diseño de una columna de rectificación para la purificación del tolueno a partir de una mezcla de...

RESUMEN.

0.1. Introducción.

El actual panorama económico mundial supone un lastre a gran

escala, tanto en el ámbito social como en el industrial. Si a esto se une

un constante aumento demográfico se debería tender a minimizar

gastos reutilizando todos los productos que se pueda en la industria y

exprimiendo al máximo las materias primas.

Un ejemplo de evolución en el aprovechamiento de recursos se

encuentra en el petróleo. En sus comienzos la industria del refino se

limitaba prácticamente al la obtención de queroseno, pero avances

tecnológicos tales como la invención del motor de explosión y la

progresiva demanda energética propiciaron un mayor interés en la

investigación sobre los posibles productos derivados. De esta forma se

llegó a separar el crudo en diferentes fracciones de hidrocarburos, tales

como naftas, gasolinas o queroseno.

Estos nuevos hidrocarburos se derivaron a otros procesos a

través de los cuales fue posible preparar monómeros susceptibles de

ser sometidos a diferentes técnicas, como la polimerización, para

generar macromoléculas que sirvieron de base para el naciente

mercado de los plásticos y las fibras sintéticas.

Es por ello que el petróleo es uno de los pilares de la actual

economía mundial, siendo utilizado como base de la que se extraen

productos esenciales hoy en día como son los plásticos y de donde se

obtienen infinidad de sustancias dada la amplia gama de compuestos

que lo conforman.

0.2. Objeto.

En el presente Proyecto Fin de Carrera se diseña una columna

de rectificación para la purificación del tolueno contenido en una mezcla

multicomponente de hidrocarburos (tolueno, bifenilo y benceno). Dicho

equipo se encuentra enmarcado dentro de un proceso de

hidrodesalquilación, cuyo objetivo es la producción de benceno a partir

de tolueno e hidrógeno.

La ubicación seleccionada es dentro de la Refinería de Gibraltar-

San Roque, puesto que presenta todas las facilidades necesarias tanto

para el abastecimiento de la materia prima, como para la salida de los

productos generados. Además, al estar dentro de una planta industrial

los servicios generales para su funcionamiento están disponibles dentro

del propio recinto.

0.3. Proceso.

El proceso es una separación de los distintos componentes de

una mezcla líquida de hidrocarburos; compuesta de tolueno, benceno y

bifenilo; mediante una columna de platos de para obtener una corriente

de tolueno purificada por cabezas y otra rica en bifenilo por colas.

La columna tiene asociados dos equipos de intercambio de calor,

un condensador en la parte superior y un reboiler en la inferior, los

cuales juegan un papel primordial para el correcto funcionamiento del

equipo.

El condensador se encarga de transformar la corriente de vapor

que sale de la columna a líquido, el cual se divide en dos corrientes,

una que se devuelve a la torre y otra que se lleva a los tanques de

almacenamiento (corriente conocida como destilado) previo paso por

etapas de acondicionamiento de presión y temperatura.

Por el contrario, el reboiler vaporiza parcialmente el líquido que

sale de la columna por la parte inferior produciendo dos corrientes, una

de vapor que se devuelve a la torre y otra de líquido no vaporizado que

se almacena tras lograr las condiciones deseadas en unas etapas de

acondicionamiento.

Además de estos equipos también se dispondrá de otros tales

como tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor, bombas

y otros accesorios cuya misión es la de transportar el fluido de unos

equipos a otros y acondicionar cada corriente para lograr las

condiciones deseadas en cada momento.

GLOSARIO DE TÉRMINOS SAJONES Y

ABREVIATURAS.

En el Presente Proyecto Fin de Carrera se utilizaran términos

sajones y abreviaturas.

Términos sajones.

1. Cracking: Craqueo.

2. Reboiler: Rehervidor.

3. Rundown:

4. Set Point: Punto de consigna

Abreviaturas.

1. NAFTA: North America Free Trade Agreement.

2. HDA: Hidrodesalquilación.

3. LAS: Linear alkilbenzene sulfonates.

4. PBB: Bifenilo polibromado.

5. PF: Parámetro de flujo

DOCUMENTOS DEL PROYECTO.

DOCUMENTO 1: Memoria.

DOCUMENTO 2: Planos.

DOCUMENTO 3: Pliego de condiciones.

DOCUMENTO 4: Presupuesto.

DOCUMENTO 1.

1. MEMORIA DESCRIPTIVA.

2. ANEXOS A LA MEMORIA.

DOCUMENTO 1:

Memoria descriptiva

ÍNDICE DE LA MEMORIA.

CAPÍTULO 1: Introducción. .......................................................................................... 1

1.1. La industria. ...................................................................................................... 1

1.2. Materia prima de la industria petroquímica. ..................................................... 2

1.3. Productos. ........................................................................................................ 3

1.4. La industria química en España. ........................................................................ 5

1.5. El proceso de hidrodesalquilación (HDA)......................................................... 10

1.5.1. Descripción del proceso. .......................................................................... 11

1.5.2. Descripción del proceso. .......................................................................... 13

1.6. Previsiones de futuro. ..................................................................................... 16

CAPÍTULO 2: Justificación y objeto del proyecto. ....................................................... 17

2.1. Justificación. ................................................................................................... 17

2.2. Objeto. ........................................................................................................... 19

CAPÍTULO 3: Viabilidad del proyecto. ........................................................................ 20

3.1. Viabilidad técnica. .......................................................................................... 20

3.1.1. Destilación con rectificación..................................................................... 20

3.2. Viabilidad legal. .............................................................................................. 22

3.2.1. Normativa aplicada. ................................................................................. 22

3.2.2. Legislación aplicada. ................................................................................ 22

3.3. Viabilidad económica. ..................................................................................... 24

3.3.1. Costes de inmovilizado............................................................................. 25

3.3.2. Costes de fabricación. .............................................................................. 25

3.3.3. Costes de gestión. .................................................................................... 25

CAPÍTULO 4: Ubicación y distribución en planta. ....................................................... 26

4.1. Ubicación. ...................................................................................................... 27

4.2. Climatología. .................................................................................................. 29

4.2.1. Pluviosidad. ............................................................................................. 29

4.2.2. Vientos. ................................................................................................... 30

4.2.3. Temperaturas. ......................................................................................... 30

XVI

4.2.4. El suelo. ................................................................................................... 30

4.3. Otros factores. ............................................................................................... 30

4.4. Distribución en planta. ................................................................................... 31

CAPÍTULO 5: Materia Prima y productos. .................................................................. 34

5.1. El benceno...................................................................................................... 34

5.1.1. Propiedades............................................................................................. 35

5.1.2. Aplicaciones............................................................................................. 35

5.1.3. Procesos de fabricación. .......................................................................... 36

5.2. El tolueno. ...................................................................................................... 36

5.2.1. Propiedades............................................................................................. 37

5.2.2. Aplicaciones............................................................................................. 37

5.2.3. Procesos de fabricación. .......................................................................... 38

5.3. El bifenilo. ...................................................................................................... 39

5.3.1. Propiedades............................................................................................. 39

5.3.2. Aplicaciones............................................................................................. 40

5.4. Otras materias primas. ................................................................................... 40

CAPÍTULO 6: Sistemas de separación......................................................................... 42

6.1. Caracterización de las corrientes. ................................................................... 43

6.1.1. Corriente de alimentación (F). ................................................................. 43

6.1.2. Corriente de destilado (D). ....................................................................... 43

6.1.3. Corriente de colas (W). ............................................................................ 43

6.2. Diseño de la columna. .................................................................................... 44

6.2.1. Diseño hidráulico de la columna. ............................................................. 45

6.2.2. Eficacia de la columna.............................................................................. 48

6.2.3. Determinación del plato de alimentación................................................. 49

6.2.4. Altura de la columna. ............................................................................... 49

6.2.5. Diseño mecánico de la columna. .............................................................. 50

6.2.6. Otros elementos. ..................................................................................... 54

CAPÍTULO 7: Sistemas de intercambio de calor. ........................................................ 55

7.1. Intercambiador de calor de carcasas y tubos de la alimentación y colas (IC-01 e

IC-02). ................................................................................................................... 55

7.1.1. Materiales de construcción. ..................................................................... 56

7.1.2. Elementos principales. ............................................................................. 56

7.1.3. Resultados. .............................................................................................. 59

7.2. Aerorrefrigerantes. ......................................................................................... 60

7.2.1. Material de construcción. ........................................................................ 60

7.2.2. Elementos principales. ............................................................................. 60

7.2.3. Resultados. .............................................................................................. 62

CAPÍTULO 8: Equipos auxiliares de la columna........................................................... 63

8.1. Condensador de la columna (CD-01). .............................................................. 63

8.1.1. Haz tubular. ............................................................................................. 64

8.1.2. Cabezales. ................................................................................................ 64

8.1.3. Ventiladores. ........................................................................................... 65

8.1.4. Dimensiones del condensador. ................................................................ 65

8.2. Reboiler de la columna. .................................................................................. 66

8.2.1. Altura de la barrera (dsi). .......................................................................... 67

8.2.2. Diámetro del reboiler (dk). ....................................................................... 67

8.2.3. Parámetro L. ............................................................................................ 67

8.2.4. Dimensiones del reboiler. ........................................................................ 68

8.3. Acumulador de reflujo (BR-01). ....................................................................... 68

CAPÍTULO 9: Sistemas de almacenamiento................................................................ 70

9.1. Depósitos de almacenamiento de la alimentación. ......................................... 70

9.1.1. Dimensionamiento del tanque. ................................................................ 70

9.1.2. Diseño mecánico del tanque. ................................................................... 71

9.1.3. Otros elementos del tanque..................................................................... 72

9.2. Depósitos de almacenamiento del producto de cabezas. ................................ 75



9.2.3. Otros elementos del tanque..................................................................... 77

9.3. Depósitos de almacenamiento del producto de colas. .................................... 79



Tabla XXXII: ............................................................................................................... 80

XVIII

9.3.3. Otros elementos del tanque. ................................................................... 80

CAPÍTULO 10: Sistema de tuberías y accesorios. ........................................................ 83

10.1. Sistema de tuberías. ..................................................................................... 83

10.2. Material. ...................................................................................................... 87

10.3. Accesorios. ................................................................................................... 88

10.3.1. Válvulas. ................................................................................................ 88

10.3.2. Accesorios para el cambio de dirección. ................................................. 91

10.3.3. Otros accesorios. ................................................................................... 92

10.3.3. Listado de accesorios. ............................................................................ 92

10.4. Uniones. ....................................................................................................... 92

CAPÍTULO 11: Sistemas de impulsión. ....................................................................... 94

11.1. Selección. ..................................................................................................... 94

11.2. Datos de las bombas. .................................................................................... 95

CAPÍTULO 12: Elementos de control. ......................................................................... 96

12.1. Introducción. ............................................................................................... 96

12.2. Variables. .................................................................................................... 97

12.2.1. El nivel. .................................................................................................. 98

12.2.2. La temperatura. ..................................................................................... 98

12.2.3. La presión. ............................................................................................. 98

12.2.4. El caudal. ............................................................................................... 99

12.3. Control en la planta. .................................................................................... 99

12.3.1. Lazo cerrado. ......................................................................................... 99

12.3.2. Lazo en cascada. .................................................................................. 100

12.3.3. Lazo de relación. .................................................................................. 100

12.4. Línea de alimentación. ............................................................................... 101

12.4.1. Lazo 1: Control del nivel del tanque de alimentación. .......................... 101

12.4.2. Lazo 2 y 3: Control el camino del flujo. ................................................. 102

12.4.3. Lazo 4: Control del intercambiador de calor. ........................................ 103

12.5. Línea de cabezas. ....................................................................................... 104

12.5.1. Lazo 5: Control de la presión en cabezas. ............................................. 104

12.5.2. Lazo 6: Control de la temperatura a la salida del condensador. ............ 105

12.5.3. Lazo 7: Control de los caudales a la salida del acumulador. .................. 106

12.5.4. Lazo 8 y 9: Control del flujo por las bombas B-03 y B-04. ...................... 106

12.5.5. Lazo 10 y 11: Control del flujo por las bombas B-05 y B-06. .................. 106

12.5.6. Lazo 12: Control de la temperatura en los aerorrefrigerantes. .............. 107

12.5.7. Lazo 13: Control del nivel del tanque.................................................... 107

12.6. Línea de colas. ............................................................................................ 107

CAPÍTULO 13: Mantenimiento. ................................................................................ 108

13.1. Introducción. ............................................................................................. 108

13.2. Funciones del mantenimiento..................................................................... 108

13.3. Tipos de mantenimiento. ............................................................................ 109

13.4. Puesta en marcha. ..................................................................................... 110

13.5. Plan de mantenimiento. ............................................................................. 110

13.5.1. Jerarquización de los equipos. ............................................................. 111

13.5.2. Acciones de mantenimiento. ............................................................... 112

CAPÍTULO 14: Seguridad. ........................................................................................ 117

14.1. Legislación aplicable. ................................................................................. 117

14.1.1. Legislación para la seguridad laboral. ................................................... 117

14.1.2. Legislación para la higiene laboral. ...................................................... 118

14.2. Análisis de riesgos. ..................................................................................... 119

14.2.1. Riesgo químico. ................................................................................... 120

14.2.2. Riesgo físico. ....................................................................................... 120

14.2.3. Riesgo de explosión e incendio. ........................................................... 121

14.2.4. Riesgo eléctrico. .................................................................................. 124

14.2.5. Riesgos por maquinaria y herramientas............................................... 124

14.2.6. Riesgos en la línea de proceso. ............................................................ 125

14.2.7. Riesgos del almacenamiento de productos químicos. .......................... 127

14.3. Protecciones. .............................................................................................. 128

14.3.1. Equipos de protección individuales. ..................................................... 128

14.3.2. Equipos de protección globales. .......................................................... 128

14.3. Alumbrado. ............................................................................................. 129

14.4.1. Alumbrado interior. ............................................................................ 129

14.4.2. Alumbrado de emergencia. ................................................................. 130

XX

14.5. Gestión de seguridad. ................................................................................. 130

14.5.1. Coordinación. ...................................................................................... 131

14.5.2. Registro de la información. .................................................................. 131

14.5.3. Formación. .......................................................................................... 131

CAPÍTULO 15: Evaluación de impacto ambiental. .................................................... 132

15.1. Gestión de los residuos generados. ............................................................ 132

15.2. Estudio de impacto de la línea de proceso. ................................................ 133

BIBLIOGRAFÍA. ........................................................................................................ 136

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Diferentes fracciones petróleo al destilarlo. ............................ 2

Figura 2: Esquema general de la actividad petroquímica. ..................... 4

Figura 3: Tendencia de la facturación económica del sector químico. .. 6

Figura 4: Facturación de los diferentes sectores económicos. .............. 7

Figura 5: Distribución de la industria química española. ....................... 8

Figura 6: Reparto de la producción mundial por áreas geográficas. ... 10

Figura 7: Proceso de hidrodesalquilación. ........................................... 12

Figura 8: Esquema del proceso de purificación ................................... 15

Figura 9: Esquema de la destilación con rectificación. ........................ 21

Figura 10: Esquema de la planta. ........................................................ 26

Figura 11: Ubicación de la línea de hidrodesalquilación. ..................... 27

Figura 12: Red de gaseoductos de la península ibérica. ..................... 28

Figura 13: Distribución en planta. ........................................................ 33

Figura 14: Molécula de benceno. ........................................................ 34

Figura 15: Molécula de tolueno. .......................................................... 37

Figura 16: Molécula de bifenilo. ........................................................... 39

Figura 17: Esquema del proceso. ........................................................ 42

Figura 18: Fondo tipo Klopper. ............................................................ 51

Figura 19: Imagen de intercambiadores de carcasas y tubos. ............ 55

Figura 20: Tubos aleteados. ................................................................ 61

Figura 21: Reboiler tipo Kettle inundado. ............................................ 67

Figura 22: Distribución de los equipos. ................................................ 85

Figura 23: Válvula de globo. ................................................................ 89

Figura 24: Válvula de compuerta. ........................................................ 90

Figura 25: Válvula de retención. .......................................................... 90

Figura 26: Válvula de reducción. ......................................................... 91

Figura 27: Lazo cerrado de control de nivel....................................... 102

Figura 28: Lazos cerrados para el control del flujo. ........................... 102

Figura 29: Lazo en cascada para el control del intercambiador de calor

IC-01. .................................................................................................. 103

Figura 30: Lazo cerrado de control de la presión en cabeza de columna

(Lazo 5). ............................................................................................. 105

Figura 31: Control de la temperatura del condensador. .................... 105

Figura 32: Lazo de relación para controlar la relación de los caudales a

la salida del acumulador. .................................................................... 106

XXII

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla I: ......................................................................................... 5

Tabla II: ........................................................................................ 6

Tabla III: ....................................................................................... 9

Tabla IV: .................................................................................... 31

Tabla V: ..................................................................................... 35

Tabla VI: .................................................................................... 37

Tabla VII: ................................................................................... 40

Tabla VIII: .................................................................................. 45

Tabla IX: .................................................................................... 47

Tabla X: ..................................................................................... 48

Tabla XI: .................................................................................... 51

Tabla XII: ................................................................................... 53

Tabla XIII: .................................................................................. 59

Tabla XIV: .................................................................................. 60

Tabla XV: ................................................................................... 62

Tabla XVI: .................................................................................. 64

Tabla XVII: ................................................................................. 65

Tabla XVIII: ................................................................................ 66

Tabla XIX: .................................................................................. 68

Tabla XX: ................................................................................... 69

Tabla XXI: .................................................................................. 69

Tabla XXII: ................................................................................. 71

Tabla XXIII: ................................................................................ 71

Tabla XXIV: ................................................................................ 72

Tabla XXV: ................................................................................. 76

Tabla XXVI: ................................................................................ 76

Tabla XXVII: ............................................................................... 76

Tabla XXVIII: .............................................................................. 77

Tabla XXIX: ................................................................................ 77

Tabla XXX: ................................................................................. 79

Tabla XXXI: ................................................................................ 79

Tabla XXXII: ............................................................................... 80

Tabla XXXIII: .............................................................................. 81

Tabla XXXIV: ............................................................................. 86

Tabla XXXV: .............................................................................. 86

Tabla XXXVI: ............................................................................. 86

Tabla XXXVII: ............................................................................ 87

Tabla XXXVIII: ........................................................................... 92

Tabla XXXIX: ............................................................................. 94

Tabla XL:.................................................................................... 95

Tabla XLI:................................................................................. 111

Diseño de una columna de rectificación para la purificación de Tolueno

Memoria Descriptiva Página 1

CAPÍTULO 1: Introducción.

1.1. La industria.

La industria química es uno de los principales sectores

económicos y productivos, cuya influencia quizás no es imaginable, ya

que está presente en cualquier sector de la actividad económica con

más de 70.000 productos de toda índole (plásticos, medicamentos o

productos textiles son algunos ejemplos).

Se podría descomponer en tres grandes sectores:

1. Química básica: Integra productos de química orgánica e

inorgánica, gases industriales, materias primas plásticas y

caucho sintéticos, abonos y compuestos nitrogenados,

fertilizantes, colorantes y pigmentos.

2. Química de la salud: Compuesto por fitosanitarios, materias

primas farmacéuticas, especialidades farmacéuticas y

zoosanitarias.

3. Química para la industria y el consumo final: Incluye pinturas,

tintas, esmaltes, fritas, adhesivos, aceites minerales, explosivos,

detergentes, jabones, perfumería y cosmética.

Una de las industrias asociadas al sector es la petroquímica

(englobada en la primera categoría de las anteriormente citadas),

responsable de muchos de los productos que se consumen hoy en día.

Conviene conocer a que se dedica la rama de la petroquímica, al

ser uno de los principales ámbitos de desarrollo de la industria químca.

“Es la industria que obtiene a partir del petróleo y gas natural,

mediante procesos de transformación de sus hidrocarburos, las

materias primas petroquímicas básicas, que a su vez se transforman en

otros productos derivados de aplicación en otros sectores de consumo

finales”.

Diccionario Real Academia Española

Diseño de una columna de rectificación para la purificación de Tolueno.


Las mejoras tecnológicas alcanzadas en el sector han propiciado

grandes avances a la hora de obtener productos finales elaborados,

tales como fibras sintéticas para reemplazar al algodón o plásticos de

gran resistencia, maleabilidad y poco peso entre otros productos de uso

común y diario.

Estos productos con los avances tecnológicos se pueden obtener

cada vez más de diferentes materias primas, lo que facilita el proceso.

1.2. Materia prima de la industria petroquímica.

Las principales materias primas de la industria petroquímica son

el gas natural, las olefinas ligeras y los aromáticos, las cuales provienen

en su mayoría de la destilación del petróleo. En la Figura 1 se observan

las distintas fracciones que se obtienen al destilar el petróleo, de ellas si

se rompen las cadenas mediantes distintos procesos, tales como el

“cracking” o el reformado, es posible obtener otros productos de

elevado valor añadido en el mercado o útiles como productos

intermedios en determinadas industrias.

Figura 1: Diferentes fracciones petróleo al destilarlo.



Uno de los pilares de la industria petroquímica son los

hidrocarburos aromáticos, o más conocidos como fracción BTX

(benceno, tolueno, orto-xileno, meta-xileno, para-xileno y etil-benceno).

Éstos se pueden obtener a partir de los siguientes procesos:

1. Craqueo de etileno/propileno alimentados con naftas o gases del

petróleo/nafta pirolítica (las naftas son una de las fracciones

obtenidas de la destilación del petróleo como se puede ver en la

Figura 1).

2. El reformado catalítico de naftas en refinerías.

3. La desproporcionación y desalquilación del tolueno.

Desde un punto de vista histórico, este conjunto de moléculas

formaron parte fundamental de la fracción ligera del alquitrán producido

en la destilación seca de la hulla y recibieron la denominación genérica

de aromáticos, constituyendo la materia prima básica de la industria

carboquímica.

1.3. Productos.

Como se mencionó anteriormente la industria petroquímica

genera una gran cantidad de productos de uso cotidiano (finales) o

intermediarios que sirven para generar otros productos.

Es una industria activa, ya que continuamente trata de encontrar

otros nuevos mediante los avances tecnológicos que le permiten un

mejor aprovechamiento de las materias primas.

Este mejor aprovechamiento que se consigue con las mejoras

tecnológicas repercute directamente en la economía del proceso, ya

que se consigue una mejor explotación de la materia prima de partida

obteniendo más productos, los cuales a su vez se podrían usar como

una nueva materia prima cuando hasta la fecha era inservible como tal.



De una forma esquemática se podría resumir en la Figura 2 el

proceso seguido para extraer los productos de la materia de origen en

tres pasos.

Figura 2: Esquema general de la actividad petroquímica.

Los productos de esta industria se pueden englobar de forma

general en los diferentes grupos:

1. Plásticos: Se clasifican en termoplásticos, termoestables y otros

plásticos.

2. Fibras sintéticas: Destinadas a sustituir a productos naturales en

la industria textil tales como la lana o el algodón.

3. Cauchos: Principal proveedor de la industria del automóvil.

4. Detergentes: Fabricación con elementos biodegradables.

5. Abonos nitrogenados: Mejorar el rendimiento de los abonos.

Al ser la materia prima de partida el petróleo, los grandes

cambios en el precio del mismo afectan de una manera directa a la

industria petroquímica y sus consecuentes beneficios.

Origen:

Petróleo y gas natural

Materias primas básicas:

Olefinas, aromáticos, amoniaco o metanol

Productos derivados:

Plásticos, fibras, caucho, detergentes,

adhesivos, fertilizantes y otros.



Estas variaciones en el precio están sujetas a los ciclos de

negocio. Cuando la demanda excede la producción el precio aumenta

rápidamente para aprovechar el margen de tiempo entre la demanda y

el aporte. Por otro lado, aumentar la capacidad de producción requiere

mucho tiempo y recursos económicos importantes.

1.4. La industria química en España.

El sector químico nacional es uno de los pilares básicos de

nuestra economía al ser el cuarto en aporte al producto interior bruto,

generando el 10%, y estar integrado por más de 3.400 empresas.

En el año 2.0081 se facturaron 51.284 millones de euros, lo que

supuso un crecimiento del 1,4% respecto al año anterior. De hecho,

desde el año 2.000 la facturación ha ido creciendo paulatinamente un

4,6%. Según esta tendencia, se podría estimar que la facturación del

sector para el año 2.009 fue de 53.643 millones de euros. En la Tabla I

se comprueba la tendencia de la facturación del año 2.000 al 2.009.

Tabla I: Facturación de las empresas del sector químico en España.

Instituto español de comercio exterior (ICEX) 2.009.

Año Facturación

(millones de euros) Año

Facturación (millones de euros)

2.000 34.797,64 2.005 44.036

2.001 36.475,51 2.006 47.921

2.002 38.234,29 2.007 49.743

2.003 40.077,87 2.008 51.284

2.004 42.010,34 2.009 53.643,04

En estos datos se observa el crecimiento que ha sufrido la

facturación del sector. Uno de los factores principales que marcan esta

tendencia es el gran volumen de inversiones productivas que han

atraído las principales empresas multinacionales.

En la Figura 3 se ven refrendados estos datos de una manera

más visual.

1 Se exponen los datos correspondientes al año 2.008 porque son los datos del último

año al que se tiene acceso.



Tras efectuar un análisis individual se procederá a hacerlo de

forma global, con los datos recogidos en la Tabla II.

