ejercicios gnv_cap 7

7/23/2019 Ejercicios GNV_Cap 7

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DISEO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA RED INTERNA

EN ESTACIONES DE GNV

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ANEXO: EJERCICIOS RESUELTOS

1.Se tiene una lnea de GNV de D.N. 2 y con presin de diseo igual a 19 barg, determinar

la cdula de la tubera.

)(2 PYSEW

PDt

t = ???

P = 19 barg

S = ? psi

D = ?

E = ?

W = ?

Y = ?


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Tabla N 9Table A-1 Basic Allowable Stresses in Tension for Metals


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Tabla N 10


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Tabla 11Table A-1A Basic Casting Quality Factors, Ec


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Tabla 12Table A-1B Basic Quality Factors for Longitudinal Weld joints in Pipes, Tubes and Fittings, Ei


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Tabla 13Table 302.3.5 Weld joint Strength Reduction Factor, W


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Tabla N 14Table 304.1.1 Values of Coefficient Y for t


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2. Se tiene una lnea de GNV de D.N. 2 y con presin de diseo igual a 50 bar, determinar lacdula de la tubera.

)(2 PYSEW

PDt

t = ???

P = 50 barg

S = ? psi

D = ?

E = ?W = ?

Y = ?


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Tabla N 15Table A-1 Basic Allowable Stresses in Tension for Metals


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Tabla N - 16 Tuberas de acero al carnbono


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Tabla N 17Table A-1A Basic Casting Quality Factors, Ec


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Tabla N 18302.3.5 Weld Joint Strength Reduction Factor, W


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Tabla N 19Table 304.1.1 Values of Coefficient Y for t


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3. Se tiene una lnea de GNV de D.N. 1 que alimenta a los dispensadores, determinar la

cdula de la tubera.

)(2 PYSEW

PDt

t = ???

P = 250 barg

S = 35000 psi

D = 1.315

E = 1

W = 1

Y = 0.4

)(2 PYSEW

PDt

)4.025.36401135000(2

315.125.3640

xxx

xt

"0657.0t ; 6676.1t mm

Considerando factor de seguridad: t= 2 x 1.6676 = 3.335 mm

Considerando 0,0625 de sobre espesor tenemos:

cttm

5875.13352.3 mt

92.4mt mm

Entonces se elige tubera ASTM A-53 Grado B Sch-160 D.N. 1con espesor de paredigual a 6.35 mm.


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4. Buenas prcticas de ingeniera.

Si se tiene una red con presin de 5 a 19 bar se debe usar tuberas Sch-40.



Lo indicado se puede verificar haciendo uso de la frmula para determinar el espesor de

para tuberas de procesos.

Las consideraciones antes mencionadas facilitan la seleccin del dimetro de la tubera.

Se calcula el dimetro crtico (Dcrit).

Se busca en tabla un dimetro mayor al Dcrit y dependiendo de la presin se escoge

la cdula (Sch-40, Sch-80 Sch-160).

5. A travs de una tubera Sch-40 D.N. 3 un compresor aspira 2500 Sm3/h de gas natural a

10 barg. Indicar si la tubera es la adecuada.

Solucin:

La red tiene 10 barg de presin, es correcto usar tubera Sch-40.

Q = 2500 Sm3/h 35.315 x 2500 pie3/h = 88287.5 pie3/h

Pb = 1 atm (condicin estndar) 14,696 psi

TAVE= 20 C equivalente a 527,67 R. (R = 491,67 + 1,8C)

P = 10 barg P = (10 + 1.01325) x 14.504 bara 159.73 psia

Tb = 15.56 C (condicin estndar) equivalente a 519.67 R

D = Dext2 espesor = 88.92 x 5.49 = 77.92 mm 3.068

205093,0

DPT

TPQV

b

AVEb

spiexx

xxxV /61.44

068.367.51973.159

67.52769.145,8828705093,0

2

smbV /60.13arg)10( < 25,0m/s Cumple


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6. A travs de una tubera Sch-40 D.N. 2 un compresor aspira 1500 Sm3/h de gas natural a

04 barg. Indicar si la tubera es la adecuada.

Solucin:

La red tiene 04 barg de presin, es correcto usar tubera Sch-40.

