UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR Decanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

DISEO MECNICO DE RECIPIENTES A PRESIN BAJO EL CDIGO ASME SECCIN VIII, DIVISIN 1

Por Lus Javier Guzmn Carreo

Sartenejas, Septiembre de 2006

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR Decanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

DISEO MECNICO DE RECIPIENTES A PRESIN BAJO EL CDIGO ASME SECCIN VIII, DIVISIN 1

Por Lus Javier Guzmn Carreo

Realizado con la Asesora de: Ing. Marco Gonzlez De Len (Tutor Acadmico)

Ing. Henry J. Gelvis G. (Tutor Industrial)

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

Como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Mecnico

Sartenejas, Septiembre de 2006

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR Decanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

DISEO MECNICO DE RECIPIENTES A PRESIN BAJO EL CDIGO ASME SECCIN VIII, DIVISIN 1

INFORME DE PASANTA presentado por Lus Javier Guzmn Carreo

Realizado con la asesora de: Marco Gonzlez De Len

RESUMEN

Un regenerador de glicol es un Recipiente a Presin cuyo objetivo es deshidratar glicol que es bombeado a una planta de Deshidratacin de Gas Natural. Del correcto funcionamiento de este equipo depende en gran medida la eficiencia de la planta, pues determina la capacidad de absorcin de agua que pueda tener el glicol. El presente trabajo consiste en el diseo de un regenerador de glicol, para una planta de deshidratacin de Gas Natural que operar en el Golfo de Paria en Venezuela, en ambiente costa afuera. A partir de un anlisis preliminar del proceso de deshidratacin del gas natural y siguiendo las reglas del Cdigo ASME, Seccin VIII, Divisin 1, en conjunto con las Especificaciones del Proyecto, se disea el equipo considerando todas aquellas cargas que podran afectar el desempeo de la unidad, e incluyendo todos aquellos factores que se pudiesen presentar durante las condiciones de operacin. Como resultado se obtienen los Clculos Mecnicos para el Recipiente, se elaboran los Planos de Taller y se definen las Listas de Materiales Requeridos para la fabricacin de la unidad.

PALABRAS CLAVE: Recipientes, Presin, Deshidratacin, Gas Natural

Aprobado con Mencin: _____________ Postulado para el Premio: ______________

Sartenejas, Marzo de 2006

DEDICATORIA

A mis padres, que con Amor y con la ayuda de Dios Todopoderoso,

me apoyaron y guiaron durante toda mi Vida.

A mi to TITO a quien Dios tiene en su gloria.

AGRADECIMIENTOS A Dios Todopoderoso que con su fuerza, omnipotencia y buena voluntad me ha brindado las buenas oportunidades que se me han presentado en la vida.

A mis padres, quienes han sido mis grandes benefactores en esta empresa y que con su apoyo incondicional he logrado esta valiossima meta en mi vida.

A mi tutor industrial, el ingeniero Henry Gelvis quien me abri las puertas a Industrias Vander-Rohe C.A y me brindo la oportunidad de trabajar en este proyecto, y el cual a travs de sus enseanzas y ejemplos me demostr como debe ser el desempeo de un profesional de alto nivel en esta bella carrera que es ingeniera.

A mi tutor acadmico el profesor Marco Gonzlez por su apoyo y compresin de las vicisitudes que afectaron mi trabajo al realizar este libro, y por su valiosa orientacin en el desarrollo del mismo.

Al personal de Industrias Vander-Rohe C.A. por las enseanzas, el apoyo, y el entrenamiento al que fui sometido durante la realizacin de mi pasanta, la cual fue una experiencia sumamente enriquecedora para mi vida profesional, en especial al seor Alexander Gaid, gerente de ingeniera, y a los ingenieros Lus Jimnez, Edmundo Fernndez, Mercedes Prado, ngel Ojeda, Carlos Varela y Jess Guerrero.

A mi familia paterna; mis abuelos Antonio y Enriqueta, y mis tas Leonor y Ana quienes me abrieron las puertas de su casa y acogieron durante gran parte de mis estudios universitarios.

Y en especial quiero agradecer a la Universidad Simn Bolvar, mi querida casa de estudios, a sus profesores quienes me dieron las valiosas lecciones acadmicas y a mis compaeros de estudios, quienes a travs de la sana competencia me estimularon a alcanzar mis metas. Y particularmente al personal de la Coordinacin de cursos en cooperacin de la USB quienes me brindaron todas las oportunidades posibles para culminar y presentar este trabajo, en especial al profesor Carlos Graciano.

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NDICE GENERAL

I. INTRODUCCIN...............................................................................................................1 II. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIN DEL PROBLEMA....................................4 2.1 Antecedentes...........................................................................................................4 2.2 Descripcin del Proyecto........................................................................................5 2.3 Especificaciones del Proyecto................................................................................6 2.4 Planteamiento del Problema...................................................................................9 III. OBJETIVOS...................................................................................................................10 IV. INDUSTRIAS VANDER-ROHE C.A..........................................................................11 4.1 Resea Histrica...................................................................................................11

4.2 Caractersticas del Entorno Productivo................................................................11 4.3 Misin y Visin....................................................................................................12 4.4 Estructura organizativa.........................................................................................13

4.5 Funciones Bsicas del Sistema Genrico de Produccin.....................................13 4.5.1 Comercializacin...............................................................................................13 4.5.2 Aprovisionamiento de Personal.........................................................................14 4.5.3 Aprovisionamiento de Materiales.....................................................................15 4.5.4 Financiamiento..................................................................................................16 4.5.5 Produccin.........................................................................................................17

V. FUNDAMENTOS TERICOS......................................................................................19 5.1 Descripcin General de la Planta de Glicol..........................................................19

5.2 Teora General del Anlisis de Esfuerzos de Membrana en Recipientes Sometidos a Presin...................................................................................................21 5.3 Espesor de Pared de Recipientes a Presin Cilndricos por Presin Interna.........................................................................................................................24

5.4 Eficiencias de Juntas Soldadas en Recipientes a Presin Fabricados por Mtodos de Soldadura................................................................................................27 5.5 Espesor de Cabezales Elipsoidales en Recipientes Sometidos a Presin Interna ....................................................................................................................................29

5.6 Efecto de Vientos y Sismos Sobre la Estructura de Recipientes a Presin .........30

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5.6.1 Clculo de cargas generadas por la accin del viento...........................30 5.6.2 Clculo de cargas generadas por la accin de sismos...........................31 5.7 Recipientes a Presin Horizontales Soportados por Silletas................................33

5.7.1 Clculo de esfuerzos en recipientes soportados por dos silletas...........33 5.7.1.1 Esfuerzos por Flexin Longitudinal.......................................34

5.7.1.2 Esfuerzo por Corte Tangencial...............................................35 5.7.1.3 Esfuerzo Circunferencial........................................................35 5.7.2 Carga Horizontal Transversal en Silletas..............................................36

VI. MTODOS, PROCEDIMIENTOS Y EQUIPOS EMPLEADOS EN EL DISEO Y FABRICACIN DE LOS RECIPIENTES A PRESIN................................................38

6.1 Seccin de Procesos.............................................................................................38 6.2 Seccin de instrumentacin y Control.................................................................38

6.3 Seccin Mecnica.................................................................................................39 6.3.1 Elaboracin de los Clculos Mecnicos................................................39 6.3.2 Elaboracin de las listas de Materiales.................................................40 6.4 Sala Tcnica.........................................................................................................40 6.5 Descripcin del Proceso de Fabricacin de Recipientes Presin.........................41 6.5.1 Fabricacin y Ensamblaje del Cuerpo...................................................41 6.5.2 Fabricacin e Instalacin de Boquillas..................................................42 6.5.3 Fabricacin e Instalacin de Cabezales.................................................43 6.5.4 Silletas, Tuberas y Accesorios.............................................................44

VII. DESARROLLO.............................................................................................................46 7.1 Diseo de un Regenerador de Glicol....................................................................46 7.2 La Hoja de datos...................................................................................................46

7.3 Cargas Aplicables.................................................................................................48 7.4 Diseo Mecnico del Cuerpo Cilndrico..............................................................50 7.5 Diseo del cabezal Elipsoidal 2:1........................................................................52 7.6 Diseo de Aberturas.............................................................................................53

7.7 Diseo de Conexin Bridada con Empacadura tipo anular..................................56 7.8 Diseo de Tapa Plana...........................................................................................57

7.9 Diseo de Aperturas en Tapa Plana.....................................................................58

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7.10 Efectos de las Condiciones Ambientales del Sitio Sobre el Diseo de Recipiente ....................................................................................................................................59

7.11 Diseo de silletas................................................................................................60 7.12 Elaboracin de las Listas de Materiales Requeridos para Fabricacin y de los Planos de Taller..........................................................................................................62 VIII. RESULTADOS Y DISCUSIN................................................................................66 8.1 Clculos Mecnicos.............................................................................................66 8.2 Listas de Materiales y Planos de taller.................................................................70 IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................................73

9.1 Conclusiones........................................................................................................73 9.2 Recomendaciones.................................................................................................75

X. BIBLIOGRAFA..............................................................................................................76 XI. ANEXOS.........................................................................................................................77 ANEXO I. Tabla (UW-12) de Eficiencias de juntas Soldadas.............................................79 ANEXO II. Figura (UG-28.1) Diagrama representativo de las Longitudes Criticas de Rigidizacin para el Diseo de Recipientes Sometidos a Presin Externa, en Funcin de su Configuracin.........................................................................................................................81

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NDICE DE FIGURAS Y TABLAS Figuras

Figura 4.1 Caractersticas del Entorno Productivo....................................................................12 Figura 4.2 Organigrama de Industrias Vander-Rohe C.A.........................................................14 Figura 5.1 Esfuerzos de Membrana en Recipientes a Presin...................................................23 Figura 5.2 Esfuerzos de Membrana en Recipientes a Presin Cilndricos................................25 Figura 5.3 Diagrama de Cuerpo Libre para el Clculo del Esfuerzos longitudinal en Recipientes a Presin Cilndricos..............................................................................................25 Figura 5.4. Categoras de juntas soldadas en la estructura del recipiente. ................................29 Figura 5.5 Geometra y Esfuerzos en Cabezales Elipsoidales ..................................................30 Figura 5.6 Diagrama Esquemtico del Arreglo de Silletas en Recipientes Cilndricos.............34 Figura 5.7 Carga Horizontal Transversal en Silletas ................................................................37 Figura 7.1 Representacin esquemtica del espesor mnimo de cabezales elipsoidales despus de formado.................................................................................................................................52 Figura II.1 Figura (UG-28.1) Diagrama representativo de las longitudes criticas de Rigidizacin para el diseo de recipientes sometidos a presin externa, en funcin de su configuracin.............................................................................................................................81

