curso repsol petróleo

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1 Mariano Martínez Repsol Petróleo Tarragona Material docente Edic. Diciembre-2008 Autor: Mariano Martínez Departamento de Proyectos. Repsol Petróleo ELEMENTOS, ACCESORIOS ELEMENTOS, ACCESORIOS Y SOPORTES DE TUBER Y SOPORTES DE TUBER Í Í A A

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Edic. Diciembre-2008

Autor: Mariano MartínezDepartamento de Proyectos.

Repsol Petróleo

ELEMENTOS, ACCESORIOS ELEMENTOS, ACCESORIOS Y SOPORTES DE TUBERY SOPORTES DE TUBERÍÍAA

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ente INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN::

• Las tuberías, con sus elementos, tienen como objetivo, facilitar el transporte de fluidos de unos equipos a otros, manteniendo sus propiedades.

• Tuberías con sus accesorios de unión y conexión, válvulas, purgadores, eyectores... y las estructuras que sirven para su soportación y apoyo.

• Funcionamiento, misión, materiales, criterios de selección y particularidades.

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INDICE:INDICE:

• 1.- Accesorios de cambio de dirección.• 2.- Accesorios de cambio de diámetro.• 3.- Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones.• 4.- Accesorios de conexión.• 5.- Accesorios en línea.• 6.- Juntas y liras de expansión.• 7.- Válvulas.• 8.- Soportes de tubería.• 9.- Filtros.• 10.- Purgadores de condensado.• 11.- Eyectores.

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ente MATERIALES. (I)

• La elección dependerá de:– Presión de Diseño.– Temperatura de Diseño.– Corrosividad del producto.

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ente MATERIALES. (II)

• Los más empleados son:– Hierro fundido: poca exigencia (redes enterradas de drenaje).– Aceros (al carbono): 0.05% a 0.4% de carbono. Cuanto mayor porcentaje de

carbono mayor resistencia, límite elástico y dureza, pero peor soldabilidad. De -20ºC a 450ºC.

– Aceros inoxidables: Para productos muy corrosivos y para bajas temperaturas. Inconveniente, elevado coste. El níquel y el cromo dan la inoxidabilidad. Los más utilizados son:

• ASTM A-312 Tp. 304: 18 % Cr – 8 % Ni De -250ºC a 815ºC• ASTM A-312 Tp. 316: 18 % Cr – 8 % Ni – 3 % Mo (molibdeno)• ASTM A-312 Tp. 321: 19 % Cr – 10 % Ni – 5 % Ti (titanio)

– Aceros aleados: para especificaciones severas en presión/temperatura.• ASTM A-335 Gr. P5: 5 % Cr - 1 ½ % Mo De -10ºC a 650ºC• ASTM A-335 Gr. P9: 9 % Cr – 1 % Mo De -10ºC a 705ºC• ASTM A-335 Gr. P11: 1 ¼ % Cr - ½ % Mo De -10ºC a 595ºC• ASTM A-335 Gr. P22: 2 ¼ % Cr – 1 % Mo De -10ºC a 650ºC

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ente MATERIALES. (III)

• Más utilizados (cont.):– Aleaciones especiales: Condiciones muy severas. Compuestas por altos

contenidos en níquel. Las más comunes son:• MONEL (67% Ni - 30% Cu) → alta resist. corrosión. De -195ºC a

480ºC.• INCONEL (32% Ni - 15% Cr) → altas temperaturas y corrosión. De

-195ºC a 800ºC.• INCOLOY (32% Ni - 20% Cr) → altas temperaturas. De -195ºC a

900ºC.– Otros: No muy utilizados en plantas petroquímicas por su baja

resistencia al fuego (plásticos, resinas...)

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Tabla de dimensiones y pesos de tubo

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• Ejemplos de utilización:

– Características de un tubo de diám. nominal 12” Sch. 40: (Aº Carbono)Diámetro exterior (O.D.): 323,80 mm.Espesor de pared: 10,31 mm.Diámetro interior (I.D.): 323,80 – (10,31 x 2 ) = 303,18 mm.Peso.: 79,73 Kg./mt.

– Características de un tubo de diám. nominal 12” Sch. 40 S: (Aº Inox.)Diámetro exterior (O.D.): 323,80 mm.Espesor de pared: 9,53 mm.Diámetro interior (I.D.): 323,80 – (9,53 x 2 ) = 304,74 mm.Peso.: 73,88 Kg./mt.

– Los schedules 5S, 10S, 40S, 80S, son para tubos de acero inoxidable.

Tabla de dimensiones y pesos de tubo (Ej.)

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Accesorios de diám. 1 1/2” y menores.

• Accesorios Roscados (Screwed-SCR):– En plantas de proceso, suelen emplearse para especificaciones de tubería de

instrumentación o donde las condiciones de operación sean moderadas; siempre en tuberías galvanizadas (agua potable, aire de instrumentos). No son recomendables en circuitos expuestos a vibraciones. Pueden ser fácilmente desmontables pero poco fiables ante la estanqueidad.El tipo de rosca preferible por su estanqueidad suele ser el NPT (cónica)NPT → American Standar Taper Pipe Threads, según ANSI B 2.1.

• Accesorios de enchufe y soldadura (Socket Weld-SW):– Se emplean en especificaciones de tubería de servicio y proceso, para

condiciones de operación medianas y severas. Buen comportamiento a la estanqueidad, aunque el montaje es algo más costoso y no son desmontables.

– Para rating de 3000# y 6000#.

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Accesorios de diám. 2” y mayores.

• Soldados a tope (Butt Weld-BW):– Con los extremos biselados a ~37 º para penetración de la soldadura entre

accesorio/tubo. En plantas de proceso, suelen emplearse para condiciones de operación medianas y severas. Buen comportamiento a la estanqueidad y a la solicitud de esfuerzos mecánicos.