Q = 1500 Sm3/h 35.315 x 1500 pie3/h = 52972.50 pie3/h

Pb = 1 atm (condicin estndar) 14.696 psi

TAVE= 20 C equivalente a 527.67 R. (R = 491.67 + 1,8C)

P = 04 barg P = (04 + 1.01325) x 14.504 bara 72.71 psia

Tb = 15.56 C (condicin estndar) equivalente a 519,67 R

D = Dext2 espesor = 60.32 x 3.91 = 52.48 mm 2.066

205093.0

DPT

TPQV

b

AVEb

spiexx

xxxV /67.129

066.267.51971.72

67.52769.1450.5297205093.0

2

smbV /52.39arg)04( > 25.0m/s No cumple

7. Indicar el rango de operacin adecuado para los actuadores Valbia.

Solucin:

De acuerdo a tabla los actuadores pueden operar entre 2.5 y 8 barg pero se debe trabajar

con valores intermedios (no al lmite), entre 4 y 7 barg.

8. Se tiene una vlvula automtica en una red cuya presin va de 27 a 50 barg, indicar el

rango de valores para la alimentacin de gas al actuador.

Solucin:


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La presin de alimentacin de gas a los actuadores debe ser menor o igual a la presin

mnima de la red, teniendo en cuenta el rango de operacin de los actuadores puede tomar

valores de 47 barg (< 27 barg).

9. Se tiene una vlvula automtica en una red cuya presin va de 10 a 19 barg, indicar el

rango de valores para la alimentacin de gas al actuador.

Solucin:



valores de 47 barg (< 10 barg).

10. Se tiene una vlvula automtica en una red cuya presin va de 5 a 19 barg, indicar el rango

de valores para la alimentacin de gas al actuador.

Solucin:



valores de 45 barg ( 5 barg).

11. Se tiene una vlvula automtica en una red cuya presin va de 1 a 5 barg, indicar el rango

de valores para la alimentacin de gas al actuador.

Solucin:


mnima de la red.

Teniendo en cuenta el rango de operacin de los actuadores puede tomar valores de 4 5

barg ( 5 barg) pero la red puede llegar a 1 barg y ello significa escoger un actuador

bastante grande, lo recomendable es usar alimentacin externa (aire).


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12. Seleccionar un actuador neumtico de simple efecto para una vlvula esfrica bridada PR(Paso Reducido o Normal) D.N. 4 a instalarse en la red de tuberas aguas arriba del

Compresor de una Estacin de Servicio GNV. La presin de suministro del gas vara entre

1019 barg.

Datos:

Presin mxima : 19 barg

Fluido : gas natural

Vlvula PR D.N. 4 (PR = paso reducido PN = paso normal)

Clculo del torque necesario para abrir una vlvula de 4 paso reducido:

TAN (N.m) = Torque(kg.m) x 9.81 x Factor Seguridad x Factor Fluido

Se toma el valor de 19 barg como presin diferencial mxima.

De las curvas de torque de accionamiento se obtiene el valor de Torque(kg.m) y el

factor por tipo de fluido (1.30 para gases secos como el gas natural).

Se toma el valor de 1.35 como factor de seguridad (puede tomar valores entre 1.25 y

1.50).

El factor de conversin de kg.m a N.m es 9.81.

TAN (N.m) = Torque(kg.m) x 9.81 x Factor Seguridad x Factor Fluido

TAN (N.m) = 6.4 x 9.81 x 1.35 x 1.30

TAN (N.m) = 110.19


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Figura N 59Curvas de torques de las vlvulas


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Tabla N 20Actuadores Neumticos


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Actuador Seleccionado: SR125 Set 5

Torque para el cierre por resorte:

MMC 216.2 Nm > 110.19 Nm

MMD 119.2 Nm > 110.19 Nm

Torque del actuador operando a 6 barg, el actuador tomar gas de la red, la presin debe

ser igual o menor que la mnima (6 10):

MAC 118.8 Nm > 110.19 Nm

MAD 228.7 Nm > 110.19 Nm

13. Seleccionar un actuador neumtico de simple efecto para una vlvula esfrica D.N. 1 a

instalarse aguas abajo de la Batera de Almacenamiento (a 250 barg) en una Estacin de

Servicio GNV. La presin de suministro del gas vara entre 1019 barg.

Datos:

Presin mxima de la red de suministro : 19 barg

Presin en Batera de almacenamiento : 250 barg

Fluido : gas natural

Vlvula esfrica D.N. 1

Clculo del torque necesario para abrir una vlvula de 1 paso reducido (paso

normal):

El gas sale de la batera de almacenamiento con 250 barg, ese valor es tomado

como presin diferencial mxima. La presin de suministro del gas no afecta el

clculo.

