56
Dependiendo de los recursos con los que se cuente para el control de una planta de fabricación industrial, lo idóneo es que toda la información de los instrumentos sea conducida a un centro de central y de esta manera se pueda controlar totalmente el proceso de fabricación. Es una excelente practica colocar estos centros de control muy cerca de los centros de control de motores.
9.3.1 El trabajo humano en los procesos de control.
Históricamente se ha ido cambiando la posición de trabajo de la persona en el proceso de fabricación, de la fabricación artesanal donde el artesano se ocupaba de todos los pasos de manufactura ( obtención de recursos, fabricación y venta ), hasta los sistemas de última generación donde se busca la mínima intervención del hombre con el objetivo de la normalización y uniformidad de fabricación. Desgraciadamente aunque esta tendencia al final proporciona productos homogéneos de la mejor calidad, nos lleva a costos de inversión inicial muy grandes, y lo que es más paradójico y perjudicial, la contratación de menos personas en un proceso de fabricación.
Se está progresando del criterio de cuartos de control donde el hombre decidía las respuestas de proceso, hacia los centros de
57
A Controles tradicionales: válvulas, Manivelas, interruptores. Generalmente Descentralizados.
B Instrumentos análogos, descentralizados en principio y monitoreados remotamente en un centro de control.
1er modelo de automatización. C Artificios de control operados por motor.
D Artificios de información, como indicadores eléctricos.
E Artificios de control operados digitalmente.
F Artificios sensibles digitalmente.
2ª Modelo de automatizacion.
3er Modelo de automatización A B PROCESO OPERADOR / TRABAJADOR OPERADOR / TRABAJADOR ARTIFICIOS CONTROL ANALOGO PROCESO C D C D ARTIFICIOS CONTROL ANALOGO PROCESO COMPUTADORA OPERADOR
58
4ª Modelo de automatización.
Niveles de automatización y la posición de decisión del hombre.
9.3.2 Diseño de centros de control y su medio ambiente.
PROCESO MICRO COMPUTADORA MINI COMPUTADORA OPERADOR E F
59
5.2. Requerimientos adicionales de servicios de apoyo a un instrumento.
En la práctica de la ingeniería de detalle de tuberías es apropiado constatar que los ingenieros de instrumentación y control cuenten con información al día de los siguientes planos:
a) Diagrama de tuberías e instrumentación (aunque parezca obvio y redundante.
b) Plano de distribución general de áreas de planta y de localización de equipos de cada una de las áreas de planta incluidas las áreas de energías y de apoyo al personal; incluidas la previsión de expansiones futuras.
c) Lista de equipos y suministros tanto locales como foráneos.
d) Hojas de especificaciones y dibujos relacionados de cada uno de los equipos y suministros, así como manuales de recomendaciones de ingeniería.
Planos principales para instrumentación:
El objetivo principal de estos planos es proporcionar la información necesaria y suficiente para la colocación de instrumentos de control de una planta química, algunos de ellos no los consideran en las etapas tempranas los instrumentistas; cuando pueden ser tomados en cuenta por los demás equipos interdisciplinarios, con resultados aberrantes y modificaciones costosas.
Por obvias razones clasificaré los planos como: 1 Planos de apoyo necesario.
a) Arquitectónicos.- Todos los instrumentos deben ser accesibles tanto para operación como para su mantenimiento.
PANTALLAS DE SUPERVISION
AREA PRINCIPAL DE TRABAJO CON 3 CPU SUPERVISION DETALLE ALARMAS PIZARRON IMPRESORA AREA DESCANSO AREA SECUNDARIA DE TRABAJO CON
DOS PANTALLAS UNA PARA ALARMAS
LIBRERO
60
b) Civiles.- Algunos instrumentos pueden requerir bases de apoyo.
c) Estructurales.- No es raro que instrumentos requieran de plataformas y barandales para su operación, así como estructuras o casetas para la vibración y protección.
d) Drenajes.- Algunas veces se tienen que purgar o tienen un dren continuo.
e) Planos eléctricos.- Se debe definir los detalles de suministro eléctrico tanto central como local.
f) Planos de ventilación y aire acondicionado.- Ciertos instrumentos requerirán de condiciones de ventilación y acondicionamiento de aire.
g) Plano de suministro de aire de instrumentación.- Es sumamente importante proporcionar un suministro suficiente en volumen y presión, así como libre de condensados y de aceite.
