Memoria Aire Comprimido

 

MEMORIA DE CÁLCULO RED DE AIRE COMPRIMIDO [Categoría]

IMPLEMENTACIÓN DE DOS COMPRESORES DE RESPALDO SALA MÁQUINAS

 

CONTENIDO 1

INTRODUCCIÓN.......................................................... INTRODUCCIÓN............................................................................................ .................................................................... .............................................. ............ 3

2

ALCANCES................................................................................................ ALCANCES.............................................................. .................................................................................. .................................................. .. 4

3

NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO........................................................... DISEÑO............................................................................................................. ..................................................... ... 4

4

CRITERIOS Y CONSIDERACIONES............. CONSIDERACIONES............................................... .................................................................... ............................................................... ................................ ... 5 4.1

5

BASES DE DISEÑO..................... DISEÑO....................................................... .................................................................... ................................................................................ .............................................. 5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2

6

CONSIDERACIONES  GENERALES DE SITIO........... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... .............................5 ..................5

CRITERIOS DE DISEÑO.........................................................................................................................................5 CONSIDERACIONES  PARA EL CÁLCULO.......... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .................................6 .......................6 Condición Actual de Operación................ Operación.......................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ........................6 .............6 Condición Proyectada.......... Proyectada.................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .............6 ...6

METODOLOGÍA DE CÁLCULO.................................................. CÁLCULO.................................................................................... .................................................................... .................................... 8 6.1.1 6.1.2

Dimensionamien Dimensionamiento to de Cañerías.... Cañerías............... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................................8 .......................8 Selección de Accesorios. Accesorios............ ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... .............................9 ...................9

6.1.3

Dimensionamien Dimensionamiento to de Estanque Acumulador.... Acumulador.............. ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ........................9 .............9

7

RESULTADOS RESULTADOS................................. ................................................................... .................................................................... .................................................................... ........................................ ...... 10

8

ANEXOS....................................... ANEXOS......................................................................... .................................................................... .................................................................... ......................................... ....... 11 8.1

PLANILLA DE CÁLCULO......................................................................................................................................11

 

1

INTR IN TROD ODUC UCCI CIÓN ÓN Específcamente para este Proyecto, a ser desarrollado en las Salas de Máquinas N°2 y N°1 del CMA, se requiere realizar la Ingeniería para la Implementación de dos (2) compresores adicionales en la Sala de Máquinas N°2, los cuales prestar prestarán án apoyo a los compresores actuales actuales y que suministran aire comprimido hacia la Sala de Máquinas N°1. Paralelamente, estos cuatro (4) compresores deberán abastecer con aire a la Sala de Máquinas N°3, por medio de un Tie-in que se proyecta realizar en la descarga del actual compresor Ellio, el cual presta servicio actualmente a dicha área. Adicionalmente y previo al comienzo de la Ingeniería, se requiere una revisión de la capacidad de transporte de las cañerías actuales ante el eventual incremento de presión.

 

2

ALCA AL CANC NCEES En el presente documento, se calcularán los parámetros bajo los cuales operará el sistema, ante el incremento de la carga de Aire Comprimido que se proyecta. Específcamente como alcance se considera: 

Cálculo de la pérdida de carga en la cañería de 6” al máximo ujo proyectado



Modelación del sistema para conectar con descarga de compresor Ellio



1

Verifcación de la capacidad de los acumuladores en Sala Máquinas N°1 al máximo ujo proyectado

NORMA NOR MASS Y CÓ CÓDIG DIGOS OS DE DIS DISEÑO EÑO La presente memoria, ene como bases la siguiente normava: normava: 

ANSI AN SI

Amer Americ ican an Nao Naona nall Sta Stand ndar ards ds In Ins stut tutee C Cod odee or or Pr Pres essu sure re Pi Pipi ping ng..



ASTM ASTM

Amer Americ ican an Soc Socie iety ty or or Tes Tesn ngg and and Mate Materi rial alss Spec Specif ifca cao ons ns..



API

American Petroleum Instute.



AWWA WWA

Amer Americ ican an Water ater Wor orks ks As Asso soci cia aon on

ASME ASME Vessel.

Amer Americ ican an Soci Societ etyy o Mech Mechan anic ical al Engi Engine neer erin ing. g. Code Code or Boil Boiler er an and d Pr Pres essu surre



MSSS MS

Manu Manua act ctur urer er's 's Sta Stand ndar ariz iza aon on Soc Socie iety ty o o the the Val Valve ve and and Fi Fing ngss Indu Indust stry ry..