– Los accesorios a soldar, deben tener un diámetro y schedule (tabla de espesores en relación con el diámetro) coincidentes.

– a < 12” → Próximo al diámetro exterior (OD)– a > 12” → Coincide con el diámetro exterior (OD)

Preparación debordes para soldar

Para S entre 4,8 y 22 mm. Para S mayor de 22 mm.

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Preparación de bordes para soldar. (I)

• Soldaduras a tope (Butt Weld-BW):

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Preparación de bordes para soldar. (II)

• Soldaduras de bridas (SO, WN, SW) y accesorios:

Tp

Tp

X = 1,4 · TpT = 1,25 · Tp (Tmín. 3 mm.)

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Accesorios de cambio de direcciAccesorios de cambio de direccióón. (1.1)n. (1.1)

• Codos de 45º: * Diseño aconsejable R=1,5D

SCR SW BW

* Radio largo R=1,5DRadio corto R=D

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Accesorios de cambio de dirección. (1.2)

• Codos de 90º: * Diseño aconsejable R=1,5D

SCR SW BW

* Radio largo R=1,5DRadio corto R=D

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Accesorios de cambio de dirección. (1.3)

• Codos Macho-Hembra roscados (SCR)

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Accesorios de cambio de dirección. (1.4)

• Codos de 180º para soldar a tope (BW):Radio largo M=3DRadio corto M=2D

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Accesorios de cambio de diAccesorios de cambio de diáámetro. (2.1)metro. (2.1)• Reducciones para soldar a tope (BW):

Reducción concéntrica, mantiene invariables los ejes de la tubería (CL).Reducción excéntrica, cuando interesa mantener a la misma elevaciónla parte inferior (BOP) o superior (TOP) de las tuberías.

Concéntrica Excéntrica

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Accesorios de cambio de diámetro. (2.2)• Manguito reductor:

Une dos tramos de tubería a la vez que permite el cambio de diámetros,manteniendo los ejes a la misma elevación.

SCR SW

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Accesorios de cambio de diámetro. (2.3)• Reducción inserta:

Cambia el diámetro con mínimo avance (longitud). Siempre conectan unaccesorio SW con tubo o niple. Es preferible al niple reductor.

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Accesorios de cambio de diámetro. (2.4)

• Niple reductor (Swage):Permite cambios de diámetro con múltiples opciones de unión entre sus extremos

(planos, biselados o roscados). Puede ser concéntrico o excéntrico.Siempre tiene al menos un extremo SW ó SCR. de 1 ½” o menor.

PE → Extremos planosTBE → Roscados ambos extremosPLE/TSE → Plano el extremo mayor / roscado el extremo menorBLE/TSE → Biselado el extremo mayor / roscado el extremo menorTLE/PSE → Roscado el extremo mayor / plano el extremo menorBLE/PSE → Biselado el extremo mayor / plano el extremo menor

- Extremo BLE para soldar a tope a tubo o accesorio >1 ½”

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Accesorios para conexiAccesorios para conexióón de n de ramales y bifurcaciones. (3.1)ramales y bifurcaciones. (3.1)

• Bifurcaciones en Te y en Cruz:Accesorios de bifurcación, para 1 ½” y menores. Pueden ser roscados (SCR) y

de enchufe y soldadura (SW).

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Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones. (3.2)

• Bifurcaciones en Te para soldar a tope (BW):Accesorios de bifurcación, para 2” y mayores. Pueden ser de bocasiguales o reductoras.

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Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones. (3.3)

• Weldolet, Sockolet y Thredolet:Weldolet: Accesorio de conexión para soldar a tope, 2” y mayores.Sockolet: Accesorio de conexión enchufe y soldadura, para 1 ½” ymenores. Thredolet: Accesorio de conexión roscado, para 1 ½” y menores.El diámetro del ramal, siempre será menor que el del colector.

BW

SW

SCR

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Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones. (3.4)

• Elbolet, Latrolet y Boss:Elbolet: Accesorio de conexión a codos, SCR, SW, o BW. Latrolet: Accesorio de conexión a tubería a 45º, SCR, SW, o BW. Boss: Accesorio de conexión a equipos y recipientes, SCR o SW, para1 ½” y menores.El diámetro del ramal, siempre será menor que el del colector.

ElboletsBoss

Latrolets

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Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones. (3.5)

• Elbolet y Latrolet:Accesorios especialmente indicados para la conexión a lastubería, de vainas de temperatura roscadas o bridadas.

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• Conexiones con refuerzo:

Accesorios para conexión de ramales y bifurcaciones. (3.6)

Saddle (Silla de montar)Poco usado

Se emplea en conexiones de ramales de tuberíamayores de 2” y a equipos y recipientes. Para conexiones a colectores en condicionesmedianas y severas, es preferible usar elweldolet.

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• Conexión de tuberías con otros tramos o equipos.• Uniones desmontables fijadas mediante pernos con

juntas para garantizar la estanqueidad.• Características:

– Diámetro nominal y Schedule.– Forma de conexión. (SCR, SW, SO, WN, LJ.....)– Tipo de cara. (FF, RF, RTJ.....)– Presión/Temperatura que soportan. (Clase/Rating en

libras #)

Accesorios de ConexiAccesorios de Conexióón. (Bridas 4.1)n. (Bridas 4.1)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.2)

• Por tipo de conexión:– Brida de cuello (largo/corto)– Brida lisa (deslizante)– Brida loca– Brida de enchufe y soldadura– Brida roscada– Brida ciega

• Por tipo de cara de unión:– Brida de cara lisa (FF)– Brida de cara resaltada (RF)– Bridas machihembradas– Bridas para junta de anillo (RTJ)

• Por clase (según presión-temperatura de servicio): (*)– 150 #– 300 #– 400 #– 600 #– 900 #– 1500 #– 2500 #

• Bridas de orificio− Todo tipo de caras y clase

(*) Ver definición de rating – clase, en pág. siguiente.