Tablas Tabla 5.5.1 Valores del factor K para cabezales Elipsoidales...................................................30 Tabla 8.1. Presiones de diseo y mximas presiones de trabajo obtenidas para la estructura del recipiente....................................................................................................................................66 Tabla 8.2. Espesores calculados para la estructura del recipiente.............................................67 Tabla 8.3 Listado de boquillas en el recipiente y espesores calculados....................................67 Tabla 8.4 Especificacin de Tubos para boquillas y refuerzos obtenidos por Compress................................................................................................................................69 Tabla 8.5 Resultados de la estructura del recipiente obtenidos por Compress......................69 Tabla I.1 (Tabla UW-12) Eficiencias de juntas Soldadas........................................................79

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LISTAS DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS

ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos American Society of Mechanical Engineers

BPD: Barriles Por Da

MMPCSD: Millones de Pies Cbicos Estandard Por Da API: Instituto Americano de Petrleo American Petroleum Institute NB: Comisin Nacional de Inspectores de Calderas y Recipientes a Presin

National Board of Boilers & Pressure Vessels Inspectors ASCE: Sociedad Americana de Ingenieros Civiles American Society of

Civil Engineers UBC: Cdigo de Edificios Uniformes Uniform Building Code NACE: Asociacin Nacional de Ingenieros de Corrosin National Association

of Corrosion Engineers

MAWP: Mxima Presin de Trabajo Permisible Maximum Allowable Working Pressure

IVRCA: Industrias Vander-Rohe C.A. TEG-Glicol: Trietilenglicol

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NOTACIN Y NOMENCLATURA

r: Radio Interno t: Espesor

P: Presin Interna

S: Mximo Esfuerzo Admisible E: Eficiencia de Junta F: Fuerza

A: Longitud desde el extremo del recipiente a la lnea central de la silleta de apoyo ms cercana a dicho extremo

Q: Carga que soporta la silleta crtica : Angulo de contacto de la silleta con el recipiente h: Altura del cabezal elipsoidal Ls: Longitud de rigidizacin para recipientes sometidos a presin externa L: Longitud total del recipiente m: Factor de Empacadura de tipo anular

I. INTRODUCCION Los Recipientes a Presin son ampliamente utilizados en la industria en general, ya sea como almacenamiento o como parte de algn proceso en especfico. En especial son de uso muy comn en la industria petrolera, pues en ellos se realizan los diferentes procesos a los que se somete la mezcla de hidrocarburos que se extrae del yacimiento; muy particularmente un regenerador de glicol es un Recipiente a Presin que opera dentro de una planta deshidratadora de gas natural, y dentro del cual se lleva a cabo el proceso fsico de extraer agua del glicol hmedo a fin de regenerar el producto (Trietilenglicol). El problema planteado en este trabajo consiste en disear una unidad regeneradora para una planta de deshidratacin de gas natural por glicol, que estar operando en la pennsula de Paria en el estado Sucre, en ambiente costa afuera. Este diseo debe hacerse a partir de una hoja de datos provista por el cliente, en la que se especifican las condiciones bsicas de operacin del equipo, tales como: presin (interna y externa), temperatura, longitud, dimetro, condiciones ambientales, materiales a emplear, niveles de fluido y dimensiones de boquillas, entre otras. Adems, deber cumplir con las Especificaciones del Proyecto indicadas por el mismo cliente, en las que se definen las condiciones que restringen el diseo del recipiente. Por otra parte, el equipo deber cumplir con las exigencias del Cdigo ASME, en particular la Seccin VIIII, Divisin 1.

Estos requerimientos tienen sus antecedentes en la experiencia y en la buena practica de la ingeniera; el Cdigo ASME establece reglas consideradas necesarias para fabricar recipientes a presin que operen de manera adecuada, segura y confiable bajo las condiciones de diseo; y por otra parte, las especificaciones describen detalladamente los requerimientos exigidos por el cliente para el diseo del equipo en cuanto a fabricacin, materiales, soldadura, pruebas, pintura, inspeccin, aislamientos y transporte, y que son obligantes para todos los recipientes. En la Cuenca Petrolfera Oriental de Venezuela, en el golfo de Paria, al Este del Estado Sucre, se encuentra un reservorio de hidrocarburos con una variedad de posibles zonas de produccin, en donde se estima mantener una produccin de 70.000 BPD de petrleo, 25.000 BPD de agua y 31.5 MMPCSD de gas de formacin por un espacio de cuatro aos. De estos yacimientos, la mayora son de petrleo con gas asociado, es decir se tiene una mezcla trifsica de petrleo, gas y agua lquida, por lo que se hace necesaria una separacin de los componentes de la mezcla para tener cada fase por separado. Este gas asociado contiene cierta

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cantidad de vapor de agua aun despus de la separacin de entrada. Este exceso de agua debe ser removido mediante un tratamiento de deshidratacin (extraccin de H2O) de la lnea de gas, a fin de obtener un producto que pueda ser utilizado en otras aplicaciones dentro de las mismas operaciones de produccin y que cumpla con las especificaciones ambientales exigidas al proyecto Uno de los mtodos para la deshidratacin del gas natural ms comnmente usados es el empleo de una planta de glicol. Esta planta consiste en poner en contacto directo la lnea del gas hmedo proveniente de los separadores de entrada, con una corriente a contra flujo de glicol seco pobre en lquido. Este procedimiento tiene grandes ventajas dadas las altas propiedades higroscpicas que posee esta sustancia y que el glicol es de fcil regeneracin, por lo que no se requiere ser reemplazado con frecuencia. En esta parte del proceso operar el recipiente que se requiere disear. La primera parte del libro se refiere al planteamiento y justificacin del problema estudiado, all se habla de los antecedentes en el diseo de recipientes a presin, el nacimiento del cdigo ASME, y del proyecto dentro del cual est enmarcado el diseo que se llevar a cabo y sus especificaciones; luego se procede a enumerar los principales objetivos de este libro, los cuales son alcanzados durante el desarrollo del mismo. Esta parte del informe culmina con el capitulo referido a Industrias Vander-Rohe C.A., de la cual se presenta una breve resea histrica de la empresa, las caractersticas de su entorno productivo, sus entradas y salidas determinantes, su misin y visin, su organigrama general y se da una breve descripcin del sistema genrico de produccin. Posteriormente, en la segunda parte del libro se dan los fundamentos tericos del anlisis de esfuerzos en recipientes a presin cilndricos, y se expone como el cdigo ASME modifica dichas ecuaciones tericas por metodologas de clculo de espesores de los diferentes componentes del recipiente para que ste opere de un modo confiable. En este mismo captulo se hace una breve descripcin del proceso de deshidratacin de gas natural por glicol y de los aspectos de dicho proceso que afectan el diseo mecnico del recipiente. Esta seccin del libro culmina con una descripcin general del proceso de diseo, concepcin y fabricacin de los recipientes a presin empleados en Industrias Vander-Rohe C.A., desde la ingeniera bsica que parte del anlisis de los requerimientos de deshidratacin, pasando por la ingeniera de detalle en los clculos mecnicos, listas de materiales y planos de taller, hasta los

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procedimientos de corte, soldadura y fabricacin que se emplean en la construccin de los recipientes.

Por ltimo, la parte final del libro se refiere al desarrollo en s del tema, se procede a discutir las principales caractersticas a tomar en cuenta en el diseo del recipiente, se analiza la hoja de datos presentada, y se discute el diseo de cada uno de los componentes que conforman el recipiente a presin.

Finalmente se emiten los resultados obtenidos en los clculos mecnicos, as como las listas de materiales requeridos para fabricacin y los planos de taller esquemticos del proceso de fabricacin a seguir en la construccin del recipiente, los cuales se presentan en anexos digitales en el CD que acompaa el presente informe. Se obtienen conclusiones y se dan recomendaciones tiles para facilitar el proceso de diseo de los recipientes.

II. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIN DEL PROBLEMA 2.1 Antecedentes. Desde el desarrollo de la mquina a vapor durante la revolucin industrial en 1779 hasta nuestros das, el empleo de recipientes a presin tales como calderas o generadores de vapor, ha sido muy comn en la industria en general; como consecuencia de este cambio hubo un gran desarrollo tcnico que impuls un gran crecimiento de las empresas a nivel mundial. Durante estos primeros aos del desarrollo industrial la fabricacin de los recipientes era muy catica, en el sentido de que cada fabricante construan recipientes segn sus propios mtodos de diseo o fabricacin y sin seguir un patrn de seguridad que garantizara la confiabilidad de estos equipos; dadas estas circunstancias era muy comn que se produjeran accidentes relacionados con calderas u otros recipientes poniendo en peligro vidas humanas y afectando la operacin del sistema dentro del cual funcionaban estos aparatos. No fue sino hasta 1911 que la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME, por sus siglas en ingles) cre un comit con el propsito de formular reglas generales para el diseo y construccin de los generadores de vapor, calderas y cualquier otro recipiente a presin. La idea de estas reglas era crear un conjunto de normas estndar, a partir de la experiencia prctica previa y del avance en el estudio de las capacidades mecnicas de los materiales, que aseguraran la confiabilidad operacional de estas unidades y garantizaran los mrgenes de seguridad que permitieran disminuir el nmero de accidentes producto del empleo de estos equipos. Este conjunto de normas contenidas en el Cdigo ASME han ido evolucionando en el tiempo a la par de los avances tcnicos y cientficos que han permitido una mayor comprensin del comportamiento y desempeo bajo las condiciones de operacin, de los materiales de construccin de estos recipientes y de los mtodos de fabricacin empleados. La aparicin del petrleo y su impacto en la industria energtica mundial ha hecho que el uso de recipientes a presin se haya mantenido vigente hasta la actualidad. Esto se debe a que estos equipos juegan un papel fundamental en el procesamiento de estos hidrocarburos, pues es en ellos donde se llevan a cabo todos los procesos a los que deben ser sometidos, tanto el petrleo como el gas natural, para su posterior empleo como fuente de energa segura y confiable. Es por esto que hoy en da es sumamente importante cumplir con las normas impuestas por el cdigo ASME para el diseo y fabricacin de recipientes que estarn sometidos tanto a

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presin interna como externa, pues en ellas se resumen casi 200 aos de experiencia prctica que aseguran la concepcin de un equipo confiable y seguro; tan es as, que dentro de los contratos para construir dichas unidades se exige que stas sean estampadas con el sello correspondiente ASME, que certifica la calidad del equipo dada la aplicacin del mismo dentro de la industria petrolera.

