miércoles, 20 de noviembre de 2013
Qué es el Golpe de Ariete? En Proyectos de Piping
El fenómeno del Golpe de Ariete, también denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.
El valor de la sobrepresión debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar el piping, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresión no es importante, más aún si los diámetros son pequeños. No obstante, si el valor de la depresión iguala a la tensión de vapor del líquido se producirá cavitación, y al llegar la fase de sobrepresión estas cavidades de vapor se destruirán bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente, de que el valor de la sobrepresión producida rebase a la de cálculo, con el
consiguiente riesgo de rotura. Los principales elementos protectores en este caso serían las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente.
Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberías, ya que un cálculo erróneo puede conducir a:
1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalación se encarece de forma innecesaria.
2. Tubería calculada por defecto, con el consiguiente riesgo de que se produzca una rotura.
Descripción del fenómeno en abastecimientos por gravedad
Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante una válvula se le corta el paso totalmente, el agua más próxima a la válvula se detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás.
Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule su velocidad. Esta compresión se va trasladando hacia el origen conforme el agua va comprimiendo al límite la que le precede, de manera que al cabo de un cierto tiempo todo el agua de la tubería está en estas condiciones, concluyendo la primera etapa del golpe de ariete.
En definitiva, se forma una onda de máxima compresión que se inicia en las proximidades de la válvula y se traslada al origen. La energía cinética que lleva el agua se transforma en energía de compresión.
Cuando el agua se detiene, ha agotado su energía cinética y se inicia la descompresión en el origen de la conducción trasladándose hacia la válvula, y por la ley pendular esta descompresión no se detiene en el valor de equilibrio, sino que lo sobrepasa para repetir el ciclo. Esta descompresión supone una
depresión, que retrocede hasta la válvula para volver a transformarse en compresión, repitiendo el ciclo y originando en el conducto unas variaciones ondulatorias de presión que constituyen el golpe de ariete.
En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energía cinética en energía de compresión y viceversa, comportándose el agua como un resorte.
Descripción del fenómeno en impulsiones
En una impulsión, la parada brusca de motores produce el mismo fenómeno, pero al contrario, es decir, se inicia una depresión aguas arriba de la bomba, que se traslada hacia el final para transformarse en compresión que retrocede a la bomba.
En efecto, cuando se produce la parada del grupo de bombeo, el fluido, inicialmente circulando con velocidad v, continuará en movimiento a lo largo de la tubería hasta que la depresión a la salida del grupo ocasionada por la ausencia de líquido (el que avanza no es repuesto, no es “empujado”),
provoque su parada. En estas condiciones, viaja una onda depresiva hacia el depósito, que además va deteniendo el fluido, de tal manera que al cabo de un cierto tiempo toda la tubería está bajo los efectos de una depresión y con el líquido en reposo. Ha concluido la primera etapa del golpe de ariete.
Como la presión en el depósito es siempre superior a la de la tubería, que se encuentra bajo los efectos de la depresión, se inicia un retroceso del fluido hacia la válvula de retención con velocidad -v. Con el agua a velocidad de régimen, pero en sentido contrario, nuevamente se tiene la presión de partida en la tubería, de manera que al cabo de un cierto tiempo toda ella estará sometida a la presión inicial y con el fluido circulando a velocidad -v.
El inicio de la tercera fase es una consecuencia del choque del líquido contra la válvula de retención. El resultado es un brusco aumento de presión y una detención progresiva del fluido, de modo que al cabo de un cierto tiempo todo el líquido de la tubería está en reposo y la conducción sometida a una sobrepresión de la misma magnitud que la depresión inicial. Esta tercera fase del golpe de ariete en una impulsión es semejante a la primera fase en el caso de abastecimientos por gravedad.
En la cuarta fase comienza la descompresión, iniciándose de nuevo el movimiento, por lo que al cabo de un tiempo la situación es idéntica a la que teníamos al principio. Comienza un nuevo ciclo.
