Tesis.ANÁLISIS ESTÁTICO DE FLEXIBILIDAD

8/14/2019 Tesis.ANLISIS ESTTICO DE FLEXIBILIDAD

1/93

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NCLEO DE ANZOTEGUI

ESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE MECNICA

PGINA DE TITULO

ANLISIS ESTTICO DE FLEXIBILIDAD DE LOS CABEZALES DE

VAPOR DE LA UNIDAD DESTILADORA ATMOSFRICA DA-3 DE LA

REFINERA PUERTO LA CRUZ

Realizado Por:

Br. Yenzon Rafael Rengel Rengel

Trabajo de Grado Presentado ante la Universidad de Oriente

como Requisito Parcial para Optar al Ttulo de

INGENIERO MECNICO

Barcelona, Marzo de 2009


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NCLEO DE ANZOTEGUI






ASESORES

___________________________Prof. Carlos GomesAsesor Acadmico

___________________________Ing. Reinaldo Vegas

Asesor Industrial



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NCLEO DE ANZOTEGUI






JURADOEl Jurado hace constar que asign a esta Tesis la calificacin de:

Aprobado

___________________________Prof. Carlos Gomes M.Sc., Ph.D.

Asesor Acadmico

__________________________ __________________________Prof. Carmen Garca M.Sc. Prof. Antonio Franco

(Jurado Principal) (Jurado Principal)



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RESOLUCIN

ARTCULO 44

De acuerdo con el artculo 44 del reglamento de trabajo de grado:

Los trabajos de grado son propiedad de la Universidad de Oriente y slo podrn

ser utilizados para otros fines con el consentimiento del consejo de ncleo

respectivo, quien lo participar al consejo universitario


5/93

DEDICATORIAS

Este grado es uno de los logros ms importante que obtenido hasta los

momentos, y est dedicado a estas personas que con su apoyo permitieron de alguna u

otra manera el logro de esta meta:

Al personaje que todos debemos lo que somos y logramos, esa figura tan

importante, que siempre est con nosotros en todos los momentos, Dios.

A mi abuela-madre, consejera y amiga, Doris Rengel que siempre tus sabiosconsejos sean inspiracin a mis hermanos y primos.

A la mujer ms importante de mi vida que con todo su esfuerzo me apoy

hasta lo ltimo para el logro de mis metas. Aquella persona que me dio el ser,

y que da a da con todo su amor me form como persona de bien. Lo que soy

hoy es tuyo, y esta dedicado especialmente a ti m querida y adorada madre

Norma Rengel eres mi mundo gracias por tu apoyo incondicional pues este

trabajo es ms tuyo que mo.A mi esposa Nadia pues eres la motivacin e inspiracin para finalizar y

lograr esta meta, con tu amor llenas todo mi ser, te quiero mucho.

A mis hermanos y sobrinos para que tomen esto como un ejemplo y sigan

estudiando hasta alcanzar sus sueos.


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AGRADECIMIENTOS

A mi Dios todopoderoso y eterno, mi agradecimiento por concederme toda su

proteccin, sabidura, paciencia y fortaleza necesaria para vencer todos los

obstculos y poder alcanzar esta meta muy importante en mi vida.

A mi madre por darme toda esa tan digna crianza, educacin y amistad que

solo ella supo y estoy segura seguir dndome.

A mis hermanos Emma y Enmanuel que este logro sea motivo de inspiracin

para que cumplan todos sus sueos.

A mi esposa Nadia por su incondicional apoyo y amor fuente de inspiracin

para seguir adelante.

A toda mi familia que en todo momento me brindaron la ayuda que estuvo a

su alcance, especialmente a ta Mercedes y Josefina Rengel.

Al profesor Carlos Gomes por su atencin, respaldo y valiosa colaboracin en

el desarrollo de este proyecto.

A mis panas, amigos, compadres, hermanos: Lexis Caraballo, Fucho, kelvin,

Jos carvajal, los margariteos, Jhoilan, Gabriela Mejias, Milvia, leonardoGudio, Reinaldo Salazar, Leonel, Gregory, Yordy Gonzlez, Pedro Anato y

todos los dems con los que compart estudios.

A la seccin de ingeniera de instalaciones en PDVSA, por aportar toda la

informacin necesaria para la realizacin de este trabajo de investigacin


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RESUMEN

En este trabajo se realiz el anlisis esttico de flexibilidad del sistema de

tuberas que conforman los cabezales de vapor de 180 lbs y 20 lbs de la unidad de

destilacin atmosfrica tres (DA-3) de la Refinera Puerto la cruz. Se analizaron los

esfuerzos en el sistema producidos por prueba hidrosttica, cargas sostenidas y

expansiones trmicas. Se encontr que el sistema de tuberas del cabezal de 20 lbs se

encuentra dentro de los lmites permisibles de esfuerzos. Se determino que el cabezal

de 180 lbs presenta esfuerzos por encima de los permisibles, por lo que se plantearon

modificaciones al sistema. Las modificaciones consistieron de la reubicacin de

soportes y el uso de lazos de expansin tridimensionales. A las propuestas se le

realiz un anlisis esttico de flexibilidad y se determin que permiten reducir los

esfuerzos encontrados en el sistema a los valores permisibles por la norma.


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INDICE GENERAL

RESOLUCIN............................................................................................................ iv

DEDICATORIAS......................................................................................................... v

AGRADECIMIENTOS............................................................................................... vi

RESUMEN ................................................................................................................. vii

INDICE GENERAL.................................................................................................. viii

INDICE DE TABLAS................................................................................................xii

INDICE DE FIGURAS ............................................................................................ xiv

CAPTULO I .............................................................................................................. 13

EL PROBLEMA......................................................................................................... 13

1.1. Resea histrica .......................................................................................................... 14

1.1.2 Descripcin general de la empresa ............................................................................. 15

1.1.3 Ubicacin de la refineria puerto la cruz ..................................................................... 17

1.1.4 Estructura organizativa de la refinera puerto la cruz.......... .......... ........... .......... ........ 18

1.1.5. Visin:....................................................................................................................... 191.1.6 Misin: ....................................................................................................................... 19

1.1.7 Valores: ...................................................................................................................... 20

1.1.8 Objetivos corporativos de la empresa: ....................................................................... 20

1.2 Planteamiento del problema ....................................................................................... 21

1.3 Objetivos....................................................................................................................... 22

1.3.1 Objetivo General ........................................................................................................ 22

1.3.2 Objetivos Especficos................................................................................................. 22

CAPITULO II.............................................................................................................24

MARCO TERICO ................................................................................................... 24

2.1 Antecedentes................................................................................................................. 24

2.2 Fundamentos tericos.................................................................................................. 25


9/93

2.3 Unidad de destilacin atmosfrica DA-3 ................................................................... 25

2.4. Anlisis de esfuerzos en tuberas ............................................................................... 26

2.5 Tipos de esfuerzos en tuberas. ................................................................................... 27

2.5.1 Esfuerzos longitudinales............................................................................................. 28

2.5.1.1 Por Carga Axial....................................................................................................... 28

2.5.1.2 Por Presin interna ................................................................................................. 29

2.5.2. Esfuerzo Circunferencial........................................................................................... 33

2.6. Teoras de falla............................................................................................................ 34

2.6.1. Teora de von misses. ................................................................................................ 34

2.6.2. Teora de tresca. ........................................................................................................ 34

2.6.3 Teora de rankine........................................................................................................ 35

2.7 Bases para el cumplimiento de los cdigos. ............................................................... 35

2.7.1. Caractersticas de las cargas primarias:..................................................................... 36

2.7.2. Caractersticas de las cargas secundarias: ................................................................. 36

2.8. Criterios de diseo para distintos tipos de carga:.................................................... 37

2.8.1. Cargas primarias:....................................................................................................... 37

2.8.2. Cargas secundarias: ................................................................................................... 37

2.8.3. Junta de expansin. ................................................................................................... 38

2.9 Soportes para tuberas ................................................................................................ 39

2.9.1 Localizacin inicial de soportes........................................................................... 40

2.9.2 Distancia entre soportes.............................................................................................. 41

2.9.3 Materiales, diseo e instalacin.................................................................................. 42

2.10 Criterios prcticos para diseo de flexibilidad. ...................................................... 42

2.11 Al hacer un arreglo flexible de tubera se debe considerar: .................................. 43

2.12 Anlisis de flexibilidad por computadora................................................................ 44

CAPITULO III...........................................................................................................45

DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................................... 45

3.1 Tipo de investigacin................................................................................................... 45


10/93

3.2 POBLACIN Y MUESTRA ...................................................................................... 46

3.2.1 Poblacin:.................................................................................................................. 46

3.3 TCNICAS UTILIZADAS......................................................................................... 46

3.4 EQUIPOS, MATERIALES, SUSTANCIAS Y HERRAMIENTAS ....................... 35

3.4.2 Equipos de seguridad personal................................................................................ 35

3.5 PROCEDIMIENTO METODOLGICO................................................................. 36

3.5.1 INICIO....................................................................................................................... 37

3.5.2 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN......................................................... 38

3.5.3 ELABORACIN DE PLANOS ISOMTRICOS................................................. 38

3.5.4 VERIFICACIN DE LOS CDIGOS DE DISEO............................................ 38

3.5.5 GENERACION DE LOS MODELOS EN EL CAESAR II V4.5......................... 39

3.5.5.1 ESPECIFICACIONES INTRODUCIDAS AL PROGRAMA......... .......... ........... .. 39

3.5.5.2. DISTRIBUCIN NODAL..................................................................................... 41

3.5.5.3. SOPORTES, ANCLAJES Y RESTRICCIONES DE LA TUBERA.................... 43

3.5.6 EVALUACIN DE LOS ESFUERZOS................................................................. 43

3.5.7 PRESENTACIN DE CAMBIOS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA

FLEXIBILIDAD. ..................................................................................................... 44

3.5.8 APLICACIN DE EVALUACIN A LOS CAMBIOS PROPUESTOS ........... 44

3.6 Especificaciones............................................................................................................ 44