2.2 Descripcin del Proyecto. Venezuela es uno de los principales productores de crudo a nivel mundial pues cuenta con grandes reservas del valioso hidrocarburo que estn distribuidas a lo largo del territorio nacional. Actualmente se tiene proyectado iniciar la produccin tanto de petrleo como de gas en la cuenca petrolfera Oriental de Venezuela, ms especficamente, en los yacimientos ubicados en ambientes costa afuera del Golfo de Paria, Estado Sucre, donde la profundidad del mar puede alcanzar hasta 18 metros. En principio, la razn de ser de este proyecto es la extraccin de crudo, aunque se debe considerar que muchas de las zonas de produccin con las que cuenta este campo petrolfero contienen gas asociado, y algunas son de gas libre, por lo que la extraccin de gas natural se puede considerar como una opcin vlida dentro del plan de produccin. El plan de desarrollo del campo consiste en dos fases: en la primera fase se espera producir alrededor de 70.000 BPD de petrleo; 25.000 BPD de agua; y 31.5 MMPCSD de gas de la formacin, por un perodo de cuatro aos; esta produccin arrojar la data requerida que permitir la optimizacin del proyecto en la fase 2, la cual consistir en un desarrollo completo del campo de produccin diseado en base a la data del reservorio arrojada por la produccin durante la primera fase. Durante el progreso de la fase 1 se incluirn cabezales de pozo adicionales que se encontrarn dispersos a lo largo de todo el reservorio y una instalacin adicional de produccin ser puesta adyacente a la Estacin Central de Produccin con el fin de expandir las capacidades de extraccin de hidrocarburos en la fase 2, en la cual se esperan manejar alrededor de 180.000 BPD de petrleo y 200.000 BPD de agua. Si la data arrojada por la explotacin del campo durante la fase 1 luego de los cuatro aos de operacin no es satisfactoria, el proyecto no considerar aumentos en las capacidades de produccin, sino ms bien se realizarn estudios de las necesidades de inyeccin de fluidos a fin de mantener la

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presin de la formacin y los niveles de produccin en 130.000 BPD de petrleo; 80.000 BPD de agua y 22.5 MMPCSD de gas. El gas extrado de la formacin tendr dos usos primordiales: como combustible dentro del sistema de generacin de potencia de la Estacin Central de Produccin y para cubrir las necesidades de levantamiento artificial por gas (gas lift) que requiere el yacimiento para mantener los niveles de produccin establecidos. Este gas producido requiere de un proceso de tratamiento a travs del cual se le retiran todas las impurezas y/o lquidos que provienen del pozo para poder maximizar su aprovechamiento en ambas aplicaciones y para cumplir con las regulaciones ambientales gubernamentales exigidas. Por otra parte, es necesario evitar condiciones que faciliten la formacin de hidratos; esto es esencial, ya que los hidratos pueden obstruir el flujo en tuberas, causando graves problemas operacionales.

2.3 Especificaciones del Proyecto. Las especificaciones del proyecto son una serie de documentos emitidos por el cliente, en los que se detallan las bases para la ejecucin de todos los aspectos del proyecto; all se describen las claves tcnicas y funcionales de la propuesta, los parmetros y la informacin a ser utilizada en el diseo de toda la obra. En estas especificaciones se describe el proyecto en todas sus fases y se puntualizan las instalaciones requeridas, se indican los datos de diseo y se definen todas aquellas condiciones relevantes durante cada una de las fases del programa. Las especificaciones que se refieren a los recipientes a presin que sern empleados en la Estacin Central de Produccin son de alta relevancia. Esta especificacin define los cdigos y normas aplicables en esta empresa y especifica los mnimos requerimientos exigidos para el diseo, materiales, fabricacin, soldadura, ensayos, aislamiento, tratamiento superficial y preparacin para envo de los recipientes a ser empleados en el proyecto. Es importante sealar que los recipientes a presin debern ser entregados acorde con estas especificaciones y con la hoja de datos; sin embargo, en ningn momento se exonera al fabricante, Industrias Vander-Rohe C.A, de la responsabilidad de cumplir con los requerimientos del Cdigo ASME, por lo que el diseo de la unidad debe estar en conformidad con ambos documentos. Los aspectos que cubre la especificacin pertinente a los recipientes a presin son:

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Cdigos y Especificaciones: Aqu se mencionan aquellas instituciones y asociaciones cuyos cdigos y normas son aplicables y vlidos para la realizacin del diseo y posterior fabricacin de los recipientes. Control de Calidad: Seala los procedimientos de gestin de la calidad con los que el fabricante, Industria Vander-Rohe C.A., debe trabajar a lo largo de todo el proyecto; indicando manuales de procedimientos utilizados, descripcin de los procedimientos empleados en cada una de la fases del desarrollo del programa y seala que cada recipiente debe ser registrado en la National Board Association of Boiler and Pressure Vessels Inspectors. Requerimientos Generales de Diseo: Esta seccin seala los puntos clave y parmetros especficos que tiene que cumplir el recipiente para ser aceptado por el cliente; dibujos requeridos, hoja de datos, margen de espesor para corrosin, espesor mnimo aceptable, condiciones ambientales criticas que afecten el proyecto, clculos para presin interna y externa (vaco completo), condiciones para las cuales debe estar diseado el equipo (operacin, prueba y arranque); esfuerzos mximos permitidos, dimetros nominales de aperturas, boquillas y cabezales, soportes, drenajes y venteos, refuerzos de aperturas, pernos, tornillos y esprragos a emplear, bridas, proyeccin externa del cuello de las boquillas, y los detalles de los accesorios internos que requiera el equipo segn su funcin. Materiales: Se exige que todos los materiales a emplear en la construccin de los recipientes sean nuevos y deben estar entre los listados por la Sub-Seccin C del Cdigo ASME Seccin II o como sea especificado en la hoja de datos de la unidad y debern ser estampados apropiadamente para posteriores inspecciones durante la fabricacin, donde se identifique el componente del cual formar parte el mencionado material (abertura, brida, soporte, internos, cabezal, cuerpo, accesorios, conexiones, empacaduras, tuberas e inclusive pernos y esprragos). Requerimientos para Fabricacin: Especifica claramente que no se podr iniciar la fabricacin del equipo hasta tanto no sean aprobados todos los clculos, dibujos, listas de materiales y el diseo en general del recipiente por parte del cliente; slo una vez que sean aprobados estos documentos se podr iniciar la procura de los materiales requeridos para la fabricacin. Por otra parte, esta seccin de la especificacin describe los requerimientos para ensamblaje del cuerpo, cabezales y tapas, as como tambin describe detalladamente los

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procedimientos de soldadura a emplear y la fabricacin de las boquillas, tanto en cuerpos como cabezales. Tolerancias: Define los juegos dimensionales que son permisibles en el proyecto, tanto en las piezas mecnicas en si, como en los dibujos y en los arreglos generales del equipo. En particular es importante sealar que en lo que respecta a este trabajo, el factor de tolerancia ms importante se refiere al exceso de espesor que se da para considerar la corrosin interna del recipiente; en este proyecto, sta es de 0.125 (3.175 mm.) con lo que se espera una vida til de 25 aos de operacin del equipo Soldaduras: Exige que se deben cumplir los requerimientos del Cdigo ASME Seccin IX para los procesos de soldadura de recipientes a presin y tanques de almacenamiento. Tambin especifica los certificados exigidos para los soldadores y habla de los procedimientos para reparacin de soldaduras. Ensayos: Es requisito para todos los recipientes que una vez finalizado se haga la prueba hidrosttica con 1.3 de la mxima presin permitida de trabajo del equipo basada en las condiciones nuevo y fro, para determinar posible fallas o fugas en las juntas del recipiente; se deben preparar los planes de ensayos, los cuales sern revisados y aprobados por el cliente. Slo en casos en los que se especifique, se realizar la prueba neumtica de los mencionados recipientes.

Inspeccin: Especifica claramente el formato de las hojas de reportes de inspeccin y detalla los procedimientos y requerimientos para la inspecciones radiogrficas (ya sea por zonas o completa), ultrasnica, por partculas magnticas o por lquidos penetrantes donde cualquiera de stas sean aplicables; las reas de mayor inters para inspeccionar son las juntas o soldaduras pues es en estas zonas donde se pueden presentar las fallas o fugas del recipiente. Pintura: Establece el tratamiento superficial, recubrimiento o aislamiento externo que requiere el equipo en funcin de su operacin y del fluido de trabajo Proteccin Catdica: Establece como se prepara la proteccin catdica requerida por el recipiente; particularmente especifica como se deben calcular los nodos. Placas de Identificacin: Todos los recipientes deben tener una placa permanente de identificacin, la cual debe ser visible aun con el aislamiento instalado. En esta placa de informacin aparece el sello estampado vlido segn el Cdigo ASME, la descripcin del servicio que prestar el recipiente, condiciones mximas de trabajo permitidas, nombre del

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fabricante, dimensiones del recipiente y toda aquella informacin requerida para identificar el equipo, su operacin y servicio.

