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N° SPCC: 385304-AT04-A
N° BISA: MC-023GP0040Y-385304-05-004
PARA EL PROYECTO:
ÁREA 3853 - TRANSPORTE SERVICIOS GENERALES
JOB No. 3853-04
Rev.Originado por: Revisado y aprobado por:
Fecha Originador Revisado por Aprobado por Fecha División Nombre Firma
A 2023/04/21 A. Sotelo V. Cortez A. Fuentes C.I.P J. Laura
C.I.P F. Santa Cruz
C.I.P A. Lastra
SOUTHERN PERU COPPER CORPORATIONINGENIERÍA DE PLANTA – OFICINA CENTRAL DE PROYECTOS
MEMORIA DE CÁLCULO DESCARGA DE ÁCIDO - LESDE
TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALA
ÍNDICE
Pág.
1 ALCANCE………………………..………………………………….………………………………………… 3
2 OBJETIVOS………………………………...……..………..……..……………………………………… 3
3 BASES DE CÁLCULO…………………...……………...………………………………..………… 3
4 MATERIALES……………………………………………....…………………...…………………………. 3
5 CONSIDERACIONES ………………………………………..………………………………..………… 3
6 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL……………………………………………………...…………… 3
7 RESULTADO………………………………..………………..…………………...…………………… 4
8 CONCLUSIONES………………………………..……………………………...……….…………… 4
9 NOTAS…………………………………….………………………..………………….…………………. 4
10 ANEXOS…………………………………..…………..……………………….……………………….. 4
PROYECTO
TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE
ILO - TOQUEPALA
TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALA
TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE
ILO - TOQUEPALA
DOCUMENTO Rev.: A
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MEMORIA DE CÁLCULO DESCARGA DE ÁCIDO - LESDE
1.0 ALCANCE
2.0 OBJETIVOS
3.0 BASE DE CÁLCULOLos cálculos están basados en la información obtenida de los siguientes documentos:
2840122-DA01-0 Condiciones Generales de sitio - Toquepala.
385304-DT01 Criterio de Diseño de Tuberías.
3853-6-1006 Diagrama de Proceso de Flujo (PFD).
3853-6-1009 Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID).
3853-6-1017 Plano Arreglo General de Tuberías - Toquepala.
- El cálculo efectuado está detallado en El Anexo I. del presente documento.
4.0 MATERIALES
5.0 CONSIDERACIONES
Tabla 5-1: Rango de caudales de operación
Mínimo Nominal Máximo
57.0 63.3 73.4
Los niveles de las instalaciones se presentan a continuación:- Nivel de succión : 3195.5 m.s.n.m.
- Nivel de descarga : 3201.8 m.s.n.m.
- Altura de succión : 0.4 m
- Altura estática : 5.9 m
PROYECTO
TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE
ILO - TOQUEPALA
El presente documento establece las consideraciones y los cálculos del dimensionamiento de la tubería para la descarga del ácido débil desde el vagón cisterna de 13 600 galones de capacidad hacia el tanque de almacenamiento 3021-TK-002 de 120 000 galones.
Determinar y dimensionar el diámetro de tubería para la descarga de ácido débil así como el caudal y presión mínima requerida del aire comprimido para la operación.
De acuerdo al Criterio de Diseño de Tuberías y los demás documentos citados, se asumen las siguientes restricciones para el dimensionamiento de :
- Para el cálculo del ADT en los sistemas de descarga se incrementa la pérdida hidráulica total en 12%.
Los materiales y accesorios utilizados en los cálculos están seleccionados de acuerdo al "Criterio de diseño de tuberías" Doc. N° 385304-DT01.
Flujo de Ácido Débil (H2SO4 al 2%)
[ m3/h ] [ m3/h ] [ m3/h ]
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Parámetros de diseño
- Presión máxima de salida : 2.0 m.c.a
- Gravedad específica : 1.0
- pH : 0.3
Datos Generales- Viscosidad cinemática : 9.96E-07 (@ 20°C)- Densidad del fluido : 1004.00
6.0 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL
Las herramientas computacionales utilizadas son las hojas de cálculos Excel.
7.0 RESULTADOS
Los resultados obtenidos en las hojas de cálculo se resumen a lo siguiente:
Tubería seleccionada
Tubería de descarga acero inoxidable 6" Schedule 40
Espesor de revestimiento No aplica -
Resultados
- 21.0 23.8
Resultados
Aire comprimido 86.2 34.0 345
8.0 CONCLUSIONES
-
-
-
9.0 NOTAS
10.0 ANEXOS
Anexo I - Hoja de Cálculo
PROYECTO
DOCUMENTO Rev.: A
m2/skg/m3
Mínimom.c.f
Nominalm.c.f
Diseñom.c.f
Altura Dinámica Total - ADT2
(Nominal: 30psi / Diseño: 34psi)
Caudal: 01 vagónscfm
Presión requeridapsi
Caudal: 04 vagonesscfm
La tubería seleccionada para el proceso de descarga será de 6" Schedule 40 y en acero inoxidable, sin espesor de revestimiento.