3.6.1 Especificaciones de los Cabezales.............................................................................. 44

3.6.2. ESPECIFICACIONES DE LAS TURBINAS. ......................................................... 45

3.6.3 Ubicacin de algunas fallas en los cabezales ............................................................. 45

CAPITULO IV ........................................................................................................... 58

RESULTADOS Y ANLISIS .................................................................................... 58

4. 1 Diagnstico del Sistema.............................................................................................. 58

4.2. Evaluacin de Esfuerzos en el Cabezal de 20 Lbs.................................................... 58


11/93

4.2.1. ESFUERZOS DEBIDOS A PRUEBA HIDROSTTICA. ...................................... 59

4.2.2. ESFUERZOS DEBIDOS A CARGAS SOSTENIDAS............................................ 60

4.2.3. ESFUERZOS DEBIDOS A EXPANSIONES TRMICAS. .................................... 61

4.3. EVALUACIN DE ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS..................... 63

4.3.1. ESFUERZOS DEBIDOS A PRUEBA HIDROSTTICA ....................................... 63

4.3.2. ESFUERZOS DEBIDOS A CARGAS SOSTENIDAS............................................ 64

4.3.3. ESFUERZOS DEBIDOS A EXPANSIONES TRMICAS. .................................... 65

4.4. Propuestas de Mejoras para el Sistema de Cabezales de Vapor. ........................... 67

4.4.1. PROPUESTA DE MEJORAS DEL SISTEMA DE CABEZALES DE VAPOR

MEDIANTE LA REUBICACION DE ALGUNOS SOPORTES............................................... 68

4.4.2. PROPUESTA DE MEJORAS DEL SISTEMA DE CABEZALES DE VAPORMEDIANTE LA IMPLEMENTACION DE LAZOS DE EXPANSION TRIDIMENSIONALES.

..................................................................................................................................................... 72

4.5 Resumen de Resultados............................................................................................... 77

CAPITULO V.............................................................................................................78

CONCLUSIONES Y reCOMENDACIONES...........................................................78

5.1 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 78

5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................................. 80

BIBLIOGRAFIA CITADA............................................................................................... 81

BIBLIOGRAFA ADICIONAL....................................................................................... 82

ANEXO A ................................................................................................................... 83

METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:................ 85


12/93

xii

INDICE DE TABLAS

TABLA 1.1.CARACTERSTICAS DE LAS UNIDADES DESTILADORAS..4

TABLA 2.1 TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE ES SOMETIDO UNA

TUBERA........17

TABLA 2.2 ESPACIAMIENTO MXIMO ENTRE SOPORTES (CDIGO ASME

B31.1)..30

TABLA 3.1.ESPECIFICACIONES DE LOS CABEZALES DE VAPOR45

TABLA 3.2 ESPECIFICACIONES DE LAS TURBINAS....46

TABLA 4.1 DATOS DE LOS CABEZALES.47

TABLA 4.2. MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 20 LBS DEBIDO A

PRUEBA HIDROSTTICA...48

TABLA 4.3 MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 20 LBS CUANDO

SOBRE EL ACTAN CARGAS CONSTANTES EN EL TIEMPO.49

TABLA 4.4.MAYORES ESFUERZOS DEBIDO A LA DILATACIN TRMICA

EN EL CABEZAL DE 20 LBS...51

TABLA 4.5 MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS DEBIDO APRUEBA HIDROSTTICA...52



TABLA 4.7. MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS DEBIDOS

A CARGAS DE EXPANSIONES TRMICAS.55

TABLA 4.8. MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS DEBIDOS

A PRUEBA HIDROSTTICA...59


13/93

xiii



TABLA 4.10. MAYORES ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS

DEBIDOS A CARGAS DE EXPANSIONES TRMICAS...60


DEBIDOS A PRUEBA HIDROSTTICA.64




DEBIDOS A CARGAS DE EXPANSIONES TRMICAS...65


14/93

xiv

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1 DIETA Y PRODUCTOS DE LA REFINERA DE PUERTO LA

CRUZ.5

FIGURA 1.2UBICACIN GEOGRFICA DE LA REFINERA PUERTO LA

CRUZ.6

FIGURA 1.3 ORGANIGRAMA DE LA EMPRESA (FUENTE PDVSA ORIENTE

2003)..7

FIGURA 2.1 ETAPAS DEL PROCESO DE REFINACIN DE CRUDO DE LA

PLANTA DE DESTILACIN ATMOSFRICA DA-3 (FUENTE: PDVSA

ORIENTE 2003)..15

FIGURA 2.2 DIMENSIONES Y CARGAS AXIALES DE LA TUBERA..18

FIGURA 2.3. CARGAS DEBIDAS A PRESIN INTERNA19

FIGURA 2.4. MOMENTO FLECTOR EN LA TUBERA21

FIGURA 2.5 ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL DE LA TUBERA..22

FIGURA 3.1 PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA REALIZAR EL ANLISIS

ESTTICO DE FLEXIBILIDAD...38FIGURA 3.2.INTERFASE DE DATOS CABEZAL DE 20 LBS..41

FIGURA 3.3. MODELO DEL CABEZAL DE 20 LBS.42

FIGURA 3.4.MODELO DEL CABEZAL DE 180 LBS42

FIGURA 3.5.DISTRIBUCIN NODAL DEL CABEZAL DE 20 LBS43

FIGURA 3.6.DISTRIBUCIN NODAL DEL CABEZAL DE 180 LBS..43

FIGURA 4.1 MODELO TRIDIMENSIONAL DEL CABEZAL DE 20 LBS DE LA

UNIDAD DA-3 (DETALLE DEL DISEO ORIGINAL) FUENTE [CAESAR].48

FIGURA 4.2. POSICION DE LOS NODOS MS CRITICOS EN EL CABEZAL

DE 20 LBS POR CARGAS DE SUSTENTACIN...50

FIGURA 4.3. POSICIN DE LOS NODOS MS CRITICOS EN EL CABEZAL

DE 20 LBS DEBIDOS A CARGAS POR DILATACIN TRMICA..51


15/93

xv


DE 180 LBS POR CARGAS DE PRUEBA HIDROSTTICA53


DE 180 LBS POR CARGAS DE SUSTENTACIN.54


DE 180 LBS DEBIDOS A CARGAS EXPANSIONES TRMICAS...56

FIGURA 4.7 DETALLE DE ALGUNOS NODOS CRITICOS EN EL CABEZAL

DE 180 LBS.58

FIGURA 4.8 PROPUESTA DE MEJORA MEDIANTE LA COLOCACIN DE

ALGUNOS SOPORTES.58FIGURA 4.9 LAZO N 1.62

FIGURA 4.10 LAZO N 2...62

FIGURA 4.11 LAZO N 3...62

FIGURA 4.12 PROPUESTA DE MEJORAS MEDIANTE LAZOS DE

EXPANSIN TRIDIMENSIONALES...63


16/93

CAPTULO I

EL PROBLEMA

El diseo, la construccin, la operacin y el mantenimiento de sistemas de tuberas,

implican la comprensin de los fundamentos y consideraciones generales y

especificas del sistema. En la actualidad la ingeniera se est apoyando en softwares

que permiten realizar ms rpido los clculos considerando condiciones reales y

alcanzando una mayor exactitud en los resultados. Sustentados con tcnicas

matemticas relacionadas con los mtodos numricos, estos clculos computacionales

contribuyen a la interpretacin fsica de diversidad de fenmenos. Simultneamente y

cumpliendo con las normas de ingeniera este tipo de softwares deben estar basados

en las normas y cdigos de diseo que han sido aprobados y que son el patrn a

seguir a la hora de realizar un proyecto de ingeniera. De esta manera, el ingeniero

cuenta con herramientas ms variadas para encontrar solucin a los desafos del

mundo moderno, ntimamente relacionado con la tecnologa para su desarrollo y

avance.

Con el avance tecnolgico de los procesadores y software que facilitan laimplementacin de tcnicas de solucin que proveen a los ingenieros e investigadores

el desarrollo y evaluacin de sistemas complejo para garantizar la integridad

estructural en los sistemas de tubera bajo diferentes condiciones de carga que se

presentan en la construccin u operacin normal y anormal, o bien, por el deterioro

de los componentes de los sistemas, obliga a la incorporacin de nuevas tecnologa

que se aplican en la realizacin de estudio de flexibilidad o anlisis de esfuerzo. Uno

de los paquetes computacionales de gran utilidad para el estudio de flexibilidad en

tuberas y estructura es software CAESAR II.

En el presente trabajo se hace un anlisis esttico de flexibilidad del sistema de

cabezales de vapor de la unidad de destilacin atmosfrica DA-3 de la Refinera

Puerto La Cruz utilizando la herramienta computacional CAESAR II.


17/93

14

1.1. Resea histrica

Petrleos de Venezuela S.A. (PDVSA) es la corporacin estatal de la Repblica

Bolivariana de Venezuela que se encarga de la exploracin, produccin, manufactura,

transporte y mercadeo de los hidrocarburos. Esta corporacin estatal fue creada por

decreto presidencial N 1.123 en el ao 1975 por la Ley Orgnica que reserva al

Estado la industria y el comercio de los hidrocarburos, para asumir las funciones de

planificacin, coordinacin y supervisin de la industria petrolera nacional al concluir

el proceso de restablecimiento de las concesiones de hidrocarburos a las compaasextranjeras que operaban en territorio venezolano. [1]

Por mandato de la Constitucin de la Repblica Bolivariana de Venezuela, la

totalidad de las acciones de Petrleos de Venezuela S.A. pertenecen al Estado

Venezolano, en razn de la estrategia nacional y la soberana econmica y poltica,

ejercida por el pueblo venezolano. En ese sentido, PDVSA est subordinada al Estado

Venezolano y por lo tanto acta bajo los lineamientos trazados en los Planes de

Desarrollo Nacional y de acuerdo a las polticas, directrices, planes y estrategias para

el sector de los hidrocarburos, dictadas por el Ministerio de Energa y Petrleo.