Preparacin para Envo: Exige la proteccin de todas las secciones maquinadas del recipiente y sus conexiones para su adecuado transporte y posterior instalacin del recipiente en campo

2.4 Planteamiento del Problema. Se requiere disear un regenerador de glicol para una planta de deshidratacin de gas natural, la cual operar dentro del proyecto de explotacin de los yacimientos del Golfo de Paria, en condicin costa afuera. Dicho diseo debe hacerse a partir de una hoja de datos en las que se dan las condiciones de diseo, materiales requeridos, dimensiones del equipo, controles de calidad exigidos y toda aquella data requerida para hacer el diseo del recipiente. Por otra parte, esta unidad deber ser diseada de acuerdo con las especificaciones del cliente, y a su vez deber cumplir con todo lo relacionado con el cdigo ASME para diseo y construccin de recipientes a presin del ao 2004, y con los respectivos addenda del ao 2005, a fin de cumplir con todas las exigencias internacionales en normas de operabilidad y seguridad

III. OBJETIVOS A continuacin se presentan los principales objetivos de este trabajo: 1. Conocer y formar parte del proceso de Diseo de los Recipientes a Presin en Industrias

Vander-Rohe C.A., desde la ingeniera bsica hasta la ingeniera de detalle. 2. Familiarizarse con las normas del Cdigo ASME para el Diseo y Construccin de

Recipientes a Presin Edicin 2004, addenda 2005. 3. Conocer la teora bsica del Diseo de Recipientes a Presin y Calderas. 4. Conocer las especificaciones del Proyecto, sus interpretaciones y cuales son los

principales requerimientos y exigencias en el diseo de los recipientes. 5. Estudiar el funcionamiento de una Planta Deshidratadora de Gas Natural por Glicol. 6. Elaborar los Clculos Mecnicos para el Diseo de un Regenerador de Glicol. 7. Elaborar y revisar los Planos de Taller correspondientes al Regenerador de Glicol 8. Elaborar y revisar las Listas de Materiales correspondientes al Regenerador de Glicol.

IV. INDUSTRIAS VANDER-ROHE C.A. 4.1 Resea Histrica. INDUSTRIAS VANDER-ROHE, C.A (IVRCA) es una empresa venezolana de bienes de capital que involucra en sus diferentes actividades: Ingeniera integral, suministro, fabricacin, construccin y montajes, para responder a las necesidades de la industria del gas y del petrleo. Desde su creacin en 1985 ha obtenido una slida reputacin en el suministro de plantas modulares a sus clientes, y en la fabricacin de equipos, montaje en sitio, puesta en marcha y construccin llave en mano de un amplio rango de equipos y plantas de procesamiento para el tratamiento de crudo y gas, en la primera etapa luego de su extraccin. Entre sus clientes se encuentran empresas nacionales e internacionales, tales como: Conoco-

Phillips, ChevronTexaco, PDVSA, Ameriven, Exxon Mobil, Petrobras, entre otros. Entre la gama de productos ofrecidos a los clientes se encuentran: Calentadores de fuego directo, Calentadores de fuego indirecto, Plantas para hidrocarburos, Plantas compresoras de gas, Equipos de separacin, Equipos de tratamiento, Equipos de deshidratacin y Arreglos de tuberas para instalacin de plantas. Por otra parte se ofrecen servicios de: Reparacin y Mantenimiento de equipos, Instrumentacin y Control, Operacin y Entrenamiento, y Modificaciones de equipos. En cuanto a las facilidades que brinda la planta, se tienen: Nave mayor (140 m * 23 m), Nave menor (120 m * 12,5 m), rea de trabajo externo (16.000 m), rea de prefabricacin (1.300 m), rea de maquinado (1.400 m), Almacn cubierto (500 m), Almacn descubierto (2.000 m), Oficinas (600 m), Facilidades de corte y doblez (Cizalla, roladora, dobladora de tubos, prensas para lminas, entre otros), Equipos de soldadura, Equipos de ensayos no destructivos, Facilidades de carga y movilizacin, Facilidades de maquinado, Posicionadores de soldadura, y Equipo de Tratamiento trmico.

4.2 Caractersticas del Entorno Productivo. En el Figura 4.1 se pueden observar las caractersticas del entorno del proceso productivo de la empresa Industrias Vander-Rohe C.A, siguiendo el enfoque sistemtico, donde las entradas (E) y las salidas (A) se subdividen en dos clases cada una: Entradas Determinantes (Ed): Conjunto de entradas que establecen el funcionamiento del sistema, estando ste es diseado para procesar dichas entradas.

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Entradas Circunstanciales (Ec): Conjunto de entradas necesarias para las salidas pero no determinan el funcionamiento del sistema; s determinan los lmites del dominio en el cual el sistema cumple la funcin. Salidas Principales (Ap): Conjunto de salidas que se obtienen a travs del funcionamiento ideal del sistema. Salidas Secundarias (As): Conjunto de salidas que se obtienen, aun cuando no constituyen la funcin del sistema. Restricciones (R): Conjunto de prescripciones que deben cumplir tanto la funcin del sistema, como las salidas principales y secundarias.

Figura 4.1 Caractersticas del Entorno Productivo

4.3 Misin y Visin. La misin de la empresa es elaborar la ingeniera conceptual y bsica de procesos en las reas de tratamiento de crudo y gas, as como disear, fabricar, y suministrar equipos y plantas plenamente garantizados para su operacin. Igualmente instalar, poner a punto, arrancar, operar y hacer mantenimiento continuo a estos equipos y plantas completas, garantizando con base firme la satisfaccin de nuestros clientes. La visin es ser la empresa lder en el diseo e ingeniera de procesos, y en la fabricacin, suministro, operacin y mantenimiento de plantas

"INDUSTRIAS VANDER ROHE C.A"

MATERIAL: Lminas de MetalMateriales de Soldadura y consumibles

Mano de Obra CalificadaPinturaEquipos de Instrumentacin y Control Ingeniera y Desarrollo

ENERGIA: ElectricidadAguaINFORMACIN:Ordenes de Admisin para.

Fallas Laborales, Mecanicas y ElectricasAusentismo LaboralRetrasos en la Entrega de Materiales

RESTRICCIONES: Capacidad de la Planta Tiempo de Entrega de las rdenes de Trabajo Calidad de los Productos Elaborados Mantenimiento Correctivo de las Maquinas Recursos Financieros Requerimientos Tcnicos del Cliente

Desperdicios de Materiales y Consumibles

Desgaste de los Equipos

Ganancias Metodolgicas Ruido

ENTRADAS DETERMINANTES:

ENTRADAS CIRCUNSTANCIALES:

SALIDAS PRINCIPALES:

SALIDAS SECUNDARIAS:

Fabricacin.

Tuberas y Accesorios

Equipo a RepararEspecificaciones del Cliente

Equipos y Plantas de Proceso Equipos Reparados Instalacin y Puesta en Marcha de los eqipos y plantasPara Crudo y Gas

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y equipos de procesos para las reas productoras de petrleo y gas en Venezuela y exportar sus conocimientos y productos a otros pases productores.

4.4 Estructura organizativa. En el Figura 4.2 se muestra el Organigrama General de Industrias Vander-Rohe C.A, donde se observa la Gerencia de Gestin de la Calidad y la Coordinacin de Sistemas como base de los dems departamentos y un primer nivel jerrquico compuesto por la Gerencia General, seguido de seis niveles gerenciales: Gerencia de Ingeniera y Desarrollo, Gerencia de Proyectos, Gerencia de Planta, Gerencia de Compras, Gerencia de Campo y Gerencia Comercial. En cada uno de estos niveles se observan los puestos de trabajos involucrados.

4.5 Funciones Bsicas del Sistema Genrico de Produccin. 4.5.1 Comercializacin. El objetivo de la comercializacin en Industrias Vander-Rohe C.A es determinar y revisar los requisitos relacionados con el producto (requerimientos del cliente, legales y reglamentarios o cualquier requisito adicional), realizar y presentar ofertas y establecer una eficaz comunicacin con el cliente.

Como primer paso, se realiza la promocin de la empresa a travs de la recepcin de la solicitud de cotizacin y del estudio del paquete y/o pliego de licitacin. Se decide si ofertar o no ofertar, y se realiza el registro de la oferta y el estudio y evaluacin de los requerimientos tcnicos del producto en caso positivo. Se estudian los requerimientos del cliente y la capacidad para el cumplimiento de requisitos. El Departamento de Ingeniera y Desarrollo indica el desarrollo tcnico y listado de instrumentos, posteriormente se aprueba el precio, la forma de pago y otras condiciones comerciales para as finalizar la oferta tcnica y comercial. Posteriormente, se entrega la oferta

al cliente. En caso de haber cambios por parte del mismo se devuelve a Ingeniera para redimensionar el equipo y para la estimacin de los costos. Si se gana la oferta se asigna el lder del proyecto, se aclaran con el cliente detalles finales del contrato, se asigna el nmero de orden de trabajo (ODT), se realiza la Orden de Admisin para Fabricacin y se emite el paquete de ventas.

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Figura 4.2 Organigrama de Industrias Vander-Rohe C.A.

4.5.2 Aprovisionamiento de Personal. El primer paso en el ciclo de empleo de Industrias Vander Rohe, C.A es la seleccin del personal de acuerdo a las necesidades existentes en la empresa; la cual se lleva a cabo por el

JUNTA DIRECTIVA

GERENTE GENERAL (GGR)

GERENTE DE GESTIN DE LA CALIDAD (GGC)

COORDINADOR SISTEMAS (SIS)

GERENTE DE PROYECTOS

(GPR)

GERENTE COMERCIAL

(GCM)

GERENTE INGENIERA Y DESARROLLO

(GID)

GERENTE DE PLANTA

(GPL)

GERENTE DE COMPRAS

(GCO)

INGENIEROS DE SECCIN

- MECNICA (ISM) - INSTRUMENTACIN Y CONTROL (IIC) - PROCESO Y DESARROLLO (IPD) - SALA TECNICA (IST) - INVESTIGACIN Y DESARROLLO (IYD)

- PROYECTISTA (PRY)

- DIBUJANTE (DIB)

COORDINADORES DE ODT (COT)

LIDERES DE PROYECTO

(LPR)

CONTROLA-DOR DE

PROYECTOS (CPR)

SUP. DE SEGURIDAD HIGIENE Y

AMBIENTE (SSH)

ASISTENTE ADMINIS-TRATIVO

(AAP)

GERENTE DE CONTROL DE LA CALIDAD

(GCC)

INSPECTORES DE CONTROL

DE LA CALIDAD

(ICC)

SUPERIN-TENDENTE

DE PRODUC-CION (SPR)

PERSONAL DE

PRODUCCIN (PPR)

JEFE DE CONTROL DE MATERIALES

(JMT)

ALMACENISTA (ALM)

JEFE DE MANTENI-MIENTO

(JMN)

PERSONAL DE MANTENI-MIENTO (PMN)

- INSPECTORES DE PRODUCCIN (SUP) - OPERADORES Y OBREROS (OBR)

- TCNICOS - OBREROS

COMPRADORES (COM)

GERENTES DEL NEGOCIO

(GNE)

GERENTE DE CAMPO

(GCA)

PERSONAL DE CAMPO

(PCA)

- INSPECTORES DE CAMPO - INSPECTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD EN CAMPO - SUPERVISOR SHA - CONTROLADOR DE PROYECTOS EN CAMPO LEYENDA:

Subcontrato de ser requerido

Servicios de Apoyo

ORGANIGRAMA REV. 0 JULIO 2005

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Gerente o Jefe del rea donde existe dicha necesidad. Las tcnicas empleadas para tomar la decisin de seleccin son Informacin Bibliogrfica o Currculo y la Entrevista. Al respecto, se pudo notar que siendo ste un paso tan determinante en la productividad de la empresa, se deja a un criterio cuestionable puesto que no existe la figura del Departamento de Recursos Humanos; por lo que el personal es escogido de acuerdo al criterio que tenga la persona que realice la entrevista.