Tabla II: Facturación de los diferentes sectores económicos en España.

Federación de empresarios del sector químico español 2.009 (FEIQE).

Sector industrial 2007 2008

Alimentación, bebidas y tabaco 96.560 101.273

Metalurgia y productos metálicos 86.604 83.076

Material de transporte 75.377 73.099

Industria química 49.743 51.284

Productos minerales no metálicos 39.309 33.191

Equipo eléctrico, electrónico y óptico 34.732 32.099

Maquinaria y equipo mecánico 32.310 24.307

Papel, edición y artes gráficos 31.929 22.041

Industria textil, confección y calzado 20.247 17.961

Transformado de caucho y plástico 21.674 21.365

Industrias manufactureras diversas 17.434 13.819

Madera y corcho 11.448 9.776

Total (millones de €) 517.367 484.592

Figura 3: Tendencia de la facturación económica del sector químico.

Instituto español de comercio exterior (ICEX) 2.009.

0

10

20

30

40

50

60

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009Fact

ura

ció

n (m

illo

ne

s d

e e

uro

s·10

3)

Años

Tendencia de la Facturación



Como se observa en la gráfica el sector químico es el cuarto

sector en lo que respecta a facturación económica de la industria

española.

0

20

00

0

40

00

0

60

00

0

80

00

0

10

00

00

12

00

00

Volumen de ventas (millones de euros)

Co

mp

ara

ció

n p

or

sect

or

eco

nó

mic

o d

el v

olu

me

n d

e v

en

tas

en

Esp

añ

a

Añ

o 2

00

7

Añ

o 2

00

8

Fig

ura

4

: F

actu

ració

n d

e lo

s d

ifere

nte

s s

ecto

res e

co

nóm

icos.



Dentro de la geografía española la industria en general se

encuentra repartida de una forma heterogénea, y la química no es una

excepción, pues se localiza en 5 provincias principalmente, Cataluña

(45%), Madrid (15%), Comunidad Valenciana, País Vasco y Andalucía

(8% cada una) y el resto de España se reparte el 20% restante. En la

Figura 5 se observa de forma más clara este reparto y aparecen

reflejados otros puntos no mencionados anteriormente.

La generación de productos finales ha ido evolucionando y

cambiando a lo largo de los años y las tendencias de la sociedad. Si

anteriormente los productos destinados a la química básica ocupaban el

mayor volumen de producción de una manera muy holgada (en 1.977

era el 61% frente al 42% actual), hoy día las producciones se han

igualado ya que tanto el sector de la química de la salud (26% frente al

19% en 1.977) como el de la química para el consumo final (32% frente

al 16% en 1.977) han aumentado su producción de una manera

considerable.

De entre todos los posibles productos, los plásticos y cauchos

son los que regentan una mayor tasa de producción (18,9% de la

producción), seguidos principalmente por las especialidades

farmacéuticas (17,4%) y la química orgánica (9,9%). El resto de la tasa

de producción se reparte entre otros productos.

Figura 5: Distribución de la industria química española.

Federación de empresarios del sector químico español (FEIQE).



Uno de los puntos fuertes del sector químico en España es el

claro carácter internacional de sus empresas, ya que exportan a otros

países el 44% de todo lo que se produce, siendo el segundo sector

económico en volumen de exportación.

Hablando internacionalmente la industria química ha

experimentado un aumento significativo en su volumen de negocio, ya

que ha experimentado un crecimiento de cerca de 1 billón de euros.

A nivel europeo España ocupa el quinto puesto como generador

de productos, por detrás de países como Alemania, Francia, Italia y

Reino Unido, con una tasa del 7% del negocio comunitario y un 2% del

mundial.

Internacionalmente Estados Unidos sigue siendo la gran

potencia, abarcando el 21,9% del mercado, aunque China ha

experimentado un gran crecimiento que la ha llevado a abarcar el

13,9% del mismo. En la Tabla III se observa la distribución del negocio

internacional por áreas geográficas.

Tabla III:

Reparto de la producción mundial del sector químico. Instituto español de comercio exterior 2.009 (ICEX).

Zona geográfica Producción mundial

(%)

Europa 34,70

Asia 34,50

NAFTA2 24,70

Resto 6,10

Total 100

En la Figura 6 se representan los datos recogidos en la Tabla III.

Merece la pena destacar que Asia sea el segundo productor

internacional por delante de otras zonas más desarrolladas

norteamericana.

2 NAFTA: North America Free Trade Agreement.



Una de las posibles razones para que la zona asiática sea la

segunda productora mundial es el empuje de potencias emergentes

como China o India y otros países muy industriales como Japón.

1.5. El proceso de hidrodesalquilación (HDA).

La hidrodesalquilación es un proceso en el cual se pretende

producir hidrocarburos aromáticos a partir de sus homólogos alquilados.

Con él se pretende obtener benceno a partir de tolueno e hidrógeno y,

en menor medida, otros compuestos como metano y bifenilo

recirculados desde distintos puntos del proceso.

El proceso HDA se puede dividir en dos zonas, una de reacción

y otra de separación. En la primera se introducen las materias primas

en el reactor, obteniendo una mezcla de tolueno, metano, hidrógeno,

benceno y bifenilo y en la segunda se separan los diferentes

compuestos a través de tres torres. En la primera columna (columna de

estabilización) se extraen tanto el hidrógeno como el metano, en la

segunda el benceno (columna del tolueno) y la tercera se usa para

purificar el tolueno contenido en esta corriente (columna del tolueno).

34,70

34,50

24,70

6,10

Producción mundial (%)

Europa

Asia

NAFTA

Resto

Figura 6: Reparto de la producción mundial por áreas geográficas.

Instituto español de comercio exterior 2.009 (ICEX).



1.5.1. Descripción del proceso.

En la Figura 7 se observan las dos zonas antes mencionadas

bien diferenciadas, la de reacción y la de separación.

A la zona de reacción entra una alimentación de tolueno fresca

(corriente 1) mezclada con el tolueno recirculado (corriente 18) y otra de

hidrógeno (corriente 9) recirculada, conformando la mezcla la corriente

2 (será una mezcla bifásica). Ésta pasa por un intercambiador de calor

donde se vaporiza totalmente antes de entrar en el horno del proceso

(H-101), donde se eleva su temperatura antes de entrar al reactor. En él

se produce la siguiente reacción:

H2+C7H8 C6H6+CH4

Esta reacción es exotérmica, y se ha de vigilar el aumento de

temperatura que se experimenta en el reactor para evitar que

sobrepase el valor umbral de los 723ºC. Para ello se recurre a una

corriente fría que se introduce lateralmente para evitar el

sobrecalentamiento.

Esta corriente de salida, corriente 4, se mezcla con la fracción

líquida proveniente de la separación flash, a donde llega tras pasar por

un intercambiador de calor de donde sale una nueva corriente bifásica.

De este separador flash salen dos corrientes, la fase líquida que se

recircula en parte como se mencionó anteriormente (corriente 16) y otra

gaseosa que sufre una pequeña purga para evitar la concentración de

metano y otros hidrocarburos ligeros (corriente 5).

La parte de la fase líquida no recirculada (corriente 6) se

encamina a la zona de separación, donde se irá introduciendo en

torres de separación para obtener diferentes productos.

En primer lugar pasa por una torre estabilizadora (T-101), donde

se eliminan por cabezas los gases incondensables residuales, los

cuales se llevan junto con la purga de la separación flash al horno o a

un tratamiento para la recuperación del hidrógeno presente (corriente

10). Mientras tanto la corriente de colas se lleva a la siguiente unidad de

la zona de separación, la torre de benceno (T-102), en donde se

obtiene por cabezas una corriente de benceno (corriente 12) y por colas



una mezcla de tolueno, bifenilo y benceno (corriente 13) que se dirige a

la última columna del proceso, la columna de tolueno (T-103). En ésta

se produce la separación del tolueno (corriente 14) de los productos

secundarios que se dan en el reactor (corriente 15), principalmente el

bifenilo.

La corriente de tolueno (corriente 14) arrastra una pequeña

cantidad de bifenilo y benceno, la cual sirve para facilitar la selectividad

de la reacción del reactor, ya que se recircula a la entrada del proceso

(corriente 18).

Fig

ura

7

: P

roce

so

de

hid

rode

sa

lqu

ilació

n.



Esta última torre, la del tolueno (T-103), junto a sus equipos

asociados constituye el objeto de diseño en el presente proyecto fin de

carrera

1.5.2. Descripción del proceso.

A las unidades de diseño proyectadas les llega una alimentación

proveniente de un parque de tanques de almacenamiento (TA-01).

Estos depósitos recepcionan la corriente de colas que sale de la

columna de desbencenización (T-102 en la Figura 7).

De estos depósitos es bombeada por medio de una bomba

centrífuga (B-01) a la columna de purificación previo paso por un

intercambiador de calor (IC-01) para aumentar su temperatura y así

gastar menos vapor en el reboiler.

Una vez en la columna se produce la separación en las dos

corrientes, la del destilado y la de colas. Antes de poder llamarse

destilado, el vapor que sale por la parte superior de la columna ha de

pasar por un condensador total (CD-01), donde se transforma a líquido

y pasa a un acumulador de reflujo (BR-01) de donde salen dos

corrientes, el reflujo que se devuelve a la columna y el destilado, ambas

impulsadas por sus correspondientes bombas (B-03 y B-05).

El destilado antes de llegar a los tanques de almacenamiento ha

de pasar por una batería de cuatro aerorrefrigerantes (AR-01, AR-02,

AR-03 y AR-04) en los que se reduce su temperatura sensiblemente

hasta las condiciones óptimas de almacenamiento en el parque de

almacenamiento de productos de cabeza (TA-02).

El líquido que sale por la parte inferior de la columna sigue un

proceso análogo, pasa por un reboiler (RB-01) en el que se vaporiza

parcialmente, consiguiendo así el vapor que se devuelve a la columna y

el producto de colas.

Este producto de colas pasa también por un proceso para

descender su temperatura impulsándose con una bomba (B-07) hacia

un intercambiador de calor de carcasas y tubos (IC-02) hasta conseguir



las condiciones óptimas para su almacenamiento en el parque de

tanques de cola (TA-03).

Siempre que haya bombas se han de duplicar por seguridad, de

manera que cada una tendrá asociada otra en bypass.

Señalar que la columna de rectificación posee una diferencia en

los diámetros entre las secciones de agotamiento y rectificación debido

principalmente a los caudales que se han de manejar en las mismas.

En este caso la alimentación entra como líquido saturado, por lo que en

la zona de agotamiento el diámetro será mayor.

Se ha de tener en cuenta que se colocan los parques de

almacenamiento (TA-01, TA-02 y TA-03) para asegurarse un

abastecimiento de producto durante el tiempo estimado en el caso de

que se pare la planta aguas arriba o se produzca algún error que

requiera el corte de suministro, así como posibles huelgas de

transportistas.

Tanto el parque de almacenamiento de cabeza (TA-02) como el

de colas (TA-03) contienen un depósito de dimensiones más reducidas

denominado depósito de rundown. La utilidad del mismo está justificada

en que antes de almacenarlo de manera definitiva el producto es

preciso analizar la composición de la corriente, para detectar posibles

fallos en el funcionamiento del equipo al realizar el análisis.

En la Figura 8 se observa el esquema que se sigue en el

presente proyecto y descrito en este apartado.

Mencionar que para no sobrecargar la imagen simplemente se

muestran los equipos básicos sin los elementos de control ni los lazos

pertinentes, los cuales se mostrarán más adelante en su

correspondiente apartado.



TA

-01

B-0

1

B-0

2

IC-0

1

C-0

1

CD

-01

BR

-01

B-0

3

B-0

4

B-0

5

B-0

6

AR

-01

-AR

-06

TA

-02

RB

-01

B-0

7

B-0

8

IC-0

2

TA

-03

SIG

LA

DE

NO

MIN

AC

IÓN

Ca

nti

da

dTA

-01

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de a

limenta

ció

n1

B-0

1B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

2B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

1In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

T-0

1C

olu

mna d

e r

ectific

ació

n d

e p

lato

s1

CD

-01

Condensador

(Aero

rrefrig

era

nte

)1

BR

-01

Bote

llón o

Acum

ula

dor

de r

eflu

jo1

B-0

3B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

4B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

5B

om

ba d

e im

puls

ión

1

AR

-01-A

R-0

6A

ero

rrefrig

era

nte

6

B-0

6B

om

ba d

e im

puls

ión

1

RB

-01

Reboile

r tipo K

ett

el

1

B-0

7B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

8B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

2In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

TA

-02

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

abezas

1

TA

-03

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

ola

s1

LIS

TA

DE

EQ

UIP

OS

Fig

ura

8

: E

sq

ue

ma

de

l pro

ce

so

de

puri

ficació

n



1.6. Previsiones de futuro.

En la actualidad el mercado europeo del tolueno vive una

situación estable pese a la crisis. Este balance se debe principalmente

a un grupo de importaciones provenientes tanto de Estados Unidos

como del Caribe.

Algunos productores aseguran que aun hay espacio para más

producción, ya que una gran parte del tolueno producido se exporta al

mercado asiático, donde se sigue usando como potenciador del

octanaje de combustibles.

La producción generada es de 61.977 toneladas al año, por lo

que asumiendo que el precio de venta del tolueno es de 592€ por

tonelada, se podrían dar las siguientes situaciones:

1. En el caso de recircular el tolueno en lugar de venderlo se podría

dar un ahorro de 36.690.384 €/año.

2. Si se decide a vender el producto, se podría conseguir un

beneficio de 36.690.384 €/año.

Por lo que teniendo en cuenta que aun hay espacio para producir

tolueno se estima que el mercado gozaría de buena salud en un futuro,

sobre todo para el mercado asiático y estadounidense, donde las

legislaciones del uso del tolueno como potenciador del octanaje no son

tan estrictas.



CAPÍTULO 2: Justificación y objeto del proyecto.

2.1. Justificación.

El presente proyecto fin de carrera surge ante la situación en la

que se encuentra la planta de ciclohexano diseñada en el Proyecto Fin

de Carrera realizado por Dª María Esther Camacho Monge y Dª Rocío

Parrado Bolaños titulado “Diseño de un proceso para la obtención

de ciclohexano” aprobado por la comisión el 27 de octubre de 2.008 y

defendido en junio de 2.009.

En éste se diseña una línea de producción de ciclohexano con

una capacidad de 500.000 toneladas al año a partir de benceno e

hidrógeno integrada dentro de la refinería de Gibraltar-San Roque.

La línea de producción de ciclohexano está compuesta por tres

partes fundamentalmente:

1. Zona de almacenamiento de la materia prima y del producto. Son

los equipos de almacenamiento de la materia prima y los de

impulsión para llevar la materia prima hasta la zona de reacción.

2. Zona de reacción. Está formada por los equipos para el

acondicionamiento y reacción de la materia prima.

3. Zona de purificación y acondicionamiento del producto final.

Fundamentalmente es una columna de destilación

multicomponente, precedida por una primera operación de

purificación.

De estas tres zonas, la más importante para la producción del

ciclohexano es la zona de reacción, compuesta por dos reactores

multitubulares y dos intercambiadores de calor, donde se ponen en

contacto la corriente de benceno y de hidrógeno, sufriendo la primera

una reacción de hidrogenación, la cual es muy exotérmica en presencia

de un catalizador de níquel sobre alúmina y están refrigerados mediante

agua.



Tras reaccionar la corriente de salida se lleva a la zona de

purificación, compuesta por aerorrefrigerante y otros intercambiadores

de calor para el acondicionamiento y separadores de fases y dos

columnas de destilación para la purificación. De la segunda columna

sale por la parte inferior el ciclohexano con las condiciones de pureza

deseadas por las proyectistas.

Mientras que el hidrógeno procede de la planta de Guadarranque

y otros procesos de refinería, el benceno tiene dos posibles fuentes de

suministro. La primera sería mediante transporte marítimo, suministrada

por la industria DOWN Química. La otra opción procede de la unidad de

sulfonación de Refinería. Para la línea de proceso de producción de

ciclohexano se requiere benceno tan puro como sea posible, de bajo

contenido en azufre y tolueno.

La partida de benceno que se compra a una empresa externa es

de 60.000 toneladas al año. Precisamente para satisfacer esta

demanda se procede a instalar una línea de hidrodesalquilación de

tolueno.

En este proceso, explicado en el Capítulo 1, la cantidad de

benceno que cubrirá la demanda de la planta de ciclohexano se obtiene

a través de la corriente de destilado de segunda columna de

rectificación del proceso. Su diseño corre a cargo de Dª Juliana Jiménez

Tocino en el proyecto “Diseño de una columna de rectificación para

la separación de benceno a partir de una mezcla de benceno,

tolueno y bifenilo” aprobado por la comisión el 14 de diciembre de

2.009.

La corriente de colas de esta columna es una mezcla de tolueno,

benceno y bifenilo de donde se puede obtener tolueno purificado para

su posterior venta o recirculación al principio del proceso de

hidrodesalquilación, consiguiendo así aprovechar las diferentes

corrientes que se producen y un ahorro económico significativo.

Esta columna de rectificación es el objeto de diseño del presente

Proyecto Fin de Carrera.



2.2. Objeto.

El objeto del presente Proyecto Fin de Carrera se centra en el

diseño de una unidad de separación para obtener una corriente de

tolueno purificada a partir de una mezcla de tolueno, benceno y bifenilo.

Esta unidad se emplaza en la Refinería de Gibraltar-San Roque situada

en el término municipal de San Roque en la provincia de Cádiz.

Se pretende conseguir una producción de 70.750 kg·h-1 de

tolueno con una pureza de 99,5%.



CAPÍTULO 3: Viabilidad del proyecto.

Es preciso analizar la viabilidad del proyecto en tres frentes:

1. Viabilidad técnica.

2. Viabilidad legal.

3. Viabilidad económica.

3.1. Viabilidad técnica.

En este apartado se pretende discutir las diferentes posibilidades

que se podrían seguir a la hora de realizar la separación de la mezcla

de alimentación y porqué se has escogido una torre de platos con

rectificación. Algunas de las posibles alternativas son:

1. Extracción líquido-líquido.

2. Destilación discontinua.

3. Destilación con rectificación.

De estas posibilidades se descartan de entrada la extracción

líquido-líquido y la destilación discontinua por las siguientes razones:

1. Extracción líquido-líquido: No existe un disolvente selectivo con

el tolueno y el benceno, por lo que su aplicación no tiene sentido.

2. Destilación discontinua: Su campo de aplicación es a escala de

laboratorio, por lo que no sirve para tratar grandes caudales.

La única posibilidad que queda es la destilación con rectificación

en columna de platos, el método escogido.

3.1.1. Destilación con rectificación.

Es el método industrial de separación más utilizado. Consta de

múltiples contactos entre las fases de líquido y vapor. Cada contacto



consiste en la mezcla de dos fases para producir la distribución de las

especies, seguida de la separación de las fases.

Los contactos se pueden realizar sobre platos o sobre una

estructura de relleno dispuestos en el interior de una columna vertical,

pero el relleno se desaconseja para caudales tan elevados como los

que se tratan en el presente proyecto fin de carrera.

A medida que el vapor asciende a través de la columna se

enriquece en el componente más volátil. La alimentación se introduce

en un punto intermedio de la columna, dividiéndola en dos secciones

diferentes, agotamiento (por debajo del plato de alimentación) y

rectificación (por encima del plato de alimentación. Estos términos

hacen referencia al comportamiento del componente más volátil de la

mezcla.

Con frecuencia el vapor que sale por la parte superior de la

columna es condensado total o parcialmente, generando un líquido el

cual se puede devolver a la columna en lo que se conoce como reflujo o

sacar del sistema en lo que se conoce como destilado.

Un comportamiento parecido se tiene con el líquido que sale por

la parte inferior de la columna, ya que se produce una vaporización

parcial del mismo para devolver el vapor generado a la columna y retirar

un líquido residual conocido como producto de colas

En la Figura 9 se puede ver el esquema de una destilación con

rectificación con sus dos modelos.

Figura 9: Esquema de la destilación con rectificación.



3.2. Viabilidad legal.

El presente proyecto se ha llevado a cabo teniendo en cuenta la

normativa vigente para el diseño de los equipos como para la ejecución

del mismo, por lo que no existe ninguna legislación que afecte al

proyecto, impidiendo su ejecución ni operación cuando esté en marcha.

3.2.1. Normativa aplicada.

En el presente proyecto, para el diseño de los equipos e

instalaciones se ha seguido la siguiente normativa:

1. Código ASME sección VIII.

2. Normas API 650.

3. Normas API 620.

4. Normas API 660.

5. Normas TEMA.

6. Normas ANSI.

7. Normas ISO.

8. Reglamento de instalaciones petrolíferas.

3.2.2. Legislación aplicada.

Se ha seguido la siguiente legislación:

1. Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones

mínimas para la protección de la seguridad y salud de los

trabajadores frente al riesgo eléctrico.

2. Real Decreto de 842/2002, de 2 de agosto, por el que se

aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

3. Decreto 3151/68, de 28 de noviembre., reglamento de la Línea

de Alta tensión.



4. Real Decreto 681/2003, de 12 de junio, sobre la protección de la

salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos

derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo.

5. Reglamento (CE) 1907/2006 del Parlamento Europeo y el

Consejo, de 18 de diciembre, relativo al registro, la evaluación, la

autorización y la restricción de las sustancias y preparados

químicos (REACH).

6. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de

la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos

relacionados con la exposición al ruido.

7. Real Decreto 374/2001, de 6 de abril, sobre la protección de la

salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos

relacionados con los agentes químicos durante el trabajo.

8. Real Decreto 1124/2000, de 16 de Junio, por el que se modifica

el Real Decreto 665/1992, de 12 de Mayo, sobre la protección de

los trabajadores contra los riesgos relacionados con la

exposición a agentes cancerígenos durante el trabajo (B.O.E.

núm. 145 de 17 de Junio de 2000).

9. Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos

Laborales.

10. Real Decreto 1299/2006, de 10 de noviembre, por el que se

aprueba el cuadro de enfermedades profesionales en el sistema

de la Seguridad Social y se establecen criterios para su

notificación y registro. BOE núm. 302 de 19 de diciembre.

11. Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril, por el que se aprueba el

Reglamento de Aparatos a Presión.


aprueba el Reglamento de Instalaciones de Protección contra

Incendios.



13. Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se

aprueba el Reglamento de Seguridad contra Incendios en

Establecimientos Industriales.

14. Real Decreto 400/1996, de 1 de marzo. Aparatos y sistemas de

protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.

15. Real Decreto 485/1997, de 14 de abril. Disposiciones mínimas

en materia de señalización de seguridad y salud en los lugares

de trabajo.

16. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo. Disposiciones mínimas

sobre utilización por los trabajadores de equipos de protección

individual.

17. Real Decreto 1254/1999, de 16 de julio, por el que se aprueban

las medidas de control de los riesgos inherentes a los

accidentes.


Reglamento de Almacenamiento de productos Químicos y sus

instrucciones técnicas complementarias.

3.3. Viabilidad económica.

El presente proyecto fin de carrera se encuentra enmarcado en el

interior de un proceso global, por lo que al hablar de beneficios habría

que valorar el proceso en su conjunto. Al ser el objetivo de la unidad de

diseño la purificación del tolueno, es posible considerar como producto

secundario del proceso global al tolueno en el caso que se decida la

venta del mismo, ya que el objeto principal es la recirculación al

comienzo del proceso por ser el tolueno una de las materias primas de

partida.

Para realizar un análisis económico correcto se han de tener en

cuenta los costes expuestos en los siguientes apartados y desarrollados

en el Documento 4: Presupuesto.



3.3.1. Costes de inmovilizado.

En esta partida se incluye el coste de inmovilizado de los equipos

de proceso, es decir, los costes asociados a la adquisición de equipos,

instrumentación, tuberías y aislamiento, así como su montaje.

3.3.2. Costes de fabricación.

Se incluyen las siguientes partidas económicas:

1. Mano de obra directa.

2. Mano de obra indirecta.

3. Servicios generales.

4. Honorarios de proyecto y dirección de montaje.

Destacar que en esta partida presupuestaria iría incluido el coste

de las materia primas, pero al ser un proceso encadenado en el que la

alimentación al mismo es una corriente proveniente de otra unidad por

lo que en teoría esta partida sería nula, pero para poder cuantificar el

beneficio existente se ha de considerar un coste.

Gracias a la información facilitada por personal de la industria

petroquímica se llega a la conclusión de que las transacciones y el

intercambio de productos entre la refinería y la planta petroquímica se

hacen a precio de mercado.

Al situar la planta integrada en la refinería CEPSA, no se tendrán

en cuenta el coste de personal puesto que ya forma parte de la plantilla.

3.3.3. Costes de gestión.

Incluye los costes comerciales y de gerencia del personal

administrativo.

Al diseñarse únicamente una unidad del proceso global los

costes administrativos no se tendrán en cuenta.



CAPÍTULO 4: Ubicación y distribución en

planta.

El esquema de la planta se puede ver en la Figura 10.