Durante sus primeros aos de operacin, PDVSA inici sus acciones con 14

filiales. En 1977 se produjo la primera reorganizacin, reduciendo las filiales

operativas de 14 a 7 al absorber las ms grandes a las pequeas. Ms tarde ese mismo

ao se redujeron las filiales a cinco (5). En 1978, a cuatro (4) y en 1986, a tres (3):

Lagoven, Maraven y Corpoven que absorbieron las actividades de las concesionarias

que estaban en Venezuela. Dentro de esta fase, tambin inicia acciones en 1976, el

Instituto Tecnolgico Venezolano del Petrleo (INTEVEP), destinado a efectuar los

estudios e investigaciones necesarias para garantizar el alto nivel de los productos y

procesos dentro de la industria petrolera. Igualmente, dos aos ms tarde se crea
http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=163&newsid_temas=6http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=163&newsid_temas=6http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=92&newsid_temas=6http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=92&newsid_temas=6http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=163&newsid_temas=6http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/readmenu.tpl.html&newsid_obj_id=163&newsid_temas=6


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15

Pequiven Petroqumica de Venezuela S.A., dirigida a organizar el negocio de la

produccin petroqumica.

En julio de 1997 se aprob una nueva reestructuracin que elimin esas filiales y

cre cuatro grandes empresas funcionales de negocios que integraran la corporacin:

PDVSA Petrleo y Gas; PDVSA Exploracin y Produccin; PDVSA Manufactura y

Mercadeo y PDVSA Servicios, responsables de ejecutar la actividad operativa. stas

entran en accin desde el 1 de enero de 1998.

Luego de diez aos de puesta en marcha del decreto que cre a Petrleos deVenezuela, PDVSA y sus filiales logran avanzar en un proceso de consolidacin en lo

que respecta al manejo del negocio petrolero. Lagoven se encarga de las operaciones

en el occidente y el sur del pas; Corpoven despliega su rea de influencia en el centro

de la nacin, mientras que Maraven se sita en la regin oriental.

La principal empresa del pas inicia una expansin tanto en el mbito nacional

como mundial, con la compra y participacin en diversas refineras ubicadas en

Europa, Estados Unidos y el Caribe. PDVSA logra ser considerada, gracias a su

calidad y responsabilidad, como una empresa confiable en el suministro de grandes

volmenes de petrleo a escala mundial, consolidndose as como una de las

principales compaas petroleras a nivel mundial.

1.1.2 Descripcin general de la empresa

En Refinera Puerto La Cruz, se llevan a cabo procesos de refinacin de crudos para

garantizar el suministro de gasolina, gas licuado de petrleo, diesel y kerosene al

mercado del Oriente del pas, cumpliendo adems con la demanda de otras zonas y

del mercado de exportacin de productos tales como: residual, destilados y nafta. El

objetivo principal de la refinera es realizar procesos de separacin fsica y


19/93

16

transformacin qumica que conviertan el crudo en derivados utilizables para

numerosas aplicaciones. La refinera Puerto La Cruz se encuentra conformada

actualmente por distintas unidades que pueden ser agrupadas en las siguientes

categoras:

Unidades de procesos: que son unidades de destilacin atmosfrica DA-1,

DA-2, DA-3.

Unidades de tratamiento (STG).

Servicios industriales.

Hidroprocesos.

El complejo de destilacin atmosfrica de la refinera Puerto La Cruz, est

constituido por tres unidades cuyas caractersticas ms importantes se citan en la tabla

1.1 que se muestra a continuacin.

Tabla 1.1.Caractersticas de las unidades destiladoras [5].

UNIDADES Crudos API Capacidad de diseo,MBD(*)

DA-1 Livianos / Medianos 29-30 74

DA-2 Pesados 16-24 90

DA-3 Livianos 36-51 40

(*) MDB: Miles de Barriles Diarios.

La Refinera Puerto La Cruz cuenta con una capacidad nominal para procesar 200

MBD de crudo en sus tres unidades de destilacin, de los cuales 45% corresponde a

crudo pesado.


20/93

17

La dieta de la refinera es variada, entre los principales crudos tenemos los que se

muestran en la figura 1.1:

Dieta de la Refinera Refinera Puerto La Cruz Productos

ANACO WAX SANTA BARBARA (41 API)

MESA (30 API)

LEONA (24 API)

INSUMOS A PROCESOS

INSUMOS A MEZCLAS

GLP/ OTROS

NAFTAS Y GASOLINAS

JET

DESTILADOS

RESIDUALES

Figura 1.1 Dieta y productos de la Refinera de Puerto la Cruz

1.1.3 Ubicacin de la refineria puerto la cruz

La Refinera Puerto la Cruz est ubicada en la costa nororiental del pas al este de la

ciudad de Puerto La Cruz en el estado Anzotegui; tiene facilidades de acceso desde

el Mar Caribe y est conectada por oleoductos con los campos de produccin deOriente. La conforman las instalaciones de Puerto La Cruz, El Chaure y San Roque (a

40 kms de Anaco, vecina a la poblacin de Santa Ana, Edo Anzotegui), la figura 1.2

muestra la ubicacin geogrfica de la Refinera.[5]

.


21/93

6

CCAAPPTTUULLOO11::IInnttrroodduucccciinn

Anz ot egu i

Sucre

Mar Caribe

Monagas

Delt

a

Amacuro

Refinera Pto. La Cruz

Estado Anzotegui

Figura 1.2 Ubicacin Geogrfica de la Refinera Puerto la Cruz.

1.1.4 Estructura organizativa de la refinera puerto la cruz

La estructura organizativa de la Refinera Puerto la Cruz est enmarcada en un plano

funcional de cinco Gerencias cada una con sus diferentes superintendencias y

divididas en distintas secciones que sirven un condicional apoyo a la gerenciaGeneral de esta instalacin petrolera.

A continuacin se muestra esquemticamente la organizacin de la empresa (Ver

figura 1.3) donde se pueden observar las operaciones gerenciales de la Refinera

Puerto La Cruz:

GERENCIAGENERALREFINERA

PUERTO LA CRUZ

GERENCIASEGURIDAD

INDUSTRIAL

GERENCIAMANTENIMIENTO

GERENCIATCNICA

GERENCIAMOV. CRUDO

Y PROCESOS

GERENCIAOPERACIONES


22/93

19

SUPTCIA.

ADMON. Y

GESTIN

SUPTCIA.

PROYECTOS

OPERACIONAL

SUPTCIA.

INGENIERA DE

PROCESOS

SUPTCIA.INGENIERA

DEINSTALACION

SUPTCIA.

LABORATORIO

SECCINPARADA DE PLANTAS

SECCINCORROSIN Y MATERIALES

SECCIN

ING. DE PLANTAS

SECCININSTRUMENTAC.

Y CONTROL

SECCIN EQUIPOS ROTATIVOS

SECCININGENIERA DECONFIABILIDAD

SECCININGENIERA ELCTRICA

SECCININSPECC. Y CORROSIN

SUPTCIA.PROGRAMACIN

Y ECONOMA

Figura 1.3 Organigrama de la empresa (Fuente PDVSA Oriente 2003)

1.1.5. Visin:

Hoy en da la visn de Petrleos de Venezuela S. A. es avanzar hacia la plena

soberana energtica, impulsado adems del negocio petrolero el desarrollo endgeno

nacional y la incorporacin y adecuacin de nuevas tecnologas que permitan

optimizar los procesos, en sintona con el medio ambiente y en pro del beneficio de

todos los venezolanos.[1]

1.1.6 Misin:

La misin principal de Petrleos de Venezuela S. A. es cumplir con todas las

actividades propias del negocio petrolero, constituyndose en una corporacin

verticalmente integrada, que abarca todos los procesos, desde la explotacin hasta la

comercializacin de los hidrocarburos gaseosos y no gaseosos, y sus derivados.


23/93

20

1.1.7 Valores:

tica: Honestidad, Responsabilidad, Coherencia

Justicia: Equidad, Tolerancia, Respeto

Solidaridad: Cooperacin, Compromiso social

Calidad y competitividad

Innovacin y liderazgo.

1.1.8 Objetivos corporativos de la empresa:

En relacin a los objetivos planteados de Petrleos de Venezuela S. A se visualiza

que la misin y visin de la corporacin estn altamente vinculados, ya que todos los

objetivos incluidos en el Plan Estratgicos "Plan Siembra Petrolera" estn orientados

hacia el cumplimiento del mismo. En este sentido es importante reconocer que la

prioridad de la organizacin est enmarcada en seis grandes proyectos de desarrollo y

consta de dos etapas: una a ejecutarse entre el perodo 2005-2012 y otra entre el

periodo 2012 y 2030.

Certificar las reservas petroleras venezolanas ante el mundo

Proyecto Orinoco: comprende el eje del ro Orinoco y abarca la parte del ro

Apure. Consiste en la explotacin y desarrollo de la Faja.

Delta Caribe: Industrializacin del gas, el gas ser utilizado como elemento de

desarrollo endgeno para la industrializacin del pas.

Aumentar la capacidad de refinacin: construccin de nuevas refineras

Habilitar ms llevaderos y poliductos

Suministro de Petrleo al Mar Caribe.


24/93

21

1.2 Planteamiento del problema

El Distrito Operacional Puerto La Cruz est formado por un complejo refinador,

constituido por la Refinera de Puerto La Cruz, la cual comprende tanto las

instalaciones de la antigua Refinera Venezuelan Gulf Company, ahora llamada

Refinera Puerto La Cruz, as como la Refinera de la Sinclair Venezuelan Oil

Company (Refinera El Chaure o Unidad de Destilacin Atmosfrica DA-3), y la

Refinera PDVSA rea San Roque.