TAN (N.m) = Torque(kg.m) x 9,81 x Factor Seguridad x Factor Fluido

TAN(N.m) = 4.6 x 9.81 x 1.35 x 1.30

TAN(N.m) = 79.20


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Figura N 60Curvas de torques de las vlvulas


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Tabla N 21Actuadores Neumticos

Actuador Seleccionado: SR115 Set 5

Torque para el cierre por resorte:

MMC 161.8 Nm > 79.20 Nm

MMD 90.4 Nm > 79.20 Nm

Torque del actuador operando a 6 barg:

MAC 94.5 Nm > 79.20 Nm

MAD 175.4 Nm > 79.20 Nm


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14. Determinar el dimetro de la tubera para la Red entre la EFM y el compresor de una

Estacin de Servicio GNV, la misma contar con un compresor con capacidad de 1400

Sm3/h a 5 barg. La presin de suministro del gas vara entre 519 barg.

Datos:

Capacidad del compresor (5 barg) : 1400 Sm3/h 49434 pie3/h

Velocidad mxima permisible del gas : 25 m/s 82.021 pie/s

Presin base (Pb) : 1 atm 14.696 psi

Temperatura base (Tb) : 15.56 C 519.67 R

Temperatura promedio (TAVE) : 20 C 527.67 R

Presin de la red : (5 + 1.01325) bar 87.21psi

Clculo del dimetro crtico:

5,0

arg)5(05093.0

VPT

TPQD

b

AVEbbcrit

5,0

021.8267.51921.87

67.527696.144943405093.0

xx

xxxDcrit

Dcrit= 2.2913

Dcrit= 58.20 mm

De la tabla se selecciona tubera D.N. 3 Sch-40

Dint= Dext2espesor

Dint= 88.92 x 5.49 = 77.92

Dint>Dcrit 77.92 > 58.33


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15. Determinar el valor de Z (factor de compresibilidad) para el gas natural que se encuentra a

8 barg.

En el subttulo 7 se determin la Presin y Temperatura seudocrtica del gas natural:

Se tiene que:

Para el caso planteado 8 barg y asumiendo que la temperatura es de 20 C.

Del baco se obtiene Z=0.98

cr sPPsP /

cr sTTsT /

barsPc 23.46 KsTc 35.203

195.023.46/)18(/ cr sPPsP

44.135.203/)15.27320(/ cr sTTsT


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Figura N 61 baco Factor de Compresibilidad Z


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16. Se tiene un compresor de GNV con 1400 Sm3/h de capacidad que alimentar a 3

dispensadores, qu caudal se debe tomar para el clculo de las redes?

Para la red aguas arriba del compresor (aspiracin): 1400 Sm3/h

Para la red entre el compresor y la batera de almacenamiento: 1400 Sm3/h

Para la red entre la batera de almacenamiento y los dispensadores: 3 x 300 Sm3/h

17. Se tiene un compresor de GNV con 1000 Sm3/h de capacidad que alimentar a 4

dispensadores, qu caudal se debe tomar para el clculo de las redes?

Para la red aguas arriba del compresor (aspiracin): 1000 Sm3/h

Para la red entre el compresor y la batera de almacenamiento: 1000 Sm3/h

Para la red entre la batera de almacenamiento y los dispensadores: 4 x 300 Sm3/h,

supera la capacidad del compresor pero al tener almacenado el gas puede generarse

un flujo de 1200 Sm3/h hacia los dispensadores (por un corto tiempo).

18. Se tiene una Estacin de Servicios de GNV con un compresor de IMW50-4500DA-150-

3625-3AC. El compresor alimentar a 2 dispensadores. Llenar las planillas de clculo para

las Redes de tuberas de GNV.

Red entre la EFM y Compresor

Compresor y Batera de Almacenamiento

Batera de Almacenamiento y Dispensadores.

Caractersticas del Compresor:

Modelo : IMW50-4500DA-150-3625-3AC

Nmero de etapas : 3

Presin mnima de aspiracin : 05 barg

Presin mxima de aspiracin : 10 barg

Presin de descarga mxima : 250 barg

Flujo Mnimo (05 barg) : 379 Sm3/h

Flujo Mximo (10 barg) : 735 Sm3/h


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Tabla N 22Series y Dimetros Disponibles

Solucin:

Clculo del factor Z


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Tabla N 23 Composicin del GN

Presin de operacin igual a 5 barg




Componentes % Molar Pc

(bar)

Tc

(K)xiPci xiTci

Metano 88.988 45.96 190.70 40.90 169.70

Etano 10.465 48.72 305.48 5.10 31.97

Propano 0.547 42.48 307.01 0.23 1.68

13.023.46/)15(/ cr sPPsP

24.023.46/)110(/ cr sPPsP

ciic PxsP

barsPc 23.4623.010.590.40

ciic TxsT

KsTc 35.20368.197.3170.169

44.135.203/)15.27320(/ cr sTTsT

44.135.203/)15.293(/ cr sTTsT


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Planilla de Clculo - Red entre la EFM y el Compresor:

Figura N 62Red entre la EFM y el Compresor

- Se tiene en cuenta el caudal mximo del compresor para la mnima y mximapresin.