2 Planos constructivos.
a) Plano de distribución general de instrumentos y tableros de apoyo. b)
c) Localización general de ruta de charolas y trincheras. En este tipo de documentos de localización se debe mostrar la ruta completa de charolas y trincheras donde van a descansar los cables y líneas de señal neumáticas de instrumentación, así como se interconectan los cuartos de control con los instrumentos y las cajas de conexiones.
61
El plano de la charolas debe mostrar la ruta, elevaciones, tipo y tamaño de cavles o ductos de señal neumatica, y los necesarios detalles para cosntruccion.
62
c) Localización de instrumentos en planta.
d) Localización de tableros de control y conexión. En este tipo de dibujo se muestran los instrumentos como están colocados en las tuberías y con respecto a las cajas de conexión y control.
63
3. Planos y detalles de taller.
64
66
69
d) Diagramas con calibre y tipo de cable. e)
70
74
10 Lista de materiales.
Una muy importante etapa en un proyecto es la redacción de la lista de materiales de tuberías, accesorios y válvulas, para su adquisición y revisión previa a la construcción.
Resulta obvio pensar que el ingeniero de tuberías selecciono adecuadamente los materiales, de acuerdo a la experiencia del cliente, o su conocimiento experimentado sobre el tema.
Con la actualrelación internacional de comercio entre los diferentes países de todos los continentes, es muy importante que el ingeniero de tuberías haya hecho un análisis concienzudo de los materiales de las tuberías y artículos conectados a ellas; ya que pudiera ser que en algunos países las materias primas contengan trazos de sustancias que pudieran interactuar y afectar el proceso.
Aun antes de diseñar las tuberías se debe definir un Manual de especificaciones de tuberías, accesorios y válvulas. Existen programas de tuberías como el PDS, PDMS, CadWorx, etc. Que nos pueden proporcionar el isométrico y la lista de materiales de la tubería, pero cuidado, sino queremos que el programa utilice los materiales sobreentendidos (for default) debemos meticulosamente editar su base de datos y adecuarla a nuestras necesidades.
11.1. Códigos y estándares usuales.
En México debido a la influencia comercial e industrial, comúnmente usaremos códigos y estándares de USA, sobretodo en tuberías se partirá de los códigos ASME, dentro de ellos y debido a que se enfoca al diseño de plantas de proceso se sigue el código ASME B31.3 el cual además es el mas vasto.
Aunque es muy importante por razones de diseño y construcción seguir las normas de los códigos y estándares, en sus dimensiones y calculo, estos solo servirán como referencias, y no sustituyen la amplia experiencia con que un diseñador debe tener, de los conocimientos que se adquieren en la construcción en taller y las modificaciones del trabajo de campo.
En el anexo C - 1 haremos una lista de las diferentes asociaciones americanas referentes en tuberías. Se mantendrá el
idioma original para prever errores de traducción.
10.2. Comparación de estándares Americanos y mundiales.
En mis etapas tempranas ejerciendo la ingeniería (Junio 1980) tuve acceso por medio de un asesor alemán a la norma LURGI
75
76
77
78
79
Esta norma comparaba aceros americanos, ingleses, alemanes, franceses, rusos, suecos, italianos y la naciente euronorm. Escogí las tablas anteriores debido a que en México son de uso común las tuberías de acero al carbón ASTM A53 y A106, y las de acero inoxidable AISI tipo 304 y 316.
Conforme ha pasado el tiempo las normas y códigos han cambiado, y en Europa tratan de llegar a una norma común.
Desgraciadamente la comparación de materiales en general de construcción, y en especial los de tuberías es una ciencia muy extensa, en la cual solo voy a externar algunos temas, y les sugiero a las personas que quieran ahondar mas en el tema adquirir el libro “Piping Materials selection and applications_ ASTM DS67B ” de Bringas, editorial ASTM International.