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.3)• Rating o Clase es la máxima presión de trabajo que soporta el

material de un conjunto: brida, junta, pernos, cuando se somete a una temperatura determinada. (14,2 psi ~ 1Kg/cm2)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.4)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.5)

• La más habitual.• Se emplea para tamaños de 2” y

mayores, de 150 # a 2500 #• El diámetro interior (J) debe

adaptarse al diámetro interior de la tubería según su schedule.

Welding Neck

• Brida de cuello para soldar (WN)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.6)

• Brida autorreforzada para soldar directamente a equipos o recipientes (no precisa chapa de refuerzo).

• Se emplea para tamaños hasta 1 ½”y de 150 # a 2500 #

Long Welding Neck

• Brida de cuello largo (LWN)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.7)

• No aconsejable para servicios cíclicos y severos.

• Se emplea para tamaños de 2” y mayores, de 150 # y 300 #.

• El diámetro interior (J) debe adaptarse al diámetro exterior de la tubería. Siempre se montarán con doble soldadura.Slip-On

• Brida deslizante (SO)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.8)

• El fluido no está en contacto con la brida.

• Para montaje en trazados de tubería que no originen esfuerzos de flexión.

• Permite frecuentes inspecciones y desmontajes.

• Para abaratar costes, al sustituir a bridas de gran tamaño y de materiales especiales.

Lap Joint

• Brida loca (LJ)

Casquillo extremo(Stub-end)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.9)

• Para condiciones moderadas y severas de presión y temperatura.

• Buen comportamiento a la estanqueidad.

• Se utiliza en tamaños de 1 ½” y menores.

Socket Weld

• Brida enchufe y soldadura (SW)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.10)

• Para condiciones moderadas de presión y temperatura.• Problemas de estanqueidad.• Se utiliza en tamaños de 1 ½” y menores y en especificación de

tuberías galvanizadas.• Posible corrosión en la rosca.

Screwed

• Brida roscada (SCR)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.11)

• Permiten reducir el diámetro del circuito inmediatamente después de la conexión.

• Bridas reductoras (SCR, SW, SO y BW)

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.12)

Blind

• Brida ciega

• Para cerrar extremos de circuitos que ocasionalmente se quieran destapar, o para conexiones futuras.

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.13)• Tipos de cara de unión

(*) Bridas machihembradas, para intercambiadores

RF

FF

RTJ

(*)

(*)

(*)

(*)

(*)

(*)

LJ

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.14)

• Es la más utilizada para la medida de caudal de líquidos y gases mediante placa de orificio.

• Tomas superiores para gases, inferiores para líquidos.

• Bridas de orificio

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Accesorios de Conexión. (Bridas 4.15)• Juntas para bridas

• Elementos elásticos intercalados entre caras de las bridas para proporcionar la estanqueidad.

• Clasificación por materiales:– Juntas no metálicas: De amianto comprimido, ahora sustituidas por fibras sintéticas

comprimidas. Presiones reducidas a clase 150# (232º C) y clase 300# (177º C).– Juntas no metálicas con envoltura metálica: Para presiones superiores.– Juntas espirometálicas: Las más utilizadas en servicios severos y medios de

presión y temperatura. Fleje de acero inoxidable ondulado relleno de grafito, acabados muy finos.

– Juntas metálicas: La más común es la octogonal. Se utilizan para servicios muy severos y entre bridas de asiento ranurado (RTJ). Clase 900# a 2500#. Su grado de dureza es inferior al de la brida.

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Accesorios en lAccesorios en líínea. (5.1)nea. (5.1)• Manguito de unión:

Une dos tramos de tubería o accesorios del mismo diámetro.

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Accesorios en línea. (5.2)• Niple:

Une dos accesorios hembra del mismo diámetro (1 ½” y menores).Los extremos pueden ser planos, roscados o combinados.Se fabrican de la misma tubería y en longitudes de 50, 75 ó 100 mm.

PE → Extremos planosTOE → Roscado un extremoTBE → Roscados ambos extremos

PE TOE TBE

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Accesorios en línea. (5.3)• Uniones de tres piezas:

Une dos tramos de tubería o accesorios del mismo diámetro (1 ½” y menores). Son uniones desmontables fijadas mediante rosca. Usar solamente para

especificaciones moderadas. Para condiciones más severas, sustituir por bridas.

SCR SW

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Accesorios en línea. (5.4)• Tapones para cierres (SCR y SW):

Obturación de los extremos de circuitos (diámetro 1 ½” y menores).Cierres desmontables roscados (SCR); definitivos soldados (SW). Cap-hembra; Tapón-macho.

Cap (SCR) Tapón redondo Tapón hexagonal Tapón cuadrado Cap (SW)

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Accesorios en línea. (5.5)• Cap (BW):

Obturación definitiva de los extremos de colectores (diámetro 2” y mayores).

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Accesorios en línea. (5.6)• Discos reversibles (disco en ocho):

• Para aislamiento seguro de circuitos. • Se utiliza siempre entre bridas de

cualquier tipo de cara, rating o tamaño.• Hasta 12”-150# ó 10”-300# se emplea

el disco reversible (una sola pieza), para tamaños mayores usar independientes el disco ciego o espaciador.

• Garantiza la visión de la posición bloqueo-paso.

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• Elementos capaces de absorber las dilataciones lineales de las tuberías, que se producen por variaciones de la temperatura que estas soportan. Partiendo de la temperatura de montaje, las dilataciones pueden ser positivas (alargamiento) o negativas (contracción) en función de la temperatura de operación.

