mdp 04 cf-10 platos de casquete de burbujeo

PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

�1994

MDP–04–CF–10 PLATOS DE CASQUETE DE BURBUJEO

APROBADA

NOV.97 NOV.97

NOV.97 L.C.0 44 L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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PLATOS DE CASQUETE DE BURBUJEO NOV.970

PDVSA MDP–04–CF–10

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 APLICACIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 CONSIDERACIONES BÁSICAS DEL DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . .

7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEÑO 11. . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 NOMENCLATURA 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 PROGRAMAS DE COMPUTACION 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/fraccio/indice_fraccio.htm

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1 ALCANCEEsta subsección cubre las técnicas para realizar el diseño de procesos de losplatos de casquetes de burbujeo en aplicaciones de transferencia de masa. Eldiseño mecánico detallado y el arreglo de casquetes los maneja normalmente elfabricante de los platos y sobre esa premisa se ha elaborado esta sección. Unformato de cálculos que muestra paso a paso el procedimiento de diseño seincluye en el Apéndice. Para el diseño de otros internos de la torre relacionadoscon el plato tales como boquillas, cajas de retiro y conexiones del rehervidorrefiérase a la Subsección MDP–04–CF–08. Para el diseño de platos de casquetesde burbujeo en servicios de transferencia de calor, refiérase a la SubsecciónMDP–04–CF–13.

2 REFERENCIASMDP–04–CF–06 Selección del Tipo de Plato.

MDP–04–CF–08 Otros Internos de Torres de Fraccionamiento.

MDP–04–CF–13 Transferencia de Calor por Contacto Directo.

Consideraciones Económicas de DiseñoLudwig Ernest E. ”Applied Process Design for Chemical and PetrochemicalPlants’’. Volume 2. Second. Edition.Gulf Publishing Co.ISBN 0–87201–753–2(v–2)

Kister Henry Z.’’Distillation Design’’,McGraw Hill,inc. ISBN 0–07–034909–6

Walas Stanley M.’’Chemical Process Equipment, Selection and Design’’.Butterworth–Heineman. ISBN 0–7506–9385–1

PROII Keyword Input Manual. Version 4.1. 1996, by Simulation Sciences Inc.

3 ANTECEDENTESLos platos de casquetes de burbujeo fueron los elementos de contactofundamentales en las columnas de platos hasta los inicios de la década de loscincuenta, debido a su alta eficiencia, buena capacidad y alta flexibilidad ante lasvariaciones de flujo tanto de vapor como de líquido. Sin embargo, su alto costoestimuló el desarrollo de alternativas más baratas que eventualmente losdesplazaron de esa posición de preferencia al permitir rendimientos comparablespor un costo hasta un 50% menor que el de estos platos. En la actualidad una deesas alternativas, los platos perforados, son la primera opción para la mayoría delas aplicaciones de las refinerías, pero para ciertas aplicaciones los platos decasquetes de burbujeo siguen siendo la mejor elección, tal como se especifica enlas aplicaciones.

4 DEFINICIONES Ver Subsección MDP–04–CF–06.




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5 APLICACIONESLos platos de casquetes de burbujeo se aplican en la actualidad bien sea enunidades de proceso construidas antes de que entraran en desuso, o en nuevosdiseños que deben cumplir con requerimientos especiales tales como altacapacidad de reducción de flujos respecto a los de diseño (relaciones de“turn–down’’ superiores a la de 3 a 1), flujos de líquido extremadamente bajos,que requieren el sellado positivo que da este tipo de platos y cuando se requierela minimización de fugas. También pueden utilizarse cuando los dispositivos decontacto más baratos, como los platos perforados o los de válvulas presentan unadesventaja específica para el servicio propuesto que no afecte así al plato decasquetes de burbujeo, como pudiera ser el atascamiento de las válvulas de unplato en servicios sucios o corrosivos o la falta de resistencia mecánica parasoportar los fuertes incrementos de presión que puede causar la vaporizaciónrepentina de agua en torres donde pueda entrar o acumularse durante alguna fasedel ciclo de operación–mantenimiento de la torre.

6 CONSIDERACIONES BÁSICAS DEL DISEÑOEl diseño apropiado de un plato de burbujeo da como resultado un arreglo de platoque en las condiciones de operación a las que se verá sometido realizará sufunción de separación con eficiencia razonable, será estable y no presentarácomportamientos inadecuados tales como inundación por chorro, soplado,vaciado o mala distribución de vapor, todo ello sin incurrir en costos excesivos.

El procedimiento de diseño que se presenta en esta Subsección se basa en laaplicación de criterios para definir una configuración tentativa del plato, que sesomete a pruebas sucesivas que permiten decidir si el arreglo propuesto fallaráfrente a los criterios de comportamiento ya mencionados, que a su vez orientanla modificación del diseño tentativo para lograr un arreglo final satisfactorio.

En la Subsección MDP–04–CF–06 se tratan en detalle las limitaciones de losplatos mencionadas aquí.

Espaciamiento Entre Platos

La combinación óptima del espaciamiento entre platos y del diámetro de la torrees aquella que minimiza la inversión total de la torre sujeta a la condición de queel espaciamiento entre platos sea suficiente para permitir el acceso paramantenimiento. La información de inversiones del Manual de Estimación deCostos puede ser utilizada como una guía para determinar la inversión como unafunción del diámetro de la torre y del espaciamiento entre platos.

Los espaciamientos mínimos entre platos se muestran en la tabla de la página 11como una función del diámetro de la torre, tipo de servicio y requerimientos demantenimiento. Ver también las discusiones sobre el llenado del bajante en“Hidráulica del Plato’’.




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Diámetro de la Torre

Junto con los criterios discutidos posteriormente en los puntos “Dimensionamientodel Bajante’’, “Espacio libre en el Bajante’’ y “ Llenado del Bajante’’, el diámetro dela torre debe proveer suficiente área de sección transversal para evitar arrastre deacuerdo a la siguiente ecuación.

Va=Kd K�p H

F3� �V�L _ �V

�� Ec. (1)

donde:

En unidadesmétricas

En unidadesinglesas

Va = Velocidad superficial del vapor máximapermitida (Diseñar para un máximo de 100% deVa)

m/s pie/s

Kd = Factor de corrección por capacidad de vaporpara el área del bajante. Ver ecuación (1a).

K�p = Factor de velocidad del vapor permitida,basado en las propiedades del sistema.(Fig. 1.).

H = Espaciamiento entre platos. mm pierv = Densidad del vapor a condiciones de trabajo. kg/m3 lb/pie3

rL = Densidad del líquido a condiciones de trabajo. kg/m3 lb/pie3

F3 = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

1000 1

Kd=As _ Adi _ Aw

0.92 AsEc. (1a)

As = Area superficial de la torre. m2 pie2

Adi = Area de entrada al bajante. Con bajantesinclinados o escalonados, se debe utilizar elpromedio de las áreas de entrada y salida delbajante.

m2 pie2

Aw = Area estimada de desperdicio m2 pie2

Una modificación en la ecuación (1) de Va para permitir calcular As directamentese presenta en el formato de cálculo como ecuación (2b2). Ya que As y Kddependen una de otra, la solución de la ecuación que las liga requiere un cálculoiterativo.