Desgraciadamente en la comparación de materiales de países diferentes, no es completamente cierta la definición de equivalente, por ejemplo, el cero ASTM A516/A grado 70 es comparable al JIS G3118 símbolo SGV 480 y al EN 10028-2 nombrado como P295GH, basándose en la composición química y propiedades mecánicas; aun así, pormenorizadamente no son idénticos en la proporción química y solicitudes mecánicas, en consecuencia la comparación de aceros no es una ciencia exacta.
10.3 Formas de especificación (Lista de materiales).
Las formas de especificación de las listas de materiales para tuberías debe ser muy acuciosa y pormenorizada, se deben tomar en principio las siguientes premisas:
a) Debe de partir de un catálogo de tuberías, accesorios, válvulas e instrumentos
,
el cual se definió desde un principio de acuerdo a las necesidades del proyecto; esto no rigidiza los procedimientos pero si debe ser actualizado este catalogo y las listas finales de acuerdo a la ultima revisión de este.b) Se deben definir los accesorios de acuerdo a si son de un material estándar; no son lo mismo los diferentes tipos de acero al carbón, mucho menos la mas amplia variedad de aceros inoxidables, y aun mas el mundo de aceros de aleación especiales. Si siguen dimensiones o estándares comunes o están al arbitrio de un fabricante.
c) No se puede confiar en descripciones consuetudinarias (coloquiales) de materiales, como tubería de fierro negro, ya que yo personalmente tuve la mala experiencia de que un comprador contraviniendo mi especificación, compró tubería con esta especificación y le enviaron tubería decorativa de lamina pintada de negro.
d) Debe realizarse un trabajo conjunto con los ingenieros civiles y arquitectos(venteos, drenajes, trincheras) ya que al no estar familiarizados con las condiciones industriales, pueden cambiar una especificación mas familiar a sus conocimientos; así mismo con los instrumentistas que tienden a dejar al ultimo el tipo y localización del instrumento , como el tipo de de conexión.
Comúnmente las listas de materiales constan de mínimo tres hileras:
Numero. Se puede indicar también como un artículo (Item) o clave de reconocimiento.
Diámetro nominal. Se indica comúnmente en pulgadas y sus fracciones en México, aunque por razones legales se puede exigir en unidades internacionales SI (mm), pero tiene las mismas dimensiones que el diámetro nominal 2”=51mm.
Cantidad. Muestra la magnitud en forma numérica de los accesorios.
Unidad. Debe definirse si es en sistema ingles(pies),internacional(metros),coloquial (tramos) en este caso es sumamente importante la magnitud de esas unidades coloquiales( tramos de 3m, 6m,1 yarda, 5 palmos).
80
Como ejemplo especificaré tuberías, accesorios, válvulas y equipos comunes de tubería. Estos serán de acero al carbón y seguirán los códigos comunes americanos.
TUBERIA Numero.- TAC-23 Diam. Nom. 2” Cantidad.- 233 Unidad.- m (metros)
Descripción.- Tubo ( recordar si es tubo estándar o calibrado). De acero al carbón.
Con costura o sin costura.
Con terminales al corte plano , biseladas, roscadas.
ASTM – A53 el cual en forma legal refrendará las anteriores partes de la especificación. En un listado quedaría como:
Clave Diam Cant Unidad Descripción
TAC-23 2” 333 m Tubo de acero al carbón sin costura biselado ASTM – A53
CODO Clave.- CAC-103 Diam. Nom. 1 ½” Cantidad.- 17 Unidad.- pza (pieza) Descripción.- Codo
De 45°, 90° o se puede pedir un codo común cortado a un ángulo definido.
RC (radio corto) una vez el diámetro nominal, radio largo 1.5 veces el diámetro nominal Soldable, roscado, bridado, etc.
ASTM –A234 GR WPB
En un listado quedaría como:
Clave Diam Cant Unidad Descripción
CAC-103 2” 3 pza Codo de acero al carbón soldable de 90 ° radio largo ASTM – A234 GR WPB
Los codos pueden ser hechos desde tuberia recta, dependiendo el método de 3R a 5R el radio nominal; también pueden ser realizados por segmentos y después soldados: En todo caso sugiero se realicen estos codos con planos de detalle.