La Unidad de Destilacin Atmosfrica DA-3, est ubicada en la baha deBergantn, a cinco kilmetros de Puerto La Cruz. sta tiene como tarea fundamental

el procesamiento de crudos livianos y la obtencin de sus derivados tales como:

Gasoil, Nafta, Residual, entre otros. Esta unidad de destilacin, diseada y construida

con los estndares de diseo vigentes hace ms de 50 aos, est compuesta por un

sistema de cabezales de vapor, el cual lo integran un cabezal de 180 lb y otro de 20 lb

que son los encargados de suplir de vapor a los equipos que operan en esta planta.

Dichos cabezales presentan problemas en toda su configuracin, debido al deterioro

mecnico, entre los que se pueden mencionar, altos niveles de corrosin en las

tuberas y boquillas de los equipos, fugas a travs de las bridas y daos severos en la

soportera de las tuberas, entre otros. De ocurrir alguna falla debido a alguno de

ellos, puede producir el colapso del sistema de cabezales de vapor. Por tal motivo se

plantea la verificacin de los niveles de esfuerzos en las tuberas que componen los

cabezales, tomando en consideracin las normas y cdigos actuales, para as estimar

las cargas en los soportes daados con la finalidad de redisearlos y agregar soportes

adicionales donde se requieran.

En consecuencia a lo expuesto anteriormente este proyecto se encuentra orientado,

a realizar el anlisis esttico de flexibilidad para determinar si este sistema de

cabezales de vapor posee la capacidad de absorber las cargas que inciden sobre l.

Cargas tales como: el peso propio de la tubera, la expansin trmica, las fuerzas


25/93

22

producidas por la presin del fluido entre otras. El primer aspecto, est enfocado a

reducir los niveles de esfuerzos en la tubera mantenindola dentro de los rangos

permisibles segn los cdigos de diseo actuales ya que los sistemas de tuberas

deben poseer flexibilidad suficiente de manera que la expansin o la contraccin

trmica, as como los movimientos de soportes y equipos, no conduzcan a fallas de la

tubera o de los soportes por esfuerzos excesivos o fatiga. Adems de posible fuga en

las juntas o falla de las boquillas de los equipos por reacciones excesivas.

Todo esto se realizar, con un software elaborado por la empresa COADE el cual

recibe el nombre CAESAR II, especializado en el anlisis de flexibilidad y/oesfuerzos. Esta herramienta computacional cuenta con soporte ingenieril que permite

realizar comparaciones y evaluaciones mediante normas y cdigos de diseo por los

cuales se rigen las plantas de procesos para disear sistemas de tuberas, en este caso

el sistema de cabezales de vapor de la Unidad de Destilacin Atmosfrica DA-3 de la

Refinera Puerto La Cruz.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Realizar un anlisis esttico de flexibilidad de los cabezales de vapor de la unidad

destiladora atmosfrica DA-3 de la Refinera Puerto la Cruz.

1.3.2 Objetivos Especficos


26/93

23

1. Diagnosticar la situacin actual de los equipos, tuberas y accesorios que

participan en el sistema de cabezales de vapor de la unidad de destilacin

atmosfrica DA-3.

2. Evaluar los niveles de esfuerzos en los cabezales de vapor de 180 lbs y 20 lbs

de la Unidad DA-3 mediante un estudio esttico de flexibilidad, cuando estn

sometidos a cargas de presin y peso y comparar dichos niveles con los

establecidos por el Cdigo B31.1 para tuberas de generacin de potencia.

3. Verificar los niveles de esfuerzos en los arreglos de tuberas actuales cuandoestn sometidas a cargas ocasionadas por expansiones trmicas, mediante un

estudio esttico de flexibilidad y comparar dichos niveles con los establecidos

por el Cdigo B31.1 para tuberas de generacin de potencia.

4. Proponer mejoras en relacin a las posibles desviaciones localizadas a travs

de diferentes modelos computarizados que sirvan de propuestas para un mejor

funcionamiento de estas lneas de vapor y de esta manera se pueda alargar su

vida til.


27/93

CAPITULO II

MARCO TERICO

2.1 Antecedentes

Para la realizacin de esta investigacin se han utilizado como marco referencial

algunos trabajos de grado y recomendaciones tcnicas de la Superintendencia de

Servicios Tcnicos de la Refinera de Puerto La Cruz, entre ellos se pueden citar:

Jos Corrales, y Jos Neptune [2],en este proyecto s contemplaron evaluaciones

estticas y dinmicas de las tuberas en simulaciones computacionales que sirvieron para

la elaboracin de un manual operativo del sistema de tuberas orientado a facilitar el

manejo del sistema a los operadores.

Ysrael A Molero P [3], en este proyecto se analizaron los esfuerzos y

desplazamientos en la tubera por cargas sostenidas y por expansiones trmicas. Se

realiz una propuesta de modificacin en las lneas de succin y descarga de la bomba

GA-15-10. Seguidamente se realiz un anlisis de flexibilidad en el modelo propuesto

donde recomend la instalacin de juntas de expansin para absorber los

desplazamientos de la tubera.

Rodrigo E Armas [4], realiz un anlisis donde se analizaron los esfuerzos en el

sistema producidos por cargas sostenidas y expansiones trmicas; adems se compararon

las cargas en las boquillas de las 28 turbinas conectadas al sistema con las permisiblespor la norma NEMA SM23. Se encontr que el 75% de los equipos tenan esfuerzos por

encima de los permisibles.


28/93

25

2.2 Fundamentos tericos

El presente captulo est conformado por la teora consultada para la realizacin de

esta investigacin.

2.3 Unidad de destilacin atmosfrica DA-3

La unidad consta de los siguientes equipos: un primer tren de precalentamiento, una

torre preflash (V-1), un segundo tren de precalentamiento, una torre fraccionadora

principal (V-3), dos despojadores, un horno vertical (40 MBD) de tipo cilndrico y detiro natural, equipos rotativos y una torre estabilizadora. Dispone de Generacin

propia de vapor (cuatro calderas), de aire comprimido y utiliza agua salada como

fluido de enfriamiento. La instrumentacin de la unidad es electrnica y se controla

desde un bnker central. Desde el punto de vista operacional, la unidad DA-3, es una

unidad de fraccionamiento atmosfrico, provisto de una torre fraccionadora de crudo,

tres despojadoras y una torre estabilizadora de gasolina. [1]

Lo resaltante de esta unidad, es la gran flexibilidad operacional que presenta, no

solo en los equipos rotativos y en donde cada bomba elctrica tiene una auxiliar de

turbina a vapor, sino en la fraccionadora en s, al procesar diferentes crudos con rango

de gravedad y propiedades muy amplio. La figura 2.1 muestra un diagrama de la

unidad DA-3 de la Refinera Puerto La Cruz.


29/93

26

Figura 2.1 Etapas del proceso de refinacin de crudo de la planta de destilacin

atmosfrica DA-3 (Fuente: PDVSA ORIENTE 2003).

2.4. Anlisis de esfuerzos en tuberas

El anlisis de esfuerzos en tuberas, es una tcnica que permite evaluar la estabilidadestructural de la tubera bajo condiciones de carga, para evitar someter a alguno de

sus componentes a esfuerzos superiores al admisible; solapar la tubera con otras

tuberas o estructuras por efecto de expansiones trmicas; y para evitar cualquier tipo

de fugas en las uniones.[7]

El analista de flexibilidad es adems responsable de calcular las cargas de diseo

de los soportes y asegurar el apoyo y restriccin adecuada a la tubera.

Segn el Cdigo ASME B31.1 que se encarga de regir el diseo de sistemas de

tuberas de generacin de potencia, es responsabilidad del diseador realizar un


30/93

27

an s

siguien

n

os anclajes, no posee

restricciones intermedias (guas, topes, etc.), y est diseado esencialmente

ue no cumpla con los criterios anteriores o cuando exista duda

razonable de su flexibilidad, debe analizarse con mtodos formales aproximados,

seg

s extremos e intermedias a la

xpansin trmica del sistema total incluyendo los movimientos transmitidos a la

e intermedias.

sormales se originan por la accin de una fuerza perpendicular al rea en estudio,

mie

lisi de flexibilidad, a no ser que el sistema est comprendido dentro de los

tes casos:

El sistema es un duplicado de otro de operacin exitosa o reemplaza u

sistema de rendimiento satisfactorio.

El sistema es apropiado si se compara con sistemas previamente analizados.

El sistema es de dimensiones uniformes, con no ms de d

para servicio no cclico (menos de 7.000 ciclos en total)

Todo sistema q

n sea el caso.

Los mtodos aproximados de anlisis, podrn ser aplicados solo para los rangos

de diseo para los cuales demuestre un nivel adecuado de exactitud. Dentro de estos

mtodos se tienen: mtodos analticos, pruebas a modelos y mtodos grficos que

permitan una evaluacin de fuerzas, momentos, esfuerzos causados por flexin,torsin y la accin simultnea de restricciones en lo

e

tubera por sus conexiones terminales

2.5 Tipos de esfuerzos en tuberas.

Los esfuerzos se dividen en dos componentes: normales y cortantes. Los esfuerzon

ntras que los esfuerzos cortantes por una fuerza paralela al rea donde acta.[2]


31/93

28

A con rzos a los

cuales se encuentra sometida una tubera.

Tabla 2.1 Tipos de esfuerzos a los que es sometido una tubera.

ales.

.5.1.1 Por Carga Axial

No es ms que la fuerza por unidad de rea sobre una seccin dada y puede apreciarse

en la figura 2.2 y se calcula de la siguiente man

tinuacin se muestra la tabla 2.1 que resume los tipos de esfue

Normales Cortantes

Debidos a cargas

axiales

Debidos a la presininternaLongitudinales Causados por torsin

Debidos al momento

flector

Circunferenciales

Radiales

Debidos a la presin

interna

Debido a fuerzas laterales

Debido a un estado tridimensionalDebido a una estado tridimensional de

esfuerzo de esfuerzo

2.5.1 Esfuerzos longitudin

Son esfuerzos normales producidos en la direccin del eje axial de la tubera.