TA

-01

B-0

1

B-0

2

IC-0

1

C-0

1

CD

-01

BR

-01

B-0

3

B-0

4

B-0

5

B-0

6

AR

-01

-AR

-06

TA

-02

RB

-01

B-0

7

B-0

8

IC-0

2

TA

-03

SIG

LA

DE

NO

MIN

AC

IÓN

Ca

nti

da

dTA

-01

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de a

limenta

ció

n1

B-0

1B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

2B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

1In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

T-0

1C

olu

mna d

e r

ectific

ació

n d

e p

lato

s1

CD

-01

Condensador

(Aero

rrefrig

era

nte

)1

BR

-01

Bote

llón o

Acum

ula

dor

de r

eflu

jo1

B-0

3B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

4B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

5B

om

ba d

e im

puls

ión

1

AR

-01-A

R-0

6A

ero

rrefrig

era

nte

6

B-0

6B

om

ba d

e im

puls

ión

1

RB

-01

Reboile

r tipo K

ett

el

1

B-0

7B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

8B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

2In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

TA

-02

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

abezas

1

TA

-03

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

ola

s1

LIS

TA

DE

EQ

UIP

OS

Fig

ura

1

0:

Esq

ue

ma

de

la

pla

nta

.



4.1. Ubicación.

La ubicación está condicionada por la situación de la planta de

fabricación del ciclohexano. Ésta se encuentra situada en el campo de

Gibraltar de la provincia de Cádiz, más concretamente integrada dentro

de la Refinería de Gribaltar-San Roque del grupo CEPSA.

En la Figura 11 se observa la ubicación escogida para la línea

de hidrosdesalquilación, encuadrada en el círculo amarillo.

Esta situación se ve justificada ante la necesidad de abastecer a

la planta de cliclohexano del benceno que compra ya que la refinería no

es capaz de producir suficiente. Esta planta se localizó también

integrada dentro de la refinería, por lo que se cree preciso escoger el

mismo emplazamiento para minimizar aspectos tales como el transporte

de materia de un lugar a otro.

El suministro de la materia prima para el proceso de

hiddrodesalquilación también está garantizado, pues al estar integrado

Figura 11: Ubicación de la línea de hidrodesalquilación.



dentro del complejo químico, la refinería es capaz de aportar tanto el

hidrógeno como el tolueno necesarios para sintetizar el benceno.

En el presente proyecto fin de carrera no existen hornos o algún

equipo que precise de combustibles para su funcionamiento, pero sí

que los hay en la zona de reacción del proceso de hidrodesalquilación,

por lo que habrá que tener en cuenta la necesidad de suministro de él.

El combustible escogido para suministrar al horno de proceso será gas

natural, en la Figura 12 se puede observar la red de gaseoductos que

recorren la península ibérica provenientes del norte de África.

Figura 12: Red de gaseoductos de la península ibérica.

Como se comprueba en la Figura 13 el emplazamiento

seleccionado está correctamente abastecido por la red de gaseoductos,

y al estar integrada en una refinería también está asegurado el

suministro de otros combustibles tales como petróleo.



Al no ser la unidad que requiere el combustible objeto de estudio

en el presente proyecto fin de carrera no se profundizará más en este

aspecto.

Se necesitará tanto agua como vapor para la refrigeración y

vaporización llevada a cabo en los intercambiadores de calor y reboiler

respectivamente.

El vapor será suministrado por refinería, mientras que el agua al

no necesitarla de gran calidad no será un problema, pudiendo escoger

agua de cualquier línea de proceso que cumpla con las condiciones

deseadas para su aplicación.

Por otro lado el suministro eléctrico está garantizado, ya que la

refinería se encuentra enmarcada en una zona con una planta de

cogeneración, que produce simultáneamente vapor de agua y

electricidad.

4.2. Climatología.

En el presente apartado se analizaran la pluviosidad, el viento y

las características del suelo donde se ha emplazado la planta.

4.2.1. Pluviosidad.

No es una zona donde las lluvias sean abundantes. Las medias

anuales oscilan entre los 700 – 1000 mm, por la elevación de los frentes

nubosos procedentes del Atlántico.

Los veranos son cálidos y secos, a pesar del efecto amortiguador

de la cercanía del mar, se extiende a mayo o a octubre.



4.2.2. Vientos.

El viento predominante es el viento de levante, llegando a

registrarse rachas de 180 km·h-1. Generalmente no suelen superar los

50 km·h-1. Este viento suele afectar principalmente al Estrecho de

Gibraltar. Es un viento frío y húmedo, según la época del año. El

principal problema que genera es el estado de la mar, ya que levanta un

fuerte oleaje.

4.2.3. Temperaturas.

Las temperaturas medias de la zona rondan los 18ºC, valor

idóneo para el desempeño de la actividad industrial, ya que no son

temperaturas excesivamente elevadas. Una de las peculiaridades de

esta zona por su situación geográfica es el gran número de horas de sol

que disfruta.

4.2.4. El suelo.

Fundamentalmente está compuesto por dos tipos de partículas,

unas sualtas, permeables y con trozos de areniscas en

descomposición.

Las otras partículas producen un tipo de suelo permeables y de

drenaje medio o bueno. En general son suelos de pH ligeramente

alcalino que contienen cantidades aceptables de materia orgánica y de

carbonato cálcico. Su uso se ve afectado por su pedregosidad y la

pequeña extensión que ocupan

4.3. Otros factores.

La zona está muy bien comunicada, ya que posee carreteras

importantes tales como la A-7 y la A-405, así como una pequeña red de



carreteras secundarias lo suficientemente extensa como para que la

comunicación sea asequible.

4.4. Distribución en planta.

La distribución de los equipos se hará conformando pequeñas

unidades de operación. En el caso de la columna de tolueno estas

unidades de operación estarán formadas por los siguientes elementos:

La torre de rectificación (T-01).

El condensador de cabezas (CD-01), el reboiler de colas (RB-01)

y los intercambiadores de calor y aerorrefrigerantes (IC-01, IC-

02, AR-01-AR-04).

El acumulador de reflujo (BR-01).

Las bombas de impulsión (B-03, B-04, B-05, B-06, B-07 y B-08).

Las distancias mínimas que se han de respetar se exponen en la

Tabla IV reflejada a continuación.

Tabla IV:

Distancias mínimas entre equipos en metros. Especificaciones CEPSA.

Distancia

en

metros

Co

mp

reso

res

Re

acto

res y

recip

ien

tes

Inte

rca

mb

iado

res

de

ca

lor

Ae

rorr

efr

ige

ran

tes

Bo

mba

s

Compresores 3

Reactores y

Recipientes 9 *

Intercambiadores

de calor 9 * 1,5

Aerorrefrigerantes 9 6 4,5 NM

Bombas 9 3 3 3 2



*: Para diámetros de equipo inferiores a 3 metros estarán como

mínimo a 2,5 metros de cualquier otro equipo. Para diámetros entre 3 y

5 metros estarán como mínimo a 3 metros de cualquier otro equipo. Y

para diámetros superiores a 5 metros estarán como mínimo a 4 metros

de cualquier otro equipo.

Destacar que los tanques de almacenamiento tienen sus propias

distancias, siendo estas las siguientes.

1. Distancia entre el tanque y otro elemento: Como mínimo de 9

metros.

2. Distancia entre tanques dentro del área de procesos: Como

mínimo el diámetro del tanque mayor.

3. Distancia entre el tanque y la pared: El radio del tanque.

Estas distancias son distancias mínimas, lo que no impide una

separación mayor entre los distintos equipos en el caso de que sea

necesaria.

Como se observa en el listado expuesto al principio de este

apartado dentro de la unidad de purificación se encuentran recogidos

todos los equipos diseñados a excepción de:

1. Parques de almacenamiento: Tanto el parque de alimentación

(TA-01) como el de cabeza (TA-02) y colas (TA-03).

2. Bombas de impulsión de alimentación: Son las bombas (B-01 y

B-02) encargadas de llevas el fluido desde el tanque hasta la

torre (T-01) previo paso por el intercambiador de calor (IC-01)

En la Figura 13 se contempla la distribución de las unidades que

conforman la unidad de separación de la torre de tolueno. En esta

unidad figuran todos los equipos diseñados salvo los parques de

almacenamiento.

Destacar que las medidas reflejadas se encuentran en

milímetros, ya que ésta es la unidad que se manejan en los planos a la

hora de llevar a cabo la construcción.



Otro punto a resaltar es que en la Figura 13 las distancias están

reflejadas en milímetros por ser la unidad que se usa en los planos para

su posterior construcción.

Fig

ura

1

3:

Dis

trib

ució

n e

n p

lan

ta.

IC-0

1

C-0

1

IC-0

2

AR

-01,

AR

-02

, A

R-0

3,

AR

-04

,

RB

-01

BR

-01

TA

-01

TA

-02

TA

-03

141.292 mm

2000 mm

30

00

mm

30

00

mm

90

00

mm

9000 mm3000 mm

9.0

00

mm

3.0

00

mm

6.0

00

mm

9.0

00

mm

NO

TA

:

1. E

l d

iag

ram

a r

ep

rese

nta

do

no

está

a e

sca

la, se

usa

co

mo

sim

ple

re

fere

ncia

.

2. L

as m

ed

ida

s y

co

tas e

stá

n e

xp

resa

da

s e

n m

ilím

etr

os.

146.913 mm 30.069

3.0

00

mm

3.0

00

mm

1.000 mm 1.000 mm

CD

-01



CAPÍTULO 5: Materia Prima y productos.

En el presente apartado se expondrán las propiedades y

principales características de los compuestos y elementos que

conforman la alimentación al proceso, benceno, tolueno y bifenilo; así

como los principales usos de los mismos.

5.1. El benceno.

A temperatura ambiente, el Benceno es un líquido incoloro o

amarillo claro con olor dulce y aromático. Es altamente inflamable. Se

volatiliza muy rápido en el aire y se disuelve poco en agua por sus

características no polares, aunque es muy soluble en la mayoría de

solventes orgánicos. Debido a su volatilidad, puede esparcirse por el

aire hasta cualquier fuente de ignición distante.

El Benceno está presente en el aire, agua y suelo, y como su

densidad es menor a la del agua, en medio acuático, permanece en la

superficie de ésta. El Benceno que se encuentra en el ambiente

proviene tanto de procesos naturales como de actividades humanas.

Las fuentes naturales incluyen volcanes e incendios forestales; el

Benceno también es componente natural del petróleo crudo y la

gasolina además del humo de cigarrillos.

La mayoría de las personas pueden percibir el olor del Benceno

en el aire a concentraciones de 1.5 a 4.7 ppm y percibir su sabor en el

agua a 0.5 – 4.5 ppm. En la Figura 14 se puede ver una molécula de

benceno.

Figura 14: Molécula de benceno.



5.1.1. Propiedades.

Las propiedades del benceno están recogidas en la Tabla V.

Tabla V: Propiedades del benceno.

Instituto nacional de seguridad e higiene en el trabajo.

Propiedad Valor

Peso molecular (kg·kmol-1) 78,1

Presión de vapor a 20 ºC (Pa) 1.000

Temperatura de ebullición (ºC) 80

Temperatura de fusión a (ºC) 5,5

Densidad relativa de vapor (Aire = 1) 2,7

Densidad a 20 ºC (kg·m-3) 879,4

Estado físico Líquido

Presión crítica (bar) 48,9

5.1.2. Aplicaciones.

Se usa principalmente como disolvente, aunque por su toxicidad

está prohibido en muchos ámbitos de aplicación. Su demanda se ha

visto disminuida en ciertos sectores tales como los productos

fitosanitarios o las pinturas, que anteriormente lo usaban de forma

masiva.

Aun así sus campos de aplicación son muchos. Por ejemplo se

puede usar benceno para sintetizar los siguientes productos:

1. Elaboración de etilbenceno, cuyo destino principal es la

elaboración de estireno.

2. Elaboración de cumeno, destinado principalmente a fabricar fenol

y bifenol.

3. Elaboración de ciclohexano, se obtiene por hidrogenación del

benceno, produciendo ácido adípico y caprolactama.



4. Otros derivados minoritarios. Destacan nitrobenceno y anilina.

5. Elaboración de los ácidos alquilbencenosulfónico, base de los

detergentes LAS (Linear Alkilbenzene Sulfonates).

5.1.3. Procesos de fabricación.

El benceno producido actualmente en la industria proviene

principalmente del tolueno, al que se somete a procesos tales como el

reformado o la desalquilación térmica o catalítica del mismo.

Es uno de los componentes esenciales del petróleo, pero no se

puede obtener directamente pues forma un azeótropo con otros

hidrocarburos. Primero habría que separar el petróleo en diferentes

fracciones, y someter éstas a otros procesos, tales como un craqueo de

naftas pesadas o hidrocarburos ligeros (propano, butano) de los que se

obtiene un producto rico en aromáticos (65% de aromáticos de los que

el 50% es benceno).

5.2. El tolueno.

A temperatura y presión ambiente el Tolueno es un líquido

transparente, volátil e inflamable que forma mezclas explosivas con el

aire. Es un hidrocarburo de la serie aromática. Posee olor dulce e

irritante característico en compuestos con anillos bencénicos. Está

presente en el petróleo crudo, que es por mucho la fuente principal de

donde se obtiene; también se genera en el proceso de manufactura del

coque a partir de carbón formando parte del alquitrán y como producto

del metabolismo del árbol de Tolú donde se encuentra formando

resinas.

Se clasifica como un compuesto orgánico volátil. Es un solvente

de muchos productos aromáticos, pero es poco soluble en agua. En su

presencia asciende hacia la superficie gracias a su menor densidad.

En la Figura 15 se puede ver una imagen de una molécula de

tolueno.



Figura 15: Molécula de tolueno.

5.2.1. Propiedades.

Las propiedades del tolueno están recogidas en la Tabla VI.

Tabla VI: Propiedades del tolueno.

Instituto nacional de seguridad e higiene en el trabajo.

Propiedad Valor


Presión de vapor a 20ºC (Pa) 2900


Temperatura de fusión a (ºC) -95


Presión crítica (bar) 41,3


El tolueno se usa principalmente para la fabricación de benceno

y xilenos mediante diferentes técnicas, como por ejemplo la

hidrodesalquilación (HDA), en donde el tolueno y el hidrógeno

reaccionan para generar únicamente benceno.



También se puede usar como disolvente, pero esta aplicación

cada vez tiene menos extensión por las normativas sanitarias y

medioambientales cada vez más restrictivas.

Además de para producir benceno y xilenos, también se puede

usar el tolueno para obtener otros productos tales como el diisocianato

de tolueno (TDI), el cual sirve para generar la espuma flexible de

poliuterano usada en tapicería, para hacer colchones y piezas de los

asientos de los automóviles.

También se usa para sintetizar otros productos químicos tales

como el fenol, caprolactama, nitrobenceno, ácido benzoico y

clorobenceno.

Dejando los productos químicos a un lado, otra posible aplicación

del tolueno es la de potenciador del octanaje de las gasolinas,

aplicación que prácticamente está en desuso actualmente por el alto

grado de compuestos contaminantes que genera.

Su principal valor reside en ser un compuesto intermedio no final

del cual es posible obtener otros hidrocarburos de mayor valor añadido

o cuya aplicación esté más extendida.

Sin embargo, uno de sus derivados, el trinitrotolueno (el conocido

TNT) es el principal compuesto de muchos explosivos. Se obtiene a

través de la nitración completa del tolueno.

5.2.3. Procesos de fabricación.

La obtención de Tolueno a partir del petróleo se da de forma

principal (alrededor de un 87%) por reformado catalítico de fracciones

del crudo que contienen Metilciclohexano y en forma secundaria (9%)

por separación en el proceso de pirolisis de gasolina en equipos de

craqueo con vapor durante la manufactura de etileno y propileno.

Otras fuentes menores (4%) de obtención de Tolueno

corresponden por ejemplo a la producción de estireno, donde se genera

como subproducto.



Se considera tolueno altamente purificado a aquel que está

mezclado con menos del 0,01% de benceno.

5.3. El bifenilo.

El bifenilo es un sólido a temperatura ambiente cuyo color varía

de blanco a amarillo y se presenta en forma de hojuelas o sólidos

cristalinos (como la arena), de olor agradable y característico. Por ello

en el proceso nunca se bajaran de los 70ºC, temperatura de fusión.

Su uso varía desde agente de transferencia térmica en el control

de enfermedades vegetales a la fabricación de otros productos

químicos.

Es un producto insoluble en agua, combustible y soluble en

compuestos orgánicos comunes.

En la Figura 16 se puede ver una molécula de bifenilo

5.3.1. Propiedades.

Las propiedades del bifenilo están recogidas en la Tabla VII.

Figura 16: Molécula de bifenilo.



Tabla VII:

Propiedades del bifenilo. Instituto nacional de seguridad e higiene en el trabajo.

Propiedad Valor


Presión de vapor a 71 ºC (Pa) 133


Temperatura de fusión a (ºC) 70



Se usaba principalmente para la industria conservante de frutas

cítricas, para protegerlas del moho, especialmente contra el Penicillium

en suspensiones acuosas (ya que es insoluble) tanto en la fruta como

en contenedores o envoltorios, pero según la directiva 2009/10/CE de la

comisión del 13 de febrero de 2.009 que modifica la directiva

2008/84/CE, ya no se autoriza el uso del bifenilo como agente

conservante en alimentación debido a sus propiedades tóxicas y

cancerígenas (conservante E-230).

También se usa para la síntesis de bifenilos polibromados (PBB),

retardantes de la llama usados en equipos informáticos por la empresa

Lexmark.

5.4. Otras materias primas.

Para asegurar un correcto funcionamiento de muchos equipos se

ha de contemplar su recubrimiento con un material térmico aislante que

evite las pérdidas de calor con el entorno.

El material elegido es la lana de roca, ya que es capaz de cumplir

todos los requisitos técnicos que se han de imponer de una manera

económica y está especialmente indicado para el aislamiento de

equipos en la industria.



Es un producto constituido por filamentos de fibra de materiales

pétreos entrelazados de manera que se forme un fieltro con cámaras de

aire en su interior.

Son materiales muy ligeros que adicionalmente al aislamiento

térmico otorgan aislamiento sonoro y al fuego.

Para los diferentes equipos se usaran aceros al carbono para su

construcción. Dependiendo del tipo de equipo y de la función de la

pieza a fabricar se usará una gama u otra.



CAPÍTULO 6: Sistemas de separación.

Se proyecta la columna de rectificación para conseguir purificar

el tolueno contenido en una corriente de alimentación compuesta

benceno, bifenilo y tolueno.

Los cálculos pertinentes relacionados con la columna de

separación se han realizado en el Anexo 2: Diseño de una columna

de rectificación.

En la Figura 17 se puede apreciar un esquema del proceso con

la columna (C-01) resaltada en gris.

TA

-01

B-0

1

B-0

2

IC-0

1

C-0

1

CD

-01

BR

-01

B-0

3

B-0

4

B-0

5

B-0

6

AR

-01

-AR

-06

TA

-02

RB

-01

B-0

7

B-0

8

IC-0

2

TA

-03

SIG

LA

DE

NO

MIN

AC

IÓN

Ca

nti

da

dTA

-01

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de a

limenta

ció

n1

B-0

1B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

2B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

1In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

T-0

1C

olu

mna d

e r

ectific

ació

n d

e p

lato

s1

CD

-01

Condensador

(Aero

rrefrig

era

nte

)1

BR

-01

Bote

llón o

Acum

ula

dor

de r

eflu

jo1

B-0

3B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

4B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

5B

om

ba d

e im

puls

ión

1

AR

-01-A

R-0

6A

ero

rrefrig

era

nte

6

B-0

6B

om

ba d

e im

puls

ión

1

RB

-01

Reboile

r tipo K

ett

el

1

B-0

7B

om

ba d

e im

puls

ión

1

B-0

8B

om

ba d

e im

puls

ión

1

IC-0

2In

terc

am

bia

dor

de c

alo

r de c

arc

asas y

tubos

1

TA

-02

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

abezas

1

TA

-03

Parq

ue d

e a

lmacenam

iento

de c

ola

s1

LIS

TA

DE

EQ

UIP

OS

Fig

ura

1

7:

Esq

ue

ma

de

l p

roce

so

.

(R

esa

lta

da

s la

s u

nid

ad

es d

escri

tas e

n e

l p

rese

nte

ca

pítu

lo).



6.1. Caracterización de las corrientes.

6.1.1. Corriente de alimentación (F).

A la columna le llega una alimentación multicomponente formada

por bifenilo, benceno y tolueno. Se introduce en la columna a un ritmo

de 772,944 kmol·h-1.

Antes de llegar a la columna, esta corriente ha de ser sometida a

un proceso de acondicionamiento para conseguir la temperatura y

presión indicadas.

Este acondicionamiento se realiza a través de un intercambiador

de calor para la temperatura (IC-01) y una reducción para la presión.

6.1.2. Corriente de destilado (D).

Por la parte superior de la columna sale la corriente de destilado

muy rica en tolueno (99,5%) y con pequeñas cantidades del resto de

componentes (0,5% de benceno y 0,01% bifenilo). Esta corriente está

en fase vapor, por lo que es necesario condensarla mediante un

condensador total (CD-01).

Tras producirse el cambio de fase parte del condensado se

recircula a la columna a razón de 22,134 kmol·h-1, y el resto, 758,532

kmol·h-1, se deriva a una fase de acondicionamiento previa a su

almacenamiento en los tanques de cabeza (TA-02).

6.1.3. Corriente de colas (W).

Por otra parte, la corriente líquida que sale por la parte inferior de

la columna pasa por un reboiler (RB-01), donde se da una vaporización

parcial obteniendo dos corrientes, una que se recircula a la columna

como vapor y otra líquida que se extrae.



La corriente de vapor reintroducida a la columna lo hace con un

caudal de 790,671 kmol·h-1, y únicamente está formada por bifenilo y

tolueno.

Por otro lado, la corriente líquida que se retira (W), lo hace a

razón de 4,412 kmol·h-1 con una composición de 90,7% de bifenilo y

9,13% de tolueno. Su destino son los tanques de almacenamiento del

producto de colas (TA-03) previo paso por una etapa de

acondicionamiento de presión y temperatura.

6.2. Diseño de la columna.

El diseño de la columna se ha realizado mediante el Método FUG

(Frenske, Underwood y Gilligand), un proceso secuencial apto para

separaciones multicomponentes.

Su aplicación depende de la selección de unos componentes

como componente clave ligero (LK) y clave pesado (HK) y el

comportamiento del tercero en discordia, el componente no clave, que

sirve para clasificar el sistema.

En presente proyecto fin de carrera se ha escogido como

componente clave ligero el tolueno, como clave pesado el difenilo y

como componente no clave el benceno.

Dicha elección se basa en que el de los componentes presentes

en ambas corriente de salida de la torre el tolueno es el más ligero de

los dos, por lo que será el clave ligero, mientras que el bifenilo será el

pesado. Por lo tanto el benceno será el compuesto no clave estando

presente únicamente en la corriente de destilado.

El que el componente no clave esté presente solamente en la

corriente de destilado, una de las dos corrientes de salida, hace posible

clasificar este sistema como un sistema clase 1.

En la Tabla VIII se muestran los resultados obtenidos mediante

este método.



Tabla VIII:

Resultados del método FUG.

Número de

etapas mínimas

Relación de

reflujo mínima

externa

Relación de

reflujo real

Número de

platos teóricos

4 0,0248 0,029 18

La relación de reflujo real está marcada por el tipo de sistema de

condensación seleccionado. En este caso, para aprovechar las

condiciones de la zona se ha optado por un condensador del tipo

aerorrefrigerante, en el que el fluido refrigerante es una corriente de aire

impulsada por ventiladores.

6.2.1. Diseño hidráulico de la columna.

Cuando la columna está funcionando existen una serie de

fenómenos que se han de evitar para asegurar un correcto

comportamiento de la misma. Estos fenómenos son la inundación, el

arrastre, el lloriqueo y la descarga.

Tanto para el posterior diseño de platos como para la

comprobación de estos fenómenos se utiliza un parámetro conocido

como parámetro de flujo (PF).

6.2.1.1. Inundación.

Se da cuando se tiene un alto nivel de líquido en el plato unido a

una alta velocidad de vapor, lo que produce grandes caídas de presión

del vapor que atraviesa el plato, llevando a la inundación, puesto que el

líquido abandona el plato en condiciones de baja presión y llega al

siguiente en condiciones de alta presión (debido a la espuma),

colocándose en la posición más elevada, el vertedero.



Se estima a través de la pérdida de carga en el plato, las cuales

no han de ser mayores que la mitad del espaciamiento entre platos.

Éstas son iguales a 0,185 m y menores por tanto al límite permitido de

0,3 m (al ser el espaciamiento entre platos de 0,6 m).

6.2.1.2. Lloriqueo.

Se produce cuando la velocidad de ascensión del gas no es lo

suficiente como para vencer la fuerza de gravedad del líquido que cae

del plato, es decir, cuando la velocidad de ascensión del gas es menor

que la velocidad de circulación del vapor en el interior de la columna.

La velocidad del gas a través de los orificios es de 0,447 m·s-1 y

la de ascensión del vapor por la columna de 6,920 m·s-1, por lo que no

se produce lloriqueo.

6.2.1.3. Arrastre.

Se produce cuando la velocidad ascensional del gas es tal que

vence a la de caída del líquido de un plato a otro arrastrando parte del

líquido contenido en el plato al inmediatamente superior, alterando su

composición.

Se obtiene de forma gráfica en función del parámetro de flujo y

de la relación entre las velocidades de lloriqueo y del gas a través de

los orificios.

La relación entre las velocidades es 0,8 y el parámetro de flujo

vale 0,84, de manera que el arrastre equivale a 0,05, valor que se

encuentra por debajo del límite de 0,1 establecido de forma bibliográfica

para platos perforados.