Como en todo proceso de solución iterativa de ecuaciones el esfuerzo de cálculopuede reducirse significativamente si se seleccionan buenos valores iniciales para




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las variables de cálculo, se sugieren dos procedimientos para estimar el áreasuperficial de la torre, y por consiguiente su diámetro. Primer procedimiento deestimación: para el primer ensayo, As debería ser calculada basados en un valorasumido para Kd = 0.95. Del valor resultante de As, se puede calcular un valor”final’’, suficientemente preciso, de Kd. Nótese que en el formato de cálculo no sedebe tomar crédito de capacidad para espaciamiento entre platos más grandesque 900 mm (36 pulgadas). Segundo procedimiento: Decida a que porcentaje dela velocidad de vapor a máxima capacidad de la torre (VL(Lim)) se va a trabajar enel equipo (siempre por debajo de 100%). Calcule con ayuda de la ecuación 2c1del formato de cálculo el área libre del plato y para obtener un valor conservadordel diámetro calcule el área superficial del plato suponiendo que el área libreestimada es el 88% del área superficial.

El factor de capacidad de vapor K�p para las propiedades del sistema se presentaen la Fig. 1. Esta correlación se basa en datos operacionales de torres quemanejan hidrocarburos. Debido a que la correlación es empírica, debería usarsecualquier dato de capacidad disponible para el tipo de torre que se está diseñando.Esto es especialmente válido para absorbedoras, servicios que no manejanhidrocarburos y sistemas donde la viscosidad del líquido excede los 0.6 mPa.s(cp). Los valores de K�p para viscosidades de hasta 6 cp pueden leerse en la Fig.1,pero deben utilizarse con precaución.

Capacidad Máxima

La ecuación (2c1) del formato de cálculos da la carga de vapor limitante para lacapacidad máxima. En caso de excederse esta carga, ocurrirá el fenómeno desoplado y el líquido se dispersará en pequeñas gotas produciéndose su arrastre.Debido a esta atomización del líquido, aumentar el espaciamiento entre los platosno reducirá la cantidad de líquido arrastrado al plato superior. La relación de lacarga de vapor de diseño VL a la carga de vapor de máxima capacidad VL(Lim) debemantenerse por debajo de 100%. Si es necesario, el diámetro de la torre debeincrementarse, aun cuando la ecuación (1) sobre arrastre haya sido satisfecha.Sin embargo, el diámetro calculado mediante esta ecuación normalmente proveesuficiente área libre para satisfacer las limitaciones de capacidad máxima.

Número de Pasos de Líquido

Para diámetros menores o iguales a 1500 mm (5 pie), se deberían utilizar platosde un solo paso. Los platos de casquetes de burbujeo de múltiples pasos deberíanser considerados cuando el flujo de líquido está en el rango de 14 a 21 dm3/s pormetro de diámetro (4000 a 6000 gal/h por pie de diámetro) en platos de un solopaso. A esos flujos, el gradiente de líquido en el plato comienza a hacerse grandey por lo tanto se requiere una alta caída de presión a través del casquete paramantener una distribución de vapor satisfactoria. Ambas condiciones causarían




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un llenado excesivo del bajante y requerirían espaciamientos muy grandes entrelos platos.

Dimensionamiento del Bajante

El área requerida en la entrada del bajante se ajusta por las limitaciones desegregación o separación de la espuma para dar un líquido claro a la salida delbajante sin acumularla en el plato. Si el área es insuficiente, la espuma puedeacumularse en el plato y causar inundación prematura. Esta separación es másfácil mientras más difieran las densidades de las fases líquida y vapor, por lo que,a medida que la temperatura del sistema se aproxime a la temperatura crítica, ylas densidades de las fases de vapor y líquido se aproximen una a la otra, lasegregación del vapor así como la predicción del área requerida para segregación,serán cada vez más difíciles de realizar. Esto es más probable que suceda ensistemas de destilación a altas presiones, por lo que se recomienda en esos casosser conservadores en la definición de las áreas de bajante.

La Fig.8 da la velocidad máxima permitida del líquido a la entrada del bajantebasada en la velocidad terminal de elevación de las burbujas de vapor arrastradasa medida que ellas se liberan en el bajante. La velocidad calculada es una funciónde las propiedades físicas de los fluidos y por lo tanto varía de un sistema a otro.Los datos de FRI indican que la Fig.8 predice bastante bien la máxima velocidadpermisible de entrada al bajante aun para sistemas a alta presión. Enconsecuencia, ésta puede ser utilizada para todos los sistemas. Sin embargo,mientras no se encuentren disponibles más datos, la velocidad de entrada albajante debería ser limitada a un máximo de 0.15 m/s (0.5 pie/s). Para sistemasespumantes, deberían usarse velocidades menores (en el orden de 0.06 m/s (0.2pie/s)). La velocidad a la salida de un bajante inclinado o escalonado no deberíaexceder dos veces la velocidad de entrada calculada, o 0.18 m/s (0.59 pie/s),cualquiera que sea menor.

Para una buena distribución de líquido, la longitud de la salida de un bajante tiposegmento circular debe ser al menos 65% del diámetro de la torre. Esto significaque el área de salida del bajante (que es igual al área de entrada al plato de abajo)debe ser por lo menos 6.8% del área superficial de la torre As. Si el área de entradaal bajante requerida para satisfacer los criterios de velocidad permitida del líquidoexcede el 12% del área superficial del plato, el fondo de un bajante recto resultaríasobredimensionado, y en ese caso se debería considerar el uso de bajantesinclinados o escalonados.

Cuando un bajante tipo segmento circular resulta en mucha más área que larequerida para satisfacer el criterio de velocidad de entrada, se debe considerarun bajante del tipo arco modificado. Ver Fig. 9. Ver otras relaciones geométricasen MDP–03–S–03 Tabla 5.




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Espacio Libre del Bajante

El espacio libre o separación del bajante es la distancia vertical entre el borde delfondo del bajante y la cubierta del plato a donde descarga. Este espacio libre nodebería ser más pequeño que 25 mm (1 pulgada) y se basa en una caída depresión de 13 a 38 mm (0.5 a 1.5 pulgadas) de líquido caliente, de acuerdo a lafórmula del vertedero sumergido, Ecuación (4g1) del formato de cálculo.

Sellado del bajante

Para impedir que parte del vapor se desvíe del plato subiendo a través del bajante,éste debe sellarse con el líquido del plato inferior, es decir debe tener su extremode descarga sumergido en el líquido circundante. La condición crítica para estesello ocurre al flujo mínimo de líquido, por lo tanto, se debe verificar que a estacondición, la suma de la altura libre del líquido hi a la entrada del plato y la pérdidade cabezal had bajo el bajante sea cuando menos igual al espacio libre del bajantey preferiblemente excederla por 6 mm (0.25 pulgadas) de líquido caliente. Si elcálculo muestra que no se obtiene sello, lo cual es raro en este tipo de platos, sedebe considerar el incrementar la altura del vertedero de salida, reducir el espaciolibre o separación del bajante mediante el uso de una caja de entrada hueca oagregar un vertedero de entrada. No se recomienda el uso de bajantes con bordesperfilados en este tipo de platos, ya que la reducción de caída de presión que selogra de este modo no es capaz de compensar de modo significativo las elevadascaídas de presión que producen los propios casquetes. El diseño final es aquel quelogra sellar el bajante a flujo mínimo y minimiza el llenado del bajante a los flujosde diseño de vapor y de líquido.