HIS

Hydraulic Instute Standards



OSHA OSHA NACE NA CE

Occu Occupa pao ona nall Sae Saety ty aand nd Hea Healt lth h Admi Admini nist strraon aon Sta Stand ndar ards ds Na Nao ona nall Ass Assoc ocia iao on n or or Cor Corrros osio ion n Eng Engin inee eerrs



DIN

Deutsche Instute ür Normung



ISO

Internaonal St Standard O Orrganizaon



ISO-8573 ISO8573 Compres Compressed sed Air Contam Contaminan inants ts and Purity Purity Classes Classes





 

2 2.1

CRITERIOS CRITE RIOS Y CONS CONSIDERA IDERACIONE CIONESS Consideraci Consid eraciones ones Gener Generales ales de Sio Las consideraciones generales para el cálculo y diseño se basan en: 

Elevación

: 500 msnm



Temperatura media

: 15°C



Temperatura máxima

: 30°C



Temperatura mínima

: 4°C



Presión Barométrica

: 0.96 (bar)



Humedad relava

: 12% min, 100% máximo

La cañería existente de alimentación desde la Sala de Máquinas N°2 hacia la Sala de Máquinas N°1, se considera en 6” en SchSTD. Los ujos de los compresores 0000-CP-104 0000-CP-104 y 0000-CP-105, se esman en 932 m3/hr (FAD).

3 3.1

BASE BA SESS DE DI DISE SEÑO ÑO Criterio Crit erioss de Dis Diseño eño De acuerd acuerdo o a in ino orma rmació ción n de prove proveedo edore ress de equipo equiposs de aire aire compr comprimi imido do y bibli bibliogr ograa aa especializada especializ ada en transporte de aire comprimido, comprimido, los rangos de velocidad recomendados para líneas principales, secundarias y de servicio son: 

Velocidad Línea Principal: Principa l:

6 – 10 (m/s)



Velocidad Línea Secundaria:

10.1 – 15 (m/s)



15.1 – 20 (m/s) Velocidad Línea de Servicio: Los rangos de presión recomendados, varían de un proveedor a otro, sin embargo es posible establecer un valor promedio, los cuales vienen dados por: 

Pérd Pérdid idaa de de Car Carga ga en Líne Líneaa Prin Princi cipa pal: l:

0. 0.02 02 ba barr



Pérdida Pér dida de Carg Cargaa en Línea Línea Secundaria Secundaria:: 0.02 bar



Pérdida Pér dida de de Carga Carga en Línea Línea de Servici Servicio: o: 0.03 bar

 

3.2

Consideraci Consid eraciones ones para el Cálcul Cálculo o

3.2.1 Condic Condición ión Actual de Opera Operación ción Actualmente en la Sala de Máquina N°2 ( SM N°2), se impulsa aire comprimido hacia la Sala de Máquinas N°1 (SM N°1) des desde de los compr compreso esore ress 0000-CP-104  y 0000-104-105, con un caudal nominal de 932 m3/hr (FAD). Paralelamente, en la misma SM N°2 se encuentra el compresor centríugo Ellio, mediante el cual se impulsa aire hacia la Sala de Máquinas N°3 ( SM N°3) , con el caudal aproximado de 5000 CFM. En la Figura la Figura 1, 1, se presenta el esquema de la confguración actual del suministro de aire comprimido hacia las salas ya mencionadas.

Figura 1: Condición Actual de Operación en SM N°2

3.2.2 Condic Condición ión Proye Proyectada ctada El proyecto considera la instalación de dos (2) compresores nuevos en la SM N°2, con los cuales se pretende: 



Aumentar el ujo de aire hacia la SM N°1. Cabe señalar que la condición de operar con los cuatro (4) compresores hacia dicha sala, será una situación puntual, ante la eventual alla o mantención mantenció n a los seis (6) compresores compresores ubicados en SM N°1. Adicionalmente, se proyecta la instalación de un nuevo maniold en la descarga de los cuatro (4) compresores de SM N°2, con válvulas de corte manuales, de tal orma que se pueda suministrar aire comprimido hacia la línea de descarga de 8” del Ellio y de esta

 

maneraa poder maner poder liber liberar ar este este úlmo úlmo,, para para labor labores es de manten mantenimi imien ento. to. Import Important antee es mencionar que la operación considera la ulización de únicamente dos (2) de los cuatro (4) compresores para prestar apoyo en reemplazo del Ellio. En la Figura 2, se 2, se presenta el esquema de la confguración proyectada.