6.2.1.4. Descarga.

Se produce cuando la velocidad de bajada del líquido por

vertedero es elevada, produciéndose la descarga de líquido en el plato.

Según la bibliografía consultada no ha de ser mayor a 0,3 m·s-1,

y tal y como se comprueba esta condición se cumple, ya que la

velocidad calculada es de 0,063 m·s-1.

6.2.1.5. Características de los platos.

Al hacer el diseño hidráulico de la columna se han calculado las

dimensiones y características de los platos, las cuales se recogen en la

Tabla IX.

Tabla IX:

Características de los platos de la columna.

Diámetro (m) 2,743 (108 in) Diámetro de orificios (mm) 4,5

Espaciado entre platos (m) 0,6 Espesor de vigas (m) 0,037

Área de orificios (m2) 0,631 Espesor del plato (mm) 1,935

Área neta (m2) 4,597 Anchura de vertedero (m) 1,920

Área activa (m2) 4,352 Espesor de la carcasa (mm) 7,9

Área total (m2) 5,579 Espesor del faldón (mm) 7,9

Área de vertederos (m2) 0,491 Espesor del aislante (mm) 80

Área de vigas (m2) 0,245

6.2.1.6. Pérdidas de carga en el plato.

Una vez concluido el diseño de la columna es necesario estimar

las pérdidas de platos en la columna, puesto que si son mayores que la

mitad del espaciamiento no funcionará correctamente.

Los datos de pérdidas de carga se recogen en la Tabla X

distinguiendo la sección de agotamiento y la de rectificación. De esta

manera se comprueba que la columna tiene un correcto funcionamiento

hidráulico.



Tabla X:

Pérdidas de carga en la columna.

DESCRIPCIÓN VALOR (m)

Altura de vertedero o rebosadero (𝒉𝑾). 0,06

Altura de la cresta del líquido sobre el plato

𝒉𝑪 . 0,0317

Gradiente del nivel de líquido dentro del

plato desde el punto de entrada al de salida

().

-

Retroceso del nivel de líquido en el plato

𝒉𝑩 . 0,0827

Pérdida de carga del líquido al acceder

al plato ℎ𝐸 0,032

Pérdida de carga del vapor entre plato y

plato ℎ𝑉𝐴𝑃 0,050

Caída de presión en plato seco ℎ𝐷 0,016

Caída de presión generada al circular

el vapor a través del líquido y la

espuma ℎ𝐿

0,0315

Caída de presión del gas residual

ℎ𝑅 0,032

TOTAL COLUMNA 0,174

Siendo el espaciamiento entre platos de 0,6 m se comprueba que

las pérdidas de carga totales son inferiores al valor máximo permitido

(0,3 m), por lo que se puede concluir que la columna funciona

correctamente.

6.2.2. Eficacia de la columna.

La situación descrita hasta el momento es la de un

funcionamiento ideal de la columna. En la realidad nunca se alcanza

este grado de perfección, por lo que son necesarias más etapas para

lograr la separación deseada.



De manera que la eficacia de la columna se puede entender

como la relación entre el número de etapas reales y las ideales. Para la

presente columna se han calculado a través del método de Legget y

Lockhart, obteniendo un valor parecido en torno al 76%.

6.2.3. Determinación del plato de alimentación.

La determinación del plato de alimentación se realiza en dos

etapas. En primer lugar mediante la ecuación de Kirkbride se calcula la

posición del plato de alimentación en las condiciones ideales,

resultando que la alimentación se introduce entre el segundo y el tercer

plato comenzando a numerar por la parte superior de la columna.

Posteriormente mediante una corrección propuesta por Legget y

Lockhart, a partir de la distribución calculada mediante Kirkbride se

estima el plato de alimentación real. Con este método se obtiene que la

alimentación cae sobre el cuarto plato comenzando a numerar por la

parte superior de la columna.

Por lo que la distribución real será de 25 platos reales, 21 de

agotamiento y 4 de rectificación.

6.2.4. Altura de la columna.

Para considerar la altura de la columna hay que tener en cuenta

los siguientes elementos:

1. El cuerpo de la columna: Conformado por las faldillas y los platos

con una separación de 0,6 m entre ellos. Las faldillas tienen una

altura de 2,1 m. Está rodeado por la carcasa. Toma una altura

de 19,8 m.

2. Fondos: Para la altura solo se tiene en cuenta el cabezal

superior, ya que al ser el inferior está solapado por el faldón.

Toma un valor de 0,713 m. Se calcula en el siguiente apartado.



3. Estructura de soporte: La columna será soportada por faldones

con una altura de 2,713 m.

De manera que la altura de la columna es de 23,226 m.

6.2.5. Diseño mecánico de la columna.

Con este diseño se pretende conocer el espesor para la

envolvente de la columna y el faldón necesario para contener y soportar

de manera correcta las tensiones a las que está sometida la columna.

Se realiza en base al código ASME sección VIII división 1.

6.2.5.1. Espesor de la envolvente.

Para el cálculo del espesor de la envolvente es necesario tener

en cuenta que ésta ha de ser capaz de soportar las tensiones a las que

se la somete por la acción combinada del viento y la presión interna.

El espesor mínimo será de 7,9 mm. Este valor tiene en cuenta un

margen de corrosión y corresponde a un dato comercial. Estará hecha

de acero al carbono SA-285.

6.2.5.2. Fondo y cabezal.

A la hora de escoger entre fondo Klopper o Korboggen, se

comprueba si cumplen algunas de las siguientes directrices. En caso

afirmativo es fondo será Korboggen.

1. Presión de diseño igual o superior a 7 kg·cm-2.

2. Temperatura de diseño superior a 350 ºC.

3. Recipientes verticales cuya relación altura/diámetro sea superior

a 10.



Las dos primeras condiciones no se cumplen, por lo que es

preciso analizar si se cumple la tercera. La altura de la columna es de

20,3 m, y el diámetro de la zona de agotamiento (donde se dan las

peores condiciones) es de 2,743. La relación entre el área y el diámetro

será de 8,467, un valor inferior a 10, por lo que se puede concluir que el

fondo elegido será tipo Klopper, como el que se ve en la Figura 18.

Figura 18: Fondo tipo Klopper. (Forjados Zubiazu S.L.)

Las dimensiones de los fondos y el cabezal se recogen en la

Tablas XI para el fondo y la Tabla XII para el cabezal.

Tabla XI: Dimensiones del fondo.

L (m) 2,194 H (m) 0,713

r (m) 0,422 h (m) 2,1

Donde:

𝐿: Radio mayor (m).

𝑟: Radio menor (m).

𝐻: Altura del fondo (m).



ℎ: Altura de la faldilla (m).

𝐷0: Diámetro de la torre (m).

𝑡: Espaciado entre platos (m).

Su espesor se estima de la misma forma que el de la envolvente,

obteniendo un resultado de 7,9 mm.

6.2.5.3. Soportes de la columna.

El sistema de soporte de la columna serán faldones.

Su diámetro vendrá condicionado por el de la sección de

agotamiento de la columna, ya que irá soldado a la envolvente del

fondo inferior, por lo que han de ser el mismo. En ningún caso lo hará a

la parte exterior de la misma.

Los faldones tendrán las siguientes características:

1. Al tratarse de una mezcla de hidrocarburos los faldones estarán

provistos de sistemas de ventilación de 2 pulgadas, situados a la

altura de los fondos. Como tiene un diámetro mayor a 1 metro

serán necesarias 4 aperturas opuestas entre sí 180º.

2. La abertura de acceso al faldón será de 24 pulgadas, pese a que

según norma se ha establecida que esta ha de ser de 20

pulgadas, puesto que es una apertura más acorde al tamaño de

una persona. Se colocará en el lado opuesto que el hueco para

la tubería de fondo.

3. La apertura para la tubería de fondo de columna será 1 pulgada

mayor que el diámetro de la misma.

4. Han de estar protegidos por una capa ignífuga de hormigón de

150 kg·cm-2 de resistencia características aplicada a la

compresión de 5 mm de espesor.



Todas las aperturas del faldón han de estar reforzadas por un

collarín, ya que no se ha de olvidar que la función del faldón es la de

soportar la columna y las aperturas debilitan esta función. Los collarines

han de tener el tamaño suficiente como para permitir el calorifugado y la

expansión térmica.

Las dimensiones del faldón y sus características se recogen en la

Tabla XII.

Tabla XII:

Características de los faldones.

Descripción Valor

Diámetro (m) 2,742

Espesor (mm) 7,9

Altura (m) 2,713

Material Acero al carbono SA-283

6.2.5.4. Aislamiento.

La columna ha de ir aislada térmicamente para asegurar un

correcto funcionamiento adiabático. Se escoge como aislante lana de

roca, ya que cumple las especificaciones técnicas de la manera más

económica posible. A su vez esta capa estará cubierta por una plancha

de aluminio. El espesor de la capa de lana de roca será de 80 mm

según la temperatura de trabajo y las relaciones establecidas por

CEPSA S.L.

6.2.5.5. Pescante.

Al tratarse de un recipiente vertical, se instalará un pescante de

capacidad suficiente para desmontar los platos y elementos internos, y

en ningún caso esta capacidad será inferior a 500 kg.



6.2.6. Otros elementos.

6.2.6.1. Escalerilla.

Será necesaria la instalación de una escalerilla provista de

plataformas para realizar labores de mantenimiento e inspección. Se

han de colocar plataformas a distancias mínimas para asegurar que el

operario no ha de recorrer una distancia grande sin descansar.

Tendrá las siguientes características:

Se colocaran 3 plataformas. Una en el primer plato, otra en el

plato situado por debajo de la alimentación (plato número 5) y

otra a los 4 metros de altura.

Existirá una jaula de protección a partir de los 2,28 metros de

altura.

6.2.6.2. Bocas de hombre.

Son elementos de mantenimiento e inspección.

Se instalarán 3 bocas de hombre en la columna en los siguientes

platos:

Primer plato.

Plato por debajo del plato de alimentación (Plato 5).

Último plato.



CAPÍTULO 7: Sistemas de intercambio de calor.

Antes de comenzar con este capítulo, mencionar que todos los

valores aquí presentados se han desarrollado en el Anexo 3: Sistemas

de intercambio de calor en sus apartados correspondientes.

Se recogerán los resultados de los equipos de intercambio de

calor de la alimentación, línea de cabezas y línea de colas.

7.1. Intercambiador de calor de carcasas y tubos de la

alimentación y colas (IC-01 e IC-02).

Los presentes dispositivos son intercambiadores del tipo

carcasas y tubos instalados justo antes de la torre de destilación para

aumentar su temperatura (IC-01) y otro para reducir la temperatura de

las colas para su almacenamiento (IC-02).

En la Figura 19 se pueden ver algunos intercambiadores de

carcasas y tubos.

Figura 19: Imagen de intercambiadores de carcasas y tubos.



7.1.1. Materiales de construcción.

En estos dispositivos confluyen 3 materiales aceros al carbono.

Para los tubos se utilizará acero al carbono SA-106 y para la carcasa

SA-285. Para los elementos de soporte acero al carbono SA-183.

7.1.2. Elementos principales.

En el presente apartado se dimensionaran los elementos

principales del intercambiador de calor.

7.1.2.1. Tubos.

Los tubos estarán construidos en acero al carbono SA-106. Junto

con la carcasa conforman los elementos principales del intercambiador.

Por ellos circula el fluido a calentar.

Están separados unos de otros por una distancia denominada

“Pitch”, la cual ha de ser lo suficientemente grande para evitar una

compactación excesiva pues produciría un desajuste estructural ni

demasiado grande para evitar intercambiadores de grandes

dimensiones. Una vez determinada esta distancia se escoge una

disposición triangular de los tubos.

El número de tubos necesario se encuentra estandarizado y

normalizado por las normas TEMA, así como la longitud de los mismos.

Estos valores dependen tanto del área de transferencia necesaria como

del coeficiente de transferencia de calor (U).

El espesor en este caso ha de ser suficientemente grande como

para resistir las presiones internas. Se ha calculado a partir del código

ASME.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se pueden

nombrar mediante tres letras, según TEMA.



La primera letra indica el tipo de cabezal estacionario. Los tipos A

(canal y cubierta desmontable) y B (casquete) son los más empleados.

La segunda letra se refiere a la carcasa. La carcasa tipo E, de un

solo paso, es la más común. La carcasa F se utiliza normalmente

cuando no es posible un único paso por carcasa debido a las

diferencias de temperaturas entre el casco y los tubos. En cuanto a los

intercambiadores G (tipo “Split”) su uso principal es la condensación de

vapores, J (de fluido dividido) y H (doble Split) se usan para reducir las

pérdidas de carga en la carcasa cuando ésta es variable. El

intercambiador K (tipo “Kettle”) se utiliza cuando se requiere generar

vapor. La carcasa X es del tipo flujo cruzado, en la cual se colocan una

serie de boquillas de alimentación, y en posición contraria otras de

salida.

La tercera letra es indicativa del tipo de cabezal del extremo

posterior. Las denominaciones S (cabezal flotante con dispositivo de

apoyo), T (cabezal flotante sin contrabrida) y U (haz de tubo en U) son

los más importantes.

7.1.2.2. Carcasa.

La carcasa es la estructura donde van alojados los tubos y por

donde circula el otro fluido con el que se va a producir la transferencia

de materia.

Estará construida de acero al carbono SA-285, ya que es el

adecuado para equipos a presión sin productos corrosivos.

En el interior de la carcasa existirán unas barreras denominadas

deflectores, las cuales se encargan de producir la agitación del fluido

que circula por la misma, favoreciendo de este modo la transferencia de

calor. Consisten en placas perforadas cuya altura suele ser

generalmente un 75% del diámetro interior de la carcasa. Se conocen

como deflectores con 25% de corte. Las normas TEMA fijan unos

valores máximo y mínimo de espaciamiento entre las placas deflectoras

que será función del diámetro exterior de los tubos y el diámetro interior

de la carcasa.



7.1.2.3. Cabezales de retorno.

Tiene como función retornar el fluido que circula por el interior de

los tubos hacia el cabezal de distribución o bien mandar el fluido fuera

del intercambiador cuando éste cuenta con un solo paso por el lado de

los tubos.

De todas las posibilidades posibles se escogen cabezales de

retorno tipo flotante de empaque interno, ya que es el más extendido en

la industria.

Marcará el número de pasos de los tubos por carcasa.

Normalmente el número de pasos por los tubos es un número par. En

este caso se ha escogido un intercambiador 1-2, es decir, un paso por

carcasa y 2 por tubos.

Al tener un único paso por carcasa el tipo de envolvente será del

tipo E.

7.1.2.4. Cabezal de distribución.

Elemento similar a la carcasa, cuya función es recibir el fluido

que ha de circular por el interior de los tubos, distribuirlo y recolectarlo

para mandarlo fuera de él. Se elige cabezal tipo A (canal y carcasa

desmontable) por ser el más usado.

7.1.2.5. Estructuras de soporte.

Estarán soportados por silletas.



7.1.3. Resultados.

Al ser tanto el intercambiador de alimentación como el de colas

del mismo tipo se han agrupado en el presente apartado. En las

siguientes tablas se comprueba las características de ambos.

Tabla XIII: Características de los intercambiadores de calor de carcasas y tubos.

Descripción IC-01 IC-02

Incremento de temperatura en tubos (K)

2,300 158,700

Incremento de temperatura en carcasa

(K) 52,700 15

Calor intercambiado entre las corrientes

(J·s-1) 2,089·104

584,627

Caudal másico que circula por tubos (kg·s-1)

0,011 0,182

Caudal másico que circula por carcasa (kg·s-1)

19,837 13,982

ΔTml 102,963 115,933

Coeficiente global de transferencia de materia

(W·m-2·K-1) 1.082,996 1.216,48

Diámetro externo de los tubos (m)

0,0191 0,023

Espesor de los tubos

(mm) 2,362 2,400

Espesor de la carcasa

(mm) 9,500 9,500

Diámetro de la carcasa (m)

0,203 0,203

Diámetro interno de los tubos (m)

0,0135 0,021

Pitch (m)

0,0238 0,0254

Longitud de los tubos (m)

2,438 2,438

Número de tubos 30 30

Pérdida de carga en tubos (bar)

4,6·10-5 0,00185

Pérdida de carga en carcasa (bar)

0,002 2,396·10-4

Número de deflectores en carcasa 4 4



7.2. Aerorrefrigerantes.

En la línea de cabezas existe una batería o paquete de

aerorrefrigerantes para conseguir el salto térmico deseado.

7.2.1. Material de construcción.

Los tubos estarán fabricados en acero al carbono SA-106,

mientras que los elementos de soporte, las silletas, en acero al carbono

SA-283. El resto de elementos estarán hechos de acero al carbono SA-

285.

7.2.2. Elementos principales.

7.2.2.1. Haz tubular.

Se dispondrán asociados en haces tubulares con un número

determinado de tubos por filas y con una disposición triangular. Los

tubos del haz serán aleteados tipo “Alffin” con unas aletas de las

siguientes dimensiones recogidas en la Tabla XIV.

En la Figura 20 se observa diferentes tipos de tubos aleteados.

Tabla XIV: Dimensiones de las aletas.

Descripción Valor

Altura (cm) 5

Densidad (aleta·m-1) 200-400

Hendidura sobre el tubo (cm) 0,26

Anchura de la aleta (cm) 0,0254

Material Aluminio



Figura 20: Tubos aleteados.

7.2.2.2. Cabezal de distribución.

Se elige cabezal tipo A (canal y carcasa desmontable) por ser el

más usado a nivel industrial.

7.2.2.3. Cabezal de retorno.

Su misión es devolver al fluido que circula por el interior de los

tubos al cabezal de distribución o mandarlo fuera. Se escoge un tipo de

cabezal flotante interno.

7.2.2.4. Pitch.

Distribución de tubos triangular con una separación de 1 pulgada.

7.2.2.5. Ventiladores.

Será necesario disponer de una serie de ventiladores industriales

para la impulsión del aire. Éstos son de tipo axial y se sitúan en la parte



superior del haz de tubos. Su objetivo es impulsar y mover grandes

cantidades de aire para refrigerar el sistema.

7.2.3. Resultados.

En la Tabla XV se recogen los resultados. Será una batería de 4

aéreos unidos por tramos rectos de tuberías.

Tabla XV:

Características de los aerorrefrigerantes de cabeza.

Descripción AR-01 AR-02 AR-03 AR-04

Incremento temperatura 12,5 12,5 12,5 12,5

Calor intercambiado (J·s-1

) 5.122,044 4988,524 4852,671 4731,347

Caudal que circula por tubos (kg·s-1

) 19,655 70759,828 70759,828 19,656

Caudal de aire (kg·s-1

) 0,344 0,335 0,335 0,335

ΔTml 92,973 81,144 81,144 75,642

Coeficiente global de transmisión de calor (W·m

-2·K

-1)

455,130 791,437 439,528 430,807

Pérdida de carga (bar) 0,489 0,490 0,603 0,603

Diámetro externo (m) 0,031 0,023 0,023 0,023

Espesor de los tubos (m) 0,0023 0,0024 0,0024 0,0024

Diámetro interno (m) 0,025 0,0206 0,0206 0,0206

Pitch (m) 0,064 0,064 0,064 0,064

Longitud de los tubos (m) 2,438 2,438 2,438 2,438

Número de tubos 12 12 32 32

Superficie de las aletas (m2) 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025

Número de aletas/tubo 354 346 340 333

Número de tubos por haz 12 12 16 16

Número de haces 1 1 2 2

Anchura del haz (m) 0,77 0,77 0,77 0,77

Anchura del aerorrefrigerante (m) 0,87 0,87 1,68 1,68

Diámetro del ventilador (m) 1,219 1,219 1,219 1,219

Número de ventiladores 8 8 15 15

Potencia del ventilador (W) 116,367 116,367 119,844 119,844



CAPÍTULO 8: Equipos auxiliares de la columna.

La columna de rectificación tendrá los siguientes equipos

auxiliares asociados a la misma:

1. Condensador (CD-01) para transformar el vapor que sale de la

columna a una corriente liquida.

2. Reboiler (RB-01) para producir la vaporización parcial del líquido

que sale por la parte inferior de la columna.

3. Botellón o acumulador de reflujo (BR-01): Pequeña tanque

transitorio para asegurar que el líquido no vuelve al estado

gaseoso y evitar posibles problemas de cavitación en la bomba.

El cálculo de los datos presentados en el presente apartado se

encuentran desarrollados en el Anexo 4: Equipos auxiliares a la

columna de rectificación.

8.1. Condensador de la columna (CD-01).

El condensador será de tipo enfriado por aire, es decir, un

aerorrefrigerante para aprovechar las condiciones climáticas de la zona

y ahorrar dinero.

Por las propias características del intercambiador, el fluido que

circula por el interior de los tubos es el vapor proveniente de la columna

de rectificación, mientras que el fluido refrigerante será aire impulsado

por ventiladores.

El fluido a condensar entra a 137,6ºC en estado vapor, y tras la

condensación sale a 137,4ºC, poniendo en juego los calores latentes de

la sustancia. Como se puede ver la variación de la temperatura es

prácticamente invariante, por lo que se considera una temperatura

constante y que el cambio de fase se produce únicamente por la acción

del calor latente de condensación.



El condensador tipo aéreo estará compuesto por los siguientes

elementos.

Haz tubular: De tubos aleteados.

Cabezales: Un cabezal de retorno y otro de distribución.

Ventiladores: Para impulsar la corriente refrigerante de aire.

8.1.1. Haz tubular.

Los tubos estarán fabricados en acero al carbono SA-106. Se

dispondrán 165 tubos agrupados en 5 filas con 33 tubos por fila y

asociados en 2 haces. Tendrán una disposición triangular de 13 BW,

con un diámetro interno de 0,0135 m. Los tubos del haz serán

aleteados tipo Alffin con unas aletas de las siguientes dimensiones:

Tabla XVI:

Dimensiones de las aletas.

Descripción Valor

Altura (cm) 5




Material Aluminio

8.1.2. Cabezales.

Los cabezales de distribución son elementos similares a la

carcasa, cuya función es recibir el fluido que ha de circular por el interior

de los tubos, distribuirlo y recolectarlo para mandarlo fuera de él. Se

elige cabezal tipo A (canal y carcasa desmontable) por ser el más

usado.

Su misión es devolver al fluido que circula por el interior de los

tubos al cabezal de distribución o mandarlo fuera. Se escoge un tipo de

cabezal flotante interno por su gran facilidad para el mantenimiento,

limpieza e inspección.



8.1.3. Ventiladores.

Será necesario disponer de una serie de ventiladores industriales

para la impulsión del aire. Éstos son de tipo axial y se sitúan en la parte

superior del haz de tubos. Su objetivo es impulsar y mover grandes

cantidades de aire para refrigerar el sistema. Para este condensador se

requerirán 18 ventiladores.

8.1.4. Dimensiones del condensador.

Por lo que el condensador presentará las siguientes propiedades

recogidas en la Tabla XVII y XVIII.

Tabla XVII:

Dimensiones del condensador.

Descripción Valor

Incremento de temperatura en los tubos (K)

0,2

Calor intercambiado (J·s-1)

6,960·106

Caudal que circula por los tubos (kg·s-1)

20,221

Caudal de aire impulsado (kg·s-1)

467,567

Superficie de las aletas (m2)

0,0034

Coeficiente global de transmisión de calor (W·m-2·K-1)

1.075,692


0,0002

Diámetro exterior de los tubos (m)

0,0191


(m) 0,002

Diámetro interior de los tubos (m)

0,0135

Pitch (m)

0,064


6,096

Número de tubos 180



Tabla XVIII:

Dimensiones del condensador

Descripción Valor

Número de aletas por tubos 393

Número de tubos por haz 90

Número de haces 2

Anchura del haz (m)

1,73

Anchura del dispositivo (m)

3,6

Diámetro del ventilador (m)

2,5

Número de ventiladores 18

Potencia del ventilador (W)

535,107

ΔTml 99,807

8.2. Reboiler de la columna.

Es un reboiler inundado tipo “Kettle”. Estará construido por acero

al carbono SA-106 para las tuberías, acero al carbono SA-285 para la

carcasa y acero al carbono SA-283 para la estructura de soporte. Su

justificación está realizada en el anexo correspondiente anteriormente

citado.

A diferencia de los intercambiadores de calor de carcasas y

tubos convencionales, en este caso el vapor es el fluido que circula por

la carcasa, pues es el espacio más adecuado para producir la

separación de las fases de los fluidos.

En la Figura 21 se observa la imagen de un reboiler tipo Kettel

inundado.

En ella se observa una diferencia respecto a los

intercambiadores de calor de carcasa y tubos convencionales y es un

espacio extraordinario entre el cabezal del dispositivo y la pared que

marca el final de los tubos, esta distancia se conoce como parámetro L.

Destacar también como diferencia la existencia de una barrera

ideada para contener el líquido no vaporizado.



Estas diferencias respecto a los intercambiadores de calor se

dimensionaran en los siguientes apartados.

8.2.1. Altura de la barrera (dsi).

En la carcasa existe una barrera para contener el líquido no

vaporizado cuya altura es de 0,591 m. Estará construida por acero al

carbono SA-285

8.2.2. Diámetro del reboiler (dk).

Será el diámetro del fondo, y depende de la altura de la barrera.

Adquiere un valor de 1,935 m.

8.2.3. Parámetro L.

Depende de la longitud de los tubos. Marca la separación entre la

barrera y el cabezal. Toma un valor de 0,9.