CODO Clave.- CRAC-201
REDUCTOR Diam. Nom. 3” x 2” ( En orden de diámetro mayor a menor). Cantidad.- 1
Unidad. Pza (pieza) Descripción.- Codo reductor.
De 90 ° son regularmente de 1 ½ R o sea de radio largo. Soldable, roscado, etc.
81
Clave Diam Cant Unidad Descripción
CRAC-103 3”x 2” 1 pza Codo reductor de acero al carbón soldable de 90 ° radio largo ASTM – A234 GR WPB En el cado de codos reductores roscados tanto machos como hembras se recomienda localizarlos primero con los folletos de proveedores, verificar su existencia y luego definirlos por numero de catalogo.
TE RECTA Clave.- TAC-305 Diam. Nom. 5” Cantidad.- 10
Descripción.- Te recta soldable.
Acero al carbón ASTM – A 234 GR WPB
Clave Diam Cant Unidad Descripción
TAC-103 5 ” 10 pza Te recta soldable de acero al carbón soldable ASTM – A234 GR WPB TE Clave.- TRAC-235
REDUCTORA Diam entrada 6” Diam salida 6” Diam ramal 4”
Descripción .- Te reductora soldable 6” x 6” x 4”. Acero al carbón ASTM – A 234 GR WPB
Como especificar Te Entrada en línea Salida en línea Ramal Ejemplo Reducción en ramal 6” 6” 4” Te reductora soldable 6” x 6” x 4” Reducción en línea 6” 4” 6” Te reductora soldable 6” x 4” x 6”
Es obvio que no se puede especificar empezando por el diámetro menor, no importa la dirección de flujo. En el caso de tés reductoras roscadas tanto machos como hembras se recomienda localizarlos primero con los folletos de proveedores, verificar su existencia y luego definirlos por numero de catalogo.
REDUCCION Clave.- REAI- 626 CONCENTRICA Diam entrada 6”
Diam salida 3”
Descripción .- Reducción concéntrica soldable 6” x 3”. Acero al carbón ASTM – A 234 GR WPB
Clave Diam Cant Unidad Descripción
82
REDUCCION Clave.- REAI- 626 EXCENTRICA Diam entrada 6”
Diam salida 3”
Descripción.- Reducción excéntrica soldable 6” x 3”. Acero al carbón ASTM – A 234 GR WPB
Clave Diam Cant Unidad Descripción
REAI-626 6 ” x 3” 10 pza Reducción concéntrica soldable de acero inoxidable tipo 316 l ASTM – A 312 Es obvio que no se puede especificar empezando por el diámetro menor, no importa la dirección de flujo. En el caso de reducciones roscadas tanto machos como hembras ( o combinadas ) se recomienda localizarlos primero con los folletos de proveedores, verificar su existencia y luego definirlos por numero de catalogo.
BRIDA Clave.- BD-101 DESLIZABLE Diam. Nom 2”
Presión Nom. 150 #
Tipo de cara. CR Cara realzada.
Descripción.- Brida deslizable 2” 150 # Cara realzada de acero inoxidable tipo 304 ASTM- A 312
Clave Diam Cant Unidad Descripción
BD - 101 2” 3 pza Brida deslizable 2” 150 # Cara realzada de acero inoxidable tipo 304 ASTM- A 312 BRIDA Clave.- BD-101
LOCA Diam. Nom 3” Presión Nom. 300 # Tipo de cara. CP Cara plana.
Descripción.- Brida loca 3” 300 # Cara plana de acero al carbón ASTM- A 105
Clave Diam Cant Unidad Descripción
BD - 101 3” 3 pza Brida deslizable 3” 300 # Cara realzada de acero al carbón ASTM- A 105 BRIDA CUELLO Clave.- BD-101
SOLDABLE Diam. Nom 6” Presión Nom. 600 #
Tipo de cara. CR Cara realzada.
Descripción.- Brida cuello soldable 3” 300 # Cara realzada de acero al carbón ASTM- A 105
Clave Diam Cant Unidad Descripción
83
Existe la posibilidad de necesitar bridas reductoras o ampliadoras de diámetro, pero se debe tomar en cuenta la opción concéntrica y excéntrica. En este caso sugiero que no se usen, y dado el caso de su estricta necesidad se recomienda localizarlos primero con los folletos de proveedores, verificar su existencia y luego definirlos por numero de catalogo.