Figura 2: Confguración proyectada

 

4

METODOL MET ODOLOGÍA OGÍA DE CÁL CÁLCUL CULO O

4.1.1 Dimensi Dimensionamie onamiento nto de Cañerí Cañerías as Para el dimensio Para dimensionami namiento ento de las cañerías cañerías de aire comprimi comprimido, do, se empleará empleará la ormulac ormulación ión propu propues esta ta por “ Atlas Copco” , la cual cual pr prese esent ntaa una aproxi aproximac mación ión basta bastant ntee acept aceptabl ablee para para la esmación de la pérdida de carga dentro de las redes de aire. Ésta viene dada a través de la siguiente aproximación: 1.85

∆P

=

450 ∙ q c

 P ∙ d

∙L

Ec. 1

5

Donde, ∆P

: Caída de presión en el sistema (bar)*

qc

: Caudal de Aire libre suministrado del compresor, FAD (l/s)

L

: Largo de la cañería (m)

P

: Presión absoluta en la entrada (bar(a))

d

: Diámetro interior de la cañería (mm)

* Cabe señalar que la pérdida de carga carga (   

∆ P¿

 considerada en la ecuación 1, corresponde a un valor 

unitario, esto quiere decir que para el caso de redes de aire, se deberán emplear otros criterios, como el de equivalencia de pérdida de carga, para poder esmar las dimensiones de acuerdo a los consumos requeridos en cada punto.

El largo (L) considerado en la ecuación 1, considera la longitud total de la cañerías más la longitud equivalente, la cual es una equivalencia de la pérdida de carga de los fng. Tabla 6-1: Longitud Equivalente de Accesorios de piping Componente

Diámetro interior (mm)*

Tipo de Accesorio

100

125

200

Válvula de Bola o Mariposa

1.3

1.6

1.9

Codo Radio largo

1.2

1.5

1.8

Tee, salida en línea

2.0

2.5

3.0

Tee salida angular

6.0

7.5

9

Reductor

2.5

3.1

3.6

presentados en la tabla. * El diámetro para 6” (150mm) ha sido interpolado de los otros valores presentados

 

 

Selección ón de Acceso Accesorios rios 4.1.2 Selecci Dado que dentro del alcance no se eectuó ningún requerimiento respecto de la calidad del aire que debía deb ía ser en entre trega gado do,, no se consi consider deró ó para para el cá cálcu lculo lo la norma norma de regula regulació ción n del mate materia riall parculado, agua y aceite presente en el aire transportado.

Dimensionamie onamiento nto de Estan Estanque que Acumul Acumulador ador 4.1.3 Dimensi Para obtener una esmación de la dimensión del estanque acumulador, se empleó la ormulación expuesta por Atlas Copco donde el volumen del recipiente viene dado por la expresión: V 

=

0.25 ∙ qc ∙ P1 ∙ T 0

f  max ∙ ( Pu  P L ) ∙ T 1 −

Donde: V qc

: Volumen del depósito de aire (lts) : Caudal de aire libre del compresor, FAD (lts/s)

P1

: Presión de entrada del compresor 

T1

: Temperatura de entrada máxima del compresor (°K)

T0

: Temperatura del aire del compresor en el depósito (°K)

Ec. 2

 

5

RESUL RE SULTTADO ADOSS De los resultados obtenidos, se concluye que si bien la velocidad y la pérdida de carga (para la línea hacia hac ia SM N° N°1) 1) se in incre cremen menta tan n por sobre sobre lo re recom comend endado ado para para lílínea neass pri princi ncipal pales es de aire aire comprimido, ambas se manenen en rangos aceptables. Cabe señalar que esta operación será eventual, por lo que no se mantendrá constante en el empo. Respecto de la línea hacia SM N°3 y que conectará con la descarga del Ellio, tanto su velocidad como pérdida de carga, están en valores dentro de lo expuesto expuesto en las bases de cálculo del presente documento. En la Tabla 7 -2, -2, se presenta presenta el resumen de lo anterior mencionado. Tabla 7-2: Pérdida de carga en líneas proyectadas Servicio

Diámetro Cañería

N° de Compresores

Hacia SM N°1 Hacia SM N°3

6” 6”

4 2

   

Velocidad (m/s)

Pérdida de carga bar(g)

15.47 7.73

0.087 0.006

 

6 6.1

Anexos Planil Pla nilla la de Cál Cálcul culo o