Figura 21: Reboiler tipo Kettle inundado. Stanley M. Wales, sección 8.



8.2.4. Dimensiones del reboiler.

Las dimensiones del reboiler se recogen en la Tabla XIX.

Tabla XIX:

Dimensiones del reboiler (RB-01).

Descripción Valor Descripción Valor

Incremento de temperatura de la corriente por tubos

3 Espesor de la carcasa

(mm) 8,159

Incremento de temperatura de la corriente por carcasa

87,3 Diámetro de la carcasa

(m) 0,489

Calor intercambiado (J·s

-1)

2,223·104 Espesor de placas deflectoras

(mm) 6,4

Caudal que circula por tubos (kg·s

-1)

0,014 Diámetro interno

de los tubos (m)

0,0135

Caudal que circula por carcasa

(kg·s-1

) 12,757

Pitch (m)

0,0254

ΔTml 56,999 Longitud de

los tubos (m)

6,096

Coeficiente de transmisión de calor

(W·m-2

·K-1)

13,260 Número de tubos 30

Diámetro externo de los tubos

(m) 0,01905

Pérdida de carga en tubos

(bar) 2,775·10

-5


(mm) 2,5

Pérdida de carga en carcasa

(bar) 1,120·10

-8

Número de placas deflectoras

8

8.3. Acumulador de reflujo (BR-01).

Es un pequeño “tanque transitorio” cuyo objetivo es asegurar el

buen funcionamiento de la bomba existente aguas abajo. Su diseño es

se hace de la misma forma que la de un tanque de almacenamiento.

Sus propiedades se recogen en la Tabla XX y Tabla XXI.

Destacar el gran parecido que tiene con tanques de almacenamiento, y

es que su utilidad se asemeja mucho a la de estos equipos.



Se considera también un recipiente sometido a presión, por lo

que se diseño en base a las normas API 650.

Tabla XX: Dimensiones y características del botellón de reflujo.

Parámetro Valor

Volumen carcasa (m3) 80,204

Diámetro (m) 2,438

Longitud (m) 17,181

Tabla XXI: Dimensiones y características del botellón de reflujo (II).

Fondos

Radio mayor (m) 2,438

Volumen (m3) 1,449

Altura (m) 0,488

Radio menor (m) 0,244

Tipo Koppler

Espesor de la carcasa (mm) 7,9

Según la bibliografía consultada, como el volumen del recipiente

es mayor a 38 m3 el soporte del mismo será una estructura de hormigón

y no se ha de llenar nunca más del 90%.



CAPÍTULO 9: Sistemas de almacenamiento.

En el presente proyecto fin de carrera es preciso el diseño de

depósitos de almacenamiento para las 3 líneas principales del proceso;

la alimentación, la corriente de colas y la corriente de cabezas.

La línea de alimentación se proyectará sujeta a la peor condición

posible, que ni la planta petroquímica ni la torre anterior son capaces de

proporcionarla. Por ello es necesario almacenar dicha corriente.

Mencionar que los equipos de almacenamiento de los productos

de cola y cabeza también serán diseñados, pues forman parte del

proceso.

Los cálculos para los resultados aquí expuestos se han realizado

en el Anexo 5: Equipos de almacenamiento.

9.1. Depósitos de almacenamiento de la alimentación.

El tanque de alimentación tiene como objetivo abastecer de

materia prima a la torre de rectificación, la cual opera a un ritmo de

772,944 kmol·h-1 (71.412,278 kg·h-1). Es necesario el tanque ya que,

como se mencionó anteriormente, se parte de la premisa que niega un

abastecimiento directo de alimentación por parte de la refinería o

cualquier unidad anterior.

9.1.1. Dimensionamiento del tanque.

Una vez mencionada la necesidad de la instalación de estos

equipos es necesario determinar la cantidad de materia que estará

contenida en los mismos. Se establece que habrá que tener

almacenada suficiente alimentación como para abastecer al proceso

durante siete días, por lo que es necesario disponer de 138.788,372 m3

almacenados en tanques de un tamaño de 15.703,135 m3 según el

tamaño normalizado.



Estos depósitos estarán llenos como mucho al 50%, para ser

capaces de absorber un posible aumento de la capacidad de

producción.

Por motivos preventivos en caso de que se produzca una avería

aguas arriba del proceso abastecedor, o que exista algún problema de

otra índole (huelga de transportistas, accidente o paro en la planta) se

duplican los tanques, de manera que se disponen de 4 tanques de

almacenamiento de producto de alimentación. En la Tabla XXII se

recogen las dimensiones de los tanques.

Tabla XXII: Dimensiones de los tanques de almacenamiento de la alimentación.

Diámetro (m)

Volumen (m3)

Altura (m)

Número tanques

36,576 15.703,135 15,782 4

9.1.2. Diseño mecánico del tanque.

Aplicando la norma API 650 se calcula el espesor de la chapa

envolvente del tanque, así como el del techo y el fondo. Tras comprobar

el valor del espesor por medio de pruebas hidraúlicas y por medio de

consideraciones de diseño se llega a dos valores, escogiendo el mayor

de los dos. Tanto la envolvente como el fondo y la pantalla flotante

tendrán el mismo espesor para asegurar la máxima homogeneidad

posible de ellos. El techo exterior fijo tendrá un espesor diferente ya que

no está sometido a tanto desgaste. Los valores de los espesores de los

elementos del tanque se recogen en le Tabla XXIII.

Tabla XXIII:

Espesores de chapa del tanque de alimentación.

Espesor de la carcasa

(mm)

Espesor del fondo

(mm)

Espesor del techo

(mm)

Espesor del techo flotante

(mm) 19,1 19,1 12,7 19,1



9.1.3. Otros elementos del tanque.

9.1.3.1. Cubetos de retención.

Para contener el contenido del tanque en caso de derrame o

rotura se proyectan zonas denominadas cubetos de retención, que

tienen como objetivo evitar el vertido incontrolado del contenido del

tanque.

Ha de tener la capacidad suficiente como para albergar el

contenido total del tanque mayor más el 30% del contenido total de los

restantes. Esto se establece así ya que el producto que se va a

almacenar se puede clasificar como un hidrocarburo clase B.1.

En base al Real Decreto 2085/1994 por el que se aprueba el

reglamento de instalaciones petrolíferas, al diseñar un cubeto de

retención hay que tener en cuenta las siguientes distancias:

1. Pared del cubeto-Tanque: El radio del tanque más grande a

contener.

2. Tanque-Tanque: Como mínimo el diámetro del mayor tanque

presente.

En la Tabla XXIV se exponen las dimensiones de los cubetos de

retención que contienen los tanques de almacenamiento de la

alimentación.

Tabla XXIV:

Dimensiones del cubeto de alimentación.

Lado (m)

Área (m2)

Volumen (m3)

Altura (m)

141,292 19.963,429 32.819,552 1,644

El fondo del cubeto no ha de ser plano, sino que tiene que tener

cierta inclinación hacia un punto de recogida. Dicha inclinación será del

1 metro en vertical cada 100 en horizontal.



Tanto el fondo como las paredes del cubeto deberán estar

debidamente aislados por medio de material aislante que asegure la

estanqueidad del producto a contener durante un periodo mínimo de 48

horas, evitando así posible infiltraciones al suelo que produzcan

contaminaciones del mismo. Las esquinas han de estar reforzadas

Las paredes deben estar constituidas por diques de tierra o

muros de material no combustible resistente a la presión de los

hidrocarburos que puedan ser derramados.

Han de estar provistos de un sistema de drenaje para aguas sin

contaminar. Estos están formados por una tubería de 20 cm de

diámetro mínimo situada en el punto más bajo y una válvula en el

exterior del cubeto que permita la evacuación de las aguas de lluvia y

de refrigeración de los tanques a la red de aguas limpias, así como una

bomba de trasiego. Estas tuberías han de atravesar el murete interno

que compartimenta los diferentes tanques (de 0,70 m de altura) por un

espacio tal que permita la dilatación de la tubería.

Estos sistemas de drenaje han de ser capaces de separar las

aguas hidrocarburadas o susceptibles de serlo de las aguas no

contaminadas, ya que las primeras requerirán un tratamiento de

depuración.

Las aguas hidrocarburadas se recogen por medio de un

sumidero, y su red de drenaje está constituida por unas tuberías

subterráneas con un diámetro mínimo de 100 mm enterradas a una

distancia de 600 mm de la superficie. En aquellas zonas donde haya un

cruce de calles o circulen vehículos pesados se enterrarán a más

profundidad o se protegerán adecuadamente para evitar su rotura con

manguitos.

La red de aguas no contaminadas ha de poderse aislar de su

punto de vertido normal y conectarse o a un estanque de reserva o a

una instalación de depuración cuando estas aguas puedan estar

hidrocarburadas.

El cubeto ha de estar rodeado por un murete en su perímetro

exterior de manera que la altura global no supere los 3 m. En el caso

del cubeto del tanque de alimentación la altura del murete será de 0,37



m. También tiene que estar circunscrito por vías al menos en una cuarta

de 4 metros de anchura y como mínimo 4,5 metros de altura libre.

Además de la propia estructura del tanque y del cubeto de

retención existen otros elementos que es preciso cuantificar y cuya

función es esencial.

9.1.3.2. Fondo y cabeza.

El tipo de tanque de almacenamiento seleccionado es un

depósito cilíndrico vertical de techo fijo y flotante.

9.1.3.3. Sistemas de venteo.

Son sistemas de seguridad que se instalan en los tanques para

evitar la formación de vacío o presión interna, ya que esto conllevaría la

posible deformación de los equipos por las variaciones de presión que

se producen con el funcionamiento del tanque (llenado o vaciado entre

otros).

Están formados por válvulas colocadas en la parte superior del

tanque del tipo presión-vacio. En el momento en el que el tanque esté

llenándose se activa dejando escapar aire, funcionando de forma

inversa cuando se está vaciando.

9.1.3.4. Sistemas de vaciado y llenado.

Tanto el llenado como el vaciado se producen por medio de

tuberías conectadas al tanque.

La de llenado está conectada por medio de una conexión

roscada y la de vaciado por medio de una bridada.



9.1.3.5. Soporte del tanque.

El tanque estará soportado por una estructura de hormigón de

0,5 m de altura. Dicha estructura está situada sobre una plataforma

elevada como mínimo 0,3 m del suelo, otorgando estabilidad al equipo.

9.1.3.6. Elementos de inspección y mantenimiento.

Esta sección hace referencia a las bocas de hombre y las

escalerillas adheridas al depósito.

En un tanque de estas dimensiones se precisa la colocación de 2

bocas de hombre de 24’’ (0,609 m), una en el techo y otra en el casco.

9.2. Depósitos de almacenamiento del producto de cabezas.

El objetivo de estos tanques es almacenar durante 7 días el

tolueno purificado que proviene de la columna. A él llegará una

corriente de producto a razón de 768,532 kmol·h-1 (70.758,465 kg·h-1).

Será necesario almacenar 14.466,864 m3.

En este caso también existirá un depósito de menor tamaño

denominado depósito de “rundown”, donde se almacena una pequeña

cantidad de producto (periodo máximo de dos días) con el fin de

analizar su composición y realizar pruebas antes de almacenarlo

definitivamente.


Se siguen las mismas normas de funcionamiento que rigieron el

diseño de los depósitos de alimentación. En resumen, las dimensiones

del tanque se reflejan en la Tabla XXV.



Tabla XXV:

Dimensiones de los tanques de almacenamiento de cabezas.

Diámetro (m)

Volumen (m3)

Altura (m)

Número Tanques

40,843 15.973,975 12,192 4

Ocurre lo mismo para el depósito de “rundown”. Se sigue la

misma normativa para el cálculo de sus dimensiones, expuestas en la

Tabla XXVI.

Tabla XXVI: Dimensiones del tanque de “rundown” del producto de cabezas.

Diámetro (m)

Volumen (m3)

Altura (m)

Número Tanques

21,336 5.223,711 14,63 1


Se sigue el mismo proceso que se siguió para el diseño

mecánico del tanque de alimentación. En la Tabla XXVII se recogen

los espesores de los distintos elementos que conforman el tanque.

Por otro lado, en la Tabla XXVIII se ven reflejados los espesores

calculados para el tanque de rundown.

Para este cálculo se ha seguido la misma normativa que para los

tanques de alimentación.

Tabla XXVII:

Espesores del tanque de almacenamiento del producto de cabezas.

Espesor de la

carcasa

(mm)

Espesor

del fondo

(mm)

Espesor

del techo

(mm)

Espesor del

techo flotante

(mm)

7,9 7,9 7,3 7,9



Tabla XXVIII:

Espesores del tanque de “rundown” del producto de cabezas.

Espesor de la

carcasa

(mm)

Espesor

del fondo

(mm)

Espesor

del techo

(mm)

Espesor del

techo flotante

(mm)

9,5 9,5 8,865 9,5



El producto que sale por la cabeza de columna es una mezcla de

hidrocarburos clasificable como del tipo B1, de manera que se pueden

adoptar las mismas condiciones de almacenamiento que se tomaron en

el tanque de alimentación.

Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla XXIX:

Tabla XXIX:

Dimensiones del cubeto de retención de los tanques del producto de cabezas.

Lado largo

(m)

Lado corto

(m)

Área

(m2)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

211,53 146,913 31.917,666 35.100,432 1,167

El depósito de “rundown” está contenido dentro de este cubeto,

por eso en este caso la geometría del mismo no es cuadrada sino

rectangular.

9.2.3.2. Fondos y cabezas.

El tipo de tanque de almacenamiento seleccionado es un

depósito cilíndrico vertical de techo fijo y flotante.




Se instalarán tanto en los depósitos de almacenamiento como en

el tanque de rundown como elemento de seguridad. Son del mismo tipo

y funcionan de la misma forma que las válvulas de venteo de los

depósitos de alimentación.


Se realizan por medio de tuberías conectadas al tanque de igual

manera que para el depósito de almacenamiento de producto de

cabezas.

9.2.3.5. Soporte del tanque.


0,5 metros de altura. Dicha estructura está situada sobre una

plataforma elevada como mínimo 0,3 m del suelo, otorgando estabilidad

al equipo.


Su instalación esta reglada por la misma normativa que para los

tanques de almacenamiento de la alimentación.

La escalerilla tendrá dos plataformas, una a los 8 metros y otra

en la parte superior.

El depósito de rundown ha de cumplir también con estas

medidas de seguridad. Instalando el mismo número de bocas de

hombre en los mismos lugares y una escalerilla de similares

características.



9.3. Depósitos de almacenamiento del producto de colas.

Serán necesarios para almacenar el producto secundario del

este proceso, el bifenilo. Se produce a un ritmo de 4,412 kmol·h-1

(656,803 kg·h-1) y se almacenará durante un periodo de 7 días.

Como producto secundario será necesario conocer si la

composición varía respecto a la esperada en las consideraciones

iniciales, por lo que es necesaria la instalación de un depósito de

“rundown”.


Las dimensiones de estos depósitos se recogen en la Tabla

XXX.

Tabla XXX:

Dimensiones de los tanques de almacenamiento de producto de colas.

Diámetro

(m)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

Número

Tanques

6,401 160,732 5,433 4

El depósito de “rundown” se diseña de la misma manera que se

hizo los para cabezas. Sus dimensiones se recogen en la Tabla XXXI.

Tabla XXXI: Dimensiones del tanque de “rundown” del producto de colas.

Diámetro

(m)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

Número

Tanques

4,572 79,494 4,877 1




Los espesores de los tanques de almacenamiento se calcularon

siguiendo la misma normativa, al igual que el tanque de “rundown” que

se ha utilizado tanto en cabezas como en alimentación.

Los valores de los espesores de ambos tanques están recogidos

en la Tabla XXXII.

Tabla XXXII:

Espesores de los tanques de almacenamiento y “rundown” del producto de colas.

Espesor de la

carcasa

(mm)

Espesor

del fondo

(mm)

Espesor

del techo

(mm)

7,9 7,9 7,27


9.3.3.1. Cubeto de retención.

La corriente de colas, al igual que el resto de corrientes que

circulan por el proceso es una mezcla de hidrocarburos. Ésta se puede

clasificar como clase D, por lo que cambian las consideraciones de la

capacidad total del cubeto de retención.

En este caso, según norma se establece que no existe limitación

para el almacenamiento, por lo que situándose en las peores

condiciones posibles ha de ser capaz de contener el volumen de los

cuatro tanques de y el de “rundown”.

Las dimensiones del cubeto se pueden ver en la Tabla XXXIII.



Tabla XXXIII:

Dimensiones del cubeto de retención.

Lado largo

(m)

Lado corto

(m)

Área

(m2)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

40,486 30,069 1.217,374 796,199 0,654

9.3.3.2. Fondos y cabezas.

En este caso el techo de los depósitos son cónicos

autosoportados.

El fondo sigue como el resto de tanques, una chapa plana con

una pendiente del 1%.


Incorporan sistemas de venteo por seguridad idénticos a los de

los anteriores depósitos.


Análogamente a los anteriores se realiza a través de tuberías.

9.3.3.5. Soportes del tanque.


0,5 metros de altura.

Dicha estructura está situada sobre una plataforma elevada

como mínimo 0,3 m del suelo, otorgando estabilidad al equipo.




Se instalará una escalerilla sin jaula y con una sola plataforma en

la parte superior de los depósitos, tanto de almacenamiento como de

“rundown” y se dispondrá de dos bocas de hombre una en el casco y

otra en el techo.



CAPÍTULO 10: Sistema de tuberías y

accesorios.

En el presente capítulo se expondrán los resultados recogidos en

el Anexo 6: Sistemas de tuberías y accesorios, donde se

desarrollaron los cálculos para obtener tanto el diámetro exterior como

el interior y el espesor de las tuberías.

10.1. Sistema de tuberías.

En las plantas químicas los sistemas de tuberías son esenciales

para llevar las corrientes de fluidos de un punto a otro de la planta y de

un equipo a otro.

Suponen una partida presupuestaria considerable, ya que son

equipos bastante abundantes en estas instalaciones.

A la hora de hacer un diseño de tuberías, es preciso tener en

cuenta factores tales como el tiempo de vida o la corrosividad del

producto que circula por ellas, ya que esto marcaría el correcto

funcionamiento de la misma.

No tienen por qué ser tramos rectos, pueden cambiar de

dirección por medios de accesorios tales como codos o tes, pudiendo

llegar a formar entramados laberínticos.

El proceso se divide en tres líneas principales, la línea de

alimentación, la de cabeza y de colas, cada una de las cuales a su vez

está compuesta por diferentes conducciones, separadas por un cambio

en las condiciones o la presencia de algún equipo, como por ejemplo

bombas o intercambiadores de calor.

En el sistema están presentes las siguientes conducciones:

Conducción 1: Del depósito (TA-01) a la bomba ( B-01).

Conducción 2: De la bomba (B-01) al intercambiador de calor (IC-

01).



Conducción 3: Del intercambiador de calor (IC-01) a la torre de

rectificación (T-01).

Conducción 4: Corriente de vapor que va de la torre al

condensador.

Conducción 5: Corriente líquida que va del condensador al

botellón de reflujo.

Conducción 6: Corriente líquida que va del botellón de reflujo a la

bomba (B-03).

Conducción 6.a: Corriente líquida que va del botellón de reflujo a

la bomba (B-05).

Conducción 6.b: Corriente líquida que va de la bomba (B-05) de

vuelta a la torre.

Conducción 7: Corriente líquida que va de la bomba a la batería

de aerorrefrigerantes.

Conducción 8: Corriente líquida que va de la batería de

aerorrefrigerantes a la válvula de desahogo.

Conducción 9: Corriente líquida que va de la válvula de

desahogo a los tanques de almacenamiento.

Conducción 10: De la torre al reboiler.

Conducción 10.a: Del reboiler a la torre.

Conducción 11: Del reboiler a la bomba.

Conducción 12: De la bomba al intercambiador de calor.

Conducción 13: Del intercambiador de a la válvula de desahogo.

Conducción 14: De la válvula de desahogo a los tanques.

En la Figura 22 se puede ver una distribución de los equipos así

como de las medidas de las conducciones presentes en el proceso.

La azul es la línea de alimentación, que va desde el parque de

tanques de alimentación (TA-01) a la columna (T-01).

La roja es la línea de cabezas, que va desde la columna (T-01) al

parque de tanques de cabezas (TA-02).

Por último, la línea verde es la línea de colas, que va desde la

columna (T-01) al parque de tanques de colas (TA-03).



IC-0

1

C-0

1

IC-0

2

AR

-01,

AR

-02

, A

R-0

3,

AR

-04

,

RB

-01

BR

-01

TA

-01

TA

-02

TA

-03

141.292 mm

2000 mm3

00

0 m

m3

00

0 m

m9

00

0 m

m9000 mm3000 mm

9.0

00

mm

3.0

00

mm

6.0

00

mm

9.0

00

mm

NO

TA

:

1. E

l d

iag

ram

a r

ep

rese

nta

do

no

está

a e

sca

la, se

usa

co

mo

sim

ple

re

fere

ncia

.

2. L

as m

ed

ida

s y

co

tas e

stá

n e

xp

resa

da

s e

n m

ilím

etr

os.

146.913 mm 30.069

3.0

00

mm

3.0

00

mm

1.000 mm 1.000 mm

CD

-01

Fig

ura

2

2:

Dis

trib

ució

n d

e lo

s e

qu

ipo

s.



En la Tabla XXXIV, XXXV y XXXVI se puede ver un resumen de

las características de las conducciones.

Tabla XXXIV:

Datos de las conducciones de la línea 1.

Conducción Diámetro interior (mm)

Diámetro exterior

(mm)

Espesor (mm)

Velocidad (m·s-1)

1 266,244 273,051 3,404 0,409

2 134,493 141,301 3,404 1,605

3 134,493 141,301 3,404 1,605

Tabla XXXV: Datos de las conducciones de la Línea 2.


Diámetro exterior

(mm)

Espesor (mm)

Velocidad (m·s-1)

4 495,301 508,002 6,3500 17,71

5 135,763 141,301 2,7686 1,858

6 36,627 42,164 2,7686 0,716

6.a 135,763 141,301 2,7686 1,806

6.b 20,930 26,670 2,8702 2,194

7 135,763 141,301 2,7686 1,806

8 135,763 141,301 2,7686 1,806

9 135,763 141,301 2,7686 1,806

Tabla XXXVI: Datos de las conducciones de la Línea 3


Diámetro exterior

(mm)

Espesor (mm)

Velocidad

10 162,738 168,276 2,769 1,490

10.b 596,902 609,602 6,350 15,60

11 20,930 26,670 2,870 0,636

12 10,744 17,145 3,048 2,45

13 10,744 17,145 3,048 2,07

14 10,744 10,287 3,048 2,07



Para tener una imagen más visual de la red de tuberías, a modo

de representación en el plano se colocará de nuevo el diagrama del

proceso, en donde están reflejados los equipos y esta vez se

nombrarán las conducciones.

Las conducciones se han diseñado en base a la normativa ANSI

B31.3 del código B31.

También se han calculado las pérdidas de carga del fluido a

través de las tuberías, por medio de la ecuación de Darcy,

cosechándose los siguientes resultados resumidos en la tabla

En la Tabla XXXVII se resumen los resultados de las pérdidas de

carga de las conducciones, así como otros valores obtenidos en su

desarrollo.

Tabla XXXVII:

Pérdidas de carga.

Conducción Pérdida de carga

(m)

1 0,091

2 1,919

3 1,783

4 39,107

5 0,060

6 0,784

6.a 0,057

6.b 7,448

7 0,601

8 + 9 3,409

10 0,144

10.b 3,792

11 0,279

12 3,145

13 +14 92,227

10.2. Material.

El material de las tuberías al no existir ningún fluido corrosivo no

ha de ser especialmente resistente a la corrosión. Por ello se utiliza un

acero al carbono SA-106, sugerido para conducciones.



Las tuberías estarán aisladas térmicamente para no perder

eficacia al ceder temperatura al medio. Se recubrirán de una capa de

lana de roca.

10.3. Accesorios.

A lo largo de las conducciones existen accesorios colocados en

ellas cuya presencia incrementa las pérdidas de carga que pueden

darse en la conducción, pero que es necesaria para cumplir algún

objetivo en específico, como por ejemplo dejar pasar fluido o bifurcarlo.

Estos son los “elementos no naturales” los accesorios que se

usaran en el presente proyecto fin de carrera se clasifican en los

siguientes grupos:

1. Válvulas.

2. Accesorios que propician un cambio de dirección del flujo.

3. Otros accesorios.

10.3.1. Válvulas.

De forma genérica se entiende por válvula:

“Dispositivos que sirven para controlar o impedir la circulación de

un fluido por una conducción”.

Diccionario Real Academia Española de la Lengua.

Se utilizan para cumplir una serie de fines:

1. Impedir, controlar o regular el paso de flujo por una sección de

una conducción.

2. Aliviar la presión de un equipo en caso de que se produzca una

variación en la presión óptima para el buen funcionamiento del

equipo.



En el presente proyecto fin de carrera se usaran cuatro tipos

diferentes de válvulas dependiendo de la función que tengan que

cumplir.

1. Válvulas de globo.

2. Válvulas de compuerta.

3. Válvulas de retención.

4. Válvulas de reducción.

10.3.1.1. Válvula de globo.

Este tipo de válvulas se

engloban dentro del grupo de

Válvulas de regulación. Son las

más usadas para la regulación del

caudal.