Arreglo de los Casquetes de Burbujeo

Se recomiendan los lineamientos generales siguientes para evaluar el arreglo deun plato existente o para diseñar un plato nuevo. Para el caso de diseño de platosnuevos, se debe indicar al vendedor que manejará los detalles de diseño del platosi se desea un paso o arreglo triangular o cuadrado, así como el diámetro de loscasquetes.

Arreglo – Normalmente se prefiere el arreglo cuadrado porque reduce el gradientehidráulico y casquetes de 6 ó 4 pulgadas. El arreglo cuadrado deberíaespecificarse para nuevos diseños, sin embargo, si el gradiente hidráulico seconsidera menos importante que la disponibilidad de área para colocar casquetes,el arreglo triangular permite la colocación de mayor número de casquetes porunidad de área de burbujeo que el arreglo cuadrado y pudiera ser el arreglo másconveniente. Este caso puede presentarse cuando se requiere mayor cantidad decasquetes por plato para aumentar capacidad y/o eficiencia, pero el diámetro dela torre ya esté fijo, como puede ser el caso de “revamps’’ o eliminación de cuellosde botella en plantas existentes.




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Espaciamiento de los Casquetes – En todos los platos de casquetes de burbujeose debería especificar un 10% más de casquetes por unidad de área de contactoen la mitad de entrada del plato que en la mitad de salida. La mitad de entrada sedefine como el área de contacto dentro de la primera mitad de la trayectoria delflujo �fp como se muestra a continuación.

Con esto se busca compensar el efecto del gradiente hidráulico en el plato, quetiende a desviar el flujo de vapor que viene del plato inferior hacia los casquetesde la zona de salida de líquido, donde la profundidad es menor y entoncesaprovechar el mejor contacto líquido vapor que existe en la zona de entrada delíquido al plato.

Normalmente se puede lograr la distribución de casquetes propuesta si en el terciode entrada de líquido al plato (trayectoria del flujo) se usa un espaciado de filas deunos 215 mm (8 1/2 pulgadas) con casquetes de 150 mm (6 pulgadas) y unespaciado de 150 mm (6 pulgadas) con casquetes de 4 pulgadas;y en el tercio desalida una separación de 230 y 165 mm (9 y 6 1/2 pulgadas), respectivamente. Enplatos de torres de vacío, los espaciamientos pueden ser reducidos a 25 mm (1pulgada). Ya que se recomienda un arreglo cuadrado, estos valores definen elespaciamiento dentro de cada fila, para mantener su geometría.

Tamaño del Casquete – Debido a su baja caída de presión, generalmente seespecifican casquetes elevados de 6 pulgadas para servicios de vacío y para laeliminación de cuellos de botella en torres existentes. Los casquetes de burbujeo




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de 4 pulgadas se usan en platos con diámetros menores o iguales que 900 mm(3 pie). Para platos con diámetros mayores que 900 mm (3 pie) se especificancasquetes de 6 pulgadas. No obstante lo anterior, en el caso de torres condiámetros mayores que 900 mm (3 pie), a las que por razones de bajo flujo devapor les correspondiera un bajo número de casquetes de 6 pulgadas por platoque llevara a una mala distribución de vapor, se procederá a corregir la maladistribución de vapor utilizando casquetes de 4 pulgadas. Los casquetes típicosrecomendados se muestran en la Tabla 1.

Distancia desde el Vertedero – La línea central de la fila de casquetes final deberíaestar de 150 a 180 mm (6 a 7 pulgadas) de separación del vertedero cuando seutilizan casquetes de 6 pulgadas y de 125 a 150 mm (5 a 6 pulgadas) en el casode los casquetes de 4 pulgadas.

Arrastre y Vaciado

El vaciado (’’dump’’) no debería ocurrir si el plato se diseña de acuerdo con loscriterios discutidos en ”Hidráulica del Plato’’. Para minimizar el arrastre se requiereque la caída de presión a través de la ranura hs sea menor que la distancia hdsdesde la cubierta o piso del plato hasta el tope de la ranura.

Hidráulica del Plato

Caída de Presión y Distribución de Vapor – El vapor fluyendo a través de un platodebe vencer la resistencia de fricción en el casquete de burbujeo y chimenea(“riser ’’) más el cabezal de líquido arriba del punto donde el vapor sale de lasranuras de los casquetes de burbujeo. Un flujo uniforme de vapor a través de lasección transversal del plato depende de una resistencia total igual a través detodas las secciones del plato. Datos de pruebas han demostrado que el cabezalde líquido es más grande a la entrada del plato y decrece hacia la salida. Existeun cabezal mínimo de líquido entre la mitad de salida de platos y el vertedero.

El perfil de cabezal de líquido asumido para propósitos de diseño se muestra enla Fig. 5. Para compensar la reducción en el cabezal de líquido desde la entradaal plato hacia la salida, la caída de presión de los casquetes de burbujeo deberíaser menor en la porción de entrada al plato. Esto se logra mediante la provisiónde 10% más de casquetes por unidad de área de contacto en la mitad de entradaque en la mitad de salida, como se discutió anteriormente.

Para asegurarse de que todos los casquetes estén activos, la caída de presióndel casquete para un flujo de líquido dado debe ser, por lo menos, tan grande comoaquella mostrada por la curva inferior de de la Figura 3. La región de distribución”pobre’’ debajo de esta curva representa los flujos de líquido para los que loscasquetes de entrada cesan de transportar vapor y por lo tanto vacían el líquido.Cuando el flujo de líquido excede aquel obtenido de la curva de distribución”buena’’ en la Figura 3, la caída de presión en el casquete debería ser




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incrementada. Esto puede lograrse mediante la clausura de cada tercer casqueteen cada fila en el lado de salida del plato.

Un modo alterno de incrementar la caída de presión del casquete es el de colocarestrangulamientos en cada chimenea, restringiendo el flujo de vapor a través dela misma. La Fig. 4. muestra este arreglo junto con las curvas para determinar elfactor de caída de presión de la chimenea, Kc. Si los obturadores (chokes) sonusados sólo en algunos de los casquetes, la caída de presión final de éstos (hcap)debe obtenerse por un proceso iterativo. Ello ocurre debido a que el flujo de vapora los casquetes estrangulados (con un alto �P) será menor que a los noestrangulados (bajo �P) ya que el vapor se dividirá según la caída de presión totaldel plato.

Gradiente de Líquido – La altura del vertedero de salida se determina con laEcuación (4f1) del formato de cálculo, valor que se redondea por exceso hasta elcuarto de pulgada más cercano. El procedimiento de cálculo asegura que la filade casquetes de salida, asumiendo alturas estándar de la chimenea, sea selladamediante 6 a 13 mm (1/4 a 1/2 pulgadas) de líquido. Asimismo, el procedimientoestá basado en la suposición de una depresión del cabezal de líquido de 25 mm(1 pulgadas) a la salida del plato (Ver Fig. 5.).