De acuerdo a los resultados, el aire comprimido a 86.2 scfm y a una presión de 34.0 psi deberá ser capaz de impulsar un flujo de diseño de 73.4 m3/h a un ADT de 23.8 m.c.f. para la descarga de un sólo vagón cisterna hacia el tanque de almacenamiento.
La demanda de aire comprimido para la descarga total de los 04 vagones cisterna será de 345 scfm y un tiempo estimado para la descarga de 48 min.
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Anexo I. Hoja de cálculo
PROYECTO TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALA
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Memoria de Cálculo
Tag del equipo: N/A
Servicio: Descarga de ácido débil (H2S04 al 2%)
1.0 INFORMACIÓN GENERAL
Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID): 3021-6-1022 Rev.: A
Arreglo General Planta-Piping: 3021-6-1023 Rev.: A
Arreglo General de Planta: 3021-1-1020 Rev.: A
Arreglo general Secciones: 3021-1-1021 Rev.: A
Flujo mínimo: 57.0 251 gpm
Flujo nominal: 63.3 279 gpm
Flujo de diseño: 73.4 323 gpm
Balance:
Fluido
H2SO4 (al 2%) 73.430 2.0 1004.0
1.1 Propiedades del Fluido
Densidad del Fluido: 1004.0
Viscosidad cinemática: 9.96E-07
Viscosidad dinámica: 0.0010 Pa.s (1.0 centipoise)
Gravedad Específica 1.004
pH: 0.3
Temperatura de operación: 20.0 °C
1.2 Condiciones del sitio
Nivel de succión: 3195.52 m.s.n.m.
Nivel del fluido en cisterna: 3195.92 m.s.n.m.
Nivel de descarga: 3201.79 m.s.n.m.
6.97 m.c.a. = 6.95 m.c.f.
Presión de vapor (p°v): 0.004 m.c.a. = 0.004 m.c.f.
Altura de descarga (Hd): 6.3 m
Altura de succión (Hs): 0.4 m
Altura estática (H): 5.9 m
Gravedad: 9.81
PROYECTO
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(m3/h)
(m3/h)
(m3/h)
Cauda (m3/h)
Presión Requerida (m.c.a)
Densidad (Kg/m3)
kg/m3
m2/s
Presión atmosférica (Patm):
m/s2
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1.3 Tabla de selección de tuberías
1.3.1 Tramo de descarga ()
Opción - (Pulg.) - (Pulg.) (Pulg.) - (Pulg.) (mm) N° 1 ACERO 4" Schedule 40 4.03 0.00 ACERO 4.03 0.05
N° 2 ACERO 6" Schedule 40 6.07 0.00 ACERO 6.07 0.05
N° 3 ACERO 8" Schedule 40 7.98 0.00 ACERO 7.98 0.05
2.0 ESQUEMA GENERAL
Fig 2.1 Esquema de descarga de ácido débil hacia tanque de almacenamiento
3.0 DATOS DE OPERACIÓN
Vagón Cisterna
Capacidad de Tanque: 13600 Gal
Volumen Vacio: 1360 Gal
12240 Gal
Air Comprimido
Presión de llenado 34.0 psig
Presión de protección 10.0 psig
Presión Condiciones Estandar 14.5 psia
Tiempo de descarga 48.0 min
PROYECTO
Material Tubería
Diámetro Nominal
Schedule / SDR
Diámetro Int. DI
Espesor Revest.
Material Revest.
Diámetro Int. Di'
Rugosidad Absoluta
V Total
V Empty
Volumen de H2SO4: V Full
P2
P1
Tiempo
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Vagón cisterna Capacidad : 13600 GAL
383-TK-002 Capacidad :120 000 gal
Aire comprimido
desde compresor
El. 3201.79 m
El. 3193.66 m
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4.0 CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE TUBERÍA
El cálculo del Número de Reynolds:
Donde: V: Velocidad de fluido (m/s)
Diámetro interno de la tubería (m)
v:
El cálculo de pérdidas de fricción por unidad de longitud (J), se realiza con la fórmula de Darcy:
Donde: L: Longitud total de tuberías (m)
f: Factor de fricción
g: Aceleración de la gravedad (m/s²)
El cálculo del factor de fricción (f) se realiza mediante la formula de Colebrook:
Donde: Rugosidad absoluta (m)
f: Factor de fricción
Diámetro interno de la tubería (m)
4.1 TABLA DE SELECCIÓN DE DIÁMETROS DE TUBERÍAS
4.1.1 Primer tramo de descarga
Flujo Diámetro V Re f J
Pulg. m/s - - (m/m)
Opción N° 1
Mínimo 1.927 197831 #VALUE! #VALUE!
Nominal 4" 2.141 219812 #VALUE! #VALUE!
Máximo 2.484 254982 #VALUE! #VALUE!
Opción Nº 2
Mínimo 0.849 131296 #VALUE! #VALUE!
Nominal 6" 0.943 145885 #VALUE! #VALUE!
Máximo 1.094 169227 #VALUE! #VALUE!
Opción N° 3
Mínimo 0.490 99784 #VALUE! #VALUE!
Nominal 8" 0.545 110871 #VALUE! #VALUE!