Adecuadas para producir

estrangulamiento debido a la

resistencia que presenta ante el

flujo, por lo que será la que esté

presente en la mayoría de los

lazos de control.

En la Figura 23 se puede

ver una representación de una válvula de globo.

10.3.1.2. Válvula de compuerta.

Este tipo de válvulas se encuadran dentro del grupo de Válvulas

de corte de flujo.

Su función básica es la de cerrar o abrir por completo un posible

camino de un fluido en una conducción, sin ninguna posición intermedia

ya que produciría un desgaste excesivo en el dispositivo de cierre de la

válvula llamado órgano de cierre.

Figura 23: Válvula de globo. (Greene et col, 1.987)



Cuando están totalmente abiertas el diámetro de paso de flujo es

el diámetro de la conducción.

En la Figura 24 se puede ver una válvula de compuerta

10.3.1.3. Válvula de retención.

Este tipo de válvulas se encuadran

dentro del grupo de Válvulas de corte de

flujo

Solo permiten el paso de fluido en

un solo sentido. Se abren debido a la

presión del fluido que circula en un

determinado sentido; cuando se detiene el

flujo o tiende a invertirse, la válvula cierra

automáticamente por gravedad o por

medio de un resorte que presiona la pieza

móvil.

En la Figura 25 se puede ver una

válvula de retención.

Figura 24: Válvula de compuerta. (Greene et col, 1.987)

Figura 25: Válvula de retención. (Greene et col, 1.987)



10.3.1.4. Válvulas de reducción.

La misión de estas válvulas es

la de reducir la presión, por lo que se

usan junto a otros elementos como

discos de ruptura como sistema de

seguridad y alivio de presión. Se

conectan en paralelo (la válvula y el

disco) para aumentar la capacidad de

protección del sistema de frente a

aumentos de presión.

En la Figura 26 se observa una

válvula de reducción.

Las válvulas se construirán de acero al carbono SA-185.

10.3.2. Accesorios para el cambio de dirección.

10.3.2.1. Codos.

Son accesorios cuya única función es la variación de la dirección

del flujo. Para ello se construyen en diferentes ángulos (los más

comunes son 45 y 90 grados) y longitudes (largos y cortos).

A mayor tamaño del codo más suavizados se verán los efectos

del cambio de dirección en las pérdidas de carga, por lo que se decide

por instaurar en la planta todos los codos largos.

10.3.2.2. Tes.

Por último, para dividir una corriente en dos o para unir dos

corrientes en una se usan estos elementos.

Figura 26: Válvula de reducción. (Greene et col, 1.987).



10.3.3. Otros accesorios.

Las reducciones y ensanchamientos tienen como objetivo facilitar

la unión entre secciones de diferente diámetro que de otra forma no

podrían conectarse.

10.3.3. Listado de accesorios.

En la unidad de separación se encuentran los siguientes

accesorios distribuidos a lo largo de las tres líneas en las que se divide

el proceso alimentación (línea 1), cabezas (línea 2) y colas (línea 3).

En la Tabla XXXVIII se puede ver un resumen de todos los

accesorios antes mencionados, así como de la cantidad presente.

Tabla XXXVIII: Listado de accesorios.

ACCESORIOS CANTIDAD

Válvulas de Globo 5

Válvulas de Compuerta 6

Válvulas de Retención 5

Válvulas de Reducción 3

Codos 90º 25

Codos 45º 12

Tes 6

Reducciones 2

10.4. Uniones.

Una vez enumerados los accesorios y definidas las conducciones

es necesario establecer el método por el que se conectaran.

La unión tubería-tubería y equipo-tubería se hará por medio de

conexiones bridadas ya que favorecen las tareas de mantenimiento y



proporcionan la suficiente estanqueidad como para evitar posibles fugas

del fluido.

Por otro lado, la conexión entre las tuberías y los accesorios se

hará por medio de uniones roscadas, ya que son uniones más

manejables.



CAPÍTULO 11: Sistemas de impulsión.

El cálculo de las características de las bombas que se instalaran

en el sistema se realizan en el Anexo 7: Sistemas de impulsión.

Se requieren 4 bombas, las cuales se duplican por motivos de

seguridad, por lo que se instalaran 8 bombas distribuidas de la siguiente

forma:

1. B-01 y B-02: En la línea de alimentación. Se usa para impulsar el

producto del tanque de almacenamiento de la alimentación (TA-

01) a la columna (T-01).

2. B-03 y B-04: En la línea de cabezas. Se usa para devolver el

destilado a la columna.

3. B-05 y B-06: En la línea de cabezas. Se usa para impulsar el

destilado al tanque de almacenamiento de cabezas (TA-02).

4. B-07 y B-08: En la línea de colas. Se usa para impulsar el

producto de colas de la columna (C-01) al parque de

almacenamiento del producto de colas (TA-03).

11.1. Selección.

Su selección se realizó por métodos gráficos en función del

caudal que ha de impulsar y la carga que ha de impulsar, llegando a la

conclusión de que todas las bombas han de ser centrífugas.

En la Tabla XXXIX se recogen los parámetros de la gráfica.

Tabla XXXIX:

Parámetros usados para la selección de bombas.

Bomba H

(m) Caudal (m3·s-1)

H (ft)

Caudal (gpm)

B-01 2,037 0,023 0,686 364,557

B-03 1,00 0,001 3,280 15,850

B-05 0,218 0,026 0,715 412,108

B-07 0,555 0,0002 1,820 3,170



11.2. Datos de las bombas.

En la Tabla XL se pueden ver los parámetros característicos de

las bombas, así como el modelo seleccionado.

Tabla XL: Parámetros de las bombas.

Bomba Potencia NPSHd

(m) NPSHr

(m) Modelo

B-01 38,129 7,341 5

Bomba centrífuga de la casa Johnson. CombiPro

n=1.500 rpm

B-03 7,399 2,068 1,5

Bomba centrífuga de la casa Johnson. CombiPro Monobloc

n=1.000 rpm

B-05 41,865 2,780 1,7

Bomba centrífuga de la casa Johnson. CombiPro Monobloc

n=1.000 rpm

B-07 0,905 15,728 4

Bomba centrífuga para servicio

industrial de la casa Chempump.

n=1.450 rpm



CAPÍTULO 12: Elementos de control.

12.1. Introducción.

El control de procesos se puede definir como:

“Control automático de la fabricación de un producto a través de

varias etapas con el uso libre de maquinaria para ahorrar trabajo

manual y esfuerzo mental”.

Diccionario Inglés de Oxford.

El objetivo general de una planta química es transformar unas

materias primas en unos productos deseados de una forma segura,

económica y respetuosa con el medio ambiente. Para ello los equipos

que integran la planta deben operarse correctamente desde que la

planta arranca hasta que se realice una parada por motivos técnicos o

por una revisión.

Mientras funciona la planta está sujeta a perturbaciones o

influencias externas inevitables, tales como variaciones en la

composición de la materia prima, caudales o calidad del producto

fabricado. Por ello es necesario realizar una vigilancia constante sobre

el proceso y actuar en consecuencia a fin de corregir las desviaciones

indeseadas. De esta manera, dentro de una planta existen variables

sobre las que se puede actuar modificando su valor, otras que se usan

simplemente como referencia para comprobar el correcto

funcionamiento y otras sobre las cuales es imposible actuar.

Para controlar y modificar las diferentes variables de la planta es

preciso instaurar un sistema de control cuyo objetivo es alcanzar una

operación segura y estable de la planta. Actualmente estos sistemas de

control se encuentran totalmente automatizados y han de cumplir los

siguientes requisitos:

1. Seguridad: Es un requerimiento primario para evitar accidentes.

Generalmente está ligado a que determinadas variables como la

temperatura, niveles o presión no excedan unos valores límites.



2. Estabilidad de la operación: Se ha de lograr llegar a una

operación sin oscilaciones en las variables que puedan llevar al

proceso a situaciones peligrosas o a períodos durante los cuales

el producto obtenido está fuera de las especificaciones

deseadas. Para ello la acción correctora sobre la planta ha de

producirse con la suficiente intensidad y en el momento

apropiado.

3. Funcionamiento de los equipos: El sistema de control ha de

impedir que se produzcan unas condiciones de operación que

pueda deteriorar los equipos o produzcan una caída de

rendimiento inaceptable.

4. Producción de la planta: Se ha de ajustar a la demanda en cada

momento, tanto en cantidad como en calidad.

El sistema de control ha de ser capaz de operar la planta en

condiciones óptimas en la que se consigue el menor coste de operación

o el máximo beneficio. Pero el mayor inconveniente es que estas

condiciones óptimas de operación no son constantes, sino que

dependen de los valores que tengan las variables de perturbación en

cada momento.

El proceso a seguir para controlar una variable es simple. En

primer lugar se realiza una medida de esa variable o de otra que de una

información sobre el comportamiento o estado de la variable a controlar.

Posteriormente esta señal llega a un controlador donde anteriormente

se había establecido un valor límite a partir del cual se ha de actuar y

cómo hacerlo. Finalmente según la interpretación o el protocolo de

actuación del controlador se actúa sobre el elemento final, que

generalmente son válvulas.

12.2. Variables.

Las variables más comunes sobre las que se actúa son presión,

caudal, temperatura y el nivel, las cuales se describirán a continuación.



12.2.1. El nivel.

Se entiende el nivel de un líquido como:

“La altura a la que llega la superficie de un líquido en el interior

de un recipiente”.

Real Academia Española de la Lengua.

Se controlará en los tanques, acumulador de reflujo y en el

reboiler. Su control es de suma importancia, pues un adecuado

seguimiento evita el desbordamiento o el vaciado de los recipientes

contenedores.

12.2.2. La temperatura.

Se entiende la temperatura como:

“Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los

cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es

el kelvin (K)”.


Se controlará a la salida de los intercambiadores de calor y a lo

largo de la columna para asegurar un correcto funcionamiento, ya que

una variación de la temperatura altera las propiedades físicas tales

como la densidad o viscosidad de cada corriente.

12.2.3. La presión.

Se entiende la presión como:

“Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo o

un fluido por unidad de superficie. Su unidad en el Sistema

Internacional es el pascal (Pa)”.




Se controlará especialmente en la columna de destilación, equipo

principal del presente proyecto fin de carrera.

12.2.4. El caudal.

Se entiende el caudal como:

“La cantidad de materia, expresada en peso o en volumen, que

fluye por un determinado lugar por unidad de tiempo”


Se controlará en aquellas líneas donde tenga que circular una

cantidad determinada de producto.

12.3. Control en la planta.

El control en la planta se va a realizar por líneas de producción,

las cuales se definieron anteriormente, pero se recuerdan.

1. Línea 1 o de alimentación: La que va desde el parque de tanques

de almacenamiento de la alimentación (TA-01) a la columna.

2. Línea 2 o de cabezas: Encargada de llevar el vapor condensado

a los tanques de almacenamiento de cabezas (TA-02).

3. Línea 3 o de colas: Encargada de llevar el líquido de colas desde

la columna al parque de almacenamiento de colas (TA-03).

En el control de la planta se seguirán las siguientes estrategias

de control.

12.3.1. Lazo cerrado.

En este tipo de control se realiza un seguimiento de forma

continua de la variable de proceso (la que se está controlando),

mandando una señal al controlador el cual la compara con un valor



estándar o “set point”. En función del valor el controlador actúa sobre el

elemento final, generalmente una válvula.

12.3.2. Lazo en cascada.

Consiste en dos lazos cerrados relacionados entre sí, actuando

uno como primario y otro como secundario. Uno de los lazos mide la

variable que se desea mantener invariante por medio de un sensor, y

envía la señal a un controlador (Controlador 1). Por otro lado, el otro

lazo mide mediante un sensor también otra variable cuyo cambio

afectaría a la que se desea mantener constante y envía la señal a otro

controlador (Controlador 2).

Este último controlador manda una señal al Controlador 1, el cual

la compara con un “set point”, al igual que la señal que viene del primer

sensor y actúa en consecuencia para procurar obtener el valor

deseado, evitando el desvío de las condiciones que propiciarían el

comportamiento buscado.

Mencionar que en los diagramas de control han de existir

convertidores de señal para transformar la señal u orden del controlador

a una acción “física”, por lo que antes de cada válvula se colocan

convertidores de intensidad presión.

12.3.3. Lazo de relación.

Su uso más extendido es para que dos corrientes mantengan

una relación, de caudales generalmente.

Por ello es necesario que existan dos sensores que controlen el

caudal de cada una de las corrientes que envíen una señal a un

controlador (donde está marcada la relación que se ha de tener como

un “set point”.

Este controlador es el encargado de mandar la orden de cerrar o

abrir las válvulas de las corrientes involucradas para que se encuentren

en la relación adecuada.



12.4. Línea de alimentación.

En la presente línea existirán 3 lazos de control:

1. Lazo 1: Lazo cerrado para controlar el nivel del tanque de

partida.

2. Lazo 2 y 3: Lazo cerrado para controlar el camino que sigue el

fluido.

3. Lazo 4: Lazo en cascada para asegurar un correcto

funcionamiento del intercambiador de calor.

12.4.1. Lazo 1: Control del nivel del tanque de alimentación.

Es un lazo cerrado cuyo objetivo es vigilar en todo momento el

nivel del tanque de alimentación, evitando que sea menor al 10% del

tanque. Está provisto de un medidor de nivel que manda una señal de

forma continua a un controlador, el cual ejecuta la acción pertinente de

abrir o cerrar la válvula.

El sensor capta la señal del nivel del líquido en el interior del

tanque por medio de un flotador, y manda una señal al controlador, el

cual la compara con su punto de consigna o “set point”. En este caso se

procura que el nivel nunca sea inferior al 10% del tanque. Si es mayor

el controlador manda una señal a la válvula para que permanezca

abierta. En caso contrario se cerrará evitando el vaciado del equipo y se

abrirá otra válvula de uno de los cuatro tanques presentes en la zona de

alimentación mientras el otro se llena.

También ha de estar provisto de una alarma para que en caso de

que el nivel del tanque sea muy bajo alerte de tal situación para poder

rectificarla cerrando la válvula.

En la Figura 27 se puede ver una representación gráfica del lazo

cerrado descrito anteriormente para controlar el nivel del tanque de

alimentación.



TA-01V-1

L-1

LT-1

L-1

LC-1

L-1

I/P

Figura 27: Lazo cerrado de control de nivel.

12.4.2. Lazo 2 y 3: Control el camino del flujo.

Con este lazo se pretende conocer cuando circula fluido por su

camino normal (a través de B-01) o a través del bypass. Estarán

provistos de dos sensores de caudal, los cuales alertan a los

respectivos controladores de si está pasando o no caudal por esas

conducciones. La situación normal es que el caudalímetro C-01 registre

caudal y mantenga cerrada la válvula V-4. Al mismo tiempo el

caudalímetro C-02 no registra señal y mantiene abierta la válvula V-2.

En la Figura 28 se recoge un diagrama del lazo 2 y 3. Ambos

son lazos cerrados.

V-2B-01

V-3

V-4B-02

V-5C-02

C-01

L-3

FC-1

L-2

I/P

L-3

I/PL-2

FC-1

Figura 28: Lazos cerrados para el control del flujo.



12.4.3. Lazo 4: Control del intercambiador de calor.

Es un lazo en cascada. Un sensor de temperatura mide la

temperatura de la corriente de salida que va por tubos del

intercambiador a la salida del mismo (TT-01) y envía una señal a un

controlador de temperatura (TC-01). Al mismo tiempo un caudalímetro

(C-3) a la entrada del intercambiador envía su señal a un controlador de

caudal.

El controlador de temperatura interactúa con el de caudal

mandándole una señal, la cual compara con un valor establecido,

comprobando que el intercambiador funciona correctamente.

Si los datos recibidos no son los adecuados, el controlador actúa

en consecuencia mandando una señal para abrir o cerrar la válvula (V-

6) de la corriente que va por carcasas, la calefactora. De esta manera

permite un mayor o menor paso de fluido calefactor, modificando de

esta forma la temperatura de salida del intercambiador.

En la Figura 29 se observa la disposición de este lazo.

IC-01

C-03

L-4

TT-1

L-4

TC-1

L-4

FC-1 V-6

A COLUMNA C-01

L-4

I/P

Figura 29: Lazo en cascada para el control del intercambiador

de calor IC-01.



12.5. Línea de cabezas.

En la presente línea se encuentran los siguientes lazos:

1. Lazo 5: Lazo cerrado. Control de la presión en cabeza de

columna.

2. Lazo 6: Lazo en cascada. Control de la temperatura a la salida

del condensador.

3. Lazo 7: Lazo de relación. Control del caudal a la salida del

botellón de reflujo.

4. Lazo 8 y 9: Lazos cerrados. Control del flujo por las bombas B-03

y B-04.

5. Lazo 10 y 13: Lazos cerrados. Control de flujo por las bombas B-

05 y B-06.

6. Lazo 14: Lazo en cascada. Control de la temperatura a la salida

de los aerorrefrigerantes.

7. Lazo 15: Lazo cerrado. Control del nivel de los tanques de

almacenamiento de cabezas TA-02.

12.5.1. Lazo 5: Control de la presión en cabezas.

Es un lazo cerrado. En este caso el sistema estará provisto de un

controlador de presión (PC-1), un convertidor de señal y un transmisor

(PT-1), el cual mide la presión a la salida del vapor en cabezas.

En el caso de que la presión aumente mucho el transmisor

manda una señal al controlador que actúa sobre la válvula abriendo la

válvula para dejar pasar más caudal en caso de que la presión sufra un

aumento no deseado.

En la Figura 30 se puede ver una representación del lazo de

control.



C-01

CD-01

V-7

L-5

PT-1

L-5

PC-1

I-18

I/P

Figura 30: Lazo cerrado de control de la presión en cabeza de columna (Lazo 5).

12.5.2. Lazo 6: Control de la temperatura a la salida del

condensador.

Es un lazo en cascada con la misma morfología que el Lazo 4,

pero en lugar de actuar sobre una válvula, al ser un aerorrefrigerante la

orden se manda al ventilador, haciéndolo girar más rápido si se

necesita un mayor grado de condensación o despacio en el caso

contrario.

En la Figura 31 se observa la morfología del lazo.

CD-01

V-7

L-6

TT-1

L-6

TC-1

L-6

FC

L-6

I/P

C-4

Figura 31: Control de la temperatura del condensador.



12.5.3. Lazo 7: Control de los caudales a la salida del acumulador.

Es un lazo de relación. En el presente lazo de relación, se

realizan dos medidas de caudal, una para la corriente que se extrae del

proceso y otra para la línea que se recircula a la columna.

En éstas, dos caudalímetros (C-5 y C-6) mandan señales a dos

controladores (FC-1 y FC-2). Si la relación entre ambas corrientes no es

la adecuada se modifica la apertura de las válvulas para conseguir la

relación deseada. La morfología del lazo se puede ver en la Figura 32.

Figura 32: Lazo de relación para controlar la relación de los

caudales a la salida del acumulador.

12.5.4. Lazo 8 y 9: Control del flujo por las bombas B-03 y B-04.

Es un lazo cerrado cuya morfología y comportamiento es idéntico

al del Lazo 2 y 3, por lo que no se entra en detalle con el mismo.

12.5.5. Lazo 10 y 11: Control del flujo por las bombas B-05 y B-06.

Son lazos cerrados de idéntica morfología y funcionamiento al

Lazo 2 y 3, por lo que no se profundiza sobre ellos.

BR-01

V-8 V-9

L-7

FC-1

C-5 C-6

L-7

FC-2

L-7

I/P

L-7

I/P

L-7

FY

B-03 B-05



12.5.6. Lazo 12: Control de la temperatura en los aerorrefrigerantes.

Es un lazo en cascada de idéntica morfología y funcionamiento al

lazo número 5, por lo que no se explicará.

12.5.7. Lazo 13: Control del nivel del tanque.

Es un lazo en cerrado de idéntica morfología y funcionamiento al

lazo número 1, por lo que no se explicará.

12.6. Línea de colas.

En la línea de colas se presentan los siguientes lazos.

1. Lazo 14: Control de la temperatura en el reboiler.

2. Lazo 15: Control de la presión en el vapor recirculado.

3. Lazo 16: Control del flujo en las bombas B-07 y B-08.

4. Lazo 17: Control de la temperatura en el intercambiador de calor

de colas (IC-02).

5. Lazo 18: Control del nivel del tanque de almacenamiento de

producto de colas.

Todos estos lazos presentan morfologías y funcionamientos

análogos a otros lazos descritos anteriormente, por lo que solo se hará

referencia a ellos.

1. Lazo 14: Lazo en cascada. Se asemeja al lazo 4.

2. Lazo 15: Lazo cerrado. Se asemeja al lazo 5.

3. Lazo 16: Lazo cerrado. Se asemeja al lazo 2 y 3.

4. Lazo 17: Lazo en cascada. Se asemeja al lazo 4.

5. Lazo 18: Lazo cerrado. Se asemeja al lazo 1.



CAPÍTULO 13: Mantenimiento.

13.1. Introducción.

El objetivo del mantenimiento es lograr, en el menor tiempo

posible, el correcto funcionamiento de las instalaciones. Para ello, tanto

la planta como los equipos, precisan estar en un estado óptimo de

funcionamiento, por lo que realizar tareas periódicas de mantenimiento.

Un correcto mantenimiento de las instalaciones y equipos

impediría perder beneficios ante la influencia de estos en el producto

final. Por eso pese a que su mantenimiento pueda suponer unos costes

excesivos, se recomiendo no acortar esta partida presupuestaria bajo

ningún concepto.

En el presente capítulo se abordaran los diferentes tipos de

mantenimiento que se pueden realizar, así como las funciones del

mismo.

13.2. Funciones del mantenimiento.

Las funciones del mantenimiento son las siguientes:

1. Mantener los equipos e instalaciones en condiciones operativas

eficaces y seguras.

2. Efectuar un control del estado de los equipos asi como de su

disponibilidad.

3. Realizar los estudios necesarios para reducir el número de

averías imprevistas.

4. En función de los datos históricos disponibles, efectuar una

previsión de los repuestos de almacén necesarios.

5. Intervenir en los proyectos de modificación del diseño de equipos

e instalaciones.

6. Llevar a cabo aquellas tareas que implican la modificación del

diseño de equipos e instalaciones.

7. Instalación de nuevo equipo.

8. Asesorar a los mandos de producción.



9. Velar por el correcto suministro y distribución de energía.

10. Realizar el seguimiento de los costes de mantenimiento.

11. Preservación de locales, incluyendo la protección contra

incendios.

12. Gestión de almacenes.

13. Tareas de vigilancia.

14. Gestión de residuos y desechos.

15. Establecimiento y administración del servicio de limpieza.

16. Proveer el adecuado equipamiento al personal de la instalación.

13.3. Tipos de mantenimiento.

Existen cuatro tipos de mantenimientos que se pueden llevar a

cabo:

Mantenimiento correctivo: Es el que se basa en reparar lo averiado, es

decir, actuar una vez que se ha producido el error.

Presenta inconvenientes como su imprevisibilidad, su alto coste

asociado y el elevado riesgo que supone.

Mantenimiento preventivo: Consiste en marcar un calendario de

intervenciones para mantener el equipo en un estado óptimo de

funcionamiento, reduciendo el número de paradas imprevistas, pero

estas paradas no han de ser exageradas puesto que aumentarían los

costes de mantenimiento de forma alarmante.

Mantenimiento predictivo: Trata de conocer el estado del equipo

mediante la medición periódica de alguna variable que lo pueda

determinar (temperatura, presión, caudal, etc.).

Presenta el inconveniente de tener que instalar equipos para

realizar las mediciones, así como de entrenar y formar al personal para

poder llevarlas a cabo.

Es un plan ambicioso que abarca todos los estamentos de la

jerarquía de mando, puesto que cada miembro deberá realizarlo en su

cuota y parcela de responsabilidad.



Dentro de una planta no predomina únicamente un tipo de

mantenimiento u otro, sino que para conseguir un correcto

funcionamiento se recurre a una mezcla de las tres técnicas, puesto

que de esta forma se abarcan todas las posibles vías de problemas que

puedan surgir al igual que se abaratan los costes de producción.

Pero un mantenimiento excesivo dispararía los costes. Se ha de

llegar a un punto de equilibrio entre un buen mantenimiento y la dejadez

de los equipos.

13.4. Puesta en marcha.

El proceso está diseñado para un funcionamiento durante 330 días al

año. El tiempo que esté parada la planta es el que se aprovechará para

el mantenimiento de los equipos, instalación de nuevos y limpieza a

fondo de los mismos. Posteriormente, una vez finalizada la parada es

preciso realizar las operaciones necesarias para volver a poner la

planta en funcionamiento.

13.5. Plan de mantenimiento.

A la hora de realizar un plan de mantenimiento de los equipos de

la planta hay que realizar un análisis de los mismos siguiendo las

siguientes pautas:

Localización de los equipos y clasificación: Se han de someter a una

localización dentro de la planta así como diferenciar los elementos que

lo componen. Esto facilita la localización futura.

Jerarquizar los equipos: Se ha de establecer una jerarquía ya que no

todos los equipos influyen de igual modo en el proceso. De esta manera

los equipos principales disponen de más presupuesto para su

mantenimiento.



13.5.1. Jerarquización de los equipos.

La jerarquización se realiza asignando a cada unidad estudiada

una letra (A, B o C) según la influencia en el proceso. Los criterios para

esta clasificación se exponen en la Tabla XLI.

Tabla XLI:

Jerarquización de equipos. (García Garrido, 2003).