Una solucin prctica al respecto es institucionalizar el Departamento de Recursos Humanos, orientando el mismo hacia el desarrollo de la psicologa industrial y organizacional, utilizando los programas ms tiles para el incremento de la productividad como son la remuneracin, fijacin de metas y capacitacin. En el mismo orden de ideas se nota que la ausencia del Departamento de Recursos Humanos repercute de gran manera en la rotacin del personal, es por ello que para evitar la rotacin de personal es necesario elegir a las personas apropiadas. Los gerentes deben asegurarse de que las habilidades e intereses de las personas coincidan con su trabajo, deben explicar claramente lo que cada quin debe esperar de su cargo y de la organizacin, y deben asegurarse de proporcionar oportunidades de crecimiento, con lo cual se puede asegurar un trabajador satisfecho y as evitar la rotacin.

4.5.3 Aprovisionamiento de Materiales. En Industrias Vander-Rohe C.A, el aprovisionamiento de materiales tiene como objetivo lograr la procura de bienes y servicios que cumplan con los estndares de calidad de la empresa y sus clientes a los mejores costos y tiempos de entrega posibles; as como tambin evaluar y seleccionar los proveedores. Por otra parte, se establece e implementa la inspeccin u otras actividades necesarias para asegurarse de que el producto comprado cumple los requisitos de compra especificados. Tambin se busca cuidar los bienes que son propiedad del cliente mientras estn bajo el control de la organizacin o estn siendo utilizados por la misma y preservar la conformidad del producto durante el proceso interno y la entrega al destino previsto. El aprovisionamiento de los materiales se inicia con la recepcin de la requisicin de materiales, consumibles y servicios para el proyecto y la solicitud de material para uso general

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en planta. Luego se realiza la solicitud de ofertas a los proveedores correspondientes, quienes envan sus cotizaciones.

Con las cotizaciones de los proveedores, el presupuesto de la gerencia, el presupuesto del proyecto y los resultados de la evaluacin de proveedores, se realiza un anlisis tcnico-econmico de ofertas recibidas y se hace la seleccin de la mejor oferta. En caso de ser un proveedor nuevo se hace una evaluacin del mismo. Una vez escogido el proveedor, se elabora la Orden de Compra y se pasa a aprobacin por los Gerentes implicados en el caso. Se enva la orden de compra al proveedor, se hace el seguimiento del pedido y se informa al requirente y al almacn de la llegada del material. Cuando el material es recibido se revisa y se solventa cualquier inconformidad del pedido con el proveedor. Luego el material pasa a manos del Departamento de Control de Materiales, quien se encarga de identificarlo y resguardarlo de acuerdo al proyecto para el cual fue pedido. Tambin se inspecciona el material recibido con la ayuda del Departamento de Control de la Calidad asegurando que cumple con la calidad y caractersticas necesarias para la satisfaccin del cliente y del producto final

4.5.4 Financiamiento. El objetivo del financiamiento en Industrias Vander-Rohe, C.A es determinar y proporcionar los recursos necesarios para implementar y mantener el Sistema de Gestin de la Calidad, mejorar continuamente su eficacia y aumentar la satisfaccin del cliente mediante el cumplimiento de sus requisitos. Este se inicia con la determinacin de los recursos necesarios para el Sistema de Gestin de la Calidad, a travs de la Orden de Admisin para Fabricacin, contratos u rdenes de compra para proyectos, informes de revisin por la direccin, planificacin del sistema de gestin de la calidad, flujo de caja general, proyectos de mejora, presupuesto por gerencia y flujo de caja preliminar del proyecto. Se fijan las pautas para la elaboracin de flujos de caja, se entrega a la Gerencia Administrativa los recursos para elaborar el flujo de caja general para el proyecto; el cual es revisado por los Gerentes General y Administrativo, y al ser aprobado se divide en partidas de gastos, por proyecto y por rdenes de servicio.

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Luego se hace una revisin de la partida de Flujo de Caja General de Proyecto y Orden de Servicio Interno y posteriormente se realiza una reunin de discusin del cierre del proyecto.

4.5.5 Produccin. El objetivo de la produccin en Industrias Vander Rohe, C.A es planificar y llevar a cabo la realizacin del producto y la prestacin del servicio bajo condiciones controladas, tomando en cuenta la validacin de los procesos, identificacin, trazabilidad y preservacin del producto, con el propsito de lograr la satisfaccin del Cliente. El proceso de fabricacin se inicia con la solicitud y/o entrega de materiales, consumibles liberados, documentos en general, planes para la fabricacin, reparacin o recursos para el proyecto, equipo a reparar, a travs del cronograma de fabricacin, planos de fabricacin, esquema de recursos humanos y materiales, inventario de equipo y herramientas y documentos especficos.

Con esto, se procede a la fabricacin o reparacin, por medio de las especificaciones tcnicas, materiales y consumibles, del equipo o partes constitutivas (internos, arreglos de tuberas, plataformas, skid y armado del equipo). Se obtiene el equipo de proceso y/o partes del mismo fabricado y/o reparado. Si existen No Conformidades se realizan las instrucciones de la disposicin correctiva; en caso de ser necesario se hacen cambios al diseo. Durante todo el proceso de fabricacin, se realiza un seguimiento y medicin del producto, por parte del Departamento de Control de la Calidad. Luego, se procede a la aplicacin de Sand Blasting (Limpieza por chorro de arena de slice), pintura, instalacin de aislamiento o galvanizado segn como aplique. En caso de instalacin de instrumentos, se hace el debido seguimiento y medicin del producto por parte del Departamento de Control de la Calidad. Este procedimiento se hace de igual manera para el armado y verificacin final en taller del equipo completo y/o partes. Una vez terminado el equipo, se le entrega al Departamento de Control de Materiales quien lo prepara para el despacho. Si el contrato incluye el transporte se descarga la inspeccin del equipo de proceso en las condiciones de llegada.

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Si existe alguna No Conformidad se solventa y se procede al armado del equipo en campo, haciendo el debido seguimiento y medicin del producto. Luego se solventa cualquier no conformidad o detalle encontrado y si el equipo incluye instrumentos se procede su montaje. Se realiza el arranque y prueba de aceptacin final y se elabora el Data Book, los manuales de operacin y mantenimiento que sern entregados al cliente.

V. FUNDAMENTOS TEORICOS 5.1 Descripcin General de la Planta de Glicol. La deshidratacin del gas natural por glicol es un proceso regenerativo en el que se extrae el agua contenida en la lnea gas hmedo proveniente del pozo, mediante el empleo de un desecante liquido. Este procedimiento se lleva a cabo con el objeto de prevenir la formacin de componentes slidos en forma de cristales llamados hidratos, que pueden generar la obstruccin en los procesos aguas abajo, como por ejemplo la re-inyeccin del gas en la formacin productora; por otra parte, se busca evitar una posible condensacin del agua libre en las lneas de tuberas, lo cual podra generar inconvenientes por corrosin, y tambin se desea disminuir la cantidad de diluyentes que pueda contener el gas natural para as aumentar su poder calorfico y un mejor aprovechamiento de este hidrocarburo en caso de ser utilizado como combustible. El gas que se obtiene al separar la mezcla de hidrocarburos que proviene del pozo (agua libre, gas natural y crudo) tiene dos funciones primordiales en este proyecto; una es alimentar los sistemas de generacin de potencia de la Estacin Central de Produccin y la otra es ser reinyectado en el yacimiento para mantener la presin de la formacin y optimizar la produccin de crudo; est gas debe pasar por un proceso de tratamiento a fin de cumplir con las exigencias requeridas para ambas aplicaciones. Una vez separado, el gas natural es enviado a los compresores de gas lift, donde se aumenta su presin de 90 Psig (0.62 MPa) a 1300 Psig (8.96 MPa); estos son dos trenes de compresores reciprocantes de tres etapas cada uno que son impulsados por turbinas a gas y en los cuales ocurre un proceso de enfriamiento y de extraccin de condensados entre cada una de las etapas de compresin, de manera tal que el gas sale de estos compresores con una temperatura de 48.9 C (120 F) a la presin de descarga. Luego de que este gas es comprimido y enfriado, entra a un filtro - separador de entrada a la planta deshidratadora; en este recipiente se le retiran los lquidos remanentes, como aceites lubricantes que pudiesen generar espuma en el glicol y las pequeas partculas slidas en suspensin que puedan haber sido arrastradas por la corriente de gas. Una vez filtrado, el gas pasa a la torre contactora, donde es deshidratado por contacto directo con una lnea a contra flujo de TEG-glicol lquido fro, con bajo contenido de agua y que entra por el tope de la unidad. De este modo el gas sale de la torre con una humedad menor o igual a los 0.94 Kg./MMPCSD (2 lb./ MMPCSD) y a una temperatura de 50