Tanto en abastecimientos por gravedad como en impulsiones, la duración de cada una de estas fases es a/L, siendo L la longitud de la tubería y a la celeridad.
El valor de la sobrepresión debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar el piping, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresión no es importante, más aún si los diámetros son pequeños. No obstante, si el valor de la depresión iguala a la tensión de vapor del líquido se producirá cavitación, y al llegar la fase de sobrepresión estas cavidades de vapor se destruirán bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente, de que el valor de la sobrepresión producida rebase a la de cálculo, con el
consiguiente riesgo de rotura. Los principales elementos protectores en este caso serían las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente.
Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberías, ya que un cálculo erróneo puede conducir a:
1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalación se encarece de forma innecesaria.
2. Tubería calculada por defecto, con el consiguiente riesgo de que se produzca una rotura.
Descripción del fenómeno en abastecimientos por gravedad
Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante una válvula se le corta el paso totalmente, el agua más próxima a la válvula se detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás.
Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule su velocidad. Esta compresión se va trasladando hacia el origen conforme el agua va comprimiendo al límite la que le precede, de manera que al cabo de un cierto tiempo todo el agua de la tubería está en estas condiciones, concluyendo la primera etapa del golpe de ariete.
En definitiva, se forma una onda de máxima compresión que se inicia en las proximidades de la válvula y se traslada al origen. La energía cinética que lleva el agua se transforma en energía de compresión.
Cuando el agua se detiene, ha agotado su energía cinética y se inicia la descompresión en el origen de la conducción trasladándose hacia la válvula, y por la ley pendular esta descompresión no se detiene en el valor de equilibrio, sino que lo sobrepasa para repetir el ciclo. Esta descompresión supone una
depresión, que retrocede hasta la válvula para volver a transformarse en compresión, repitiendo el ciclo y originando en el conducto unas variaciones ondulatorias de presión que constituyen el golpe de ariete.
En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energía cinética en energía de compresión y viceversa, comportándose el agua como un resorte.
Descripción del fenómeno en impulsiones
En una impulsión, la parada brusca de motores produce el mismo fenómeno, pero al contrario, es decir, se inicia una depresión aguas arriba de la bomba, que se traslada hacia el final para transformarse en compresión que retrocede a la bomba.
En efecto, cuando se produce la parada del grupo de bombeo, el fluido, inicialmente circulando con velocidad v, continuará en movimiento a lo largo de la tubería hasta que la depresión a la salida del grupo ocasionada por la ausencia de líquido (el que avanza no es repuesto, no es “empujado”),
provoque su parada. En estas condiciones, viaja una onda depresiva hacia el depósito, que además va deteniendo el fluido, de tal manera que al cabo de un cierto tiempo toda la tubería está bajo los efectos de una depresión y con el líquido en reposo. Ha concluido la primera etapa del golpe de ariete.
Como la presión en el depósito es siempre superior a la de la tubería, que se encuentra bajo los efectos de la depresión, se inicia un retroceso del fluido hacia la válvula de retención con velocidad -v. Con el agua a velocidad de régimen, pero en sentido contrario, nuevamente se tiene la presión de partida en la tubería, de manera que al cabo de un cierto tiempo toda ella estará sometida a la presión inicial y con el fluido circulando a velocidad -v.
El inicio de la tercera fase es una consecuencia del choque del líquido contra la válvula de retención. El resultado es un brusco aumento de presión y una detención progresiva del fluido, de modo que al cabo de un cierto tiempo todo el líquido de la tubería está en reposo y la conducción sometida a una sobrepresión de la misma magnitud que la depresión inicial. Esta tercera fase del golpe de ariete en una impulsión es semejante a la primera fase en el caso de abastecimientos por gravedad.
En la cuarta fase comienza la descompresión, iniciándose de nuevo el movimiento, por lo que al cabo de un tiempo la situación es idéntica a la que teníamos al principio. Comienza un nuevo ciclo.