Yo recomiendo en el caso de las siguientes tipos de conexiones y en válvulas apoyarse en catálogos de fabricante y especificarlas según se indique en el folleto:
a) Conexiones enchufables (socket Weld)
b) Weldolet, elbolet, latrolet, sweepolet, sockolet, nipolet.
c) Yes laterales, yes centradas, tapones y cruces, coples y medios coples, y tuercas unión; tanto soldables como roscadas.
d) Swages
10.4. Formas de revisión.
Las formas de revisión que se deben de realizar según mi experiencia son las siguientes:
A. La revisión acuciosa que realiza el propio dibujante y su diseñador que yo solia realizar siguiendo los siguientes puntos:
1.- Obtener el DTI actualizado con la ultima revisión.
2.- Obtener la localización de equipos actualizada ultima revisión. 3.- Obtener la última revisión de los equipos involucrados en la revisión. 4.- Se marcará con color amarillo los datos que sean reales.
5.- Se tachará con color verde los datos falsos.
6.- Se escribirá o dibujara con lápiz rojo las líneas o textos que sean los acertados. 7.- Revisar el titulo del plano.
8.- Revisar número de plano y número de revisión (actualizando los datos del cuadro de revisiones). 9.- Revisar el pie de plano actualizando los datos.
10.- Actualizar el cuadro de planos de referencia.
11.- Actualizar el cuadro de notas, simbología y nomenclatura.
12.- Verificar que la información este bien localizada en sus capas de autocad, y que estas estén bien colocadas en el ambiente modelo o papel.
13.- Que aparezcan en los planos los círculos de ejes. 14.- Que aparezcan las claves de equipos.
15.- Que los equipos principales estén acotados contra los ejes.
16.- Que los equipos secundarios o auxiliares a uno grande se acoten con referencia al equipo, así como se deben acotar con respecto a si mismo sus boquillas principales.
17.- La clave o identificación correcta de una línea debe aparecer por lo menos una vez en el plano, y repetirla según se considere adecuado para mayor entendimiento.
84
18.- Las tuberías de ½”Ø, ¾”Ø y 1”Ø se dibujarán con línea gruesa. 19.- Las tuberías de 1½”Ø y de mayor diámetro se dibujarán a doble línea.
20.- Se deberá poner especial atención y deberá indicarse los cambios de especificación de materiales de las líneas.
21.- Los equipos o accesorios no estándar deberán mostrar sus dimensiones necesarias y suficientes, así como sus rangos de operación.
22.- Poner especial atención en la debida localización ( según sus especificaciones )e identificación de las conexiones de los instrumentos en línea o en tanques.
23.- Revisar que los arreglos tengan venteos, drenes, salidas condensado, recirculaciones y bypass, sean adecuados a los estándares normales.
24.- Las piernas de condensado tanto para vapor como para aire comprimido deberán ser dibujadas y detalladas así como los arreglos de trampas.
25.- Que las claves de las válvulas así como su diámetro nominal se indiquen en el dibujo.
26.- Que el aislamiento haya sido mostrado tanto en los DTI`S como en las tuberías, indicando cuando menos su diámetro nominal, diámetro exterior, grosor, tipo de acabado e iniciales de especificación. 27.- Que se especifiquen numeren y localicen los soportes de tuberías, para enviar la información a los encargados del área civil.
28.- Que las soldaduras de campo sean indicadas.
29.- Verificar que los arreglos de tuberías estén de acuerdo a los DTI’S y hojas de datos.
30.- Verificar que todos los equipos anexos a otro mayor sean dibujados ( agitadores, motoreductores, motores, actuadores, volantes, barandales, cadenas, etc.)
31.- Verificar posibles interferencias.
32.- Verificar adecuadas distancias de tuberías a: Estructuras, puertas, ventanas y soportes, ductos y aparatos eléctricos; incluyendo centros de control de motores y equipo contra incendio.
33.- Revisar accesibilidad para operación y mantenimiento.