• Las tensiones que estas dilataciones provocan a las líneas y estas a su vez transmiten a los equipos que están conectadas, pueden disminuirse por medio de:– Liras o loops expansión. (Preferible a las juntas)– Juntas de expansión (compensadores de dilatación).– Un trazado flexible de la tubería, puede absorber las dilataciones y

hacer innecesaria la instalación de liras y juntas.

Juntas y liras de expansiJuntas y liras de expansióón. (6.1)n. (6.1)

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Juntas y liras de expansión. (6.2)• Lira o loop de expansión:

Cambios en la dirección de la tubería. Se utiliza siempre que se disponga de espacio suficiente. La capacidad para absorber dilataciones, está en función directa de las dimensiones de los brazos de la lira y de la cantidad de codos.Se les conoce también como “loops” o liras de dilatación.

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Juntas y liras de expansión. (6.3)• Lira o loop de expansión:

Loops horizontales

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Juntas y liras de expansión. (6.4)• Lira o loop de expansión:

Loop vertical

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Juntas y liras de expansión. (6.5)• Juntas de expansión:

Cuando no es posible realizar un cambio de dirección (loop).Para desplazamiento axial, angular o lateral de los tramos de tubo.También son usadas para absorber vibraciones y ruidos.No admiten grandes esfuerzos ni momentos.

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Juntas y liras de expansión. (6.6)• Juntas de expansión:

Junta de goma Extremos biselados(axial)

Extremos bridados(axial)

Brida loca(lateral)

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Juntas y liras de expansión. (6.7)• Juntas de expansión:

(Junta angular) (Tipos de compensación) (Junta axial)

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Función: Bloqueo, Estrangulación, Flujo inverso, Regulación, etc. Condiciones del servicio: Presión, Temperatura, Corrosión, Erosión..Requisitos específicos: Resistencia al fuego, Pérdidas de carga, Fugas

admisibles, Tiempo de actuación, etc.Tipo de conexión: Extremos para soldar, Bridada, SW, SCR....

VVáálvulas. (7.1)lvulas. (7.1)• Elementos básicos y habituales, intercalados en las tuberías

de una instalación, que permiten regular y direccionar el paso total o parcial del fluido y aislar equipos y circuitos.

• La elección del tipo de válvula, dependerá de los factores relacionados con:

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Manuales:

Válvulas. (7.2)• Se clasifican en dos grandes grupos:

Automáticas:

-Válv. de Compuerta-Válv. de Globo-Válv. de Mariposa-Válv. de Bola-Válv. de Macho-Válv. de Diafragma-Válv. en Ángulo-Válv. en “Y”-Válv. de Aguja-Válv. de Retención

-Válv. de Control-Válv. de Solenoide-Válv. de Seguridad

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Válvulas. (7.3)• Manuales. Compuerta

La más utilizada para corte o bloqueo en servicios de circulación ininterrumpida.No aconsejable para regulación ni para

productos corrosivos o erosivos.Poca pérdida de carga cuando están total-

mente abiertas. La compuerta, puede ser de asientos

paralelos o en cuña, de disco sencillo o doble, rígidos o flexibles.

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Válvulas. (7.4)• Manuales. Globo o Asiento

Similar a la de compuerta en el aspecto exterior. Se utilizan para cortar o regular el flujo.

Para operaciones frecuentes y estrangulación al grado deseado de cualquier flujo.Abertura proporcional al recorrido del

vástago, por lo que permiten una buena regulación del caudal. Proporcionan un cierre estanco.Pérdidas de carga elevadas.Variedad de tipos de obturador. Pueden ser

de disco, de macho o de pistón.

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Válvulas. (7.5)• Manuales. Mariposa

Para corte y estrangulación en conducciones de gran tamaño de gases y líquidos y para presiones relativamente bajas.El obturador es un disco solidario a un eje

perpendicular a la tubería. La apertura/cierre, se realiza con un giro de ¼ de vuelta.Permiten una ligera regulación. Poca pérdida de carga cuando están total-

mente abiertas. La compuerta, puede ser de asientos a base

de elastómeros o metálicos. Los primeros proporcionan buena estanqueidad, pero están limitados por la temperatura

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Válvulas. (7.6)• Manuales. Bola

Para corte y estrangulación, en operaciones frecuentes y rápidas.El obturador es un macho en forma de esfera.

La apertura/cierre, se realiza con un giro de ¼de vuelta.Buena resistencia a la erosión.Proporcionan un cierre muy estanco.No recomendable para regulación de caudal. Mínima pérdida de carga en las de paso pleno. Pueden ser de dos, tres y cuatro vías.

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Válvulas. (7.7)• Manuales. Macho

Para corte y estrangulación, en operaciones frecuentes y rápidas.El obturador es un cilindro recto o de forma

troncocónica. La apertura/cierre, se realiza con un giro de ¼ de vuelta.Buena resistencia a la erosión.Proporcionan un cierre muy estanco.No recomendable para regulación de caudal. Mínima pérdida de carga en las de paso pleno. Pueden ser de dos, tres y cuatro vías.

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Válvulas. (7.8)• Manuales. Diafragma y Manguito

Para corte y estrangulación.El obturador es un diafragma flexible a base de

elastómero. El cierre se efectúa por la presión que ejerce el mecanismo opresor sobre el diafragma.En aplicación para fluidos muy corrosivos, el

cuerpo de la válvula está revestido interiormente con elastómeros resistentes al tipo de fluido. Proporcionan un cierre hermético.No recomendable para regulación de caudal. Pérdida de carga considerable. No aconsejable para altas presiones o temperaturas.

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Válvulas. (7.9)• Manuales. Ángulo y en “Y”

Variante de las válvulas de globo y de similares características a estas.Las de cuerpo en Ángulo, se utilizan en

configuraciones especiales de la tubería. Las de cuerpo en “Y”, producen menor

pérdida de carga que la convencional.