Tanto en abastecimientos por gravedad como en impulsiones, la duración de cada una de estas fases es a/L, siendo L la longitud de la tubería y a la celeridad.
martes, 19 de noviembre de 2013
Como planificar un Proyecto de Piping BASICO
Planos de Cañerías
En los proyectos de Piping industriales se hacen generalmente:
1) Diagramas de flujo
2) Planos de Planta y Elevación
3) Isométricos
4) Planos de detalle, fabricación y de soportes
Antes de detallar cada uno de ello veremos como se identifican las líneas. Cada empresa tiene un
sistema de codificación pero casi todas adoptan un procedimiento que resumimos:
B = Clase de fluido
C = Número de orden de la línea
D = Especificación de Materiales
Así por ejemplo una línea de 8", para conducir vapor, la tercera en el listado de su clase, de
especificación A1 (vapor de baja presión) tendría : 8" - ST - 003 - A1
Esta modalidad no es mandatoria y el cliente puede proponer al ingeniero otra forma de identificar
las líneas, tal vez con más datos (por ejemplo si es subterránea o no, si tiene aislación o no, etc.)
Fundamentalmente debe servir esta codificación para identificar rápidamente cada línea, prever un
mantenimiento correcto, sin confusiones, y facilitar el montaje de la Planta y ampliaciones futuras.
Diagramas de flujo
a) Diagramas de Proceso.
Son los diagramas preparados por la Ingeniería de Proceso que contienen, como mínimo :
a) Cañerías Principales con la indicación del fluido que conducen y el sentido de flujo
b) Las principales válvulas, dampers, etc.
c) Todos los recipientes (tanques, torres, intercambiadores) con sus n° de ítem y características
básicas ; dimensiones, presión, temperatura, etc.
d) Todos los equipos (bombas, compresores, etc.) con indicación de sus características,
potencias, caudal etc.
e) Un cuadro de caudales, temperaturas y presiones de cada línea de conducción de fluidos.
b) Diagrama de Piping-Instrumentos (P&ID).
Son los diagramas preparados por los grupos Mecánico-Cañerías-Instrumentación y contienen :
a) Todos los recipientes, con dimensiones, identificación y todas sus conexiones a las cañerías
b) Todos los equipos secundarios, trampas, filtros etc.
c) Todas las válvulas, drenajes, venteos, aún las estaciones de utilidades (vapor, agua, aire),
válvulas de alivio, retención, etc.
d) Todos los instrumentos de medición y control con sus líneas de transmisión y sus símbolos
definiendo si es de control remoto o local
Cuando la red de conducción es muy compleja se dividen los P&ID en varias hojas donde cada
una contiene un área o servicio Varias hojas (planos) pueden abarcar sólo un área y en es caso se
adoptan convenciones de conexión entre los planos para definir la continuación de una conducción de un
plano a otro.
Planos de Planta y Elevación
Son realizados en escala. Las más usuales son :
Métrico
Además de todos los caños con sus accesorios los planos de planta y elevación, realizados en
escala, deberán incluir lo siguiente :
a) Líneas principales de referencia, con sus coordenadas, tales como : límites de "batería" o
área, límite de los planos, de caminos y calles, diques, líneas de drenajes, recipientes,
equipos, contorno de fundaciones, etc.
b) Todos los soportes de cañerías , con numeración, indicación convencional del tipo, posición y
elevación acotadas, inclusive las columnas de apoyo de caños elevados, indicados por su
numeración
c) Todas las plataformas de acceso con posiciones, elevación y dimensiones acotadas
d) Todos los instrumentos, con identificación, indicación convencional y posición aproximada.
Los conjuntos constituidos por las válvulas de control con sus by-pass, válvulas de bloqueo y
regulación, son representados por todos sus accesorios indicando la identificación de los
instrumentos con la sigla ISO correspondiente
e) Indicación del NORTE de Planta y su ángulo con el geográfico normalmente dirigido hacia
arriba o la derecha del plano
f) Lista de soportes con los planos de referencia donde se puedan encontrar los detalles
constructivos de los mismos
g) Lista de documentos de referencia de áreas contiguas y plano llave.