TIPO DE

EQUIPO

SEGURIDAD

Y MEDIO

AMBIENTE

PRODUCCIÓN CALIDAD MANTENIMIENTO

A

Crítico

Puede originar

accidente muy

grave

Su parada afecta

al plan de

producción

Es clave para la

calidad del

producto

Alto coste de

reparación en caso

de avería

Necesita

revisiones

frecuentes y

periódicas

(mensuales) Es el causante

de un alto

porcentaje de

rechazos

Averías muy

frecuentes

Ha producido

accidentes en

el pasado

Consume una parte

importante de los

recursos de

mantenimiento (mano

de obra y/o

materiales)

B

Importante

Necesita

revisiones

frecuentes y

periódicas

(anuales)

Afecta a la

producción, pero

es recuperable

(no llega a

afectar a clientes

o Planes de

producción)

Afecta a la

calidad pero

habitualmente

no es

problemático

Coste medio en

mantenimiento Puede

ocasionar un

accidente

grave, pero las

posibilidades

son remotas

C

Prescindible

Poca influencia

en seguridad

Poca influencia

en producción

No afecta a la

calidad

Bajo coste de

mantenimiento



En el proceso existen dos tipos de equipos clasificable como tipo

A (la columna y los intercambiadores de calor asociados a la columna),

dos de tipo B (intercambiadores de calor de carcasas y tubos y los

aerorrefrigerantes) y el resto se clasifican como C.

Los criterios para esta clasificación son los siguientes:

Categoría A: Son los equipos esenciales para la producción, y su

fallo provoca la parada o la perdida inmediata de la producción.

También se incluyen los equipos que afectan seriamente a las

condiciones de seguridad de la planta.

Categoría B: Son los equipos importantes para la producción,

pero su fallo no provoca efectos inmediatos en la producción, aunque si

el fallo no se arregla, los efectos que provocaría la persistencia del fallo

si podrían resultar perjudiciales para la producción o para la seguridad

de la instalación.

Categoría C: Resto de equipos.

13.5.2. Acciones de mantenimiento.

Una vez dispuesto el equipo para realizar las operaciones de

mantenimiento se ha de realizar una secuencia de órdenes o pasos que

se ha de seguir a rajatabla. Para ello se suelen seguir las

recomendaciones del fabricante.

A continuación se procederá a enumerar los pasos para cada

equipo implicado en el proceso.

Columna de rectificación.

1. Inspección anual mediante las aperturas de las bocas de hombre

para la limpieza de elementos internos y conocimiento de su

estado.

2. Limpieza exterior e interior.

3. Revisar las conexiones con las tuberías.

4. Reposición de los platos deteriorados.

5. Debido a que se trabaja a altas presiones y temperaturas, se

realizará una inspección semestral por ultrasonido para



comprobar el efecto de la corrosión sobre el espesor del material

y el estado de las soldaduras

6. Revisar el sistema de distribución del influente.

7. Comprobar el estado del sistema de seguridad (válvula de alivios

de presión de seguridad y disco de ruptura).

Intercambiadores de calor.

1. Inspección anual para la limpieza de elementos internos,

acondicionamiento del sistema y apertura del cabezal y de la

placa.

2. Debido a que se trabaja a altas temperaturas y compuestos

tóxicos, se realizará una inspección semestral por ultrasonido

para comprobar el efecto de la corrosión sobre el espesor del

material y el estado de las soldaduras.

3. Limpieza exterior.


5. Revisar el sistema de distribución del influente.

6. Comprobar el estado del sistema de seguridad (válvula de alivio

de presión de seguridad y disco de ruptura).

7. Al encontrarse en el exterior, se protegerá con una nueva capa

de pintura cada 5 años.

8. Comprobar el estado del aislante.

Depósitos de almacenamiento.

1. Inspección semestral por ultrasonido para comprobar el efecto de

la corrosión sobre el espesor del material y el estado de las

soldaduras.


3. Comprobación del estado de estanqueidad.

4. Comprobación de los sistemas de seguridad y venteo.

5. Inspección del aspecto superficial.

6. Revisar el estado de la pantalla flotante.

7. Al encontrarse en el exterior, se protegerá con una nueva capa

de pintura cada 5 años.



Bombas.

1. Control de arranque.

2. Comprobar las vibraciones de los motores.

3. Limpieza exterior.

4. La presión en conexión con el conducto de impulsión.

5. Comprobación de niveles de aceite.

6. La temperatura de los motores.

7. Comprobación del ajuste de la bomba y el motor.

8. Comprobación de estanqueidad.

9. Puesta en marcha periódica de los equipos de reserva.

10. Engrase de los rodamientos.

11. Comprobar automatismos.

12. Comprobar intensidades, potencias y tensiones.

13. Tarar térmicos.

Acumulador de reflujo.

Por las similitudes con los tanques de almacenamiento se

seguirán los mismos pasos establecidos en ellos.

Instrumentación en general.

Es necesario comprobar también los instrumentos de medida,

debido a que en el caso de que si funcionamiento sea erróneo se

pueden producir pérdidas importantes en la producción final (por no

estar en las condiciones deseadas) o incluso pueden llegar a provocar

accidentes por una mala lectura de la variable.

1. Comprobar las conexiones.

2. Comprobar la alimentación eléctrica.

3. Comprobar la señal de entrada a los terminales.

4. Comprobar la programación.



Sistema de tuberías

1. Antes de su puesta en servicio es necesario someterla a prueba

de presión antes de ser consideradas aptos para su uso.

2. Coincidiendo con la parada general de la línea de proceso, se

procederá a la limpieza interna de la red de tuberías, con el fin de

eliminar posible ensuciamiento o incrustaciones.

3. Debido a que se trabaja a altas temperaturas y presiones,

pueden aumentar los riesgos de corrosión, por lo que se

someterán las tuberías a pruebas de ultrasonido semestrales o

anuales, para estudiar la evolución del espesor y ver si se

produce un deterioro o pérdida de espesor por corrosión.

Válvulas.

1. Realizar revisiones periódicas con el fin de conocer el estado de

las piezas que componen el interior de la válvula.

2. Apretar los tornillos de la unión entre las distintas partes.

3. Comprobar si están bien unidas todas sus partes.

4. Controlar el ruido.

5. Corregir problemas en el asentamiento e instalar nuevos discos o

sellos de asiento en las válvulas que pueden repararse sin

desmontar. Dentro de esta categoría se encuentran las válvulas

de compuerta, globo y de retención.

6. Para las válvulas de seguridad y alivio de presión y de reducción

de presión deben tomarse además las siguientes precauciones:

comprobar la presión de funcionamiento, verificar si hay

corrosión o erosión, comprobar si existen partículas de sólidos

entre el asiento y el disco, comprobar si existe vibración de la

tubería o del recipiente protegido, así como que la válvula esté

instalada en posición vertical.

Herramientas y maquinaria.

1. Revisar regularmente el estado de las herramientas y máquinas

reparando o desechando aquellas que se encuentre deterioradas

Extintores.

Cada tres meses:



1. Es necesario comprobar su accesibilidad.

2. Comprobación de carga (peso y presión).

3. Estado de las partes mecánicas y comprobación del precinto.

El personal encargado de cada línea de operación será el

encargado de realizar estas tareas.



CAPÍTULO 14: Seguridad.

En una instalación como una planta química es necesario tener

en cuenta muchas medidas de seguridad, puesto que se está expuesto

a multitud de peligros y se trabajan con productos peligrosos.

Ese es el objetivo del presente capítulo, exponer de forma breve

los riesgos existentes en la planta.

14.1. Legislación aplicable.

En el ámbito de la seguridad se ha de conocer la legislación

aplicable en dos frentes, la seguridad y la higiene laboral.

14.1.1. Legislación para la seguridad laboral.

Se han de aplicar las siguientes medidas:

1. Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos

Laborales.




notificación y registro. BOE num. 302 de 19 de diciembre.

3. Real Decreto 1995/1978, de 12 de mayo, por el que se aprueba

el cuadro de enfermedades profesionales en el sistema de la

seguridad social.


Reglamento de Aparatos a Presión.


aprueba el Reglamento de Instalaciones de Protección contra

Incendios.

6. Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se

aprueba el Reglamento de Seguridad contra Incendios en

Establecimientos Industriales.



7. Real Decreto 400/1996, de 1 de marzo. Aparatos y sistemas de

protección para uso en atmosferas potencialmente explosivas.

8. Real Decreto 485/1997, de 14 de abril. Disposiciones mínimas en

materia de señalización de seguridad y salud en los lugares de

trabajo.

9. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo. Disposiciones mínimas

sobre utilización por los trabajadores de equipos de protección

individual.

10. Real Decreto 1254/1999, de 16 de julio, por el que se aprueban

las medidas de control de los riesgos inherentes a los

accidentes.


Reglamento de Almacenamiento de productos Químicos y sus

instrucción es técnicas complementarias.

12. Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones

mínimas para la protección de la seguridad y salud de los

trabajadores frente al riesgo eléctrico.

13. Real Decreto de 842/2002, de 2 de agosto, por el que se

aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

14. Decreto 3151/68, de 28 de noviembre, reglamento de la Línea de

Alta tensión.

15. Real Decreto 681/2003, de 12 de junio, sobre la protección de la

salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos

derivados de atmosferas explosivas en el lugar de trabajo.

16. Reglamento (CE) 1907/2006 del Parlamento Europeo y el

Consejo, de 18 de diciembre, relativo al registro, la evaluación, la

autorización y la restricción de las sustancias y preparados

químicos (REACH).

14.1.2. Legislación para la higiene laboral.

1. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de

la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos

relacionados con la exposición al ruido.

2. Real Decreto 374/2001, de 6 de abril, sobre la protección de la

salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos

relacionados con los agentes químicos durante el trabajo.



3. Real Decreto 1124/2000, de 16 de Junio, por el que se modifica

el Real Decreto 665/1992, de 12 de Mayo, sobre la protección de

los trabajadores contra los riesgos relacionados con la

exposición a agentes cancerígenos durante el trabajo (B.O.E.

num. 145 de 17 de Junio de 2000).

14.2. Análisis de riesgos.

Dentro del análisis de riesgos laborales, para minimizarlo de

forma sustancial, se siguen tres pasos fundamentales:

1. Localización del riesgo: Mediante la experiencia previa que se

tiene en la planta se recopila toda la información necesaria para

identificar aquellos puntos conflictivos.

2. Prevención del riesgo: Se trata de implantar las medidas

pertinentes para conseguir evitar que se vuelva a reproducir

cualquier accidente ya sucedido.

3. Fase de protección de riesgos frente a accidentes: En esta fase

se intenta proteger al usuario frente a los riesgos que derivan en

peligros mediante técnicas tales como el equipamiento de

equipos de protección individual (EPI), señalización de riesgos o

divulgación y concienciación.

Un análisis de riesgos, realmente no es más que un análisis de

los posibles peligros que se puedan dar para la seguridad y salud de los

trabajadores y dónde es más probable que se produzcan. Éstos no se

pueden eliminar de una forma definitiva, pero si se pueden implantar

medidas para minimizar los daños o evitarlos.

Estas medidas van en caminadas en torno a la prevención y la

protección del personal de los operarios de la planta. Con las técnicas

de prevención se procura actuar sobre el riesgo antes de que se

produzca, mientras que con las técnicas de protección se intenta

minimizar las posibles consecuencias de los mismos.

Los riesgos se pueden clasificar en:

1. Riesgos químicos.

2. Riesgos físicos.



3. Riesgos de explosión e incendio.

4. Riesgos de manipulación de equipos y herramientas de trabajo.

5. Riesgos en la línea de producción.

14.2.1. Riesgo químico.

Este tipo de riesgo está asociado al trasiego y manipulación de

productos químico, ya que operar con ellos lleva asociado la posibilidad

de sufrir intoxicación o contaminación al medio.

En el presente proyecto se trata con 3 productos químicos

tóxicos para la salud humana y el medio ambiente, el benceno, tolueno

y el bifenilo.

Los posibles efectos sobre la salud humana así como las

medidas de prevención están recogidas en las fichas de seguridad.

14.2.2. Riesgo físico.

Dentro de la industria y plantas químicas los riesgos físicos más

comunes son el ruido, las atmosferas ionizantes y los ambientes

térmicos.

De estos tres riesgos físicos el predominante es el ruido, a cuya

exposición se encuentran los operarios que manejan maquinaria o

cuando se están cerca de equipos tales como bombas.

Tiene efectos negativos sobre la salud humana, pudiendo llegar

a generar problemas tales como taquicardias, problemas digestivos o

psicológicos.

Por ello, es preciso medir el ruido mediante equipos asociados

analizándolo en tres frentes, la cantidad de ruido (se usa el sonómetro

para conocerlo), la cantidad de ruido que soporta un trabajador en un

periodo largo de tiempo (dosímetros) y las frecuencias a las que se

emite el ruido.

La normativa española asociada a la exposición sonora (Real

Decreto 286/2006) establece que un trabajador no ha de soportar más



de 87 dB como nivel equivalente de ruido, siendo 140 el pico máximo

de exposición, adoptando medidas cuando el nivel sea mayor de 80-85

db o cuando el pico máximo de exposición esté comprendido entre 135-

137 dB.

En el caso que se superen los valores permitidos se han de

adoptar medidas, atacando al problema en los tres frentes posibles,

emisor, receptor y el medio.

Sobre la fuente:

1. Cambios en la rutina o método de trabajo.

2. Sustitución del equipo que genere el problema por otro menos

ruidoso.

3. Reducir al máximo los impactos y fricciones.

4. Emplear lubricación adecuada.

5. Emplear sistemas conductores de la vibración (amortiguadores).

Sobre el medio de transmisión:

1. Aumentar la distancia existente entre la fuente y el receptor.

2. Realizar un tratamiento acústico del suelo, techo y paredes para

absorber el sonido y reducir la resonancia.

3. Aislar acústicamente la fuente de ruido.

Sobre el receptor:

1. Utilización de protecciones personales: tapones los cuales

reducen de 10-20 dB y auriculares que reducen hasta 50dB.

2. Aislar al trabajador.

3. Realizar una rotación del personal para reducir tiempo de

exposición.

14.2.3. Riesgo de explosión e incendio.

En el presente proyecto los compuestos manejados (benceno,

bifenilo y tolueno) son de naturaleza explosiva al entrar en contacto con

el aire en mezclas de vapor/aire, por lo que habrá que tomar medidas

para evitarlo. Estas medidas pueden ser de naturaleza preventiva o

protectora.



Medidas preventivas:

Impedir y evitar, en la medida de lo posible, la generación de

atmósferas explosivas (aire/gas). Para ello, se dispone a lo largo de la

línea de circulación de diferentes elementos cuyo objetivo o misión es la

de medir o cuantificar diferentes variables que aseguren el correcto

funcionamiento del equipo y otros dispositivos de seguridad. Algunos

ejemplos de estos instrumentos son: controladores-reguladores de

presión, válvulas de desahogo de presión de seguridad, discos de

ruptura, válvulas reductoras o respiraderos de tanque. Para concluir,

tanto los equipos de la planta como la propia planta se encuentran

aislados para prevenir posibles fugas.

Situar las unidades de operación respetando la distancia de

seguridad que debe existir entre los distintos equipos que se

encuentran trabajando a presión.

Reducir el volumen de las sustancias peligrosas almacenadas

con el fin de disminuir las consecuencias derivadas de una posible

explosión química. Es por ello, por lo que los depósitos de

almacenamiento de la materia prima y del producto se diseñan para un

volumen de almacenamiento de una semana.

Medidas protectoras.

Los trabajadores deben estar vestidos adecuadamente (calzado

y ropa adecuada) con materiales que no den lugar a descargas

electrostáticas, pudiendo generar atmósferas explosivas.

Han de disponer de elementos que eviten la propagación

horizontal del fuego. Cada uno de los equipo de separación o

contención estarán provistos de un cubeto limitándose el derrame de

los mismos.

En caso derrame o fuga de los líquidos que se manipulan en el

proceso, se ha de eliminar toda fuente de ignición y recoger, en la

medida de lo posible el líquido que se derrama y el ya derramado en

recipientes herméticos, absorbiendo el líquido residual en un

absorbente inerte y trasladar a lugar seguro.



La instalación, los equipos, los sistemas y sus dispositivos de

conexión sólo se pondrán en marcha con el pertinente certificado de

protección contra explosiones.

Se dispondrá de las medidas necesarias que permitan reducir al

máximo los riesgos que pueda sufrir el personal por los efectos físicos

de la explosión.

Han de existir señales ópticas y acústicas de alarma y desalojo

en condiciones de seguridad antes de que se genere la explosión. A su

vez, se dispondrán y mantendrán en funcionamiento las salidas de

emergencia que permita al personal desalojar la zona afectada en

condiciones de seguridad.

Disponer de antemano un plan de emergencia y evacuación que

permita desarrollar el proceso con la máxima seguridad y el mínimo

riesgo para la salud de los trabajadores.

Uno de los efectos colaterales de las explosiones son los

incendios, los cuales en situaciones desfavorables pueden llegar a

escapar al control de los operarios, produciendo consecuencias

nefastas tanto para la industria, la instalación o los propios trabajadores.

Por esto serán necesarios equipos de seguridad y confinamiento

de los incendios, como por ejemplo:

1. Extintores: distribuidos a lo largo de la línea de proceso en

número suficiente para que el recorrido real desde cualquier

origen de evacuación hasta un extintor sea menor de 15 metros.

Suspendidos en agarres a 1,7 metros de altura como máximo del

suelo. Se instalaran 4 extintores por línea de proceso, llegando a

un total de 12.

2. Sistemas manuales de alarma de incendios: Un pulsador junto a

cada salida del área de incendios con un radio de acción máximo

de 25 metros. Deben encontrarse perfectamente señalizadas.

3. Sistema de comunicación de alarmas: La señal acústica

transmitida ha de ser diferenciable entre “alarma por emergencia

parcial” o por “emergencia general” y será preferente el uso de

un sistema de megafonía.



4. Sistema de hidrantes especiales: Cada uno de ellos ha de tener

un radio de acción de 40 metros horizontales. Tienen autonomía

limitada, saliendo un elevado caudal de agua a presión elevada.

14.2.4. Riesgo eléctrico.

Es un riesgo a tener muy en cuenta y que debe estar señalizado

correctamente. Las corrientes eléctricas en el cuerpo humano puede

provocar daños que van desde una alteración de la sinapsis neuronal,

quemaduras o embolias.

Por la gravedad de las consecuencias sobre el cuerpo humano,

el trabajador ha de estar correctamente protegido mediante técnicas

individuales.

Para minimizar la posible exposición se adoptan las siguientes

medidas.

1. Las subestaciones eléctricas serán cerradas a toda persona no

implicada en las tareas, declarándose zonas restringidas. Las

zonas de prueba de bombas, motores y otros equipos donde sea

factible establecer un área restringida, se vallarán y señalizarán

para notificar sobre la realización de prueba e impedir la entrada

de personal ajeno.

2. Las partes activas de los equipos, herramienta y máquinas se

encontrarán eléctricamente aislados.

3. Todos los equipos y elementos que estén o hayan estado en

tensión deberán desconectarse antes de realizar ningún trabajo

sobre ellos. La desconexión se hará con corte visible, se

inmovilizará con cerradura y candado y las partes activas se

pondrán a tierra.

4. Todas las intervenciones sobre equipos que hayan estado en

tensión requerirán además de lo indicado en el punto anterior, la

comprobación de ausencia de tensión.

14.2.5. Riesgos por maquinaria y herramientas.



Son riesgos derivados de la utilización de la máquina o de la

máquina en sí, entrañando generalmente consecuencias físicas sobre

el hombre.

Las medidas para la prevención de los riegos derivados del uso

de maquinaria se recogen:

1. Para cada unidad, equipo, máquina o herramienta se dispondrá

de un conjunto de normas de utilización segura, indicando, a su

vez, cual es el EPI más adecuado. Esta información se recogerá

en un formulario o lista que se situará en la unidad, equipo,

máquina o herramienta de modo que sea accesible y visible para

todo aquel que requiera el uso de los mismos.

2. Todos los trabajadores tendrán, según su especialidad, las

herramientas y máquinas idóneas para la realización de su

trabajo.

3. Revisar regularmente el estado de las máquinas y herramientas,

reparando o desechando inmediatamente aquellas que se

encuentren estropeadas.

4. Los resguardos y protecciones de las máquinas y herramientas

deberán encontrase correctamente instalados antes de su puesta

en funcionamiento, así como también los armarios y cuadros

eléctricos que alimenten máquinas deben disponer de las

protecciones reglamentarias.

5. Las máquinas sólo deben ser utilizadas por personal cualificado

y autorizado para ello.

6. La reparación de máquinas o herramientas se llevará a cabo en

taller por medio del personal dedicado a tal fin.

7. Las zonas de trabajo con máquinas se encontrarán

convenientemente iluminadas.

8. Las zonas peligrosas se señalizarán convenientemente.

9. Para las operaciones de carga, descarga, limpieza, reposición o

mantenimiento las máquinas deben pararse, bloquearse,

señalizarse y comprobar que no existen riesgos en su

manipulación.

14.2.6. Riesgos en la línea de proceso.



Se establecen una serie de pautas y medidas preventivas para

minimizar el los posibles riesgos para el personal cuando éstos surjan.

Estas medidas se desarrollan en diferentes campos de acción.

Procedimientos para el arranque y la parada

La planificación completa de una parada implica la preparación

previa de la unidad considerada y una preparación por parte de las

unidades y departamentos que puedan verse afectados.

El proceso de parada implica: detener el suministro de

alimentación al proceso, llevar el equipo a las condiciones ambientales,

extracción de residuos y limpieza de sustancias tóxicas, evacuación del

agua e inspección del equipo para la consiguiente entrada.

El proceso de arranque implica: preparación preliminar del

equipo y disposición de los sistemas auxiliares, eliminación del aire,

pruebas de tensión y llevar la unidad hasta las condiciones de trabajo

establecidas.

Tanto el proceso de parada como el de arranque han de

recogerse por escrito y cumplirse con exactitud a la hora de llevarse a

cabo.

Tareas de mantenimiento

Cuando se lleven a cabo labores de mantenimiento será

necesario aislar las tuberías de conexión a equipos y sistema de

bombeo por medio de apantallamiento. Las válvulas también deben

cerrase y bloquearse.

Los equipos eléctricos deberán tener los interruptores cerrados

antes de recibir autorización para trabajar con ellos.

Prueba de gas. Se realizan a temperatura ambiente antes y

durante las labores de mantenimiento en aquellos equipos en los cuales

exista riesgo a causa de gases.

Detección de las fugas y averías por medio de la instalación de

equipos que registren de forma continua los resultados de las muestras

de aire. En las zonas peligrosas y en sus inmediaciones queda

terminantemente prohibido el uso de maquinaria que pueda generar

chispas.



Higiene industrial.

Se llevaran a cabo estudios toxicológicos de los productos

implicados en los procesos. También se desarrollaran programas de

higiene industrial para controlar el entorno laboral.

14.2.7. Riesgos del almacenamiento de productos químicos.

En la planta proyectada se han diseñado parques de

almacenamiento. Esto, el almacenaje, entraña riesgos tales como

peligro de incendios, explosiones, derrames o generación de vapores y

gases tóxicos.

Para minimizar estos riesgos se adoptan las siguientes medidas.

1. Distancia física entre la zona en la cual se encuentran situados

los tanques de almacenamiento y los equipos de proceso, así

como entre tanques contiguos.

2. Señalización normalizada en el almacenamiento y en las

conducciones de circulación de ambos fluidos indicando con

claridad la naturaleza de los mismos.

3. Iluminación adecuada de la zona de almacenaje con el fin de

facilitar las operaciones de manipulación de estas sustancias.

4. Sistemas de prevención de derrames del material por

rebosamiento dotando al equipo de sistemas de control

automáticos de nivel.

5. Duchas y lavaojos que deben instalarse en las inmediaciones de

los lugares de trabajo, especialmente en las zonas de carga y

descarga, sistemas de impulsión y zonas de toma de muestras.

Éstos equipos no distarán más de 10 metros de los puestos de

trabajo debiendo estar libre de obstáculos y convenientemente

señalizados.

6. Sistema de venteo de tanques. Los depósitos diseñados se

encuentran provistos de respiraderos de tanques para evitar la

formación de vacío o presión interna y la consiguiente

deformación de la carcasa.

7. Cubetos. Los recipientes fijos para el almacenamiento de

sustancias químicas peligrosas deben disponer de un cubeto de



retención cuya capacidad útil sea como mínimo la capacidad del

tanque o tanques contenidos en su interior.

8. Las paredes y los fondos de los cubetos deberán estar

fabricados en un material que garantice la estanqueidad de los

productos durante el tiempo necesario previsto para su

evacuación con un tiempo mínimo de cuarenta y ocho horas.

14.3. Protecciones.

En cualquier planta industrial o puesto de trabajo se han de

adoptar una serie de medidas necesarias para asegurar las correctas

medidas de seguridad de los empleados en consonancia con el riesgo

que siguen.

Éstas pueden ser o individuales o globales.

14.3.1. Equipos de protección individuales.

Son los conocidos como EPI. Constituyen el uniforma básico de

cualquier operario, mono, gafas, guantes, botas y casco. A su vez,

dependiendo del trabajo que se vaya a realizar deberá estar escoltado

por otros equipos de seguridad de acuerdo con su función.