La Figura 3 debería ser usada para estimar el gradiente de líquido en el plato, elcual afecta la caída de presión total del vapor al incrementarse el cabezalpromedio de líquido en el plato. La Ecuación (4h1) muestra el efecto del gradientede líquido sobre la caída de presión del plato. Para propósitos de diseño se suponeque el nivel del líquido en el casquete promedio es igual a ho, el cabezal de salidamás una tercera parte del gradiente de líquido. El gradiente de líquido en un platodeterminado es la diferencia entre los niveles de entrada y salida del líquido en eseplato o, de modo equivalente, su diferencia de profundidades entrada–salida enel plato.

Llenado del Bajante – El llenado del bajante, como un porcentaje delespaciamiento entre platos, no debería exceder los valores dados en la Fig.2. donde se representa como una función de la presión. Pudiese ser necesarioincrementar el espaciamiento entre platos para cumplir con este requerimiento.

Eficiencia Global

Cuando fuese posible se debería utilizar la experiencia pasada como una guíapara determinar la eficiencia de los casquetes de burbujeo. En ausencia de datosse puede asumir que un plato de este tipo, diseñado de acuerdo al procedimientodescrito en esta subsección, tendrá la misma eficiencia de un buen diseño deplatos perforados. La eficiencia de los platos perforados puede calcularsesiguiendo el procedimiento en la Subsección MDP–04–CF–09 Eficiencia dePlatos.




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Transferencia de Calor

La Subsección MDP–04–CF–13 define el procedimiento para determinar elnúmero de platos de casquetes de burbujeo requerido para un servicio dado detransferencia de calor.

7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEÑOEl procedimiento paso a paso para el diseño de un plato de casquetes de burbujeose muestra en el apéndice “Formato de Cálculo’’. Básicamente, el procedimientose basa en proponer un diseño tentativo con la ayuda de los principios arribamencionados, evaluarlo contra las diferentes limitaciones operacionalespotenciales y luego modificarlo como se requiera para llegar a un diseño óptimodel plato. La decisión de cómo modificar el diseño tentativo requerirá juicio yaplicación de las consideraciones básicas de diseño discutidas anteriormente. Losnúmeros referidos a continuación son descritos en el formato de cálculo para losdiferentes pasos y ecuaciones.

Cargas de Vapor y Líquido (Paso 1)

Esta información se calcula normalmente como parte del balance de masa yenergía de la torre. Si las cargas de vapor y líquido mínimas no han sidoespecificadas se asume que son el 50% de las cargas de diseño.

Arreglo, Tamaño y Espaciamiento Preliminar de los Platos (Paso 2)

Areas del Bajante – La velocidad del líquido libre de vapor entrando al bajantedebería estar limitada a aquella calculada de la Figura 8.En todo caso, no se debenexceder los 0.15 m/s (0.5 pie/s) a la entrada del bajante. La velocidad de salida enun bajante inclinado puede ser 2 veces la velocidad de entrada o un máximo de0.6 pie/s (0.18 m/s).

Para sistemas espumantes use 0.2 pie/s (0.06 m/s).

Espaciamiento entre Platos – Un bajo espaciamiento entre platos (entre 450 y 600mm (18 y 24 pulgadas)) a menudo es más económico. Para el primer ensayo sepuede utilizar un espaciamiento de 450 mm (18 pulgadas) o un valor tomado dela tabla que se muestra abajo (el que sea más grande). Los valores dados acontinuación son los mínimos, determinados por consideraciones demantenimiento y espesor de la viga de soporte. En casos especiales, se puedenutilizar espaciamientos menores (pero no por debajo de 300 mm (12 pulgadas));sin embargo, ello dificulta el mantenimiento y requiere el uso de un pasahombrede más en el plato por paso.




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ESPACIAMIENTO MÍNIMO ENTRE PLATOS, mm(3)

Diámetro de la Torre Servicio Limpio Servicio Suciomm piev1500 de 5 ó menos 450 525>1500, �2300 de 5–1/2 a 7–1/2 525 600>2300, �3100 de 8 a 10 600 750>3100, �6000 de 10–1/2 a 16–1/2 675 850>6000 (2) de 17 y más 750 925

NOTAS:

1. El mínimo espaciamiento entre platos con pasa–hombre (manhead) presente es 600 mm (24pulgadas).

2. Para torres de diámetro mayor de 600 mm (24 pulgadas) se deben utilizar armaduras del tipo rejillapara facilitar el mantenimiento y una buena distribución de vapor (Ver Subsección MDP–04–CF–08donde se muestra un dibujo de una armadura enrejada)

3. Para convertir de mm a pulgadas divida entre 25.4

Tamaño Preliminar del Plato – El diámetro preliminar se calcula a partir del áreasuperficial As, la cual se determina con la Ecuación (2b2)(También se puedeutilizar el segundo procedimiento sugerido en la página 8 de esta Subsección). Eneste punto, Adi y Ado (paso 2A) deberían ser chequeados para asegurarse que Ado0.068 As. Si Adi es mayor que 0.12 As considerar un bajante en pendiente oescalonado. Si la suma de Adi y Ado sobrepasa 45% de As, el diámetro de la torredebería ser incrementado. Si el Adi requerido de acuerdo a la Ecuación (2a2) esmucho menor que 0.068 As y el diámetro de la torre es mayor que 1800 mm (6 pie)se puede considerar un bajante de arco modificado. Ver Fig.9.

Número de Pasos de Líquido – Los platos de dos pasos se deberían considerarcuando el flujo de líquido está en el rango de 14 a 20 dm3/s por metro (4000 a 6000gal/h por pie) de diámetro en un arreglo de un solo paso, donde los gradientes delíquido y el llenado del bajante se hacen excesivos.

Capacidad Máxima – La carga de vapor correspondiente a la capacidad máximase calcula a partir de la Ecuación (2c1). La relación de las capacidades de diseñoy máxima debe mantenerse por debajo de 100%.

Arreglo, Tamaño y Espaciamiento Final de los Platos (Paso 3)

Usar el último valor de Dt calculado en la etapa 2(b) o 2(c) para el diámetro final.Para diámetros calculados mayores de 3000 mm (10 pie) éste debería serredondeado por exceso hasta el múltiplo de 150 mm (6 pulgadas) más cercanoy para diámetros calculados menores que 3000 mm (10 pie) hasta el múltiplo máscercano de 75 mm (3 pulgadas).




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Bajantes y vertederos – La longitud de la parte inferior del bajante debería serverificada para estar seguros de que sea por lo menos 65% del diámetro.Adicionalmente, para platos de dos pasos, el ancho del bajante interior debe serpor lo menos 200 mm (8 pulgadas). Ver las relaciones geométricas enMDP–03–S–03 Tabla 5.

Placas Deflectoras para Evitar Mezclado en el Bajante – Cuando el flujo de líquidoexcede 10 dm3/s por metro (3000 gph/pie) de diámetro por paso, en platos depasos múltiples se debe usar una placa deflectora para evitar mezclado en elbajante. La misma debe colocarse longitudinalmente, suspendida sobre el bajanteinterno o central y debe extenderse a todo lo largo del mismo. De este modo seevita que la espuma salte de una sección del plato a otra y se le obliga a llegar albajante. Ver Subsección MDP–04–CF–08.