....(En proximos post explicaremos la Rutina para realizar estos planos)...
Planos isométricos
Son planos realizados en perspectiva axonométrica - isométrica con proyecciones a 30° de cada
una de las direcciones ortogonales (horizontales) y con las cañerías verticales sin cambio. Se hacen sin
escala y sus aplicaciones son variadas, según sea el caso :
1.- Conjunto de cañerías para ingeniería básica, abarcando áreas completas, facilitan la
estimación de costo de un proyecto
2.- Cañería individual, completa, se utiliza para mantenimiento y montaje
3.- Sector de una cañería, utilizada para fabricación o para elaborar a partir del isométrico los
planos de fabricación (pipe spools) y el algunos casos para montaje.
Estos casos que anteceden no son los únicos que se pueden mencionar para la aplicación de
isométricos.
Aparte de no hacerse en escala, se diferencian de los planos de planta - elevación en que todas
las cañerías son unifilares. Los codos son representados por curvas, los recipientes y bombas solo por
sus nozzles o bridas y las leyendas, cotas, detalle de soportes etc., siguen las direcciones ortogonales.
Se incluyen, cuando es necesario todas las uniones de cañerías rectas, soldaduras, roscas, etc.,
en los caso 2 y 3. También estos casos incluyen una lista completa de materiales, salvo que se realicen
en un sistema gráfico (CAD) donde se obtienen por una base de datos. Aún así hay métodos que
permiten transformar la base (archivo.dbf) en texto (archivo.txt) que se incluye en el dibujo. Se indica
también los ejes principales de columnas, referencia a los ejes del parral sí es aplicable, la orientación de
planta (NORTE) etc.
En los proyectos de Piping industriales se hacen generalmente:
1) Diagramas de flujo
2) Planos de Planta y Elevación
3) Isométricos
4) Planos de detalle, fabricación y de soportes
Antes de detallar cada uno de ello veremos como se identifican las líneas. Cada empresa tiene un
sistema de codificación pero casi todas adoptan un procedimiento que resumimos:
A - B - C - D
A = Diámetro nominal de la líneaB = Clase de fluido
C = Número de orden de la línea
D = Especificación de Materiales
Así por ejemplo una línea de 8", para conducir vapor, la tercera en el listado de su clase, de
especificación A1 (vapor de baja presión) tendría : 8" - ST - 003 - A1
Esta modalidad no es mandatoria y el cliente puede proponer al ingeniero otra forma de identificar
las líneas, tal vez con más datos (por ejemplo si es subterránea o no, si tiene aislación o no, etc.)
Fundamentalmente debe servir esta codificación para identificar rápidamente cada línea, prever un
mantenimiento correcto, sin confusiones, y facilitar el montaje de la Planta y ampliaciones futuras.
Diagramas de flujo
a) Diagramas de Proceso.
Son los diagramas preparados por la Ingeniería de Proceso que contienen, como mínimo :
a) Cañerías Principales con la indicación del fluido que conducen y el sentido de flujo
b) Las principales válvulas, dampers, etc.
c) Todos los recipientes (tanques, torres, intercambiadores) con sus n° de ítem y características
básicas ; dimensiones, presión, temperatura, etc.
d) Todos los equipos (bombas, compresores, etc.) con indicación de sus características,
potencias, caudal etc.
e) Un cuadro de caudales, temperaturas y presiones de cada línea de conducción de fluidos.
b) Diagrama de Piping-Instrumentos (P&ID).