2

era:[8]


32/93

29

m

ax

LA

FS = (Ec. 2.1)

Do

: Fuerza axial aplicada (N).

rea metlica de la tubera,

nde:

L : Esfuerzo longitudinal (N/m2).S

axF

) 4/220 = im ddAmA : (m2).

Dimetro externo de la tubera (m).

etro interno de la tubera (m).

ensiones y cargas axiales de la tubera.

2.5.1.2 Por Presin interna

El esfuerzo longitudinal debido a la presin interna es ocasionado debido a la

aplicacin d stribuida de la carga axial producto de la presin interna que ejerce el

0d :

id : Dim

Figura 2.2 Dim

Un signo positivo indicar un esfuerzo de tensin y un signo negativo indicara

un esfuerzo a compresin.

i


33/93

30

fluido y la actuacin de esta carga puede apreciarse en la figura 2.3 y se calcula como

se muestra a continuacin:

Figura 2.3. Cargas debidas

Esfuerzos debidos a Presin Interna.

a presin interna

m

iL

A

APS =

(Ec. 2.2)Donde:

: Presin interna (N/m2).

: rea interna de la tubera (m2),

: rea metlica de la tubera (m2).

Sustituyendo trminos para rea interna y rea metlica

P

LS : Esfuerzo longitudinal (N/m2).

iA 4/2ii dA = .

mA

LS = ( )( )iii

i

i

dddd

dP

dd

dP

+=

00

2

220

2

(Ec. 2.3)


34/93

31

Sustituyendo

yDonde:

edio (m).

e la tubera (m).

Se tiene:

mi ddd 20 =+ tdd i 20 =

md : Dimetro m

t: Espesor d

td

dPS

m

iL 4

2

=

(Ec. 2.4)

Co

S

nsiderando: ddd mi 0

e obtiene:

tPSL 4

0=

(Ec. 2.5)

d

Donde:

0d : Dimetro medio (m).

t: Espesor de la tubera (m).

El esfuerzo longitudinal debido a Momento Flector es ocasionado cuando la

tubera se encuentra sometida a flexin, como resultado de dicho momento se

produce un esfuerzo normal en la seccin transversal de la tubera, que se halla a

compresin por encima del eje neutro y a tensin por debajo del mismo, en la figura

2.4 se muestra las cargas que producen este

mostradas a continuacin.

esfuerzo y se calcula con las ecuaciones


35/93

32

Figura 2.4. Momento flector en la tubera.

I

CMS fL =

(Ec. 2.6)

Z

M

I

RMS fL =max

f=

0 (Ec. 2.7)

Donde:

: Momento flector aplicado (N-m).fM

C: Distancia radial a cualquier punto de la pared de la tubera (m).

0R : Radio externo de la tubera (m).

I: Momento Inercial de la tubera (m4).

Z: Mdulo de seccin de la tubera (m3).

Con la suma de los distintos esfuerzos longitudinales se consigue el esfuerzo

longitudinal total que acta sobre la tubera:

Z

M

t

dP

A

FS

f

m

axtotalL ++= 4

20

(Ec. 2.8)


36/93

33

2.5.2. Esfuerzo Circunferencial.

Este esfuerzo es ocasionado solo por la accin de la presin interna y externa de la

tubera. Para determinar este esfuerzo se usa la hiptesis de que la deformacin

longitudinal es constante en toda la circunferencia del cilindro (Ver Figura 2.5.)

Figura 2.5 Esfuerzo Circunferencial de la tubera.

Se obtiene:

tH 2

dPS i=

(Ec. 2.9)

Pero empleando una aproximacin conservadora:

t

dPSH 2

0=

(Ec. 2.10)

Do

ana circunferencial debido a la presin interna, N/m2.

: Dimetro medio (m).

nde:

SH : Esfuerzo de membr

P : Presin interna (N).

0d : Dimetro medio (m).

0d


37/93

34

2.6. Teoras de falla.

ial. Dentro de

las teoras de fallas utilizadas por los cdigos se pueden mencionar: [2]

.6.1. Teora de von misses.

tante mximo de un material bajo

condicin de fluencia en un ensayo a traccin[3]

Para fines de diseo, es necesario establecer una comparacin entre los esfuerzos

calculados y un lmite admisible. Con este objetivo, se han enunciado varias teoras

de fallas, las cuales tratan de establecer una relacin entre un estado arbitrario

tridimensional de esfuerzos y un estado uniaxial de esfuerzos, ya que los datos de

falla de material son obtenidos a partir de ensayos a traccin de mater

2

En este enfoque la energa mxima total se divide en dos parte, una asociada a los

cambios volumtricos del material y otra que causa distorsiones por cortes y establece

que la falla de un material ocurre cuando el esfuerzo octaedral resultante de un estado

general de esfuerzos, iguala o supera el esfuerzo cor

la

( ) ( ) ( )[ ] 3.22/1232231221oct ySSSSSSS


38/93

35

( )22

31max ySSS


39/93

36

En d la constituye el cumplimiento de

los stos cdigos requieren de la

consideracin de dos tipos bsicos de falla:[6]

ostenida: originada por cargas primarias.

as.

2.7.1. Caractersticas de las cargas primarias:

s constantes en

ontrarresten.

n definidos por las teoras de

alla Rankine (Teorema del Esfuerzo Mximo).

generar falla por ruptura, la falla

puede ocurrir por la aplicacin nica de la carga.

2.7.2. C

, etc.).

tica.

todo estudio de flexibilidad la principal priorida

cdigos que rigen el diseo del sistema. E

S

Expansin: originada por cargas secundari

Su magnitud es por lo general definida por aplicacin de cargael tiempo: gravedad, presin, etc.

No son autolimitadas, una vez que empieza la deformacin plstica continua

hasta que aparezcan fuerzas de equilibrio que la c

Por lo general no son cargas cclicas.

Los lmites admisibles para este tipo de carga est

f

La aplicacin excesiva de la carga puede

aractersticas de las cargas secundarias:

La magnitud de su aplicacin est definida por la aplicacin de

desplazamientos (trmicos, de los anclajes, asentamientos

Las cargas secundarias son por lo general autolimitadas, su magnitud

disminuye a medida que sucede la deformacin pls


40/93

37

Los lmites admisibles para este tipo de carga estn definidos por las teoras de

lla Tresca (Teorema del Esfuerzo Cortante Mximo).[2]

ara el diseo de sistemas de tuberas, los cuales deben ser

aplicados de acuerdo al tipo de carga que se analice. A continuacin se presentan los

2.8.1. Cargas primarias:

ntos de espesor mnimo,

codos, bridas y juntas de expansin, fundamentalmente.

os esfuerzos originados en la tubera debido al peso, pueden ser estimados

.8.2. Cargas secundarias:

Previo

los sigu

fa

2.8. Criterios de diseo para distintos tipos de carga:

Existen diversos criterios p

dos tipos de cargas estticas que actan comnmente sobre un sistema de tuberas:

Los tipos ms comunes de cargas sostenidas con las cuales se encuentra el analista de

esfuerzos son: Presin y Peso.

Los esfuerzos debidos a presin se pueden manejar por el uso de procedimientos

que incluyen clculos referidos a lo siguiente: requerimie

L

mediante el mtodo de vigas sometidas a cargas de flexin.

2

al manejo de las cargas trmicas el analista de esfuerzos debe tener presente

ientes puntos:


41/93

38

La filosofa de diseo para este tipo de carga, consiste en conducir las mismas

y jams intentar impedir su aparicin. En otras palabras, el crecimiento

trmico de la tubera no deber ser impedido por restricciones, ya que las

dos, enviando la menor cantidad

de desplazamientos a las conexiones ms delicadas, como lo son: turbinas,

bombas, intercambiadores de calor, enfriadores de aire, etc.

a trmico, sin antes hacer

solucionar el problema de cargas sostenidas.

e su configuracin. El caso contrario ocurre cuando el sistema se

encuentra operando a su mximo valor de temperatura, el cual ocasiona una

igual manera que en la contraccin los esfuerzos sern

transmitidos a las uniones apernadas y/o a las soldaduras, pero actuando en sentido

Es un mecanismo utilizado para absorber cambios dimensionales causados por

exp s

expansin resultan una solucin para casos como:

cargas generadas podran ser muy altas poniendo en peligro la tubera.

Los crecimientos trmicos deben ser conduci

No se deber intentar solucionar un problem

2.8.2.1 Cargas por expansin y contraccin trmicas

Estas cargas son generadas por variaciones trmicas, cuando el sistema est operando

al valor mnimo de temperatura tender a contraerse elsticamente y al no encontrar

ninguna separacin u holgura que le permita contraerse con libertad, la fuerza

generada por la presin interna del fluido y por la contraccin misma se transmitir a

los pernos de las bridas y las soldaduras de la tubera y/o de sus componentes

dependiendo d

expansin de la tubera, y de

contrario. [7]

2.8.3. Junta de expansin.

an in y/o contraccin trmica de tuberas, recipientes, etc. Las juntas de


42/93

39

Poca disponibilidad de espacio.

acero especial, donde la colocacin del lazo significara un alto

costo.

aislar las vibraciones mecnicas de un equipo del sistema de

tubera.

a de expansin, es la necesidad del

man n esarrollo de nuevos materiales,

este requerimiento se ha visto disminuido considerablemente. Bsicamente existes

in las cuales son:

Junta de expansin deslizante (slip Joint)

s que actan

conc cargas incluyen efectos de peso, cargas

introducidas por presin de diseo y temperatura, vibracin, vientos, terremotos,

choq seo de tuberas y sus

elem ente:[6]

pos conectados.