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C (122 F) aproximadamente; este gas seco de salida se utiliza para enfriar el glicol pobre que est entrando a dicho recipiente, de manera tal que al momento de entrar a la torre, el glicol tiene una temperatura aproximada de 54 C (129,2 F), lo que facilita el proceso de deshidratacin del gas. Durante este proceso de intercambio de calor, el gas sufre un pequeo aumento en su temperatura no muy significativo dado que el flujo es muy elevado, y ya est en condiciones de ser transmitido a los compresores de inyeccin donde ser procesado para ser reinyectado en la formacin; adicionalmente una parte del gas seco es empleado como combustible del sistema de generacin de potencia de la Estacin Central de Produccin. El glicol hmedo que sale de la torre contactora es enviado a un ciclo de regeneracin, en el que le es removido el exceso de humedad a fin de que pueda ser re-utilizado en la deshidratacin del gas natural. Este ciclo de regeneracin empieza con un precalentamiento del glicol rico o hmedo que sale de la torre contactora hasta los 95 C (203 F); este calentamiento ocurre en el condensador de reflujo o still condenser y contina posteriormente en un intercambiador glicol/glicol de baja temperatura. Una vez calentado, el glicol rico que sale del intercambiador es enviado a un recipiente separador de condensados que opera a 40 Psig (0.28 MPa) y 95 C. (203F) en el que se procede a separar los vapores (gas) y condensados (lquidos) de hidrocarburos presentes en el glicol hmedo; posteriormente el glicol pasa a travs de una serie de filtros de carbn y mallas en los que se retiran las partculas slidas en suspensin, para despus ser enviado a otro intercambiador de calor glicol/glicol de alta temperatura en el que es calentado hasta 150 C. (302 F) aproximadamente; a la salida de este intercambiador, el glicol hmedo puro es enviado a una columna de asentamiento denominada still column, que es el dispositivo de entrada a la unidad ms importante de esta parte de la planta deshidratadora: el regenerador. El regenerador es un recipiente a presin que contiene dos aparatos calentadores (grandes resistencias elctricas, o en algunos casos tubos de fuego) en el que la mezcla glicol-agua es calentada hasta 204 C (400 F), con lo que se consigue vaporizar el agua y los hidrocarburos solubles presentes en ella, manteniendo el glicol en estado lquido; esto se debe a que el punto de ebullicin del agua es de 100 C (212 F), mientras que el glicol tiene un punto de ebullicin mayor a 286 C (547 F). Hasta aqu se pueden observar algunos detalles que por procesos afectan directamente el diseo del regenerador desde el punto de vista mecnico, pues ste debe proveer el soporte

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para los aparatos calentadores responsables de vaporizar el agua contenida en el glicol, y adicionalmente se debe tomar en consideracin la conexin de la torre de asentamiento conformada por el still column y el still condenser al regenerador. Estos componentes forman una torre de poco ms de 6 metros de altura (252.11) y 406.4 mm. (16) de dimetro, que es por donde entra el glicol al regenerador. A la salida del regenerador el glicol tiene un nivel de pureza de 98.7 % aproximadamente, la cual no es la ideal para deshidratar el gas natural de manera ptima, por lo que se requiere extraer aun ms agua al glicol; para ello se instala un dispositivo auxiliar a la regeneradora llamado sparge gas column, en el que el glicol que sale del regenerador se pone en contacto con una pequea parte del gas seco que sale de la torre contactora y que ha sido previamente precalentado. En este dispositivo ocurre un proceso fsico-qumico de transferencia de energa y masa, en el que el gas seco caliente extrae el agua remanente al glicol, obtenindose de esa forma un glicol ms pobre o seco, que tiene entre un 99.2 % y un 99.9 % de pureza y que es ideal para continuar con el ciclo de deshidratacin del gas natural. Del equipo sparge gas column sale glicol seco pobre regenerado y gas hmedo; el gas hmedo es reinyectado al regenerador y sale de ste por el condensador en una mezcla con el vapor de agua que se le extrae al glicol, mientras el glicol seco caliente es enviado a los intercambiadores glicol/glicol de baja y alta temperatura para precalentamiento del glicol hmedo; subsiguientemente es enviado a un tanque en el que expande trmicamente y en el que se mezcla con algo de glicol nuevo para reposicin del producto; de esa manera, el glicol ya est listo para ser bombeado al intercambiador glicol/gas que est a la entrada de la torre contactora para continuar con el proceso de deshidratacin del gas natural. En los Anexos 6.1 y 6.2 presentes en el CD se muestran tanto el diagrama de flujo de procesos de la planta de glicol en cuestin, como los valores de las principales variables que afectan el desarrollo del ciclo, de modo tal que se pueda tener una mejor comprensin de los procesos que se llevan a cabo en esta planta.

5.2 Teora General del Anlisis de Esfuerzos de Membrana en Recipientes sometidos a Presin. Las ecuaciones empleadas en el diseo de recipientes se basan en la teora de los esfuerzos de membrana que se producen en las paredes del recipiente.

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Como su nombre lo indica, el principal propsito de estos recipientes es contener un medio sometido a presin y temperatura; sin embargo, en el cumplimiento de su funcin estn sujetos a la accin de cargas estticas y dinmicas por soportera, conexiones de tuberas, expansin trmica y presin interna o externa, que requieren un conocimiento general de los esfuerzos impuestos por estas condiciones para obtener un diseo seguro, confiable y con larga vida til. Al estar sometidos a presin, el material del cual estn hechos los recipientes soporta una carga desde todas las direcciones. Cuando estos equipos se construyen de placas en la que el espesor es pequeo en comparacin con otras dimensiones se pueden considerar entonces como recipientes de pared delgada o membranas, y que como tal ofrecen poca resistencia a la flexin perpendicular a su superficie, por lo cual en este caso los esfuerzos que se calculan obviando dicha flexin se conocen como esfuerzos de membrana. Estas membranas son bastante resistentes a las fuerzas que actan en el plano formado por ellas, pero no ofrecen mucha resistencia a la flexin que se puede generar en el plano perpendicular a la pared; esta condicin es un hecho deseable en el sentido de que estas membranas permiten al recipiente deformarse tranquilamente en esta direccin, sin que se generen grandes esfuerzos en los puntos de discontinuidad como boquillas o cabezales. Un recipiente, cilndrico o esfrico, se puede considerar de pared delgada cuando la relacin entre su espesor y su radio interno es mayor o igual a 10; mientras mayor sea esta relacin, menor ser el error que hay entre el esfuerzo que se predice por esta teora y el esfuerzo mximo real en el recipiente. En el caso de que la pared del recipiente sea considerada delgada o membrana, la distribucin del esfuerzo a travs de su espesor t no variar de manera considerable, y por tanto se supondr que es uniforme o constante; en este sentido, los esfuerzos de membrana que se generan son esfuerzos promedios, ya sea a tensin o compresin, a travs del espesor del equipo y se considera que actan en el plano tangente a la superficie de la pared del recipiente. Para analizar los esfuerzos que se producen por efectos de la presin interna en esta clase de recipientes, se aplicar la teora general de los esfuerzos de membrana en un recipiente de forma genrica como se muestra en la figura 5.1.

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Figura 5.1 Esfuerzos de Membrana en Recipientes a Presin (Fuente: Harvey, 1974, Pg. 39)

En esta figura se identifican las siguientes variables:

1 = Esfuerzo Longitudinal

2 = Esfuerzo Circunferencial

t = Espesor del recipiente.

1ds = Dimensin elemental en la direccin longitudinal

2ds = Dimensin elemental en la direccin circunferencial

1r = Radio de curvatura longitudinal

2r = Radio de curvatura circunferencial

Pi = Presin interna

Considerando un elemento del recipiente que est suficientemente alejado de los extremos y el cual esta sometido a una presin manomtrica interna Pi por efectos del fluido contenido

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dentro de este, se desarrolla una carga uniforme en el interior de las paredes del recipiente y que acta en todas las direcciones.

Sobre este elemento se desarrollan los esfuerzos normales 1 en la direccin longitudinal y

2 en la direccin circunferencial los cuales ejercen tensin sobre el material, como se puede ver el diagrama de cuerpo libre expuesto en la figura 5.1. Los esfuerzos circunferencial y longitudinal que actan sobre el elemento tienen componentes en la direccin normal a la superficie del recipiente, y vienen dadas por las expresiones:

)2

(22 2121

d

sendstF = Ec.5.2.1

)2

(22 1212

d

sendstF = Ec. 5.2.2

Por otra parte, la presin interna ejerce una fuerza total Ptot sobre el elemento:

= )

2(2)

2(2 2211

dsenr

dsenrPiPtot

Ec. 5.2.3

Por equilibrio de la fuerza de presin con las fuerzas circunferencial y longitudinal, 1F y

2F respectivamente, se tiene entonces:

=+ )

2(2)

2(2)

2(2)

2(2 2211121212

dsenr

dsenrPi

dsendstdsendst Ec. 5.2.4

Notando que: 1

11

2)

2(

r

dsdsen

=

y

2

22

2)

2(

r

dsdsen

=

se concluye entonces que:

t

Pirr

=+2

2

1

1 Ec. 5.2.5

sta es la solucin general de la teora de los esfuerzos de membrana en recipientes sometidos a presin interna.

5.3 Espesor de Pared de Recipientes a Presin Cilndricos por Presin Interna.

En el caso de recipientes cilndricos sometidos a la accin de una presin interna Pi , como el

que se muestra en la figura 5.2, se tiene que el radio circunferencial es el radio interno del

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cilindro )( 2 rr = , el radio longitudinal es infinito, es decir no hay curvatura en sta direccin )( 1 =r , y ambos son constantes a lo largo de todo el recipiente.

Figura 5.2 Esfuerzos de Membrana en Recipientes a Presin Cilndricos (Fuente: Hibbeler, 1996, Pg. 414)

Sustituyendo stas variables en la ecuacin 5.2.5 se obtiene una ecuacin para el clculo del

esfuerzo circunferencial 2 :

t

rPi =2 Ec. 5.3.1

Por otra parte, para el clculo del esfuerzo longitudinal 1 se considera la porcin del cilindro

que muestra en la figura 5.3, en la cual se puede apreciar que 1 acta uniformemente a travs

del espesor y Pi sobre el rea que define el gas o fluido contenido por el recipiente.