Hidráulica del Plato (Paso 4)

El arreglo cuadrado debería usarse para diseños de nuevas torres en conjunto conuno de los casquetes estándares descritos en la Tabla 1. Si el vendedor de losplatos es el responsable de realizar el arreglo detallado, se debe especificar elnúmero de casquetes y verificar que se pueda obtener una distribución de vaporrazonable. Sin embargo no se requiere definir el arreglo detallado del plato.

Caída de Presión del Casquete – La caída de presión del casquete es la suma delas caídas de presión de la chimenea y de la abertura. El cálculo de caída depresión en la chimenea para los casquetes estándares mostrados en la Tabla 1,se realiza con la ecuación (4b1). Para casquetes no estándares, debería usarseel procedimiento descrito en la Tabla 2. La caída de presión del casquete debemantener al plato por encima de la curva de distribución ”pobre’’ de la Figura 3 entodo su rango de flujos de operación.

Caída Total de Presión del Plato – La Ecuación (4h1) da el �P total a través delplato.

Sellado del Bajante – A flujos mínimos, la suma del cabezal de entrada en el platohi y la pérdida de cabezal bajo el bajante Hud deben ser mayores que el espaciolibre del bajante. Si el sello no se puede obtener se debe considerar el uso de unespacio libre menor, un vertedero de salida más grande, un vertedero de entradao una caja de receso.

Llenado del Bajante – El llenado del bajante, Ecuación (4k1), como un porcentajedel espaciamiento entre platos, debe ser igual o menor que el valor permisibledeterminado en la Figura 2. Si lo anterior no se cumple probablemente se tendráque incrementar el espaciamiento entre platos en vez de hacer otros ajustes parareducir la caída de presión en el plato.




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8 NOMENCLATURA

Aa = Area anular del casquete, m2 (pie2) (Tabla 1)Ab = Area de burbujeo, m2 (pie2) (Figura 6.)Ac = Area transversal interior de la chimenea, m2 (pie2) (Tabla1)Acap = Area transversal interior del casquete, m2 (pie2) (Tabla 2)Adi = Area de entrada al bajante, m2 (pie2) (Figura 6.)Ado = Area de salida del bajante, m2 (pie2) (Figura 6.)Af = Area libre de la torre, m2 (pie2) (Figura 7.)Am = La menor del área anular entre el casquete y la chimenea (Aa) y el área de

reversión (At) m2 (pie2) (Tabla1)Ar = Area de reversión, ej. área entre el tope de la chimenea y el lado inferior del

casquete, m2 (pie2) (Tabla1)As = Area superficial de la torre, m2 (pie2)

As = Area de la ranura por casquete, m2 (pie2) (Tabla 1)

Aw = Area desperdiciada, m2 (pie2)c = Espacio libre del bajante, mm (pulg)D = Diámetro de la torre, mm (pie)Dt = Diámetro preliminar de la torre, mm (pie)d = Diámetro interior de la chimeneaFi = Factor que depende de las unidades usadas (ver tabla al final)

G = Flujo másico del vapor, kg/s (pulg. de líquido caliente)H = Espaciamiento entre platos, mm (pie)Hs = Altura de la ranura del casquete, mm (pulg) (Tabla 1)

Hs’ = Distancia vertical desde el tope de la ranura hasta algunos puntos sumidosdebajo del borde del casquete, mm (pulg) (ej. (Hs + E) > Hs’ > Hs ver Tabla 1

hl = Cabezal de líquido sobre vertedero de salida, mm (pulg) de líquidocaliente

hcap = Caída de presión del casquete, mm (pulg) de líquido calientehch = Caída de presión total de la chimenea, mm (pulg) de líquido calientehd = Llenado del bajante, mm (pulg) de líquido calientehds = Distancia desde el tope de la bandeja del plato al tope de la ranura, mm

(pulg) de líquido calientehG = Gradiente del líquido del plato, mm (pulg) de líquido calienteht = Caída de presión total en el plato, mm (pulg) de líquido calientehi = Cabezal de entrada al plato, mm (pulg) de líquido calienteho = Nivel de líquido en la salida del plato, mm (pulg) de líquido calientehr = Porción de la caída de la chimenea para casquetes no estándares, mm

(pulg) de líquido caliente (Tabla 2)hs = Caída de presión de la ranura, mm (pulg) de líquido caliente




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ht = Caída de presión total del vapor por plato, mm (pulg) de líquido calientehu = Porción de la caída de presión de la chimenea para casquetes no

estándares, mm (pulg) de líquido caliente (Tabla 2)hud = Pérdida de cabezal en el bajante, mm (pulg) de líquido calientehwi = Altura de la entrada al vertedero, mm (pulg) (Figura 6.)hwo = Altura de la salida al vertedero, mm (pulg) (Figura 6.)Kc = Coeficiente de caída de presión de la chimenea, adimensional (Tabla 1)

Kd = Factor de corrección de la capacidad de vapor para el área del bajante,adimensional

Kw = Factor de la altura del vertedero de salida, adimensional (Tabla 1)

K�p = Factor de la capacidad del vapor basado en las propiedades del sistema,adimensional

L = Flujo másico de líquido, kg/s (sistema métrico)LL = Flujo de líquido a condiciones de operación pie3/slfp = Longitud de la trayectoria del flujo, distancia entre la entrada y la salida del

bajante, m (pie)li = Longitud del vertedero de entrada, mm (pulg)lo = Longitud del vertedero de salida , mm (pulg)lud = Longitud del borde del fondo del bajante, mm (pulg)ML = Carga de líquido, lb/s (solo unidades inglesas)Np = Número de pasos de líquido, adimensionalQL = Flujo de líquido en el plato dm3/s a las condiciones de operaciónQLD = Flujo de líquido en el plato, dm3/s por metro de diámetro (gph/pie de

diámetro) por paso a las condiciones de operaciónSL = Gravedad específica del líquido a las condiciones de operación,

adimensionalVa = Velocidad permitida de líquido basada en el área superficial de la torre,

m/s (pie/s)Vc = Flujo de Vapor, dm3/s (pie3/s) por casquete (Tabla 2)Vdi = Velocidad permitida de entrada del bajante, m/s (pie/s)

VL = Carga de vapor de diseño � F3 Mv�v

�v�L – �v� , dm3�s (pie3�s)

VL(Lim) = Carga máxima de vapor dependiente de las propiedades del sistema,dm3/s (pie3/s)

Vr = Velocidad del vapor a la chimenea, m/s (pie/s)Vs� = Velocidad del vapor a la ranura, m/s (pie/s)Vs’� = Velocidad del vapor a la ranura (basada en el área de la ranura obtenida

usando Hs’, m/s (pie/s)�L = Viscosidad del líquido a condiciones de operación, mPa. s (cp)�L = Densidad del líquido a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3)




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�v = Densidad del vapor a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3)�L = Tensión superficial del líquido a condiciones de operación mN/m

Factores que dependen de las unidades usadas


En unidadesinglesas

F2 = Fig. 5 25 1.0

F3 = Ec. 1 1000.0 1.0

F4 = (Tabla 2) 2.085x10–12 1.4726

F5 = (Tabla 2) 3.5832x106 2.1840

F6 = (Tabla 2) 3065.48 1.7472

9 PROGRAMAS DE COMPUTACIONEl simulador de procesos PROII de la empresa Simulation Sciences Inc., en susección de hidráulica de columnas cuenta con una opción de dimensionamientoy evaluación de platos de casquetes de burbujeo que puede utilizarse parapredimensionar los platos de casquetes de burbujeo.