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Válvulas. (7.10)• Manuales. Aguja

Variante de las válvulas de globo.El obturador tiene forma de punzón y

los asientos cónicos. Para regulación de caudal y presión

muy precisa en pequeños tamaños.Muy elevada pérdida de carga.Utilización limitada a los ámbitos de

instrumentación y para toma de muestras de líquidos y gases.

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Válvulas. (7.11)• Manuales. Retención (Anti-rretorno)

Válvulas de acción automática que impiden la inversión del flujo.El obturador puede ser:

- De clapeta. La más habitual en tamaños de 2” y mayores. Montaje en posición horizontal y vertical con flujo ascendente. - De doble clapeta. Con disco dividido; para inversiones del flujo frecuente. - De pistón guiado. Para montaje horizontal y fluidos limpios. - De bola. Para tamaños de 1 ½” y menores; para montaje en posición horizontal y vertical con flujo ascendente.

DE CLAPETA DE DOBLE CLAPETA DE PISTÓN GUIADO DE BOLA

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Válvulas. (7.12)• Partes principales de Válvulas.

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Válvulas. (7.13)• Reductores de Maniobra.

Para facilitar la maniobra de las válvulas de gran tamaño o rating, aunque aumentan el tiempo de la operación.

TIPOS DE REDUCTORES DE MANIOBRA

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Válvulas. (7.14)• Actuadores para válvulas.

Pueden ser: Hidraúlicos, Neumáticos y Eléctricos. El actuador accionado por motor eléctrico, es el más

utilizado en plantas petroquímicas y refinerías, por su fiabilidad y adaptabilidad a las exigencias del proceso. La instalación de un actuador eléctrico, se justifica por:

- Accionamiento y monitorización remota de la válvula. - Posibilidad de enclavamiento con otros elementos. - Apertura/cierre en condiciones de seguridad. - Selección del % de apertura.- Tiempo de actuación.

ACTUADOR ELÉCTRICO “ROTORK”

ACTUADOR NEUMÁTICO

ACTUADOR ELÉCTRICO

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Tienen como principal objetivo, el control automático de las variables del proceso. Nivel, Presión, Caudal, Temperatura, o de otra índole.Destinada intencionadamente, a provocar una pérdida de presión en un sistema, por lo cual, siempre será de igual o menor diámetro que la tubería.Constan de tres partes principales.- Cuerpo: Conexión a la tubería, paso del fluido y alojamiento de los elementos internos de la válvula. (Obturador, Asientos, Vástago....)- Actuador neumático: Formado por un resorte y un diafragma, que actúan como amplificadores de potencia para mover el vástago de la válvula. - Posicionador: Elemento de retroalimentación de aire al actuador, modificando la presión sobre el diafragma y por lo tanto, sobre el recorrido del vástago. Corrigiendo de esta forma, las desviaciones en la magnitud de la variable. Las válvulas automáti-cas todo-nada (Abiertas-Cerradas) no disponen de posicionador.Es importante definir la posición de seguridad de la válvula en caso de fallo de la alimentación de aire al actuador. A fallo de aire cierra ó abre (FA ó FC). Estas situaciones se logran al invertir las posiciones de los obturadores/asientos, o del resorte del actuador (de debajo a encima del diafragma).

VVáálvulas. (7.15)lvulas. (7.15)• Válvulas Automáticas (De Control):

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Válvulas. (7.16)• Válvulas Automáticas

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Válvulas. (7.17)• Válvulas Automáticas -Cuerpo-

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Válvulas. (7.18)• Válvulas Automáticas -Actuador-

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Válvulas. (7.19)• Válvulas Automáticas -Actuadores-

- De acción Directa: La presión del aire, empuja al vástago en dirección al cuerpo de la válvula.- De acción Inversa: La presión del aire, empuja al vástago en

dirección contraria al cuerpo de la válvula.

AcciAccióónnDirectaDirecta

AcciAccióónnInversaInversa

AireAire

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Válvulas. (7.20)• Válvulas Automáticas -Posicionador-

POSICIONADOR

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Válvulas. (7.21)• Válvulas Automáticas – Simple Asiento -

• Válvulas Automáticas – Doble Asiento-

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Válvulas. (7.22)• Válvulas Automáticas –En Ángulo-

• Válvulas Automáticas – De tres vías -

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Válvulas. (7.23)• Válvulas Automáticas –Camflex-

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Válvulas. (7.24)• Válvulas Automáticas –De Solenoide-

- Son válvulas, cuyo vástago es el núcleo de un electroimán.- Actuadas eléctricamente. Para pequeños caudales; su ámbito estálimitado prácticamente al de la Instrumentación.

- De tres vías, como válvulas piloto de actuadores neumáticos, para convertir una válvula de control en una todo-nada con accionamiento remoto.

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Son válvulas automáticas, que tienen la función de mantener la presión de una instalación, por debajo de unos límites preestablecidos (presión de diseño), protegiéndola contra el funcionamiento anormal de un proceso.

VVáálvulas. (7.26)lvulas. (7.26)• Válvulas de Seguridad y Alivio:

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Válvula de Seguridad

Válvula de Alivio

Válvula de Presión / Vacío

Válvula Pilotada

Válvula con Fuelle Equilibrado

Válvula para Expansión Térmica

Válvulas. (7.27)• Tipos de Válvulas de Seguridad:

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Válvula de Seguridad: Regulador automático de Presión, actuado por la presión estática existente en la entrada de la válvula y que se caracteriza por su descarga repentina con apertura total y rápida. Se utiliza para gases y vapor.Válvula de Alivio: Como la anterior, pero se caracteriza por su apertura de forma proporcional al aumento de presión en la entrada. Se utiliza para líquidos.Válvula de Presión/Vacío: De doble función. Muy sensibles a pequeñas diferencias de presión. Para protección de tanques de almacenamiento a presión atmosférica.Válvula Pilotada: Consiste en dos válvulas, donde la piloto controla a la principal. Para altas presiones y fluidos limpios; soportan contrapresiones altas, son estancas a las fugas y de rápida acción “todo-nada”. No recomendables para temperaturas superiores a 230 ºC.Válvula con Fuelle: Como las de seguridad/alivio, pero disponen de un fuelle que elimina la contrapresión, aproximando el valor de la presión de disparo al de tarado.Válvula para Expansión Térmica: De seguridad y alivio, para expansión térmica y pequeños caudales. De pequeñas dimensiones.