Figura 5.3 Diagrama de Cuerpo Libre para el Clculo del Esfuerzos longitudinal en Recipientes a Presin Cilndricos (Fuente: Hibbeler, 1996, Pg. 415)

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Considerando que el radio medio es aproximadamente igual al radio interior del cilindro, el equilibrio de fuerzas requiere que:

( ) ( )t

rPirPitrF

=== 2020 1

21 pipi Ec. 5.3.2

Al comparar las ecuaciones 5.3.1 y 5.3.2 se ve que el esfuerzo circunferencial 2 es dos

veces mayor que el esfuerzo longitudinal 1 , por lo tanto, cuando se fabrican recipientes a

partir de placas laminadas y/o roladas, las juntas longitudinales deben disearse para soportar dos veces mas esfuerzo que las juntas circunferenciales. Si en la ecuacin 5.3.1 se sustituye 2 por el esfuerzo mximo admisible por el material y se

despeja el espesor del recipiente, se puede calcular entonces el mnimo espesor requerido tericamente para soportar la presin interna, de este modo se tiene entonces:

SrPi

t

= Ec. 5.3.3

El ASME utiliza esta ecuacin de una forma modificada para el clculo del espesor del recipiente y as obtener de ese modo un diseo ms seguro y confiable. De este modo el ASME modifica la ecuacin 5.3.3 de la siguiente manera:

Ec. 5.3.4

La ecuacin 5.3.4 es la ecuacin de los esfuerzos de membrana modificada por el ASME, la cual esta especificada en el prrafo UG-27 del cdigo y que da como resultado un espesor mayor al que se obtiene por la ecuacin terica 5.3.3 pues considera un factor de seguridad de

( )Pi6,0 que hace que el denominador de la anterior ecuacin sea menor, y por la tanto se tenga un espesor ms grueso. Adicionalmente introduce los efectos de la soldadura en el ensamblaje del recipiente al considerar la eficiencia de junta soldada E . Al introducir esta variable en la ecuacin 5.3.4 se obliga a que el espesor obtenido sea mayor al calculado por la teora general de membrana en la ecuacin 5.3.3. Por otra parte existen dos restricciones que son impuestas para el uso de la ecuacin 5.3.4 para obtener resultados confiables y adecuados:

PiESrPi

tcuerpo

=

6,0

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La presin interna debe ser menor o igual a )385,0( ES El espesor debe ser menor o igual a la mitad del radio interior

El clculo del espesor de recipientes a presin cilndricos sometidos a presin externa se especifica en el prrafo UG-28 del cdigo ASME.

5.4 Eficiencias de Juntas Soldadas en Recipientes a Presin Fabricados por Mtodos de Soldadura. La mayora de los recipientes a presin son construidos a partir del ensamblaje de partes y/o secciones que han sido prefabricadas o sub-ensambladas, tales como cilindros, cabezales, etc, mediante juntas soldadas para as formar la estructura del recipiente en s; posteriormente a sta estructura se le adjuntan por mtodos de soldadura igualmente las conexiones, boquillas o aberturas que son requeridas por el equipo. Slo aquellos cierres que sern removidos frecuentemente, ya sea por servicio, inspeccin o mantenimiento, son unidos con pernos y tuercas para que as el numero de cierres mecnicos con empacaduras sea mnimo y tener de este modo una mayor superficie de la estructura a prueba de fugas. Este hecho hace que los efectos de las soldaduras en el diseo del recipiente sea un elemento importante en el clculo mecnico de estos equipos dadas las concentraciones de esfuerzo que se generan en la estructura el recipiente. Estas concentraciones de esfuerzo por juntas soldadas se producen por las siguientes razones:

Por la diferencia de la estructura metalrgica del material de aporte con respecto al material base

Por defectos en la soldadura como porosidades, incrustaciones de escoria, o rupturas por encogimiento.

Por la geometra del perfil del cordn de soldadura como filetes, soladuras a tope, o transiciones, as como tambin por el acabado superficial posterior a la soldadura.

Dada la importancia de las soldaduras en la construccin y diseo de los recipientes, el ASME introduce la variable E como la eficiencia de junta en la ecuacin 5.3.4 para el clculo del espesor del recipiente cilndrico. Esta variable toma en consideracin los tres factores anteriormente descritos, junto con el nivel de inspeccin radiogrfica que se realiza a la junta en consideracin, as como la localizacin de dicha soldadura en la estructura del recipiente, para as definir la capacidad o confiabilidad que tiene la soldadura para resistir los efectos de

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las cargas bajo las cuales estar sometida. Esta variable puede tener alguno de los siguientes valores:

E = 1 Para radiografiado total E = 0.85 Para radiografiado aleatorio. E = 0.70 Para equipo sin radiografiado.

Para determinar el valor aplicable de la eficiencia de junta se realiza un anlisis de acuerdo al mtodo que se expone en el prrafo UW-12 del Cdigo ASME, en el cual se especifican las normas de diseo y fabricacin para recipientes construidos por soldadura. En el anexo I de este informe, se presenta la tabla UW-12 del cdigo ASME en la que se indican las eficiencias de las uniones soldadas del recipiente como una funcin de tres variables; el tipo de junta a emplear (se especifican seis tipos de soldaduras), el nivel de inspeccin radiogrfica a aplicar en la unin y la categora de la junta, la cual se refiere a la ubicacin de la soldadura dentro de la estructura del recipiente a presin como se detalla en la figura 5.4. Adicionalmente en el Anexo 7 del CD se presentan los esquemas de los diferentes tipos de soldadura (6 en total) mas comnmente empleados en la fabricacin de recipientes a presin. De acuerdo a lo expuesto anteriormente se puede identificar entonces: Soldaduras a tope longitudinales del cuerpo Juntas Categora A y 100 % Radiografiado E =1 Soldaduras a tope circunferenciales del cuerpo y cabezal elipsoidal Juntas Categora B y 100 % Radiografiado E=1 Soldadura a Filete del cuerpo y cabezal bridado Categora C, No aplica examinacin radiogrfica completa La Eficiencia de junta se define de acuerdo al procedimiento de calculo de este componente Soldadura a tope del cuerpo, boquillas y refuerzos de aperturas Categora D y 100 % radiografiado E = 1 En el caso de la unin entre el cuerpo del recipiente y la brida de soporte para la tapa plana es imposible realizar una inspeccin radiogrfica confiable, pues los resultados obtenidos seran discordantes. Esto se debe a que la inspeccin radiogrfica no puede ser realizada sobre cordones de soldadura a filete; en cuyo caso no se obtienen resultados confiables de la

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inspeccin realizada. En este caso, el ASME emplea otro procedimiento de clculo que involucra otra metodologa de diseo para obtener las dimensiones, espesores y tipo de junta que se requieren para la tapa plana.

Figura 5.4. Categoras de juntas soldadas en la estructura del recipiente. (Fuente: ASME, 2004, Fig. UW-3, Pg. 116)

5.5 Espesor de Cabezales Elipsoidales en Recipientes Sometidos a Presin Interna.

Los cabezales elipsoidales pueden ser considerados como recipientes que nacen de la revolucin de una curva elipsoidal con respecto al eje vertical, tal y como se ilustra en la figura 5.5. El cdigo ASME, en el prrafo UG-32, indica que el espesor de un cabezal elipsoidal debe calcularse por medio de la siguiente expresin:

PiESkDPi

tcuerpo

i

=

2.02 Ec. 5.5.1

Donde k es un parmetro geomtrico adimensional que depende de la relacin

)2( hDba i = segn la tabla 5.5.1.

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Figura 5.5 Geometra y Esfuerzos en Cabezales Elipsoidales (Fuente: Harvey, 1974 Pg. 43)

Tabla 5.5.1 Valores del factor K para cabezales Elipsoidales

5.6 Efecto de Vientos y Sismos Sobre la Estructura de Recipientes a Presin. El procedimiento de diseo tiene como norma que estas condiciones ambientales no actan de manera conjunta sino por separado, es decir o se tienen cargas de viento o se tiene cargas ssmicas actuando sobre el recipiente.

5.6.1 Calculo de cargas generadas por la accin del viento. El diseo se hace siguiendo la norma ASCE (7-98) American Society of Civil Engineers para el diseo de estructuras de forma simtrica y regular (recipientes cilndricos) y que no cuentan con caractersticas especiales de respuesta para contrarrestar los efectos del viento. De acuerdo a esta norma, la fuerza ejercida por el viento sobre la superficie de una estructura se calcula como:

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[ ]LbsACGqF ffz = Ec. 5.6.1 Donde:

[ ]22 /00256,0 ftLbsIVkkkq dztzz = Presin de velocidad V a una altura z .

1=dk Factor de direccin del viento para estructuras abiertas

zk Coeficiente de exposicin de la presin de velocidad del viento, en funcin de la categora de exposicin de la estructura D para reas planas sin obstculos y expuestas al viento circulando sobre la superficie del agua

ztk Factor topogrfico de la regin en la que se ubica la estructura

V Velocidad mxima del viento

1=I Factor de importancia para estructuras petroqumicas que representan poco peligro

para la vida humana.

G Efecto de las rfagas para una categora de exposicin D y a una altura z

8,0=fC Coeficiente de fuerza total o factor de forma para estructuras cilndricas.

fA rea proyectada de contacto. La ecuacin 5.6.1 da como resultado la fuerza resultante por la accin del viento de acuerdo a las caractersticas del sitio en el que esta ubicado el recipiente. Esta fuerza acta sobre la punta de la torre, por lo que al ser trasladada a la base de la misma, se transforma en un sistema de cargas equivalente de fuerza y momento.

5.6.2 Clculo de cargas generadas por la accin de sismos. Los clculos se basan en el mtodo de diseo expuesto en la norma UBC-1991 Uniform Building Code, en el que se considera que las condiciones de carga sobre el recipiente son similares a las de una viga en voladizo con una carga que se incrementa uniformemente hacia el extremo libre. Este sistema de cargas se plantea como una Fuerza cortante distribuida sobre la longitud del recipiente y un momento de volcamiento que acta sobre las bases de la estructura.

La carga cortante total que acta sobre el recipiente se calcula como:

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[ ]LbsWRCIZV w

= Ec. 5.6.2

Donde:

3/225,1

TSC = Coeficiente Numrico que no debe ser mayor a 2,75.

[ ]segHT 4/3035,0 = Periodo fundamental de vibracin de la estructura

H Altura de la estructura

S Coeficiente de las caractersticas del suelo en el sitio. 2=S Lecho marino con ms de

40 ft de arcilla suave (valor mximo) Z

Factor de zona ssmica API

wR Coeficiente numrico de forma. 4=wR Para recipientes a presin cilndricos

1=I Factor de importancia para estructuras petroqumicas que representan poco peligro para

la vida humana.

W Peso total de la torre.