Son los diagramas preparados por los grupos Mecánico-Cañerías-Instrumentación y contienen :
a) Todos los recipientes, con dimensiones, identificación y todas sus conexiones a las cañerías
b) Todos los equipos secundarios, trampas, filtros etc.
c) Todas las válvulas, drenajes, venteos, aún las estaciones de utilidades (vapor, agua, aire),
válvulas de alivio, retención, etc.
d) Todos los instrumentos de medición y control con sus líneas de transmisión y sus símbolos
definiendo si es de control remoto o local
Cuando la red de conducción es muy compleja se dividen los P&ID en varias hojas donde cada
una contiene un área o servicio Varias hojas (planos) pueden abarcar sólo un área y en es caso se
adoptan convenciones de conexión entre los planos para definir la continuación de una conducción de un
plano a otro.
Planos de Planta y Elevación
Son realizados en escala. Las más usuales son :
Métrico
1:50 y 1:25 Áreas de Proceso (onsite)
1:100 y 1:250 Fuera de áreas de Proceso (offsite)
1:10 y 1:25 Detalles
1:250 y 1:1000 Disposición general
Sistema Ingles
3/8" = 1' ; 1/4" = 1' Áreas de Proceso (onsite)
1" = 20'; 1" = 50' Fuera de Áreas de Proceso (offsite)
1" = 50'; 1" =200' Disposición General
Además de todos los caños con sus accesorios los planos de planta y elevación, realizados en
escala, deberán incluir lo siguiente :
a) Líneas principales de referencia, con sus coordenadas, tales como : límites de "batería" o
área, límite de los planos, de caminos y calles, diques, líneas de drenajes, recipientes,
equipos, contorno de fundaciones, etc.
b) Todos los soportes de cañerías , con numeración, indicación convencional del tipo, posición y
elevación acotadas, inclusive las columnas de apoyo de caños elevados, indicados por su
numeración
c) Todas las plataformas de acceso con posiciones, elevación y dimensiones acotadas
d) Todos los instrumentos, con identificación, indicación convencional y posición aproximada.
Los conjuntos constituidos por las válvulas de control con sus by-pass, válvulas de bloqueo y
regulación, son representados por todos sus accesorios indicando la identificación de los
instrumentos con la sigla ISO correspondiente
e) Indicación del NORTE de Planta y su ángulo con el geográfico normalmente dirigido hacia
arriba o la derecha del plano
f) Lista de soportes con los planos de referencia donde se puedan encontrar los detalles
constructivos de los mismos
g) Lista de documentos de referencia de áreas contiguas y plano llave.
....(En proximos post explicaremos la Rutina para realizar estos planos)...
Planos isométricos
Son planos realizados en perspectiva axonométrica - isométrica con proyecciones a 30° de cada
una de las direcciones ortogonales (horizontales) y con las cañerías verticales sin cambio. Se hacen sin
escala y sus aplicaciones son variadas, según sea el caso :
1.- Conjunto de cañerías para ingeniería básica, abarcando áreas completas, facilitan la
estimación de costo de un proyecto
2.- Cañería individual, completa, se utiliza para mantenimiento y montaje
3.- Sector de una cañería, utilizada para fabricación o para elaborar a partir del isométrico los
planos de fabricación (pipe spools) y el algunos casos para montaje.
Estos casos que anteceden no son los únicos que se pueden mencionar para la aplicación de
isométricos.
Aparte de no hacerse en escala, se diferencian de los planos de planta - elevación en que todas
las cañerías son unifilares. Los codos son representados por curvas, los recipientes y bombas solo por
sus nozzles o bridas y las leyendas, cotas, detalle de soportes etc., siguen las direcciones ortogonales.
Se incluyen, cuando es necesario todas las uniones de cañerías rectas, soldaduras, roscas, etc.,
en los caso 2 y 3. También estos casos incluyen una lista completa de materiales, salvo que se realicen
en un sistema gráfico (CAD) donde se obtienen por una base de datos. Aún así hay métodos que
permiten transformar la base (archivo.dbf) en texto (archivo.txt) que se incluye en el dibujo. Se indica
también los ejes principales de columnas, referencia a los ejes del parral sí es aplicable, la orientación de
planta (NORTE) etc.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)