Tubera de

Cuando se desea

la

Cuando se desea proteger un equipo muy delicado donde las cargas admisibles

sean muy bajas.

Una de las desventajas principales de la junt

te imiento de la misma. Sin embargo, con el d

dos tipos de juntas de expans

Junta de expansin tipo fuelle (Bellow Joint)

2.9 Soportes para tuberas

El diseo de estructuras de soporte se basa en todas las carga

urrentemente en cada soporte. Estas

ues, y esfuerzos de desplazamiento. La distribucin y di

entos soportantes estarn dirigidos para prevenir lo sigui

Esfuerzos excesivos en la tubera.

Fuga en las juntas.

Excesivo empuje y momentos en equi


43/93

40

Esfuerzo excesivo en los soportes ( o restricciones).

ica o contraccin en la tubera.

Soltura de la tubera de sus soportes.

Excesivo flujo de calor, exposicin de elementos soportantes a temperaturas

con cuidado, ya que una vez que el

nlisis de la tubera haya sido completado, ningn soporte podr ser movido de su

pos

entes al soporte cambiado y muy

osiblemente se necesitara de un nuevo anlisis.

, en los distintos sistemas de tuberas, se

rectamente en el equipo;

iento.

Resonancia o vibraciones inducidas por el fluido.

Interferencia excesiva con expansin trm

Excesivo pandeo de la tubera.

extremas fuera de sus lmites de diseo.

2.9.1 Localizacin inicial de soportes

La localizacin inicial de soportes se debe hacer

a

icin sin causar cambios significativos en los niveles de esfuerzos en la tubera o

cambios en las reacciones sobre los equipos adyac

p

Para la localizacin inicial de los soportes

deben tomar en cuenta las siguientes indicaciones:

Los soportes de tubera deben ser instalados lo ms cercano posible a cargas

concentradas como vlvulas, bridas, etc.

La localizacin de soportes no debe inferir con los requerimientos de

mantenimiento. Desde el punto de vista de esfuerzos en tuberas y por economa,

el mejor lugar para colocar un soporte es instalndolo di

sin embargo esta localizacin puede ofrecer dificultades, por las restricciones

causadas a los componentes del equipo, restricciones en su configuracin, los

requerimientos del fabricante del equipo o necesidades de espacio para su

operacin o mantenim


44/93

41

Se debe consultar toda la informacin disponible y planos generados por las

dems disciplinas, para evitar interferencias con los requerimientos de espacio de

electricidad, instrumentacin y control, equipos mecnicos y de estructuras

futuras o existentes.

as de tuberas de gas o vapor que van a ser sometidas a pruebas

ueados con el peso del agua para ver si se necesitan

s soportes adicionales (temporales o en el peor de los casos, permanentes) de

portados en forma sustancial y como resultado

de un buen trabajo, de manera que puedan evitar o reducir la vibracin excesiva, y

deber en el

equipo conectado. En la tabla 2.1 se muestra el espaciamiento mximo entre soportes

sugerido .1.

Tabla 2.2 Espaciamien ximo entre soportes (Cdigo ASME B31.1)

Sistem

hidrostticas deben ser cheq

m

los que se requieren con el peso del gas o vapor.

2.9.2 Distancia entre soportes

La tubera y el equipo debern estar so

n estar lo suficientemente bien anclados, para evitar tensiones indebidas

por el cdigo ASME B31

to m

Dimetro de la tubera Distancia entre soportes

Pulgadas Centmetros Pies Metros

1 2,54 9 2,7

2 5,08 13 4,0

3 7,62 15 4,6

4 10,16 17 5,2

6 15,24 21 6,4

8 20,32 24 7,3


45/93

42

12 30,48 30 9,1

16 40,64 35 10,7

20 50,80 39 11,9

24 60,96 42 12,8

Un sistema de tuberas muy restringido por los soportes posiblemente limitar su

capacidad de expansin o contraccin, generando grandes fuerzas en los puntos de

restriccin, causando altos esfuerzos en la tubera y/o en los equipos asociados,

es.

Debern instalarse soportes de apoyo, colgadores y anclajes de manera que no

odos los soportes, apoyos y anclajes, debern ser fabricados de materiales durables e

inc

En general, la localizacin y diseo de los elementos soportantes puede estar

embargo, cuando un anlisis

ms refinado es requerido y un anlisis de tubera, la cual puede incluir soportes

rgi os

en el diseo de los elementos soportantes.

2.10 C

pudiendo sobrepasar los lmites admisibl

interfieran con la libre dilatacin y contraccin de la tubera entre anclajes. Se

debern proveer colgadores de resorte adecuados, donde sean necesarios.

2.9.3 Materiales, diseo e instalacin

T

ombustibles, y diseados e instalados en conformidad con las buena prcticas deingeniera, para las condiciones de servicio en que se hallen. Por ello, se deben

conocer los esfuerzos que debern soportar dichos sistemas en las partes del equipo,

de tal manera que no se liberen con el movimiento de la tubera que soportan.

basado en simples clculos y juicios de ingeniera. Sin

dos, es hecho, los esfuerzos, momentos y reacciones determinados sern utilizad

riterios prcticos para diseo de flexibilidad.


46/93

43

2. Los arreglos de todas aquellas tuberas que presenten vibraciones, deben ser

3. os arreglos de las tuberas deben hacerse lo ms cercano posible a las

beras que salgan de las conexiones del recipiente, deben ser soportadas

lo ms cercano posible a la boquilla, con el fin de minimizar las diferencias de

ce ementos capaces de soportar cargas y as evitar hacer las estructuras ms

pesadas.[2]

2.11 Al hacer un arreglo flexible de tubera se debe considerar:

Colocar anclajes cerca de ramales de dimetro pequeo.

sin de la tubera, se transmitan

1. Las juntas de expansin, slo deben ser utilizadas en casos indispensables.

diseados de manera de permitir soportes independientes. El uso de resortes

debe ser evitado en este tipo de lneas.

L

estructuras de manera de simplificar el diseo de los soportes.

4. Las tu

expansiones trmicas entre el recipiente y la tubera.

Las tuberas en estructuras deben ser colocadas por debajo de las plataformas,

rcanas a el

Evitar la introduccin de bolsillos o sifones (pockets) en las tuberas de succin de

bombas.

Colocar guas o topes en la cercana de equipos sensibles tales como bombas o

turbinas. Esto impide que los efectos de la expan


47/93

44

directamente a las boquillas de los equipos, causando esfuerzos superiores a los

adm

cificados en los soportes o

restricciones, se obtienen mediante la solucin de un sistema de ecuaciones

simultneas. Se supone la proporcionalidad entre los esfuerzos y deformaciones

considerando las deflexiones pequeas. El sistema de tuberas puede estar compuesto

por cualquiera de los ms comunes elementos, tales como: tramos rectos, codos y

tees. Estos componentes pueden tener cualquier orientacin en el espacio. Las cargas

pueden resultar de la expansin trmica, movimientos de los anclajes, peso uniforme

de la tubera y su contenido, restricciones impuestas

.

isibles en las carcasas o desalineando las partes rotativas.

Si se requiere colocar soportes colgantes, de fuerza constante, deben ser utilizados

en aquellos casos donde el desplazamiento vertical es considerable, o cuando el

equipo no admite variaciones de carga muy altas.

2.12 Anlisis de flexibilidad por computadora

A diferencia de los mtodos simplificados, los programas de computacin puedenejecutar el anlisis de esfuerzos y cargas aplicadas en la tubera de una forma precisa,

en menor tiempo e independientemente de la configuracin del sistema, siendo la

nica limitacin el espacio de almacenamiento disponible del computador y la

cantidad de nodos establecidos por el programa. La formulacin matemtica del

problema esta basada en el teorema castigliano, el cual relaciona la derivada parcial

de la energa de deformacin, respecto a las fuerzas y momentos en el sistema de

tuberas, con la deflexin o rotacin en el punto donde actan. El sistema en sutotalidad se supone como un voladizo en un punto fijo, los momentos y las fuerzas

requeridas para producir los movimientos espe


48/93

CAPITULO III

DESARROLLO DEL PROYECTO

En este captulo se dan a conocer todos los aspectos relacionados con la metodologa

empleada, donde se especifican las caractersticas y aspectos de la investigacin. En

tal sentido, la metodologa constituye un procedimiento general para lograr de una

manera precisa el objetivo de la investigacin. De all que los lineamientos bajos los

cuales se realizo este trabajo permiti confrontar y verificar la visin terica del

problema y los objetivos planteados con los datos de la realidad, donde se destacanaspectos como: El tipo de investigacin, poblacin, muestra, instrumentos y tcnicas

que permitieron el desarrollo de este trabajo.

3.1 Tipo de investigacin

Esta investigacin se encuentra dentro de la categora de campo, ya que los datos

entre los que encuentra planos isomtricos de las tuberas fueron recabados

directamente del rea donde se desarroll el problema, mientras que la presin y

temperatura de operacin mximas fueron suministradas por la empresa mediante sus

estadsticas y normas internas, as como el tipo de material de las tuberas, y

especificaciones de los equipos conectados a las lneas en estudio.


49/93

46

3.2 POBLACIN Y MUESTRA

3.2.1 Poblacin:

La poblacin objeto de estudio est conformada por el sistema de tuberas de los

cabezales de vapor de la unidad de destilacin atmosfrica DA-3 de la refinera

puerto la cruz.

3.2.2 Muestra:Debido al propsito de la investigacin y del inters por recaudar la mayor

cantidad de informacin posible, no se seleccion muestra sino que se escogi todo elsistema de tuberas que conforman los cabezales.

3.3 TCNICAS UTILIZADAS

Para la realizacin de este proyecto fue necesaria la aplicacin de las siguientes

tcnicas:

Revisin bibliogrfica.

Inspeccin visual en campo.

Entrevista a personas con experiencia en el rea bajo estudio

Medicin de tuberas en campo.

Dibujo de planos isomtricos.