- La velocidad no debe superar los 25 m/s.

43.523.46/)1250(/ cr sPPsP

44.135.203/)15.293(/ cr sTTsT


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(t) valor obtenido de tabla.(a) valor asumido.

Presin de Operacin: 5 barg Z = 0.98

Nominal Interior

Sm3/h m m pulg pulg pulg barg barg m/s

EFM - a 379 0.80 1.20 1.1947 2" 2.068 5.00 5.00 8.32 Tubera y accesorios

a - b 379 ---- 2.50 (t) 1.1949 2" 2.068 5.00 5.00 8.33 Vlvula Bridada PR

b - c 379 --- - 2.50 (a) 1.1952 2" 2.068 5.00 4.99 8.33 Vlvula Check

c - d 379 ---- 2.50 (t) 1.1954 2" 2.068 4.99 4.99 8.33 Vlvula Bridada PR

d - e 379 0.35 0.53 1.1956 2" 2.068 4.99 4.99 8.34 Tubera y accesorios

e - f 379 ---- 14.50 (a) 1.1956 2" 2.068 4.99 4.99 8.34 Regulador de presin

f - Compresor 379 8.50 12.75 1.1957 2" 2.068 4.99 4.99 8.34 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal LongitudReal

DimetroCalculado

Dimetro SeleccionadoLongitudClculo


Nominal Interior


EFM - a 735 0.80 1.20 1.2287 2" 2.068 10.00 10.00 8.81 Tubera y accesorios

a - b 735 ---- 2.50 (t) 1.2289 2" 2.068 10.00 9.99 8.81 Vlvula Bridada PR

b - c 735 ---- 2.50 (a) 1.2292 2" 2.068 9.99 9.99 8.81 Vlvula Check

c - d 735 ---- 2.50 (t) 1.2295 2" 2.068 9.99 9.98 8.82 Vlvula Bridada PR

d - e 735 0.35 0.53 1.2296 2" 2.068 9.98 9.98 8.82 Tubera y accesorios

e - f 735 ---- 14.50 (a) 1.2296 2" 2.068 9.98 9.98 8.82 Regulador de presin

f - Compresor 735 8.50 12.75 1.2298 2" 2.068 9.98 9.98 8.82 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal Longitud

Real

Longitud

Clculo

Dimetro

Calculado

Dimetro Seleccionado


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IPC-DIM-02

Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Planilla de Clculo - Red entre el Compresor y la Batera de Almacenamiento:

Figura N6 Red entre el Compresor y la Batera de lmacenamiento

- Se tiene en cuenta el caudal mximo del compresor.

- La velocidad no debe superar los 12.5 m/s.


Nominal Interior


Compresor - BA 735 6.50 13.00 0.3638 1" 0.815 250.00 249.92 2.48 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal Longitud

Real

Longitud

Clculo

Dimetro

Calculado



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IPC-DIM-02

Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Planilla de Clculo - Red entre el Compresor y los Dispensadores:

Figura N 64Red entre el Compresor y los Dispensador

- Se tiene en cuenta el caudal mximo del compresor.- La velocidad no debe superar los 12.5 m/s.


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IPC-DIM-02

Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


19. Se tiene una Estacin de Servicios de GNV con un compresor Aspro que alimentar a 3

dispensadores. Llenar las planillas de clculo para las Redes de tuberas de GNV.

Red entre la EFM y Compresor

Compresor y Batera de Almacenamiento

Batera de Almacenamiento y Dispensadores.