34.- Indicar en los planos las penetraciones en paredes o pisos, indicando sus niveles o cotas.
35.- Poner atención en áreas adecuadas para entradas de hombre, salidas de agitadores, sustitución de cartuchos de filtros, etc.
36.- Que las líneas limite estén bien indicadas y con su debido grosor, así como los textos que indiquen los planos de referencia.
37.- Indicar con las debidas flechas y referencias los cortes y detalles.
38.- Se deberán enlistar los pendientes en el plano afectado y marcar en este el área afectada con una nube ( con un número y clave de referencia para que se pueda llevar a término ).
39.- Marcar con detalle las conexiones a bridas pad de tanques.
40.- Dejar preparadas las salidas y conexiones, así como los detalles , de las áreas donde están los típicos de instrumentación.
85
42.- Indicar en un detalle cuando la brida de la boquilla de un tanque sea rígida y tenga algún giro diferente al de horcajadas ( stradle center lines ).
43.- Se deberán indicar y tomar en cuenta los patines de deslizamiento de las tuberías calientes así como su aislamiento.
44.- Se deberá poner especial atención a la localización del símbolo del norte, según procedimiento.
B. La revisión de proveedores de equipos que se consideren críticos enviándole detalles finales de diseño. C. Revisión cruzada que hace un diseñador sobre el trabajo de su compañero.
D. Revisión con el departamento de instrumentación y control para que no quede en el limbo la localización de sensores de instrumentos en tuberías, equipos y recipientes.
E. Revisión con el departamento eléctrico para verificar que no existan interferencias y se respeten las cavidades de ruta.
F. Revisión del departamentos de flexibilidad y solicitudes mecánicas de las tuberías.
G. Revisión aleatoria del jefe de grupo de tuberías de algunas líneas que según su experiencia le parezcan apropiadas de revisar.
H. Revisión del ingeniero, gerente y director del proyecto, revisando que las normas y directrices que se definieron en el contrato se hayan realizado satisfaciendo las normas técnicas, legales y principalmente las necesidades del cliente.
86
10 Flexibilidad.
Dentro del desarrollo del diseño de tuberías se establecen los sistemas estándar aplicables, las condiciones de diseño, los materiales apropiados (Presión, temperatura, tipo), grosores de tuberia, válvulas y accesorios; se establece una localización general de equipos y tuberías preliminar, y una configuración de Soporteria, para realizar un acucioso análisis de flexibilidad. En este análisis de flexibilidad trataremos de proveer un adecuado soporte, suficiente flexibilidad y prevenir a la tuberia ejercer reacciones excesivas; todo esto para que los soportes resistan las cargas de presión, peso, terremoto y viento; que la flexibilidad acomode los cambios de longitud debidos a las variaciones de temperatura, y que se proporcione soporte y flexibilidad para prevenir que las tuberías ejerzan excesivas reacciones sobre los equipos y restricciones. Con esto impediremos que se colapsen las tuberías, haya fugas debido a cortes por fatiga o fuerzas excesivas, y prevenir la falla o malfuncion de equipos conectados a la tuberia.
Este análisis se puede realizar en dos etapas:
1. Verificar el apropiado soporte en las cargas de peso y presión , y checar sus reacciones. 2. Verificar la adecuada flexibilidad debida a la expansión térmica, y checar sus reacciones.
Análisis de flexibilidad es entonces el proceso de cálculo de las deformaciones, que causan esfuerzos y fuerzas resultantes en
un sistema de tuberia, para determinar si el soporte tiene: a) Soporte adecuado.
b) Suficiente flexibilidad para acomodar los cambios de longitud debidos a las variaciones de temperatura. c) Que se ejerzan lo suficientemente bajas fuerzas de reacción sobre las restricciones y los equipos.
Antes de entrar mas profundo en el tema sugiero se realice la lectura de los siguientes libros en donde se hace un estudio mas profundo del tema:
“Introducción al análisis de esfuerzos de tuberías” Sam Kannapan. Traducción al español de Benjamín Serratos. “Pipe stress engineering” Peng & Peng.
“Piping design and engineering” Grinell ITT. “Piping engineering” Tube turns.
“Process Piping in according with-B313” Frikken.