Válvulas. (7.28)• Válvulas de Seguridad y Alivio:

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Válvulas. (7.29)• Válvulas de Seguridad y Alivio:

De Seguridadi Alivio

Con Fuelle Autoequilibrado

De ExpansiónTérmica

De Presión/Vacío

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Válvulas. (7.30)• Válvulas de Seguridad y Alivio:

Válvula Pilotada

Posición Cerrada

Posición Disparo

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- Máxima Presión de Trabajo Admisible: Máxima presión de trabajo permitida en la instalación. Coincide con la presión de diseño y es la máxima presión de taradoadmisible de la válvula de seguridad.- Presión de Trabajo: Equivale a la presión de operación; debe ser como mínimo, un 10 % inferior a la Presión de Tarado de la válvula (presión de diseño). - Presión de tarado: Presión de entrada, a la que está ajustada la actuación de la válvula. Un pequeño incremento de esta presión, produce el disparo de la válvula.- Sobrepresión: Incremento de presión sobre el valor de tarado, necesario para provocar la apertura total de la válvula. (10 % para gases y 25% para líquidos)- Contrapresión: Presión existente en el lado de descarga de la válvula.- Presión de Tarado en Frío: Presión de tarado en banco de la válvula, una vez aplicadas las correcciones por el efecto de la contrapresión y de la temperatura.

Válvulas. (7.31)• Válvulas de Seguridad y Alivio:

Principales términos relacionados.

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• Elementos y mecanismos estructurales, que tienen como finalidad el apoyo, el control de la posición y los desplazamientos de las tuberías, minimizar las flechas y la transmisión de esfuerzos a los equipos.

• Para facilitar las tareas de diseño y cálculo, normalmente se dividen en dos grandes grupos: SOPORTES ESTANDAR Y SOPORTES ESPECIALES.- Soportes Estandar: De uso muy frecuente y formados por piezas sencillas, como abrazaderas, abarcones, varillas, orejetas, tramos de perfil o tubo, etc... - Soportes Especiales: Diseñados de forma expresa para la situación que así lo aconseje. Pueden estar formados en parte o en su conjunto, por soportes estandar. Es necesario editar un plano para cada soporte.

Soportes de TuberSoportes de Tuberíía. (8.1)a. (8.1)

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• Los soportes de tuberías, son diseñados según la diferencia de temperatura que puede existir entre: Temperatura ambiente (montaje) y la de operación (funcionamiento); por este rango, se clasifican en: - Soportes para tuberías a Temperatura Ambiente. (~ T entre 0 y 45 ºC) - Soportes para tuberías Calientes. (~ T superior 45 ºC) - Soportes para tuberías Frías. (~ T entre 0 y –29 ºC) - Soportes para tuberías Criogénicas. (~ T inferior a –29 ºC)

• En el cálculo de los soportes para Temperatura Ambiente, se tendrán en cuenta todas las cargas propias (gravitatorias) de las tuberías.

• En el de los soportes para Temperatura Caliente, Fría ó Criogénica, se añadirán las cargas térmicas producidas por la dilatación/contracción, rozamientos y restricciones de la tubería.

Soportes de Tubería. (8.2)

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Soportes de Tubería. (8.3)• Soportes Estandar.

• Algunos elementos estandar de soportación.

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Soportes de Tubería. (8.4)• Soportes Estandar.

• Patín de apoyo para tuberías con aislamiento (PIHASA)

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Soportes de Tubería. (8.5)• Soportes Estandar.

• Patín, colgante y elementos de fijación (LISEGA)

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• Según la función principal que desempeñan, se clasifican en:

Soportes de Tubería. (8.6)• Clasificación según su función.

Soportes de peso propio:– Rígidos.– Elásticos (Muelles).

Soportes de Control de Posición.

Soportes Antivibratorios.

- Carga Variable- Carga Constante

- Guías- Anclajes- Stops- Restricciones

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• Su función, es la de sostener y controlar las cargas permanentes de lastuberías, en frío o en operación, tales como: Peso propio de la tubería, del fluido circulante, aislamiento, acompañamiento, encamisado, nieve/hielo/viento/sismo, etc.

• Evitan la flecha excesiva (pandeo) de las tuberías y sobrecargas en las conexiones de los equipos.

• Se dispondrán bajo las cargas puntuales o concentradas; próximos a las conexiones (tubuladuras) de los equipos y de las uniones bridadas; antes del cambio de plano de una tubería horizontal al vertical.

Soportes de Tubería. (8.7)• Soportes de peso propio.

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• El espacio máximo en “pipe-rack” o “pipe-track” será de 6/7 mts. Esta separación permite el tendido de tuberías de 2” y mayores sin apoyos intermedios. Las menores de 2” se soportarán en apoyos intermedios o desde las de mayor diámetro.

• El espacio entre apoyos, se determinará considerando la tubería llena de agua, con o sin aislamiento y cargas uniformemente repartidas. La flecha máxima, serán en general, inferior a 1” (25,4 mm.) y las tensiones ejercidas sobre el material deben ser admisibles por ASME B31.3

• Las tuberías de diám. 10” y mayores, llevarán cunas de refuerzo en los apoyos si no están aisladas y patines en las que estén aisladas.