TABLA 1.




TABLA 1DIMENSIONES Y CONSTANTES DE CAIDA DE PRESION DE CASQUETE ESTANDAR

(*)

(**)

PARA CONVERTIR DE mm A PULGADAS DIVIDA ENTRE 25.4

PARA CONVERTIR DE m A PIE CUADRADO DIVIDA ENTRE 0.09292

VACIO6 Pulg.

ELEVASOS6 Pulg.

RE

VIS

ION

FE

CH

A

MA

NU

AL

DE

DIS

EÑ

O D

E P

RO

CE

SO

PL

AT

OS

DE

CA

SQ

UE

TE

DE

BU

RB

UJE

ON

OV

.970

PD

VS

A M

DP

–04–CF

–10

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.Menú P

rincipalIndice m

anualIndice volum

enIndice norm

a




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TABLA 2. CAIDA DE PRESION DE LA CHIMENEA PARA CASQUETES NOESTANDARES

hch = hr + hu

hr = F4

�L�d2 Vc �

V0.5

Acap Am�1.71

donde:


En unidadesinglesas

d = Diámetro interior de la chimenea mm pie

Acap = Area transversal interior del casquete m2 pie2

Am = Area anular o reversión, cualquiera seamenor

m2 pie2

Vc = Flujo de vapor por casquete dm3/s pie3/s

�L = Densidad del líquido a condiciones deoperación

kg/m3 lb/pie3

�V = Densidad del vapor a condiciones deoperación

kg/m3 lb/pie3


2.085 x 10–12 1.4726

Cuando el área de reversión es igual o más grande que el área de chimenea:

hu �F5 d�L�Vc �V0.5

d2�2.09

donde:


3.5832 x 10–6 2.1840

Cuando el área de reversión es menor que el área de chimenea:

hu �F6 d2

�L Ar0.5

�Vc �V0.5

d2�2.10

donde:

Ar = Es al área de reversión m2 pie2


3065.48 1.7472

Caída de presión total de la chimenea = hch = hr + hu




Figura 1

FACTOR DE CAPACIDAD DE SISTEMA K�pPARA PLATOS DE CASQUETES DE BURBUJEOEN SERVICIO DE HIDROCARBUROS

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Fig 1. FACTOR DE CAPACIDAD DEL SISTEMA K�p, PARA PLATOS DE CASQUETESDE BURBUJEO EN SERVICIO DE HIDROCARBUROS

Fig 2. LLENADO PERMISIBLE DEL BAJANTE PARA PLATOS DE CASQUETES DEBURBUJEO (TODOS LOS SISTEMAS)

Fig 3.




FIG

UR

A 3

CU

RVA

S D

E D

IST

RIB

UC

ION

Y G

RA

DIE

NT

ES

DE

LIQ

UID

O

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Fig 4. CAIDA DE PRESION DE LA CHIMENEA PARA CASQUETES DE BURBUJEO DE6” CON ESTRANGULACION




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Fig 5. BALANCE DE PRESION PARA PALTOS DE CASQUETESDE BURBUJEO DE DOS PASOS

PLATO 1 2

TIPO INTERIOR EXTERIOR

�P DEL CASQUETE h*cap hcap

�P DEL TIPO h*t � h*

cap h*o– hds h*

G�3 ht � hcap ho– hds hG�3

CABEZAL DE ENTRADA h*i � h*

wo h*1– F2 h*

G hi � hwo h1– F2 hG

LLENADO DEL BAJANTE h*d � �h*

t h*ud� � �L

�L– �V� hi hd � �ht hud

� � �L�L– �V

� h*i




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Fig 6. NOMENCLATURA DE PLATOS

* Para el significado de los símbolos, ver nomenclatura. Los términos con asteriscos serefieren al bajante interior. Aquellos sin asterisco se refieren al bajante exterior. Vertambién la sección MDP–04–CF–08 para el manejo de platos con colectores de retiro.




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Fig 7. DEFINICIONES DE AREAS LIBRES




No

extr

apol

ar, u

sar

0.15

m/s

(0.

5 pi

e/s)

com

o m

áxim

o

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Fig 8. VELOCIDAD PERMISIBLE DE ENTRADA AL BAJANTE




La elevación es la distancia minimaentre la pared de la torre y el bajante

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Fig 9. RELACIONES GEOMETRICAS PARA BAJANTES TIPO ARCO MODIFICADO




Unidades Métricas

Refinería y Proyecto Fecha

Torre Por

Sección de la torre (tope a fondo)

Plato Número

Diseño basado en No. de Platos

1. Cargas de Vapor y Líquido aCondiciones de Operación

a. Vapor

Temperatura °C

Presión manométrica kPa

Densidad ρv, kg/m3

Carga de vapor G, kg/s

Flujo de vapor, dm3�s Qv �1000 G

�V

(a condiciones de operación)

VL � dm3�s�V

�L �V� Ec.(1a1)

b. Líquido

Temperatura °C

Viscosidad µL; mPa.s

Tensión superficial σL, mN/m

Carga de líquido L, kg/s

Densidad ρL, kg/m3

Flujo de líquido QL dm3�s � 1000 L�L


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HOJA DE CALCULO PARA PLATOS DE CASQUETES DE BURBUJEO (Parte 1 de 9)




2. Espaciamiento, Tamaño y ArregloPreliminar de Platos

Interior* Exterior Interior* Exterior

a. Area del bajante

�L �V�L

�L2

�L �L

(Para usar la Figura 8)

Vdl** � Velocidad permisible de

entrada al bajante, m/s

Adi �Ql

1000 . Vdi**

, m2 Fig. 6

Ec. (2a2)

Si Adi > 0.12 As, considerar un bajanteescalonado y calcular Ado de Ado = 0.5 Adio 0.0055 LL cualquiera sea menor

Mínimo Ado o Adi = 0.068 As.Para sistemas espumosos useAdi = 0.016 LL

b. Tamaño preliminar del plato K�p(Figura 1)

Espaciamiento entre platos H, mmNo se debería tomar crédito decapacidad para espaciamientosmayores de 900 mm.

AS Preliminar �VL

0.95 K�p H, m2 Ec. (2b1)

Kd ��AS Preliminar

� Adi _ AW

0.92 �AS Preliminar�

* Para platos de 2 pasos** Usar el valor calculado 0 0.15 m/s, cualquiera sea menor

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Unidades Métricas





AS �VL

Kd K�p H, m2 Ec. (2b2)

Dt � 10004 AS�

� � 1128 As� , mm

Chequear Adi y Ado como % de As. Sifuese necesario, corregir Kd, As y Dt.

Np = No. de pasos de líquido

Area libre Af, m2 (Figura 7)

c. Capacidad máxima

VL(Lim) � 378 Af�

1 � ��L �V

�1�4� Ec. (2c1)


2. Espaciamiento, Tamaño yArreglo Preliminar de Platos

b. Tamaño preliminar de platos (Cont.) Siel bajante es inclinado o escalonado;use (Adi + Ado)/2 en lugar de Adi. AsumaAw = 0.Repita si Aw se le agregaposteriormente

QLD = dm3/s por metro de diámetro por paso

Donde � 1.4�L �V

�V�

Carga de vapor de diseño; VL

VL/VL(LiM) como debe ser < 100%

Si fuese necesario, ajustar eldiámetro de la torre y repetir lasetapas 2 (a) y 2 (b).