Caractersticas del Compresor:

Modelo : IODM 115-4

Nmero de etapas : 4

Presin mnima de aspiracin : 04 barg

Presin mxima de aspiracin : 07 barg

Presin de descarga mxima : 250 barg

Flujo Mnimo (04 barg) : 654 Sm3/h

Flujo Mximo (07 barg) : 1043 Sm3/h


Nominal Interior


Comp - A 735 32.00 64.00 0.3639 1" 0.815 250.00 249.59 2.49 Tubera y accesorios

A - B 367.5 2.20 4.40 0.2574 1" 0.815 249.59 249.58 1.24 Tubera y accesorios

A - C 367.5 7.35 14.70 0.2574 1" 0.815 249.59 249.56 1.24 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal LongitudReal

LongitudClculo

DimetroCalculado



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Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Solucin:

Clculo del factor Z

Tabla N 24 Composicin del GN



Componentes % Molar Pc

(bar)

Tc

(K)xiPci xiTci

Metano 88.988 45.96 190.70 40.90 169.70

Etano 10.465 48.72 305.48 5.10 31.97

Propano 0.547 42.48 307.01 0.23 1.68

11.023.46/)14(/ cr sPPsP

ciic PxsP

barsPc 23.4623.010.590.40

ciic TxsT

KsTc 35.20368.197.3170.169

44.135.203/)15.27320(/ cr sTTsT


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Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014






17.023.46/)17(/ cr sPPsP

43.523.46/)1250(/ cr sPPsP

44.135.203/)15.293(/ cr sTTsT

44.135.203/)15.293(/ cr sTTsT


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IPC-DIM-02

Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Planilla de Clculo - Red entre la EFM y el Compresor:

Figura N 65Red entre la EFM y el Compresor

- Se tiene en cuenta el caudal mximo del compresor para la mnima y mxima

presin.

- La velocidad no debe superar los 25 m/s.


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Edicin 1

Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014



Nominal Interior


654 0.75 1.13 1.7194 2" 2.066 4.00 4.00 17.31 Tubera y accesorios

654 ---- 2.50 1.7205 2" 2.066 4.00 3.99 17.34 Vlvula Automtica

654 ---- 2.50 1.7221 2" 2.066 3.99 3.98 17.37 Vlvula Check


654 ---- 2.50 1.7242 2" 2.066 3.97 3.97 17.41 Vlvula Bridada PR


Tramo Caudal Long. RealLongitud

Clculo

Dimetro

Calculado

Dimetro SeleccionadoP1 P2 V Observaciones

EFM a

Compresor


Nominal Interior



1043 ---- 2.50 1.7176 2" 2.066 6.99 6.98 17.28 Vlvula Automtica

1043 ---- 2.50 1.7190 2" 2.066 6.98 6.97 17.30 Vlvula Check1043 0.65 0.98 1.7199 2" 2.066 6.97 6.96 17.32 Tubera y accesorios

1043 ---- 2.50 1.7209 2" 2.066 6.96 6.95 17.34 Vlvula Bridada PR


Dimetro SeleccionadoP1 P2 V Observaciones

EFM a

Compresor

Tramo Caudal Long. RealLongitud

Clculo

Dimetro

Calculado


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Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Planilla de Clculo - Red entre el Compresor y la Batera de Almacenamiento:

Figura N 66 - Red entre el Compresor y la Batera de Almacenamiento




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Fecha 26/05/2014

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Nombre: RCB ATL ATL

Fecha: 26/05/2014 26/05/2014 26/05/2014


Planilla de Clculo - Red entre el Compresor y los Dispensadores:




Nominal Interior


Comp - A 1043 ---- 2.50 0.4333 1" 0.815 250.00 249.97 3.53 Vlvula manual

A - B 1043 1.00 2.00 0.4334 1" 0.815 249.97 249.94 3.53 Manguera

A - C 1043 ---- 2.50 0.4334 1" 0.815 249.94 249.91 3.53 Vlvula Check

C - D 1043 9.50 19.00 0.4335 1" 0.815 249.91 249.68 3.54 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal Long. RealLongitud

Clculo

Dimetro

Calculado



Nominal Interior


BA - A 900 ---- 2.50 0.4025 1" 0.815 250.00 249.98 3.05 Vlvula Automtica

A - B 900 36.00 72.00 0.4028 1" 0.815 249.98 249.29 3.05 Tubera y accesorios

B - C 300 1.20 2.40 0.2327 1" 0.815 249.29 249.29 1.02 Tubera y accesoriosB - D 600 7.25 14.50 0.3291 1" 0.815 249.29 249.22 2.04 Tubera y accesorios

D - E 300 1.20 2.40 0.2327 1" 0.815 249.29 249.29 1.02 Tubera y accesorios

D - F 300 8.45 16.90 0.2327 1" 0.815 249.29 249.29 1.02 Tubera y accesorios

P1 P2 V ObservacionesTramo Caudal Long. RealLongitud

Clculo

Dimetro

Calculado



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Fecha 26/05/2014

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Figura N 67 - Red entre el Compresor y los Dispensadores

ejercicios gnv_cap 7

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