Soportes de Tubería. (8.8)• Espacios máximos entre soportes.

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• Mantienen invariable su posición, independientemente de las cargas y desplazamientos de las tuberías que graviten sobre ellos.

• Los más usados son: - Colgantes - Ménsulas- Pies derechos (puntales)- Trunion- Patines

Soportes de Tubería. (8.9)• Soportes de peso propio Rígidos.

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Soportes de Tubería. (8.10)• Soportes Estandar.

• Patín de apoyo. (Para tuberías con aislamiento)

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Soportes de Tubería. (8.11)• Soportes Estandar.

• Trunions de apoyo verticales.

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Soportes de Tubería. (8.12)• Soportes Estandar.

• Trunions y brazos de apoyo horizontales.

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Soportes de Tubería. (8.13)• Soportes Estandar.

• Ménsulas de apoyo para tuberías horizontales.

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• Permiten el desplazamiento vertical de las tuberías producido por las expansiones/contracciones térmicas de las mismas o de los equipos a los que conectan (manteniendo su apoyo de forma elástica), evitando las sobrecargas en los puntos de conexión.

- Muelles de Carga Variable: Para desplazamientos verticales de hasta 50 mm. de la tubería. Sostienen la variación de la carga desde la posición de montaje (fría) a la de operación (caliente) y proporcional a los desplazamientos de la tubería.

- Muelles de Carga Constante: Para grandes desplazamiento y cargas de la tubería. La carga se mantiene constante e invariable a los desplazamientos de la tubería.

Soportes de Tubería. (8.14)• Soportes de peso propio Elásticos (Muelles).

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Soportes de Tubería. (8.15)• Soportes Elásticos de Carga Variable. (PIHASA)

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Soportes de Tubería. (8.16)• Soportes Elásticos de Carga Variable. (PIHASA)

Restricción

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Soportes de Tubería. (8.17)• Soportes Elásticos de Carga Variable. (LISEGA)

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Soportes de Tubería. (8.18)• Soportes Elásticos de Carga Constante. (LISEGA)

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Soportes de Tubería. (8.19)• Soportes Elásticos de Carga Constante. (LISEGA)

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Soportes de Tubería. (8.20)• Soportes Elásticos de Carga Constante. (PIHASA)

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Soportes de Tubería. (8.21)• Soportes Elásticos de Carga Constante. (PIHASA)

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1). Los soportes, se suministran tarados a la carga y carrera de diseño, con placa de características de la carga en frío (montaje), la de operación (caliente) y la carrera; bloqueados con anclajes en la posición de montaje.

2). Una vez instalado el muelle en su soportación rígida y situada la tubería en su correcta posición, se actuará sobre los tensores de regulación, hasta que tome la carga requerida (carga de tarado en frío) y los elementos de anclaje queden sueltos y puedan retirarse con la mano.

3). Los elementos de anclaje, se retirarán una vez se haya efectuado la prueba hidráulica, limpieza de la tubería, etc. Se recomienda guardar los bulones de anclaje, para que puedan ser utilizados en caso de desmontaje del muelle.

Soportes de Tubería. (8.22)• Instalación de los Soportes Elásticos.

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• Guías: Mantienen la tubería dentro de sus apoyos evitando movimientos laterales y colisiones; permiten el desplazamiento longitudinal provocado por las dilataciones o contracciones térmicas.

• Anclajes: Dirigen las expansiones térmicas en las direcciones determinadas e impiden el desplazamiento de la tubería en sentido longitudinal.

• Stops: Impiden la transmisión de esfuerzos y desplazamientos longitudinales de la tubería en un solo sentido.

• Restricciones: Unión rígida entre la tubería y la estructura, permite desplazamientos angulares limitados. Evitan los desplazamientos puntuales producidos por descargas de válvulas de seguridad y golpes de ariete.

Soportes de Tubería. (8.23)• Soportes de Control de Posición.

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Soportes de Tubería. (8.24)• Soportes de Control de Posición. (Guías-I)

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Soportes de Tubería. (8.25)• Soportes de Control de Posición. (Guías-II)

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Soportes de Tubería. (8.26)• Soportes de Control de Posición. (Anclajes)

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Soportes de Tubería. (8.27)• Soportes de Control de Posición. (Restricciones)

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• Antivibratorios: Soportes elásticos que minimizan los efectos de las vibraciones producidas por el flujo pulsante de máquinas alternativas, circuitos de fase líquido/vapor, golpes de ariete, etc., evitando que las tuberías entren en resonancia.

Soportes de Tubería. (8.28)• Soportes de Control de Posición.

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Soportes de Tubería. (8.29)• Soportes de Control de Posición. (Antivibratorios)

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• Impiden el paso de sólidos en suspensión al interior de equipos que podrían dañarse (bombas, compresores, recipientes, instrumentos, analizadores, colectores.....).

• Existen en todo tipo de formas y tamaños. Permanentes y temporales. Los más comunes son en forma de “Y”, de “T”, de cesta, cónicos...., puede seleccionarse el paso (tamaño) del elemento filtrante.

• Cuando no se puede interrumpir el servicio para limpiar el filtro, se utilizan los del tipo “duplex” (dos filtros en paralelo) con válvulas de entrada/salida de 3 vías.

Filtros. (9.1)Filtros. (9.1)

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Filtros. (9.2)• Filtros en Y (SCR y SW):

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Filtros. (9.3)• Filtros:

Filtro temporal en “Te” Filtro grancapacidad

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• Elementos necesarios para mantener secos los colectores de vapor y obtener así el mejor rendimiento energético. Permite la evacuación de condensados evitando su acumulación en las líneas de distribución, sin dejar pasar el vapor vivo.