3. Espaciamiento, Tamaño y ArregloFinal del Plato

a. Area de la torre

D; Diámetro de la torre, mm

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Unidades MétricasNúmero (s) de Plato





H, Espaciamiento entre platos, mm

b. Longitud del vertedero

* Para platos de 2 pasos** Para casquetes no estandarizados ver procedimiento de cálculo en la Tabla 2

3. Espaciamiento, Tamaño yArreglo Final del Plato (Cont.)

4. Hidráulica del Plato

Area de la chimenea Ac, m2 (Tabla 1)

a. Areas de la torre (Cont.)

Area superficial AS, m2

Area real de entrada al bajante,Adi, m2 (Figura 6)

Area desperdiciada (si hay) Aw, m2

Area de salida al bajante, Ado m2 (Figura 6)

Area de burbujeo Ab, m2 (Figura 6)Area libre Af, m2 (Figura 7)

Longitud del vertedero de salida�o, mm

Longitud del vertedero de entrada�l, mmLongitud del borde del fondo delbajante �ud, mm (Figura 6)

a. Información sobre el casquete y arregloTipo de arreglo (se recomienda elcuadrado)Tipo de casquete Tabla 1

Casquetes por palto

Espacio libre del bajante

Para el primer tanteo use 72casquetes por m2 de área deburbujeo Ab.

b. Caída de presión de la chimenea **

Velocidad de la chimenea Vr, m/sConstante del casquete Kc, (Tabla 1)

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Interior* Exterior Interior* Exterior4. Hidráulica del Plato (Cont.)

* Para platos de 2 pasos

b. Caída de presión de la chimenea **(Cont.)Caída de presión de la chimeneahch , mm de líquido caliente

hch � 17100 kc Vr2 ��V��L

� Ec. (4b1)

Area de las ranuras por casqueteAsλ, m2

c. Caída de presión de la ranura

Velocidad de la ranura Vsλ, m/s

Caída de presión de la ranura hs,mm de líquido caliente

hs � 7.6 �� Vs�

2 Hs�2

�L��

Nota: hs debe ser menor que hds(de Tabla 1) para minimizar elsoplado del plato. Si hs es mayorque Hs, use la siguiente ecuaciónpara caída de presión de la ranura:

hs � 430 �V�s��2 �V

�L

La segunda ecuación para la caídade presión ∆P de la ranura requiereuna solución por tanteo, ya que V’spes la velocidad a través del áreaabierta total. Esta nueva áreacorresponde a la suma de las áreasde la ranura y la cilíndrica debajodel casquete, un valor puede serasumido por el diseñador. Lasolución es obtenida cuando elvalor calculado de hs se iguale a h’sasumido para obtener V’sp

Altura de la ranura Hs, mm

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� hch hs Ec.(4d1)

Rata de líquido de diseño QLD, dm3/spor metro de diámetro por paso

d. Caída de presión del casquete

Máxima rata de líquido permisible(Fig. 3 curva inferior)

Caída de presión del casquete hcap,mm de líquido caliente

La rata de líquido de diseñodebería ser menor que la máximapermisible. Asuma el númeromenor de casquetes y repita loscálculos si hcap a la rata de diseñocae por debajo de dicha curva en laFigura 3.

� 6.9 �1000 QL

�o Np�0.667

e. Cabezal sobre el vertedero de salidaCabezal sobre el vertedero, h1, mmde líquido caliente

f. Altura del vertedero de salida

Factor del vertedero Kw, (Tabla 1)

Altura del vertedero de salida hwo,mm

� 25 Kw h1 Ec. (4f1)

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� 159 �1000 QL

c �ud Np�2

Ec. (4g1)

Asuma c = 38 mm. Si hud � 25 mm,ajuste hud � 25 mm y calcule c de:

g. Pérdida de cabezal debajo del bajantePérdida de cabezal del bajante hud,mm de líquido caliente

h. Caída de presión total del platoNivel de líquido a la salida del platoho, mm

i. Sellado del bajanteCabezal sobre el vertedero aMínimos flujos h1 (min), mm

� 6.90 �1000 QL(min)

�o Np�0.667

c �� 12 900 QL

�ud Np hud� ��

� hwo h1 25

Cubierta del plato al tope de laranura hds, mm (Tabla1)

Gradiente de líquido hg, mm (Figura 3)Caída de presión total del plato ht,mm de líquido caliente

� hcap ho hds hG� 3 Ec.(4h1)

Nivel de líquido a la salida del platoa carga mínima ho (min), mm

� hwo h1 (min) 25

Pérdida de cabezal en el bajante acarga mínima hud, (min), mm


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j. Cabezal de entradaPara un plato sin vertedero deentrada

k. LLenado del bajanteLLenado hd, mm de líquido caliente

� �ht hud� � �L

�L �V� hi Ec. (4k1)

� ho (min) HG (min)

Cabezal de entrada hi, mm = ho + hG

Para un plato con vertedero deentradaCabezal de entrada hi, mm

� 6.90 �1000 QL

�i Np�0.667

hw

Si se usa una caja de receso,multiplicar hud en la Ec. (4k1) por 2.0.


i. Sellado del bajante (Cont.)

Gradiente de líquido a carga mínimahG (min), mm (Figura 3)

Cabezal de entrada a carga mínimahi (min) mm

Suma de hi (min) + hud (min)Si hi (min) + hud (min) < c, el bajanteno será sellado a las ratas mínimas.Considere reducir el espacio libre,incrementando la altura delvertedero usando una caja deentrada rebajada o agregando unvertedero de entrada

ó = ho + hG, cual sea mayor

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k. Sellado del bajante (Cont.)

Como porcentaje del espaciamientoentre platos

El porcentaje debe ser menor o iguala lo permisible de la Figura 2


No. de platos teóricos requeridos

Plato reales especificados

Eficiencia global (Ver página 5 del texto)

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Refinería y Proyecto Fecha

Torre Por

Sección de la torre (tope a fondo)

Plato Número

Diseño basado en No. de Platos

1. Cargas de Vapor y Líquido aCondiciones de Operación

a. Vapor

Temperatura °F

Presión kPa manométrica

Densidad ρv, lb/pie3

Carga de vapor G, lb/s

Flujo de vapor, pie3�s � G�V


VL � pie3�s�V

�L �V� Ec.(1a1)

b. Líquido

Temperatura °F

Viscosidad µL; cP

Tensión superficial σL, mN/m

Carga de líquido ML, lb/s

Densidad ρL, lb/pie3

Flujo de líquido pie3�s �ML�L


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Unidades Inglesas




2. Espaciamiento, Tamaño y ArregloPreliminar de Platos


a. Area del bajante

�L �V�L

�L2

�L �L

(Para usar la Figura 8)

Vdl** � Velocidad permisible de

entrada al bajante, pie/s

Adi �LL

Vdi**

, pie2 Fig. 6 Ec. (2a2)

Si Adi > 0.12 As, considerar un bajanteescalonado y calcular Ado de Ado = 0.5 Adio LL/0.6 cualquiera sea menor

Mínimo Ado o Adi = 0.068 As.Para sistemas espumosos useAdi = LL/0.2.

b. Tamaño preliminar del plato K�p(Figura 1)

Espaciamiento entre platos H, pieNo se debería tomar crédito decapacidad para espaciamientosmayores de 3 pie.