Máximo 0.632 128610 #VALUE! #VALUE!
El diámetro seleccionado en la descarga es: 6" pulg.
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Di:
Viscosidad Cinemática (m2/s)
ɛ:
Di:
m3/h
Re=VD/ν
h_f=J.L
J=f.(V^2/(2.g.D_i ))
1/√f=-2.log(ε/(3.7D_i )+251/(Re.√f))
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5.0 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA DEL SISTEMA
5.1 Cálculo de la pérdida de carga total en la descarga del sistema (hD)
Ítem K
Tubería 56.97 0.849 ### 72.34 #VALUE!
Tubería 63.30 0.943 ### 72.34 #VALUE!
Tubería 73.43 1.094 ### 72.34 #VALUE!
Butterfly Valve 56.97 0.849 ### 2 #VALUE!
Butterfly Valve 63.30 0.943 ### 2 #VALUE!
Butterfly Valve 73.43 1.094 ### 2 #VALUE!
Elbow 90° 56.97 0.849 ### 7 #VALUE!
Elbow 90° 63.30 0.943 ### 7 #VALUE!
Elbow 90° 73.43 1.094 ### 7 #VALUE!
Elbow 45° 56.97 0.849 ### 2 #VALUE!
Elbow 45° 63.30 0.943 ### 2 #VALUE!
Elbow 45° 73.43 1.094 ### 2 #VALUE!
Swing Check Valve 56.97 0.849 ### 1 #VALUE!
Swing Check Valve 63.30 0.943 ### 1 #VALUE!
Swing Check Valve 73.43 1.094 ### 1 #VALUE!
Strainer 56.97 0.849 ### 0 #VALUE!
Strainer 63.30 0.943 ### 0 #VALUE!
Strainer 73.43 1.094 ### 0 #VALUE!
Reducer 56.97 0.849 0.205 1 0.01
Reducer 63.30 0.943 0.205 1 0.01
Reducer 73.43 1.094 0.205 1 0.01
F. Mínimo F. Nominal F. Máximo
Pérdida de carga sin F.S.: #VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.
Pérdida de carga con F.S. de: 12% #VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.
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Flujo(m3/h)
Velocidad(m/s)
J (m/m)
Coef. de flujo Cv
Cant. de accesorios
Long. de tubería (m)
Pérdida decarga (m)
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6.0 CÁLCULO DE LA ALTURA DINÁMICA TOTAL DEL SISTEMA
2.84 psi
1.99 m.c.f. 2.00 m.c.a. 0.20 bar
(Altura Dinámica Total)
F. Mínimo F. Nominal F. Máximo
ADT
#VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.
#VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.a.
#VALUE! #VALUE! #VALUE! PSI
#VALUE! #VALUE! #VALUE! Bar
7.0 CÁLCULOS DE LA PRESIÓN MÍNIMA Y DEMANDA DE AIRE COMPRIMIDO
7.1 Cálculo de Volumen de aire requerido para llenar un tanque de vagón cisterna:
Donde: Volumen vacio del tanque (gal)
Presión de llenado (psig)
Presión de llenado (psig)
Psia: Presión del aire condiciones estandar (psia)
Volumen de aire requerido.: Volumen requerido Cisterna Volumen.
gal scf und scf
30952 4138 4 16551
7.2 Cálculo de la presión mínima para el llenado de aire:
Donde: Head: Altura total de descarga (pies)
Sp Gr:
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Presión de descarga requerida (PSALIDA):
V Empty:
V Full: Volumen de H2SO4 (gal)
P2:
P1:
Gravedad específica H2SO4
ADT=H D+hs+hd−Hs+Psalida
Scf=((V_(Empty ) (P_2-P_1 ))+(V_Full (P_2 )))/Psia
Presión de llenado=(Head (pies)x Sp Gr)/2.31
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2.31: una columna de agua de 2.31 pies ejercerá 1 psi de presión a 65°F
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Presión requerida de llenado.:
#VALUE! pies#VALUE! m.c.f#VALUE! m.c.a Cálculo ADT del sistema#VALUE! psi#VALUE! bar
78.2 pies23.8 m.c.f23.9 m.c.a34.0 psi2.3 bar
#VALUE! #VALUE!
7.3 Cálculo de la demanda de aire:
Caudal de aire requerido.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal
Tiempo: 48 min gpm scfm und scfm
645 86 4 345
Caudal de aire inicialmente.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal
1360 Gal gpm scfm und scfm
Tiempo: 3.5 min 643 86 4 344
Caudal de aire requerido descarga.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal
12240 Gal gpm scfm und scfm
Tiempo: 44.5 min 645 86 4 345
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ADT1
(Hedad 1)
ADT2
(Head 2) Cálculo ADT - presión mínima para el llenado de aire comprimido
Por lo tanto, si el ADT1 > ADT2 o el tiempo de descarga es demasiado largo, entonces se considerará una bomba centrífuga.
V Empty:
V Full:
Scfm=((V_(Empty ) (P_2-P_1 ))+(V_Full (P_2 )))/(Psia x(Tiempo))
ADT1/ADT2<1
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ILO - TOQUEPALA
//Fin del documento.
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