“
Design of piping systems” mw Kellogg .El objetivo de los temas diversos que vamos a ver es hacer de su conocimiento los principios básicos de un tema que en ciertos casos críticos es materia de doctores en ingeniería mecánica; Estas lecciones involucran los procedimientos para un análisis simple de esfuerzo requerido cuando se esta hacienda un estudio de localización de tuberías. Se debe tomar en cuenta que estos procedimientos son solo lecciones que sirve como guía, y que estas lecciones pueden ser muy diferentes que los trabajos que usted ha realizado en el pasado; la mayoría de compañías tienen sus propios estándares.
Se tratará de proveer un adiestramiento auto dirigido de localización de tuberías para diseñadores los cuales tiene una formación previa de diseño. Esta enseñanza puede ser aplicada a aplicaciones manuales o electrónicas. Los objetivos son los siguientes:
• Familiarizarte con los requerimientos de esfuerzos cuando estas haciendo una localización de equipos y tuberías.
• Conocer los diferentes materiales y terminología usados cuando se hace un análisis de esfuerzos (por ejemplo el nomograma).
• Conocer las consideraciones de esfuerzo cuando se localizan puentes de tubería, bombas, recipientes verticales, etc., evitando errores mayores y cambios costosos y mostrándote algunas trampas que las causan.
87
Tomate tiempo para familiarizarte con los temas.
Hasta este capitulo habíamos adquirido conocimientos de materiales, dibujo y diseño de tuberías a temperatura ambiente; ahora debemos adquirir conocimientos de localizacíon, diseño de equipos y tuberías que están sujetas a cambios mas amplios o críticos de: temperatura, presión, vibración, cargas físicas y de viento, golpe de ariete, tuberia bajo piso, etc. Por lo cual sugiero realicen una lectura preliminar de los anexos C, para saber que conocimientos nos puede proporcionar. A continuación se enlistan:
Anexo C-1 Referencias de asociaciones americanas (USA), Anexo C-2 Propiedades mecánicas de tuberías.
Anexo C-3 Expansión térmica lineal de metales.
Anexo C-4 Localización de intercambiadores de calor y tuberías. Anexo C-5 Espaciado permisible de tuberías entre soportes.
Anexo C-6 Procedimiento de boceteo para el análisis de flexibilidad. Anexo C-7 Información contenida en boceto de flexibilidad.
Anexo C-8 Sugerencias y ayudas para la localizacíon de equipos rotatorios. Anexo C-9 Arreglo típico de equipos en una unidad de producción. Anexo C-10 Espaciado permisible de tuberías entre soportes.
Anexo C-11 Arreglo de enfriadores de aire de tiro forzado e inducido.
Anexo C-12 Principios de diseño para localización de turbinas de vapor y bombas reciprocantes. Anexo C-13 Estándares de ingeniería para análisis de flexibilidad.
11.1. EXPANSION TERMICA.
Responsabilidades del diseñador de tuberías.
El diseñador es responsable de la localización, diseño, y soporte de todos los sistemas de tubería. Por lo tanto es responsable de localizar soportes, guías, anclas, restrictores de compresores y varillas colgantes.
Proveyendo pretensado, resorte frio y los claros requeridos para la expansión de la tubería y flexibilidad adicional a la línea. Enviando y dibujando bocetos de esfuerzos en complete acuerdo con los procedimientos remarcados en las practicas de ingeniería de tuberías.
El diseñador de tuberías no es responsable de los cálculos de flexibilidad o la validez de los cálculos realizados por el ingeniero de esfuerzos; pero si es responsable cuando los realizo sin la aprobación de este.
Notas importantes acerca del Resorte frio.
Resorte frio es la deformación intencional anticipada de una tuberia durante la construcción, de manera tal que cuando ya este
caliente o sujeta a esfuerzos, muestre la misma figura que cuando se hubiera construido antes de estar sujeta a los esfuerzos mecánicos.
La realización del resorte en frio: no cambia los rangos de esfuerzos, no cambia el rango de la reacción, y no ayuda a la reducción de los rangos de reacción en equipos fabricados; puede ser útil para reducir reacciones rotativas de equipos y soporte; puede ser usado para control de desplazamientos.