AS Preliminar �VL

0.95 K�p H, pie2 Ec. (2b1)

Kd ��AS Preliminar

� Adi _ AW

0.92 �AS Preliminar�


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Unidades InglesasNúmero (s) de Plato





AS �VL

Kd K�p H, m2 Ec. (2b2)

Dt �4 AS�

� � 1.128 As� , pie

Chequear Adi y Ado como % de As. Sifuese necesario, corregir Kd, As y Dt.

Np = No. de pasos de líquido

Area libre Af, pie2 (Figura 7)

c. Capacidad máxima

VL(Lim) � 0.62 Af�

1 � ��L �V

�1�4� Ec. (2c1)


2. Espaciamiento, Tamaño yArreglo Preliminar de Platos

b. Tamaño preliminar de platos (Cont.) Siel bajante es inclinado o escalonado;use (Adi + Ado)/2 en lugar de Adi. AsumaAw = 0.Repita si Aw se le agregaposteriormente

QLD = GPH/pie de diámetro por paso

Donde � 1.4�L �V

�V�

Carga de vapor de diseño; VL

VL/VL(LiM) como debe ser < 100%

Si fuese necesario, ajustar eldiámetro de la torre y repetir lasetapas 2 (a) y 2 (b).

3. Espaciamiento, Tamaño y ArregloFinal del Plato

a. Area de la torre

D; Diámetro de la torre, pie

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H, Espaciamiento entre platos, pie

b. Longitud del vertedero

* Para platos de 2 pasos** Para casquetes no estandarizados ver procedimiento de cálculo en la Tabla 2

3. Espaciamiento, Tamaño yArreglo Final del Plato (Cont.)


Area de la chimenea Ac, pie2 (Tabla 1)

a. Areas de la torre (Cont.)

Area superficial AS, pie2

Area real de entrada al bajante,Adi, pie2 (Figura 6)

Area desperdiciada (si hay) Aw, pie2

Area de salida al bajante, Ado pie2

(Figura 6)

Area de burbujeo Ab, pie2 (Figura 6)Area libre Af, pie2 (Figura 7)

Longitud del vertedero de salida�o, pulg

Longitud del vertedero de entrada�l, pulgLongitud del borde del fondo delbajante �ud, pulg (Figura 6)

a. Información sobre el casquete y arregloTipo de arreglo (se recomienda elcuadrado)Tipo de casquete Tabla 1

Casquetes por palto

Espacio libre del bajante

Para el primer tanteo use 22casquetes por pie2 de área deburbujeo Ab.

b. Caída de presión de la chimenea **

Velocidad de la chimenea Vr, pie/sConstante del casquete Kc, (Tabla 1)

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b. Caída de presión de la chimenea **(Cont.)Caída de presión de la chimeneahch , pulg de líquido caliente

� Kc Vr2�V � SL Ec. (4b1)

Area de las ranuras por casqueteAsλ, pie2

c. Caída de presión de la ranura

Velocidad de la ranura Vsλ, pie/s

Caída de presión de la ranura hs,pulg de líquido caliente

hs � 0.29 �� Vs�

2 Hs�2

SL��

Nota: hs debe ser menor que hds(de Tabla 1) para minimizar elsoplado del plato. Si hs es mayorque Hs, use la siguiente ecuaciónpara caída de presión de la ranura:

hs � 0.025 �V�s��2 �V

SL

La segunda ecuación para la caídade presión de la ranura requiereuna solución por tanteo, ya que V’spes la velocidad a través del áreaabierta total. Esta nueva áreacorresponde a la suma de las áreasde la ranura y la cilíndrica debajodel casquete, un valor puede serasumido por el diseñador. Lasolución es obtenida cuando elvalor calculado de hs se iguale a h’sasumido para obtener V’sp

Altura de la ranura Hs, pulg

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Unidades Inglesas

Número (s) de Plato






� hch hs Ec.(4d1)

Rata de líquido de diseño QLD,GHP/pie de diámetro por paso

d. Caída de presión del casquete

Máxima rata de líquido permisible(Fig. 3 curva inferior)

Caída de presión del casquete hcap,pulg de líquido caliente

La rata de líquido de diseñodebería ser menor que la máximapermisible. Asuma el númeromenor de casquetes y repita loscálculos si hcap a la rata de diseñocae por debajo de dicha curva en laFigura 3.

� 0.5 �GPM�o Np

�0.667

e. Cabezal sobre el vertedero de salidaCabezal sobre el vertedero, h1, pulgde líquido caliente

f. Altura del vertedero

Factor del vertedero Kw, (Tabla 1)

Altura del vertedero de salida hwo,pulg

� Kw h1 Ec. (4f1)

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��








� 0.06 � GPMc �ud Np

�2

Ec. (4g1)

Asuma c = 1.5 pulg. Si hud � 1.0 pulg,ajuste hud 1 pulg y calcule c de:

g. Pérdida de cabezal debajo del bajantePérdida de cabezal del bajante hud,pulg de líquido caliente

h. Caída de presión total del platoNivel de líquido a la salida del platoho, pulg

i. Sellado del bajanteCabezal sobre el vertedero aMínimos flujos h1 (min), pulg

� 0.5 �GPM (min)�o Np

�0.667

c �� 0.25 GPM�ud Np hud

� ��

� hwo h1 1.0

Cubierta del plato al tope de laranura hds, pulg (Tabla1)

Gradiente de líquido hg, pulg (Figura 3)Caída de presión total del plato ht,pulg de líquido caliente

� hcap ho hds hG� 3 Ec.(4h1)

Nivel de líquido a la salida del platoa carga mínima ho (min),pulg

� hwo h1 (min) 1.0

Pérdida de cabezal en el bajante acarga mínima hud, (min), pulg


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��








j. Cabezal de entradaPara un plato sin vertedero deentrada

k. LLenado del bajanteLLenado hd, pulg de líquido caliente

� �ht hud� � �L

�L �V� hi Ec. (4k1)

� ho (min) HG (min)

Cabezal de entrada hi, pulg = ho + GPara un plato con vertedero deentradaCabezal de entrada hi, pulg

� 0.5 �GPM�i Np�0.667

hwi

Si se usa una caja de receso,multiplicar hud en la Ec. (4k1) por 2.0como porcentaje de espaciamiento.


i. Sellado del bajante (Cont.)

Gradiente de líquido a carga mínimahG (min), pulg (Figura 3)

Cabezal de entrada a carga mínimahi (min) pulg

Suma de hi (min) + hud (min)Si hi (min) + hud (min) < c, el bajanteno será sellado a las ratas mínimas.Considere reducir el espacio libre,incrementando la altura delvertedero usando una caja deentrada rebajada o agregando unvertedero de entrada

ó = ho + hG, cual sea mayor

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No. de platos teóricos requeridos

Plato reales especificados

Eficiencia global (Ver página 5 del texto)

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mdp 04 cf-10 platos de casquete de burbujeo

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