• El condensado, puede crear barreras compactas para la libre circulación del vapor, provocando “golpes de ariete térmico” y movimientos bruscos en el circuito, que por fatiga de los materiales, suelen acabar en fugas o roturas.

• El condensado, por economía, debe recuperarse una vez separado del vapor (después del purgador) y conducirlo a un colector de retorno de condensados, para su posterior reutilización como alimentación al calderín de vapor.

• Las conexiones a los purgadores, deben realizarse en la parte inferior de los colectores, en los extremos finales de los mismos y en las partes más bajas del circuito. Para una mejor evacuación del condensado, deben evitarse los pandeos de las tuberías y el uso de reductores concéntricos en tramos horizontales.

• Se les conoce también como “trampas de vapor”.

Purgadores de condensado. (10.1)Purgadores de condensado. (10.1)

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Purgadores de condensado. (10.2)• Esquema de una instalación de vapor:

CIRCUITO DE VAPOR TÍPICO

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Purgadores de condensado. (10.3)• Selección de purgadores:

• Frecuencia de las paradas ypuestas en marcha.

• Condiciones de trabajo:- Presión y temperatura.- Capacidad.- Tiempo de respuesta.- Temperatura exterior.- Suciedad.

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Purgadores de condensado. (10.4)• Traceado con vapor:

En plantas petroquímicas, suele mantenerse la temperatura (viscosidad) necesaria para la circulación de los fluidos en proceso, con tubo/s de diám. ½” ó ¾” acompañamiento de vapor instalados en la parte baja. Cada tubo traceador, acabará al final de su recorrido (máx. 50m.) en un purgador de condensado.

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Purgadores de condensado. (10.5)• Ejemplo de purga de una derivación:

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Purgadores de condensado. (10.6)• Ejemplo de una trampa de vapor:

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Purgadores de condensado. (10.7)• Detalles a considerar en la instalación:

FlexibilidadGolpes de ariete

Incorrecto Correcto

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Purgadores de condensado. (10.8)• Montaje de pozos de goteo:

ST→ Trampa de vapor

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• Tomar el vapor y devolver el condensado por la parte superior de los colectores.

• Instalar pozos de goteo cada 50 mts. máx., en los puntos bajos y extremos de los colectores.

• Diseñar los colectores y ramales de vapor y condensado, con mínimas bolsas, lo más cortos y flexibles posible y con pendientes hacia los pozos de goteo.

• Para facilitar el mantenimiento, es preferible que los purgadores sean con filtro incorporado, bridados y con sus correspondientes válvulas de aislamiento.

• Elegir el tipo y tamaño de purgador en función a: Caudal a desalojar, Presión y Temperatura del vapor, Temperatura exterior, Ciclos de trabajo (continuo-intermitente-puestas en marcha...). El purgador debe instalarse sin aislamiento.

• Para los traceadores, serán de ½”, termostáticos tipo bimetálicos, con bridas de 150# para vapor hasta 6 Kg/cm2 y 300# para vapor hasta 16 Kg/cm2.

Purgadores de condensado. (10.9)• Consideraciones a tener en cuenta:

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Purgadores de condensado. (10.10)• Clases de purgadores:

Purgadores mecánicos:– Purgador de flotador.– Purgador de cubeta invertida.

Purgadores termostáticos:– Bimetálicos.– Termostático de placas.– Termostático de fuelle.

Purgadores termodinámicos.

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Purgadores de condensado. (10.11)• Purgador de flotador:

• El nivel del líquido actúa sobre la boya de apertura/cierre. Permite descargar en función de la cantidad de condensado que llega al purgador.

• Poco mantenimiento, resistentes a la suciedad.

• Adecuados para grandes caudales de condensado; intercambiadores, equipos de proceso,.......

• Poca resistencia a los golpes de ariete.

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Purgadores de condensado. (10.12)• Purgador de cubeta invertida:

• La fuerza de cierre es proporcionada por el vapor introducido en el interior de la boya invertida.

• Muy robusto y resistente a los golpes de ariete.

• Adecuados para vapor recalentado, de capacidad alta y resistentes a la suciedad.

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Purgadores de condensado. (10.13)• Purgador bimetálico:

• Adecuado para purga de líneas de traceado, pozos de goteo y pequeños equipos.

• Funcionamiento por láminas bimetálicas que actúan sobre la tobera de apertura/cierre.

→ Condensado(abierto)

→ Vapor(cerrado)

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Purgadores de condensado. (10.14)• Purgador termostático:

• Se basa en el alargamiento y contracción de un fuelle o placa de paredes finas, que capta la diferencia de temperatura que se produce al enfriarse el vapor.

• Adecuado para purga de líneas de traceado, pozos de goteo y pequeños equipos.

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Purgadores de condensado. (10.15)• Purgador termodinámico:

• Se basa en la diferencia de fuerzas ejercidas sobre la superficie del disco de cierre / apertura.

• Adecuado para purga de líneas de traceado, pozos de goteo y pequeños equipos.

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Purgadores de condensado. (10.16)• Comparación del comportamiento de purgadores:

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• Los eyectores o boquillas a chorro, son bombas que no cuentan con partes móviles. Utilizan la energía que proporcionan los fluidos en movimiento y descargan a una presión intermedia entre el fluido motor y el de succión. Se emplean comúnmente para extraer gases de los espacios donde se hace vacío. Convierten la energía de presión en velocidad, mientras que los difusores arrastran y mezclan los fluidos cambiando la velocidad nuevamente en presión.

Eyectores. (11.1)Eyectores. (11.1)

Cámara de succión Boquilla Difusor

SucciónEntrada

fluido motivadorDifusor Descarga

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• Aplicación de Eyectores:Eyectores. (11.2)

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• Aplicación de Eyectores:Eyectores. (11.3)

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• Aplicación de Eyectores:Eyectores. (11.4)