PROBLEMA.

Se tiene un generador de vapor que genera vapor con una presión de 12K/cm2,

temperatura de 280°F y un volumen especifico de 2.45 pie3, con un calor latente de 950

BTU/lb por hora de cambio de fase, este vapor es conducido por medio de una tubería de

acero al carbón que tiene una fatiga de 11,500 psi. El vapor se va a utilizar en un calentado

CC-101 a una presión de 85 psig, temperatura de 300°F y un volumen especifico de 4.2

pie3/lb con un calor latente de 810 BTU/lb. Para calentar 45,550 lb/hr de un líquido desde

una temperatura de 28°C hasta 90°C, con un cp igual a 0.955 BTU/lb°F y una gr.sp. de 0.97;

a 18 m antes de el calentador se tiene una salida de vapor a otra área de la planta para

calentar en el CC-100, 40,600 lb/hr de un fluido desde una temperatura de 90°F hasta una

temperatura de 175°F un cp de 0.645 BTU/lb°F y un gr.sp. de 0.85.

Considere que el 38% del condensador CC-101 se va a proceso y el resto al reactor RPT-

207. Verifique sus tuberías por el espesor mínimo.

Diseñe una omega para el tramo de 21 m y verifique por dilatación si la omega es viable.

Considere que la temperatura se incremente desde 32°F la gr.sp. Del condensado es de

0.99, la presión del condensado es de 200 lb/pulg2. El condensado debe entrar al reactor a

una temperatura de 85°C, para lo cual se cuenta con agua de enfriamiento de donde sale el

agua con una temperatura de 22°C y retorna a una temperatura de 60°C, un Cp de agua de

1 BTU/lb°F. Con una carga térmica de 380*105 BTU/hr. Cp de vapor es de 0.45 BTU/lb°F.

Datos complementarios: Vel del vapor 7000 fpm, Vel. Del fluido estado líquido de 10.8 fps.

Haga la lista técnica de materiales indicando las especificaciones de cada uno de los

accesorios, considere las válvulas de la línea del condensado menor a 1 pulg con respecto a

la línea de la tubería.

Establezca las características del diseño de las válvulas de: globo, retención, compuerta.

Mencione por lo menos dos juntas de expansión que se utilizan en servicios de alta presión,

sus características de diseño y normas de especificación.

BASE DE DATOS.

GV-100

Pop=12 Kg/cm2

Top=280°F

Vop=2.45 pie3/lb

𝝀=950BTU/hr

Tubería de Ac. Carbón

g=11,500 psi

CC-100

El fluido a calentar

Gm=40600 lb/hr

To=90°F

T=175°F

Cp=0.645 BTU/lb°F

SG=0.85

En el CC-101

Pop=85 psig

Top=300°F

Ve=4.2 ft3/lb

𝝀vapor=810 BTU/lb°F

Fluido a calentar

Gm=45550 lb/hr

Top=28°C=82.4°F

Tf=90°C=194°F

Cp=0.955 BTU/lb°F

SG=0.97

Gm,proceso=0.386

Gm,condensado

Gm,

RPT=0.62Gm,condensado

Torre de Enfriamiento

To=22°C

T=60°C

Cp,H2O=1BTU/lb°F

Q=380*105 BTU/hr

Cp=0.45 BTU/lb°F

En el CC-101

𝑄 = 𝐺𝑚𝐶𝑝𝛥𝑇 = (45550 𝑙𝑏/ℎ𝑟) (0.955 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏°𝐹) (111.6°𝐹) = 4,854,627.9 𝐵𝑇𝑈/ℎ𝑟

𝛥𝑇 = (194 − 82.4)°𝐹 = 111.6°𝐹

𝑄 = 𝐺𝑚𝜆

𝐺𝑚, 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 4,854,627.9 𝐵𝑇𝑈/ℎ𝑟 / 810 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏 = 5,993.3 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑉𝑒 = 4.2 𝑝𝑖𝑒3/𝑙𝑏

𝑉 = 700 𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛 = 116.6 𝑝𝑖𝑒/𝑠𝑒𝑔

𝛿 = 1/𝑉𝑒 = 1/4.2 = 0.2381 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒3

𝐷, 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = √0.509 𝐺𝑚

𝜆𝜑= √

0.0509 ∗ 5993.3

0.2381 ∗ 116.6= 3.31 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 3

1

2𝑝𝑢𝑙𝑔

Línea 2

𝐺𝑚, 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐺𝑚𝑐𝑐−100 + 𝐺𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑐−101 = 2748.018 + 5993.3 = 8741.3𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑉𝑒 = 2.45 𝑝𝑖𝑒3/𝑙𝑏

𝑉 = 116.6 𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛 = 116.6 𝑝𝑖𝑒/𝑠𝑒𝑔

𝛿 = 0.408 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒3

𝐷, 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = √0.509 𝐺𝑚

𝜆𝜑= √

0.0509 ∗ 8741.3

0.408 ∗ 116.6= 3.058 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 3

1

3𝑝𝑢𝑙𝑔

Línea 5 en el condensado

𝑃𝑜𝑝 = 270 𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔2

𝐺𝑚 = 45500 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝛿𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =𝛿𝐻2𝑂

𝑆𝐺=

62.4

0.99= 63.55

𝑙𝑏

𝑓𝑡3

𝑄 =455000

63.55= 715.972

𝑓𝑡3

ℎ= 89.26 𝐺𝑃𝑀

𝐷, 𝑡𝑢𝑏 = √0.408 𝑄

𝑣= √

0.408 ∗ 89.26

10.8= 1.8816 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 2 𝑝𝑢𝑙𝑔

Línea 7

𝐺𝑚 = 45500 ∗ 0.62 = 28210 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑄 =28210

63.55= 443.90

𝑓𝑡3

ℎ= 55.34 𝐺𝑃𝑀

𝐷, 𝑡𝑢𝑏 = √0.408 𝑄

𝑣= √

0.408 ∗ 55.343

10.8= 1.45 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 1

1

2 𝑝𝑢𝑙𝑔

Fluido calentado al GV-100

𝐺𝑚, 𝑓 = 𝐺𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝐺𝑚𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 = 8741.3 + 437 = 9178.36 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑄 =𝐺𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝛿, 𝑙𝑖𝑞=

9178.36

62.4= 147.08

𝑝𝑖𝑒3

ℎ𝑟= 18.32𝐺𝑃𝑀

𝐷, 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = √0.408 𝑄

𝑣= √

0.408 ∗ 18.32

10.8= 0.848 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 1 𝑝𝑢𝑙𝑔

Línea 10 condensado CC-101

𝐺𝑚 = 45500 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑆𝐺 = 0.97

𝛿𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =𝛿𝐻2𝑂

𝑆𝐺=

62.4

0.97= 60.528

𝑙𝑏

𝑓𝑡3

𝑄 =455000

60.528= 751.7182

𝑓𝑡3

ℎ= 93.72046 𝐺𝑃𝑀

𝐷, 𝑡𝑢𝑏 = √0.408 𝑄

𝑣= √

0.408 ∗ 93.72046

10.8= 1.8816 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 2 𝑝𝑢𝑙𝑔

Línea 11 fluido calentado CC-100

𝐺𝑚 = 40600 𝑙𝑏/ℎ𝑟

𝑆𝐺 = 0.85

𝛿𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 52.5045𝑙𝑏

𝑓𝑡3

𝐷, 𝑡𝑢𝑏 = √0.509 𝐺𝑚

𝜆𝜑= √

0.0509 ∗ 40600

52.5045 ∗ 10.8= 1.91 𝑝𝑢𝑙𝑔. ∴ 𝐷𝑛𝑜𝑚 = 2 𝑝𝑢𝑙𝑔

Especificación de Accesorios

1.- Válvula de control de 4’’ de diámetro, A-53 semiautomática

2.- Codo de acero al carbón, de 31

3’’ de 90° R.C., Ced-40 soldado a tope

3.-Codo de acero al carbón, de 4’’ de 90° R.C., Ced-40 soldado a tope

4.-Te de acero al carbón, de 4’’de 90°, Ced-40 soldado a tope

5.-Te de expansión y reducción de acero al carbón, de 31

3′′ a 2

1

2’’ y 4’’ , cedula 40, soldada a

tope

Base de datos

Generador de vapor Sistema 14 Corriente A (58.2%) Corriente B (41.8%)

GmVap. Sat.=52 Ton/H Pop= 14 Kg/cm2 TH2O =73°F TPROD=85°F

Pop= 14 Kg/cm2 Ac. Carbón T=167°F T=180°F

Vol Esp=2.403 ft3/lb S=15500lb/in2 Q=412x105 BTU/H Q=857.4x106 BTU/H

Vel=6000ft/min Gs=0.96 Cp=1 BTU/Lb °F Vel=10.95 ft/s Gs=1.1 Vel= 9.5ft/s

Línea 2 Línea 3 Línea 4

GmT= Gm4+ Gm3=

120704𝑙𝑏

ℎ

Gm=52𝑇𝑜𝑛

𝐻*

1000𝐾𝑔∗1 𝑙𝑏

1𝑇𝑜𝑛∗0.454𝐾𝑔=

114537𝑙𝑏

𝐻

Gm=2.8𝑇𝑜𝑛

𝐻*

1000𝐾𝑔∗1 𝑙𝑏

1𝑇𝑜𝑛∗0.454𝐾𝑔=

6167.4𝑙𝑏

𝐻

ρ=62.21 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 ρ=

1

𝑣𝑜𝑙 𝑒𝑠𝑝=

0.4161 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 2.2.74′′

Vel=10.95𝑓𝑡

𝑠 Vel=100𝑓𝑡

𝑠 Dn=3’’

D=√0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙=

2.9986′′ D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 11.83′′

Dn=3’’ Dn=12’’

Línea 5 Línea 6 Línea 7

GmT= (0.582)Gm3=

66660.5𝑙𝑏

ℎ

GmT= (0.418)Gm3=

47876.5𝑙𝑏

ℎ

Gm=412𝑥105

1∗(167−73)=

438298𝑙𝑏

𝐻

ρ=0.96*62.4= 59.96 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 ρ=1.1*62.4=

68.64 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 ρ=62.4 𝑙𝑏

𝑓𝑡3

Vel=100𝑓𝑡

𝑠 Vel=100𝑓𝑡

𝑠 Vel=10.95𝑓𝑡

𝑠

D=√0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 0.75′′ D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 0.59′′ D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 5.71′′

Dn=1’’ Dn=3/4’’ Dn=6’’

Línea 10 Línea 9 Línea 8

GmT= 9.0253x106𝑙𝑏

ℎ GmT66660.5𝑙𝑏

ℎ

Gm=857.41𝑥106

1∗(180−85)=

9.02537x106𝑙𝑏

𝐻

ρ=62.4 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 ρ=62.4 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 ρ=62.4 𝑙𝑏

𝑓𝑡3

Vel=10.95𝑓𝑡

𝑠 Vel=10.95𝑓𝑡

𝑠 Vel=9.5𝑓𝑡

𝑠

D=√0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 25.92′′ D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 2.2284′′ D=√

0.0509∗𝐺𝑚

𝜌∗𝑉𝑒𝑙= 27.838′′

Dn=26’’ Dn=21

2’’ Dn=30’’