Modelado y evaluacin del sistema de tuberas en estudio, utilizando el

software de simulacin CAESAR II, versin 4.5


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CCAAPPTTUULLOO22::MMaarrccooTTeerriiccoo

3.4 EQUIPOS, MATERIALES, SUSTANCIAS Y HERRAMIENTAS

A continuacin, se presenta una lista de los recursos empleados durante el

desarrollo del proyecto:

3.4.1 Equipos Utilizados:

Computadora:

Computador Intel Pentium IV, Disco Duro 80 GB 3.0 GHz, 512 Mb RAM.Monitor IBM Think Visin

Fotocopiadora:

DELCOP DDC 35N.

Impresora:

HEWLETT-PACKARD, modelo laserjet 4050N.

Hp Deskjet D1360

3.4.2 Equipos de seguridad personal

Botas

Casco

Braga

3.4.3 Materiales:

Papelera en general.

Pendrive 1 Gb.

Cinta mtrica.


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CCAAPPTTUULLOO33::DDeessaarrrroollllooddeellPPrrooyyeeccttoo

3.4.4 Sustancias:

No se requieren.

3.4.5 Herramientas Empleadas:

CAESAR II, versin 4.5. Copyright2003.COADE Engineering software.

Sistemas operativo Microsoft Windows XP profecional.

Microsoft Office 2003.

Adobe Acrobat Reader 7.0.

Autocad 2006.

Internet ExplorerLos equipos, materiales y herramientas, antes mencionados se encuentran

ubicados en las instalaciones de la superintendencia de Ingeniara de Instalaciones,

pertenecientes a la Gerencia Tcnica de la Refinera Puerto la Cruz.

3.5 PROCEDIMIENTO METODOLGICO

El desarrollo del problema se hizo bajo la modalidad de un estudio de aplicacin o

evaluativo basado en una investigacin de campo, en donde se llevo a cabo un

procedimiento que gener un modelo para realizar el anlisis esttico de flexibilidad

de cabezales de vapor de la unidad de destilacin atmosfrica DA-3 de la refinera

Puerto la Cruz, a travs del software CAESAR para comparar sus resultados con los

valores admisibles establecidos en las norma ASME B31.1 ; el mismo es mostrado a

continuacin (ver figurra3.1) :


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INICIO

RECOPILACIN DE LA INFORMACIN

ELABORACIN DE PLANOSISOMTRICOS

REVISIN DE LOS CDIGOS DE DISEO

GENERACIN DEL MODELO DE TUBERASEN EL CAESAR II V4.5

EVALUACIN DE LOS ESFUERZOS

PRESENTACIN DE CAMBIOS PARA ELMEJORAMIENTO DE LA FLEXIBILIDAD

APLICACIN DE EVALUACIN A LOSCAMBIOS

PROPUESTOS

Figura 3.1 Procedimiento utilizado para realizar el anlisis esttico de flexibilidad

3.5.1 INICIO

Fue la primera etapa de este trabajo, comprendi la introduccin a la empresa, as

como la seleccin del trabajo a realizar, y posteriormente un reconocimiento del rea

en estudio para este caso la unidad de destilacin DA-3.


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3.5.2 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN

La recopilacin de informacin fue realizada a travs de consulta bibliografca

relativas al tema de investigacin, consisti en la bsqueda, ubicacin, revisin y

seleccin de material bibliogrfico (revistas y/o manuales tcnicos, trabajos de grado,

estndares y datos divulgados por medios impresos audiovisuales y electrnicos,

Internet entre otros) con la cual se obtuvo informacin variada y necesaria para

adquirir conocimientos previos que fueron de gran utilidad para el desarrollo del

trabajo.

3.5.3 ELABORACIN DE PLANOS ISOMTRICOS.

Debido a la falta de planos del Sistema de Cabezales de Vapor de la Unidad de

Destilacin Atmosfrica (DA-3) de la Refinera de Puerto La Cruz, fue necesario

realizar un levantamiento completo del Sistema en Isomtricos que permitieran

describir geomtricamente los cabezales de 180 lbs y 20 lbs. Con la generacin de

estos isomtricos tambin se levant toda la informacin referente a los accesorios y

especificaciones. En cuanto a los accesorios, se registraron las vlvulas, codos, tees,

reducciones, bridas, tipos de soporte y ubicacin de los mismos, entre otros; en

cuanto a las especificaciones tcnicas, se recopil la informacin correspondiente a

material de la tubera, material de aislamiento de la misma, densidad del fluido que

contiene, schudele, raiting, etc.

3.5.4 VERIFICACIN DE LOS CDIGOS DE DISEO.

Un anlisis de flexibilidad requiere la revisin de Cdigos de Diseo contemplado en

las Normas PDVSA, en este caso se utilizaron los siguientes, los mismos rigen en su

totalidad la existencia del Sistema analizado:


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Norma PDVSA - Materiales de Tuberas (H-221).

Cdigo ASME B31.1: Tuberas de Servicio de Generacin de

Potencia (Power Piping).

NEMA SM 23: Turbinas de Vapor para Servicio de Generacin de

Potencia. (Steam Turbines for Mechanical Drive Service).

3.5.5 GENERACION DE LOS MODELOS EN EL CAESAR II V4.5

Luego de contar con los datos e informacin necesaria para el anlisis de flexibilidad,

se procedi a introducir los datos en el software CAESAR ( cada lnea en archivos

separados con su respectiva norma en estudio ASME B31.1 ), en el cual se van

cargando cada uno de los elementos que conforman el sistema de tuberas

(accesorios, soportes, vlvulas, bridas entre otros) configurndolos como nodos

numerados generalmente de diez en diez y de dos en dos, para la colocacin de

restricciones (soportes), que al final representarn el modelo en estudio emitiendo

finalmente los resultados.

3.5.5.1 ESPECIFICACIONES INTRODUCIDAS AL PROGRAMA.

El programa computacional Caesar II en su versin 4.5 requiere que el usuario

especifique una serie de detalles tcnicos para la determinacin de los esfuerzos en el

sistema objeto del anlisis. Estos detalles, referentes nicamente a las tuberas y no a

los equipos, consisten en datos de material, clase, dimetro, presin, temperatura,

fluido que contiene, material aislante, cdigo de evaluacin, mdulo de elasticidad,

coeficiente de poisson, densidad de la tubera, densidad del aislamiento, soportera,

codos, tees y por supuesto geometra.


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A continuacin se presentan la figura 3.2 que ilustra la interfase del programa

donde el usuario especifica las caractersticas indicadas anteriormente.

La introduccin y almacenamiento de datos en el software se realiza invocando

en el men principal de este la opcin datos de entrada (piping input) En la Figuras

3.2 se observan los diferentes campos disponibles para que el usuario, en este caso el

analista de flexibilidad, introduzca los datos antes mencionados, la figura 3.2

corresponde a la interface los cabezales de 20 Lbs,

Figura 3.2.Interfase de Datos Cabezal de 20 Lbs.

Mediante el uso del Software CAESAR II se gener un modelo tridimensional

del Sistema de Cabezales de vapor de la Unidad de Destilacin Atmosfrica (DA-3).Este software es una poderosa herramienta computacional que permite realizar el

anlisis esttico de un sistema de tuberas como es el caso de los Cabezales de Vapor

de la Unidad DA-3. Las siguientes Figuras representan el cabezal de 20 lbs y 180 lbs

respectivamente.


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Figura 3.3. Modelo del Cabezal de 20 Lbs.

Figura 3.4.Modelo del Cabezal de 180 Lbs

3.5.5.2. DISTRIBUCIN NODAL

Este software permite un incremento automtico de los nodos a medida que el usuario

va introduciendo los datos de la tubera en estudio, esto permite una secuencia en el


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arreglo de la tubera. La Figuras 3.5 y 3.6 que se muestran a continuacin representan

los cabezales de 20 Lbs, y 180 Lbs respectivamente.

Figura 3.5.Distribucin Nodal del Cabezal de 20 Lbs.

Figura 3.6.Distribucin Nodal del Cabezal de 180 Lbs


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3.5.5.3. SOPORTES, ANCLAJES Y RESTRICCIONES DE LA TUBERA.

Cada punto del Sistema de Cabezales de Vapor tiene 6 grados de libertad:

desplazamiento en X, Y y Z y rotacin X, Y y Z. Cualquier elemento, accesorio o

cuerpo externo que impida el movimiento en uno o varios de estos seis grados de

libertad es una restriccin, pero un elemento que impida el movimiento en los seis

grados de libertad del punto representa un anclaje. En aquellos soportes que no

cumplen la funcin de anclaje, pero permiten desplazamiento de la tubera en algn

grado de libertad, se emple un coeficiente de friccin esttica de 0,3 entre la tubera

y el soporte, valor que es recomendado por el manual del software.

La existencia de restricciones como guas o topes, con cierta cantidad de holgura

entre la tubera y el soporte fue modelada como una restriccin no lineal que permite

cierta cantidad de movimiento en alguno de sus grados de libertad.

3.5.6 EVALUACIN DE LOS ESFUERZOS

Los esfuerzos resultantes, producidos en el paso anterior, por el software CAESAR,

se compararon con los esfuerzos permitidos por las normas que rigen el sistema de

tuberas El Software CAESAR II V4.50 realiza la comprobacin de los valores de

esfuerzos a los que se encuentra sometida la tubera, para ello es necesario especificar

correctamente el material, ya que el programa almacena en su base de datos los

esfuerzos permisibles para dicho material. Tambin se debe especificar el cdigo de

diseo bajo el cual se trabaja.

En el caso del Sistema de Cabezales de Vapor de la Unidad DA-3, las tuberas

estn fabricadas de acero A106 Gr. B y por ser tuberas de servicio de vapor para

generacin de potencia se emple el cdigo de diseo ASME B31.1.


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3.5.7 PRESENTACIN DE CAMBIOS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA

FLEXIBILIDAD.