La carga cortante que acta sobre el tope de la estructura se calcula como:

[ ]LbsVTFT = 07,0 Ec. 5.6.3 TF No debe ser mayor a V25,0 y en caso de que 07,0 = TFT

El momento de volcamiento mximo ocurre en la base del recipiente y viene dado por:

[ ] [ ]lg3/2)( puLbsHFVHFM TT += Ec. 5.6.4 El momento de volcamiento a una distancia X del tope de la estructura se calcula por las expresiones:

[ ] [ ] 3/;lg HXparapuLbsXFM TX = Ec. 5.6.5 [ ] [ ] 3/;lg)3/()( HXparapuLbsHXFVXFM TTX += Ec 5.6.6

El cortante en la base es la fuerza horizontal ssmica total actuando en la base de la estructura,

sobre la cual se tiene una distribucin triangular de fuerzas. Una porcin, TF , de la fuerza

horizontal ssmica total acta sobre el tope del recipiente, mientras el resto se distribuye a lo largo de la longitud del mismo.

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5.7 Recipientes a Presin Horizontales Soportados por Silletas. Los mtodos de diseo de los soportes para recipientes horizontales se basan en el anlisis presentado por L. P. Zick. El ASME public el trabajo de Zick como prctica recomendada en el diseo de tales componentes. Un recipiente horizontal montado sobre soportes de silletas acta como una viga, con las siguientes diferencias: Las condiciones de carga varan con el nivel de contenido dentro del recipiente Los esfuerzos sobre el recipiente varan segn el ngulo de contacto de las silletas La carga debido al peso del recipiente y su contenido se combina con las dems cargas

(presin interna y externa, carga de viento y sismos). Las cargas a considerar son: Reaccin de las Silletas: La prctica recomendada es disear el recipiente para una carga

completa de lquido en su interior. Presin Interna

Carga de viento y sismos: Los recipientes largos con relaciones pequeas de rt / estn sujetos a deformacin por accin del viento. Segn Zick, la experiencia indica que un recipiente diseado para una presin externa de 1 psi puede resistir las cargas externas que se presenten en servicio normal.

5.7.1 Clculo de esfuerzos en recipientes soportados por dos silletas. Antes de calcular los esfuerzos en el recipiente por el apoyo en silletas, es necesario calcular la carga a la que est sometida cada uno de los soportes. sta se calcula como una combinacin de las cargas anteriormente expuestas. Una vez calculada la carga sobre cada soporte, se procede a calcular los esfuerzos crticos que afectan al recipiente. En el clculo de estos esfuerzos se debe tomar en cuenta la geometra de la configuracin de recipiente y silletas ptima al considerar la variables que definen dicha configuracin; A (distancia de la tangente del extremo del cabezal a la lnea central de la silleta); H (altura del cabezal); Q ( carga total que acta sobre la silleta); R (radio del recipiente); th (espesor del cabezal); ts (espesor del cuerpo); b ( ancho de la base de la silleta) y ( ngulo de contacto de la silleta). Estas variables se sealan en la figura 5.6.

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Los recipientes a presin soportados por silletas estn sujetos a: Esfuerzo de flexin longitudinal, Esfuerzo cortante tangencial y Esfuerzo circunferencial. El clculo de los esfuerzos en recipientes a presin cilndricos soportados por dos silletas tiene sus principios en el clculo de vigas soportadas por dos apoyos simples. Este tipo de apoyo hace que se generen esfuerzos tanto en el contacto con los soportes como en la mitad de la longitud que hay entre las silletas. Adicionalmente se consideran los esfuerzos que se generan en el cuerpo y en los cabezales del equipo, puntos crticos del recipiente.

Figura 5.6 Diagrama Esquemtico del Arreglo de Silletas en Recipientes Cilndricos (FUENTE: Megyesy, 1995, Pg.86)

5.7.1.1 Esfuerzos por Flexin Longitudinal. a): Esfuerzo en las silletas.

( )( )StRK

LHLAHRL

A

AQS

++

= 2

22

1

))3/(41(2/)()(1

1

Ec. 5.7.1

b): Esfuerzo a la mitad de la longitud del recipiente

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( )( )StR

LA

LHLHR

LQS

++

= 2

222

1

4))3/(41(/)(21

4 pi Ec 5.7.2

En tensin el esfuerzo 1S ms el esfuerzo debido a la presin interna ( )2( StRP

) no debe

exceder el esfuerzo mximo admisible del material del cuerpo por el valor de la eficiencia de junta entre la silleta y el cilindro. Si el esfuerzo 1S supera el valor mximo admisible deben realizarse correcciones al diseo.

5.7.1.2 Esfuerzo por Corte Tangencial.

Para recipientes que cumplen con la relacin 2/RA , y que no tienen anillos rigidizadores se tiene:

)(22 StRQKS

=

Ec. 5.7.3

2S No debe exceder el 80% del valor del esfuerzo mximo admisible del material del cuerpo

del recipiente, y si se emplea una placa de desgaste o Wear Plate, entonces el espesor St

debe ser la suma del espesor del cuerpo del recipiente ms el espesor de dicha placa, siempre

que esta placa llegue a 10/R pulgadas por encima del cuerno de la silleta o Horn of saddle

que este ms cerca de la cabeza. En cuerpos cilndricos sin rigidizacin, el esfuerzo cortante mximo ocurre en el cuerno de la silleta, o punto de apoyo de la misma. Cuando se aprovecha la rigidez de la cabeza al situar la

silleta cerca de la misma, el esfuerzo corte tangencial puede originar un esfuerzo adicional 3S en la cabeza. Este esfuerzo debe sumarse al esfuerzo que obra en las cabezas debido a presin

interna. Esto se evita haciendo que 2/RA con lo la silleta esta suficientemente alejada del cabezal.

5.7.1.3 Esfuerzo Circunferencial.

Para recipientes que tiene una relacin RL 8 y que adems tienen 2/RA se tiene:

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a): En el cuerno de la silleta o punto de apoyo de la silleta:

26

412

)56,1(4 SSS tLRQK

tRbtQS

+=

Ec 5.7.4

Donde 4S no debe ser mayor que 1,5 veces el esfuerzo admisible a tensin para el material

del cuerpo.

b): En el fondo del recipiente:

)56,1(7

5SS tRbt

QKS+

=

Ec 5.7.5

Donde 5S no debe ser mayor que 0,5 veces el esfuerzo de fluencia a la compresin del material del cuerpo.

Si se emplea una placa de desgaste o Wear Plate, en las formulas para el calculo de 4S , entonces puede tomarse el espesor St como la suma del espesor del cuerpo mas el espesor de

la placa de desgaste, y para el calculo de 2

St , puede tomarse la suma del espesor del cuerpo al

cuadrado mas el espesor de la placa de desgaste al cuadrado, siempre y cuando la longitud de

dicha placa se extienda a 10/R pulgadas por encima del cuerno de la silleta. Por otra parte,

al emplear una placa de desgaste, se tiene que en el calculo de 5S se puede tomar el espesor

St como la suma del espesor del cuerpo mas el espesor de la placa de desgaste, siempre que el

ancho de la placa de desgate sea por lo menos igual a ( StRb + 56,1 ). Si el cuerpo no esta rigidizado, el esfuerzo mximo ocurre en el punto de apoyo de la silleta o cuerno de silleta y no debe sumarse al esfuerzo por presin interna.

5.7.2 Carga Horizontal Transversal en Silletas.

En su seccin mas baja la silleta de soportar la fuerza horizontal F . Como se muestra en la figura 5.7. en la que se puede ver la ubicacin del cuerno de la silleta

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Figura 5.7 Carga Horizontal Transversal en Silletas (FUENTE: Megyesy, 1995, Pg. 96)

La seccin trasversal eficaz de la silleta, que resiste esta carga es igual a la tercera parte del

radio del recipiente R .

Entonces se tiene que 11KQF = , en donde Q es la carga sobre la silleta critica y 11K es una constante que depende del ngulo de contacto de la silleta. El esfuerzo medio no debe ser mayor que dos tercios del esfuerzo a la tensin permitido del material de la silleta o de la placa de membrana Web Plate. Adicionalmente se debe verificar en el diseo que los pernos de anclaje son los suficiente fuertes como para resistir las cargas que actan sobre ellos, entre la cuales esta la fuerza de friccin que se genera en la base de apoyo de la resistencia debido al desplazamiento trmico.

VI. MTODOS, PROCEDIMIENTOS Y EQUIPOS EMPLEADOS EN EL DISEO Y FABRICACION DE LOS RECIPIENTES A PRESIN.

El trabajo de diseo de Recipientes a Presin dentro de Industrias Vander-Rohe C.A. es llevado a cabo por la gerencia de ingeniera y desarrollo, mientras la fabricacin es llevada a cabo por la gerencia de planta a travs de los diferentes departamentos que la conforman. Este proceso se inicia con las especificaciones del cliente a partir de las cuales cada una de las secciones de las mencionadas gerencias procede a trabajar.

6.1 Seccin de Procesos. El primer paso consiste en analizar y simular el proceso que se llevar a cabo en la unidad en cuestin, con la finalidad de definir las principales caractersticas de la misma, tales como, volumen, dimensiones del contenedor, boquillas requeridas por procesos y ubicacin de las mismas, arreglo general de la planta deshidratadora, accesorios internos requeridos, sustancia de operacin del equipo, condiciones de presin y temperatura en operacin, condiciones de diseo, niveles de fluido presentes dentro del recipiente y las fases del mismo, etc. Durante esta etapa se llevan a cabo reuniones con el cliente a fin de ir definiendo detalles relacionados con la operacin de el equipo y de ir realizando revisiones constantes al proyecto que se esta llevando a cabo.

6.2 Seccin de instrumentacin y Control. En ste departamento se definen la serie de instrumentos y accesorios que son requeridos instalar en la planta deshidratadora a fin de mantener un control preciso sobre los diferentes procesos que se llevan a cabo dentro de la misma. Se definen la cantidad de vlvulas necesarias, transductores de nivel, presin y temperatura y los instrumentos de seguridad y sistemas de alivio, como vlvulas de seguridad, que son necesarios colocar en el recipiente. Adicionalmente se definen las boquillas que se le deben situar al equipo para instalar los mencionados instrumentos, as como las diferentes lneas de transmisin de seales que sern recogidas en el tablero de control.

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6.3 Seccin Mecnica. El trabajo del ingeniero mecnico es pieza fundamental en el diseo de los recipientes a presin pues es quien traduce en elementos tangibles los datos suministrados tanto por el ingeniero de procesos como por el ingeni