Una vez comparados los esfuerzos resultantes y las cargas en el sistema de tuberas se

procedi a realizar cambios al diseo original para mejorar la flexibilidad del mismo.

Tales cambios se iniciaron con la colocacin de apoyos a la tubera, con la finalidad

de disminuir las cargas sobre esta.

3.5.8 APLICACIN DE EVALUACIN A LOS CAMBIOS PROPUESTOS

Finalmente se realiz la evaluacin de los cambios propuestos a manera de prueba y

se evaluaron cada uno de ellos para comprobar su aporte al sistema3.6 Especificaciones

3.6.1 Especificaciones de los Cabezales.

Como todas las tuberas de una planta de procesos, los Cabezales de Vapor de la

Unidad DA-3 estn normalizados segn la Norma H-221 de PDVSA. En la Tabla 3.1

se encuentran detalladas las especificaciones de los mismos.

Tabla 3.1.Especificaciones de los Cabezales de Vapor.

Lnea Pd (Psi) Td (F) ClaseDimetro

(pulg)Sch Material Aislante

1/2 a 2 80

3 a 6 4020 20 228 AA3

8 a 24 20

1/2 a 2 80

3 a 6 40

8 a 24 20180 180 578 BA3

8 a 24 60

A 106 Gr. BSilicato de

Calcio


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3.6.2. ESPECIFICACIONES DE LAS TURBINAS.

El Sistema de Cabezales de Vapor surte a 7 Turbinas de Vapor que se encargan de

generar potencia para las bombas de la Unidad DA-3. En la Tabla 3.2 se detallan las

especificaciones de cada una de ellas.

En la Tabla 3.2 la columna correspondiente a Turbina se refiere al nombre que la

empresa asigna cada una de ellas en conjunto con la bomba a la que se encuentra

acoplada.

Tabla 3.2 Especificaciones de las Turbinas

3.6.3 Ubicacin de algunas fallas en los cabezalesEn la figura 3.7 se muestra algunas de las fallas ocurridas y la ubicacin de las mismas

en los cabezales de vapor de la unidad de destilacin atmosfrica DA-3 de la Refinera

Puerto La Cruz.

Figura 3.7 Ubicacin de algunas fallas que han ocurridoen los cabezales, (a) cabezal 20 lb y (b) cabezal 180 lb.


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CAPITULO IV

RESULTADOS Y ANLISIS

4. 1 Diagnstico del Sistema.

En esta seccin, se detallan los resultados obtenidos del Anlisis Esttico de

Flexibilidad del Sistema Actual de Cabezales de Vapor de la Unidad DA-3. Cabe

destacar que como el sistema consta de dos cabezales principales e independientes,

cada uno de ellos se modelo por separado.

En el anlisis se efectuaron evaluaciones de esfuerzos en las tuberas ocasionados

tanto por cargas sostenidas como por cargas ocasionadas debido a expansiones

trmicas; todo esto de acuerdo con el cdigo ASME B31.1.

Tabla 4.1 Datos de los cabezales

Cabezal Dimetro Espesor Aislante Presin Temperatura Fluido

20 lbs Toda latubera es

de 8 pulg

0.25 pulg Silicato decalcio

20 lbs 228 f Vapor deagua

180 lbs Toda latubera esde 10 pulg

0.28 pulg Silicato decalcio

180 lbs 578 f Vapor deagua

4.2. Evaluacin de Esfuerzos en el Cabezal de 20 Lbs.

En esta seccin se encontrarn una serie de tablas y figuras donde se reflejan los

puntos o nodos en los que se presentaron los mximos niveles de esfuerzo en el

sistema para cada uno de los casos de carga (sostenidas y dilatacin trmica) quefueron simulados en el software de acuerdo con el cdigo de diseo ASME B31.1

detallando las condiciones actuales de esfuerzos del modelo computacional del

Cabezal de 20 Lbs.


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Figura 4.1 Modelo tridimensional del cabezal de 20 lbs de la unidad DA-3 (Detalle

del Diseo Original) fuente [Caesar]

4.2.1. ESFUERZOS DEBIDOS A PRUEBA HIDROSTTICA.

La prueba de presin de agua consiste en inundar el sistema con agua y generar una

presin de 1.5 veces el valor de la presin de operacin del sistema la cual para este

caso tiene un valor de 30 lbs. A continuacin se muestran la tabla 4.2 donde se

observan los mayores esfuerzos producto de esta prueba en el cabezal de 20 lbs con

respecto al cdigo B31.1.

Tabla 4.2. Mayores Esfuerzos en el cabezal de 20 lbs debido a prueba hidrosttica

Esfuerzos (lbs/ in2)Nodo

Flexin Torsin Cdigo Permisible

Porcentaje(%)

290 7254 50 5695 13800 41

910 8236 -336 6768 13800 49

1070 10986 79 8396 13800 61

1190 7178 -285 5605 13800 41

1220 8396 -249 6583 13800 481310 11686 145 8865 13800 64

1480 6448 -136 6754 13800 49


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La tabla 4.2 permite observar que cuando el sistema es sometido a la prueba de

presin de agua los mayores esfuerzos generados estn 45% por debajo del esfuerzo

permisible; ms all de esto es posible afirmar que se encuentra totalmente dentro de

los lmites de esfuerzos pautados por la norma ASME B31.1. Esto implica que esta

lnea no presenta problemas de flexibilidad con esta prueba Es importante recalcar

que si fuera necesario realizar alguna mejora al Sistema, se deben mantener esta

situacin de permisibilidad con respecto a la norma.

4.2.2. ESFUERZOS DEBIDOS A CARGAS SOSTENIDAS.

En este estudio se evalu las cargas generadas al sistema de tuberas por el peso(tanto del fluido como de la tubera) y la presin de diseo del sistema; de este

estudio se excluyen los efectos que generan los cambios de temperatura de las

tuberas.

A continuacin se presentan la tabla 4.3 y la figura 4.2 donde se encuentran los

nodos mas crticos del cabezal de 20 lbs cuando sobre l actan cargas constantes en

el tiempo (peso de la tubera + peso del fluido), tambin es posible observar el

porcentaje de permisibilidad con segn el cdigo ASME B31.1.

Tabla 4.3 Mayores esfuerzos en el cabezal de 20 lbs cuando sobre el actan cargas

constantes en el tiempo


Flexin Torsin Resultante Permisible

Porcentaje(%)

910 10323 -16 7823 12000 65

1070 7990 20 4984 12000 42

1190 9944 -55 7571 12000 63

-1220 10992 79 8361 12000 70

1310 11686 145 8845 12000 74


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Tabla 4.4.Mayores Esfuerzos debido a la dilatacin trmica en el cabezal de 20 lbs.

Esfuerzos (lbs/ in2)

Nodo Flexin Torsin Resultante Permisible

Porcentaje

(%)910 16940 -1794 23499 27086 86

1070 15365 -885 15748 28640 55

1190 14748 7 14748 27052 54

1310 14804 313 14855 29644 50

1480 16074 427 16160 29624 55

La tabla 4.4 refleja la misma situacin de las dos anteriores. Cuando sobre el

cabezal de 20 lbs actan cargas trmicas; no se producen esfuerzos que sobrepasen

los indicados por la norma, hallando como nodo mas critico para esta situacin el

nodo 910 el cual presenta un esfuerzo de 86% al permisible segn la norma. Al igual

que como se coment anteriormente, esta situacin debe ser mantenida en caso que se

realice alguna mejora necesaria producto de otro problema.

Figura 4.3. Posicin de los nodos ms criticos en el cabezal de 20 lbs debidos a

cargas por dilatacin trmica.


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Los resultados del Anlisis de Flexibilidad Diagnstico del Cabezal de 20 lbs

indican que ste presenta problemas de flexibilidad segn lo indicado por la norma

ASME B31.1. Sin embargo, aun falta por verificar que las boquillas de los equipos

que se encuentran conectados a l se encuentren en la misma situacin.

4.3. EVALUACIN DE ESFUERZOS EN EL CABEZAL DE 180 LBS.

En esta seccin se encontrarn una serie de tablas y figuras que detallan las

condiciones actuales de esfuerzos del cabezal de 180 lbs.

4.3.1. ESFUERZOS DEBIDOS A PRUEBA HIDROSTTICA

A continuacin se muestran la tabla 4.5 y la figura 4.4 donde se observan los mayores

esfuerzos producto de esta prueba en el Cabezal de 180 Lbs.

Tabla 4.5 Mayores Esfuerzos en el cabezal de 180 lbs debido a prueba hidrosttica

Esfuerzos (lbs/ in

2

)Nodo Flexin Torsin Resultante Permisible Porcentaje(%)

670 27042 1544 21487 13800 156

1110 34930 0 26767 13800 194

1240 34079 0 22726 13800 165

1350 24022 -19 18586 13800 135

1480 25572 -319 19807 13800 144

1780 23647 1341 18908 13800 137

La tabla 4.5 indica que algunos de los mayores esfuerzos producidos sobre el

cabezal de 180 lbs durante la prueba hidrosttica superan considerablemente los

esfuerzos mximos permitidos por la norma. Estos resultados en el cabezal de 180 lbs


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requieren la generacin de modificaciones en el cabezal que permitan solventar la

situacin antes sealada.

Figura 4.4. Posicin de los nodos ms criticos en el cabezal de 180 lbs por cargas de

prueba hidrosttica.

4.3.2. ESFUERZOS DEBIDOS A CARGAS SOSTENIDAS.

A continuacin se presentan la tabla 4.6 y las figuras 4.5 donde se encuentran los

mayores esfuerzos del Cabezal de 180 lbs cuando sobre l se simulan las cargas

constantes en el tiempo con respecto al cdigo B31.1.

Tabla 4.6 Mayores esfuerzos en el cabezal de 180 lbs cuando sobre elactan cargas constantes en el tiempo.


Flexin Torsin Resultante Permisible

Porcen

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