Para trabajos de un calibre más importante serán precisos otros

equipos, tales como pantalla facial de protección, delantal e, incluso

equipos autónomos de respiración, en especial durante la manipulación

de las unidades que contengan los agentes químicos descritos y,

especialmente, en las fugas de producto.

14.3.2. Equipos de protección globales.

Son las medidas de seguridad de la propia planta para minimizar

los posibles riesgos que se puedan producir en ella. Importante

destacar que estas medidas de seguridad NO eximen al operario de las



medidas de protección individual, sino que son un complemento a las

mismas.

Algunos ejemplos son vallas de limitación y protección, andamios

y cables para sujeción del cinturón de seguridad, pasarelas, señales de

seguridad, casetas de protección contra intemperie, protecciones de

máquinas cortadoras, interruptores diferenciales, toma de tierra o

protecciones magnetotérmicas

14.3. Alumbrado.

Una iluminación adecuada favorece las condiciones de trabajo

disminuyendo las posibilidades de que se produzcan accidentes. El

alumbrado se puede dividir en dos clases, interno y de emergencia.

14.4.1. Alumbrado interior.

La iluminación de cada zona o parte de un lugar de trabajo

deberá adaptarse a las actividades que se lleven a cabo en ella,

teniendo en cuenta los riesgos para la seguridad y salud de los

trabajadores dependientes de las condiciones de visibilidad y las

exigencias visuales de las tareas desarrolladas.

Si es posible usar la luz natural, y cuando ésta no sea suficiente

completar con luz artificial.

La iluminación de los lugares de trabajo deberá cumplir, además,

en cuanto a su distribución y otras características, las siguientes

condiciones:

1. La distribución de los niveles de iluminación será lo más uniforme

posible.

2. Se procurará mantener unos niveles y contrastes de luminancia

adecuados a las exigencias visuales de la tarea, evitando

variaciones bruscas de luminancia dentro de la zona de

operación y entre ésta y sus alrededores.



3. Se evitarán los deslumbramientos directos producidos por la luz

solar o por fuentes de luz artificial de alta luminancia. En ningún

caso éstas se colocarán sin protección en el campo visual del

trabajador.

4. Se evitarán, asimismo, los deslumbramientos indirectos

producidos por superficies reflectantes situadas en la zona de

operación o sus proximidades.

5. No se utilizarán sistemas o fuentes de luz que perjudiquen la

percepción de los contrastes, de la profundidad o de la distancia

entre objetos en la zona de trabajo, que produzcan una

impresión visual de intermitencia.

14.4.2. Alumbrado de emergencia.

Ha de cumplir las siguientes condiciones.

1. Será fija, estará provista de fuente propia de energía y entrará

automáticamente en funcionamiento al producirse un fallo del 70

por ciento de su tensión nominal de servicio.

2. Mantendrá las condiciones de servicio durante una hora, como

mínimo, desde el momento en que se produzca el fallo.

3. Proporcionará una iluminancia de un lux, como mínimo, en el

nivel del suelo en los recorridos de evacuación y de 5 lux al lado

de los sistemas de protección contra incendios.

Se coloca una luz de emergencia al lado de cada extintor, así

como en todas las salidas, las cuales estarán provistas de carteles con

indicación de salida.

14.5. Gestión de seguridad.

Para que las medidas de seguridad que se implanten en la planta

sean eficaces es necesario realizar una serie de tareas de gestión de

las mismas encaminadas sobre todo a la coordinación y la compresión

y conocimiento del funcionamiento de equipos, así como saber qué

hacer en cada momento.



14.5.1. Coordinación.

Para evitar problemas de seguridad entre el personal encargado

de hacer funcionar la planta, es necesaria la figura de un coordinador

de seguridad, designado por la dirección. Su tarea consistirá en evitar

los posibles problemas que puedan surgir fruto de una descoordinación

así como ser la figura a la que acudir en caso de problemas de

interferencia para la seguridad entre trabajadores de distintas áreas.

14.5.2. Registro de la información.

Es preciso que toda la información referente a la seguridad llegue

al coordinador y sea registrada y accesible en todo momento a

cualquier persona que en un momento dado tenga que tomar una

decisión de seguridad. El coordinador es el encargado de realizar la

tarea del registro de la misma, usando las siguientes fuentes de

información.

1. Plan de seguridad: Una copia física del plan de seguridad ha de

estar en todo momento en la oficina del coordinador.

2. Fichas de incidencias de seguridad: Rellenadas por el propio

coordinador y en su poder.

3. Informes de accidentes: Se realizaran en base al procedimiento

de la propia empresa.

4. Relación de permisos de trabajo: Es importante mantener un

registro de todo el personal que tiene acceso a las zonas de

trabajo. En estos documentos se recoge la fecha de inicio y de

final del mismo.

14.5.3. Formación.

Es necesario una formación de los trabajadores respecto a la

manipulación de materias primas y productos, cómo manejar diferentes

equipos y se les informará de los posibles riesgos que se pueden dar en

el día a día de la planta. Como medida adicional se han de impartir

cursillos de primeros auxilios y socorrismo al personal más cualificado,

de manera que siempre haya al menos un socorrista en planta.



CAPÍTULO 15: Evaluación de impacto

ambiental.

A la hora de instalar una planta o un proceso en algún lugar

específico es necesario tener en cuenta el impacto que dicha actividad

puede tener sobre la zona, no solo a nivel social (revitalización

económica, puestos de trabajo,…) sino también desde el punto de vista

ecológico.

Ahí es donde entra la evaluación de impacto ambiental, pues es

un estudio que se encarga de analizar las posibles consecuencias en la

zona desde el punto de vista ambiental.

La actual tendencia de desarrollo tanto industrial como social es

la de desarrollo sostenible, en la que interactúa el medio ambiente con

los avances tecnológicos.

15.1. Gestión de los residuos generados.

Los residuos, a la hora de su gestión, se pueden clasificar de una

forma muy general en emisiones atmosféricas, sólidos y líquidos.

En los siguientes apartados se analizaran las posibles emisiones

y que se hacen con ellos.

Emisiones atmosféricas.

Centrándose en el proceso de purificación en lugar del proceso

se pueden decir que las emisiones atmosféricas son gases y humos y

ruidos.

Las emisiones de gases y humos se consideran inexistentes, ya

que no existe ningún horno en la purificación ni emisiones.

Puntualmente en el caso de que se tenga que aliviar las presiones en la

columna se podrán evacuar, teniéndolos que dirigir a un proceso de

purificación por la toxicidad de los productos para el medio.



Dentro de la planta química se producirán ruidos por el

funcionamiento de los equipos y trasiego del personal y productos. Se

explica más en profundidad en el apartado 15.2.2..

Emisiones líquidas.

No se producen emisiones líquidas de manera directa del

proceso de purificación, pero la corriente de colas se ha de llevar a una

planta para otorgarle un tratamiento adecuado.

Al estar enmarcada en la comarca del campo de Gibraltar se

llevarán a la planta de tratamiento gestionada por la empresa Gemasur

situada en Los Barrios.

Las corrientes líquidas de aguas de refrigeración y calderas se

recircula a la refinería de nuevo, donde se la somete a los procesos de

tratamiento adecuados.

Las posibles fugas que se puedan dar serán recogidas por una

red de drenaje y llevadas a analizar, para posteriormente dirigirlas a un

centro de tratamiento de residuos.

Emisiones sólidas.

No se producen residuos sólidos.

15.2. Estudio de impacto de la línea de proceso.

La línea de proceso descrita al producir tolueno si se considera el

proceso de purificación únicamente o benceno si se hace la planta en

su conjunto se enmarca dentro de la categoría de industria química,

petroquímica, textil y papelera.

1. Instalaciones químicas integradas, es decir, instalaciones para la

fabricación a escala industrial de sustancias mediante

transformación química, entra la que se encuentran yuxtapuestas

varias unidades vinculadas funcionalmente entre sí, y que se

emplean para:

A. La producción de productos químicos orgánicos

básicos.



B. La producción de productos químicos inorgánicos

básicos.

C. La producción de fertilizantes a base de fósforo,

nitrógeno o potasio (fertilizantes simples o

compuestos).

D. La producción de productos fitosanitarios básicos y de

biocidas.

E. La producción de productos farmacéuticos básicos

mediante un proceso químico o biológico.

F. La producción de explosivos.

2. Tuberías para el transporte de productos químicos con un

diámetro de más de 800 milímetros y una longitud superior a 40

kilómetros.

3. Instalaciones para el almacenamiento de productos

petroquímicos o químicos, con una capacidad de, al menos,

200.000 toneladas.

4. Plantas para el tratamiento previo (operaciones tales como el

lavado o blanqueo) o para el teñido de fibras y productos textiles

cuando la capacidad de tratamiento supere las 10 toneladas

diarias.

5. Plantas para el curtido de pieles y cueros cuando la capacidad

de tratamiento supere las 12 toneladas de productos acabados

por día.

6. Plantas industriales para:

A. La producción de pasta de papel a partir de maderas u

otras materias fibrosas similares.

B. La producción de papel y cartón, con una capacidad de

producción superior a 200 toneladas diarias.



C. Instalaciones de producción y tratamiento de celulosa con

una capacidad de producción superior a 20 toneladas

diarias.

D. Respecto al organismo competente, al tratarse de un

proyecto cuya repercusión no sobrepasa el ámbito

territorial de Andalucía, el órgano ambiental competente

será aquel que determine la Comunidad Autónoma de

Andalucía

El responsable del ámbito ambiental de la planta será el

ministerio de medio ambiente, pues sobrepasa el ámbito local de la

junta.



BIBLIOGRAFÍA.

LIBROS.

1. Henley, E.J. y Seader, J.D. 1.988 Operaciones de separación

por etapas de equilibrio en ingeniería Química. Edición española.

Barcelona: Ed. Reverté S.A..

2. Branan Carl, Rules of Thumb for Chemical Engineers. 3ª Edición.

Londres. GPP Ediciones

3. Megsey, E.F. 2.001. Manual de recipientes a presión, diseño y cálculo. México: Ed. Limusa.

4. Treybal, R. E. 1.986. Operaciones de transferencia de masa. 2ª Edición. México: Ed. McGraw Hill.

5. Perry, H., Green, R.W., y Maloney, O.J., 2001. Manual del

Ingeniero Químico. 4ª Edición. Madrid: Ed. McGraw-Hill.

6. Douglas, J.M., 1.988. Conceptual Design of Chemical Process.

International Edition. Singapur: Ed: McGraw-Hill.

7. Benítez, A., 1.974. Factores de conversión.1ª Edición. Madrid:

Ed. Eyser.

8. Acedo Sanchez, J., 2006. Instrumentación y Control avanzado de

Procesos. Diez de Santos: Instituto Superior de la Energía.

9. Gómez de León, F.C., 1998. Tecnología del Mantenimiento

Industrial. Murcia: Servicio de Publicaciones de Murcia.

10. Mendia Urquiola, F., 1994. Equipos de intercambio de calor.

Bilbao: Enter Vasco de la Energía.

11. Wade, L.G.Jr, 2.003. Química Orgánica. 5ª Edición. Madrid: Ed.

Pearseon Prentice Hall.

12. Davies, D. Cómo interpretar las finanzas de la Empresa. Bilbao.



13. Walas, S.M. 1.988 Chemical Process Equipment: Selection and

Design. Washington: Ed: Butterworth-Heinemmen.

14. Moss, D. 2.003. Pressure Vessel design Manual. 3ª Edición.

Oxford: Ed: Elseiver.

15. Greene, R.W. 1.987. Válvulas: Selección, uso y mantenimiento.

3ª Edición. Madrid: Ed. McGraw-Hill.

Artículos de revistas.

1. C.M. Lek, G.P. Rangaiah and K. Hidajat Analysis of Heuristics

for Optimizing the Design of Distillation Columns.

2. Inglesa. Diseño de tanques de almacenamiento.

3. Wolverine tube heat transfer data book. Reboiler selection.

Direcciones de internet.

1. Direct Industry [Internet] www.directindustry.com

2. Noticias jurídicas: Bases de datos de legislación [Internet]

http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd1523-

1999.html#

3. Efunda (Engineering Fundamentals) [Internet]

http://www.efunda.com/materials/alloys/carbon_steels/show_carb

on.cfm?ID=AISI_1010&show_prop=tc&Page_Title=Carbon%20St

eel%20AISI%201010

4. Icis: Trusted market Intelligence for the global chemical and

energy industries [Internet].

http://www.icis.com/v2/chemicals/9076550/toluene/uses.html.

5. Instituto de meteorología [Internet]. www.aemet.es

http://www.directindustry.com/

http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd1523-1999.html

http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd1523-1999.html

http://www.efunda.com/materials/alloys/carbon_steels/show_carbon.cfm?ID=AISI_1010&show_prop=tc&Page_Title=Carbon%20Steel%20AISI%201010



http://www.icis.com/v2/chemicals/9076550/toluene/uses.html

http://www.aemet.es/



Normativa.

1. Código ASME sección VII y II.

2. Normas API 650.

3. Normas TEMA.

4. Reglamento de Instalaciones pretrolíferas.

5. Especificaciones de diseño Exxon Mobile.

6. Normas UNE.

DOCUMENTO 1:

Anexos a la memoria.

ÍNDICE DE LOS ANEXOS.

ANEXO 1: Criterios de selección de equipos. .............................. 1

1.1. Equipos de separación. ..................................................... 1

1.2. Equipos de transferencia de calor. .................................... 3

1.2.1. Intercambiadores de calor. ......................................... 3

1.3. Equipos auxiliares de la columna. ..................................... 8

1.4. Equipos de impulsión. ....................................................... 9

1.5. Equipos de almacenamiento. ............................................ 9

1.5.1. Normativa. ................................................................ 12

1.5.2. Material seleccionado. .............................................. 12

ANEXO 2: Diseño de la columna de rectificación. ..................... 13

2.1. Caracterización de las corrientes. .................................. 13

2.1.1. Información previa. .................................................. 13

2.1.2. Cálculo de las composiciones y caudales de cada

corriente. .............................................................................. 14

2.1.3. Selección de las condiciones de cada corriente. ..... 20

2.2. Caracterización de la columna: Método FUG. ................. 25

2.2.1. Frenske: Determinación del número de platos teóricos

del sistema. ......................................................................... 26

2.2.2. Underwood: Relación de reflujo mínima. ................. 29

2.2.3. Gilligand: Número de platos teóricos. ...................... 32

2.2.4. Determinación del número del plato de alimentación.

............................................................................................. 33

2.3. Caracterización de la columna: HYSYS® versión 2.006. 35

2.4. Diseño de platos de la columna. .................................... 36

2.4.1. Información previa. ................................................... 36

2.4.2. Dimensiones de los platos de la columna. ................ 40

2.4.3. Diseño hidráulico de los platos. ................................ 57

2.5. Eficacia de la columna. ................................................... 67

2.5.1. Método de O’Conell. ................................................. 67

2.5.2. Método de Lockhart y Legget. .................................. 68

2.5.3. Conclusión. ............................................................... 71

2.6. Diseño mecánico de la columna...................................... 72

2.6.1. Información previa al diseño. .................................... 72

2.6.2. Determinación del espesor de la envolvente y fondos.

............................................................................................ 74

2.7. Diseño mecánico del elemento de soporte. .................... 87

2.7.1. Información previa al diseño. .................................... 88

2.7.2. Determinación del espesor. ...................................... 89

2.8. Altura de la estructura. .................................................... 96

2.9. Otros elementos. ............................................................. 97

2.9.1. Escalerilla y plataformas ........................................... 97

ANEXO 3: Sistemas de intercambio de calor. ........................... 99

3.1. Introducción. .................................................................... 99

3.2. Diseño del intercambiador de calor de la corriente de

alimentación (IC-01) .............................................................. 99

3.2.1. Justificación de este intercambiador. ...................... 100

3.2.2. Asignación de flujos. ............................................... 101

3.2.3. Cálculo de los calores intercambiados. .................. 102

3.2.4. Características del intercambiador. ........................ 104

3.2.5. Cálculo del área del intercambiador. ...................... 104

3.2.6. Dimensionamiento de los tubos del intercambiador.

.......................................................................................... 114

3.2.7. Otros elementos. .................................................... 117

3.2.8. Diseño mecánico del intercambiador. ..................... 119

3.2.6. Pérdidas de carga en tubos. ................................... 127

3.2.7. Pérdidas de carga en la carcasa. ........................... 130

3.2.8. Material aislante. ..................................................... 134

3.3. Diseño de los intercambiadores presentes en la línea de

cabezas. .............................................................................. 134

3.3.1. Selección del tipo de intercambiador. ..................... 134


3.3.3. Materiales de construcción. .................................... 134

3.3.4. Calor intercambiado. ............................................... 135

3.3.5. Características de los intercambiadores. ................ 137

3.3.6. Cálculo del área del intercambiador. ....................... 138


........................................................................................... 141

3.3.8. Otros elementos...................................................... 148

3.3.9. Diseño mecánico del intercambiador. ..................... 153

3.3.10. Pérdidas de carga en tubos. ................................. 155

3.3.11. Diseño de los otros intercambiadores de la línea. 156

3.4. Diseño del intercambiador de calor de la corriente de colas

(IC-02).................................................................................. 158

3.4.1. Selección de un tipo de intercambiador. ................. 158

3.4.2 Justificación de este intercambiador. ....................... 158

3.4.3. Asignación de los flujos. ......................................... 158


3.4.5. Características del intercambiador. ......................... 160

3.4.6. Resultados del intercambiador IC-02. ..................... 160

ANEXO 4: Equipos auxiliares de la columna. .......................... 162

4.1. Introducción. .................................................................. 162

4.2. Diseño del condensador asociado a la columna (CD-01).

............................................................................................. 162

4.2.1. Selección de un tipo de condensador. .................... 162





4.2.6. Resultados del condensador CD-01. ...................... 165

4.3. Diseño del reboiler asociado a la columna (RB-01). ..... 167

4.3.1. Selección del tipo de reboiler. ................................. 167

4.3.2. Justificación de este equipo. ................................... 167




4.3.6. Resultados del intercambiador. .............................. 170

4.3.7. Elementos propios del reboiler. .............................. 171

4.4. Diseño del acumulador de reflujo (BR-01). ................... 172

4.4.1. Justificación de este equipo. ................................... 172

4.4.2. Dimensionamiento del acumulador. ........................ 172

4.4.3. Diseño mecánico del acumulador. .......................... 178

4.4.4. Soporte del acumulador. ......................................... 183

ANEXO 5: Equipos de almacenamiento. ................................. 184

5.1. Introducción. .................................................................. 184

5.2. Tanques de almacenamiento de alimentación. ............. 184

5.2.1. Diseño mecánico del tanque................................... 186

5.2.2. Elementos adicionales. ........................................... 199

5.3. Tanque de almacenamiento de producto de cabezas. .. 204


5.3.2. Depósito Rundown. ................................................ 214


5.4. Tanque de almacenamiento de producto de colas. ....... 228


5.4.2. Depósito de Rundown. ........................................... 238


ANEXO 6: Sistemas de tuberías y accesorios. ........................ 252

6.1. Consideraciones previas: Diseño de tuberías. .............. 252

6.2. Líneas del proceso. ....................................................... 252

6.3. Línea 1: Depósito-Torre. ................................................ 253

6.3.1. Conducciones presentes en la línea. ..................... 253

6.3.2. Diseño de la línea de tuberías. .............................. 253

6.4. Línea 2: De la torre al depósito de cabeza. ................... 260

6.4.1. Conducciones presentes en la línea. ...................... 260

6.4.2. Diseño de la línea de tuberías. ............................... 261

6.5. Línea 3: De la columna al depósito de colas. ................ 264

6.5.1. Definición de las conducciones. .............................. 264

6.5.2. Diseño de la línea de tuberías. ............................... 265

6.6. Pérdida de carga en las conducciones. ......................... 267

6.6.1. Línea 1 (Alimentación): Del parque de tanques de

alimentación (TA-01) a la columna (T-01). ........................ 270

6.6.2. Línea 2 (Cabezas): De la columna al parque de

almacenamiento de producto de cabezas. ........................ 276

6.6.3. Línea 3 (Colas): De la columna al parque de

almacenamiento del producto de colas. ............................ 277

ANEXO 7: Sistemas de impulsión. ........................................... 280

7.1. Localización de las bombas dentro del sistema. ........... 280

7.2. Elección de un tipo de bomba. ...................................... 280

7.3. Parámetros característicos. ........................................... 281

7.3.1. Pérdidas de carga. .................................................. 281

7.3.2. Carga efectiva. ........................................................ 282

7.3.3. Potencia de la bomba. ............................................ 284

7.4. Altura neta de succión positiva disponible. .................... 285

ANEXO 8: Tablas y gráficas. ................................................... 290

ANEXO 9: Estudio Económico. ................................................ 303

9.1. Ingreso anual neto. ........................................................ 303

9.2. Beneficio bruto. ............................................................. 303

9.3. Amortización.................................................................. 303

9.4. Beneficio neto anual. ..................................................... 304

9.4.1. Factor de amortización. .......................................... 304

9.4.2. Beneficio neto. ........................................................ 305

9.5. Rentabilidad. ................................................................. 305

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Diagrama de la columna de rectificación. ............................. 20

Figura 2: Algoritmo de cálculo de Henley & Seader. ........................... 20

Figura 3: Ábaco para calcular los valores de k en sistemas de

hidrocarburos ligeros. ........................................................................... 22

Figura 4: Gráfica de Gilligand. ............................................................. 32

Figura 5: Datos obtenidos mediante el método Corto. ........................ 35

Figura 6: Esquema de la zona de rectificación. ................................... 37

Figura 7: Gráfica de Lockett para estimar el número de pasos. .......... 41

Figura 8: Cálculo del arrastre fraccional. ............................................. 47

Figura 9: Gráfica para estimar la máxima carga en vertedero. ............ 56

Figura 10: Gráfica de O'Conell. ........................................................... 68

Figura 11: Gráfica de Lockhart y Legget. ............................................ 69

Figura 12: Gráfica para el cálculo de la rugosidad relativa. ............... 132

Figura 13: Distribución en planta. ...................................................... 269

Figura 14: Gráfica de selección de bombas. ..................................... 281

Figura A. 1: Gráfica de Moody. ........................................................... 290

Figura A. 2: Parámetros correctores E y R ......................................... 295

Figura A. 3: Gráfica de Abiakins. (Megsey 2.000). ............................. 301

Figura A. 4: Diagrama de la escalerilla. .............................................. 302

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla I: ................................................................................................. 16

Tabla II: ................................................................................................ 17

Tabla III: ............................................................................................... 19

Tabla IV: ............................................................................................... 24

Tabla V: ................................................................................................ 24

Tabla VI: ............................................................................................... 25

Tabla VII: .............................................................................................. 28

Tabla VIII: ............................................................................................. 30

Tabla IX: ............................................................................................... 30

Tabla X: ................................................................................................ 31

Tabla XI: ............................................................................................... 40

Tabla XII: .............................................................................................. 40

Tabla XIII: ............................................................................................. 41

Tabla XIV: ............................................................................................. 42

Tabla XV:.............................................................................................. 43

Tabla XVI: ............................................................................................. 50

Tabla XVII: ............................................................................................ 51

Tabla XVIII: ........................................................................................... 53

Tabla XIX: ............................................................................................. 67

Tabla XX:.............................................................................................. 70

Tabla XXI: ............................................................................................. 73

Tabla XXII: ............................................................................................ 78

Tabla XXIII: ........................................................................................... 82

Tabla XXIV: .......................................................................................... 82

Tabla XXV: ........................................................................................... 83

Tabla XXVI: .......................................................................................... 85

Tabla XXVII: ......................................................................................... 87

Tabla XXVIII: ........................................................................................ 88

Tabla XXIX: .......................................................................................... 98

Tabla XXX: ......................................................................................... 100

Tabla XXXI: ........................................................................................ 100

Tabla XXXII: ....................................................................................... 102

Tabla XXXIII: ...................................................................................... 110

Tabla XXXIV: ...................................................................................... 113

Tabla XXXV: ....................................................................................... 116

Tabla XXXVI: ...................................................................................... 118

Tabla XXXVII: ..................................................................................... 119

Tabla XXXVIII: .................................................................................... 123

Tabla XXXIX: ...................................................................................... 135

Tabla XL: ............................................................................................ 136

Tabla XLI: ........................................................................................... 136

Tabla XLII: .......................................................................................... 137

Tabla XLIII: ......................................................................................... 139

Tabla XLIV: ......................................................................................... 139

Tabla XLV: .......................................................................................... 140

Tabla XLVI: ......................................................................................... 140

Tabla XLVII: ........................................................................................ 142

Tabla XLVIII: ....................................................................................... 157

Tabla XLIX: ......................................................................................... 159

Tabla L: .............................................................................................. 159

Tabla LI: ............................................................................................. 161

Tabla LII:............................................................................................. 163

Tabla LIII:............................................................................................ 164

Tabla LIV: ........................................................................................... 166

Tabla LV: ............................................................................................ 168

Tabla LVI: ........................................................................................... 168

Tabla LVII: .......................................................................................... 170

Tabla LVIII: ......................................................................................... 173

Tabla LIX: ........................................................................................... 177

Tabla LX: ............................................................................................ 187

Tabla LXI: ........................................................................................... 188

Tabla LXII: .......................................................................................... 193

Tabla LXIII: ......................................................................................... 200

Tabla LXIV: ......................................................................................... 200

Tabla LXV: .......................................................................................... 202

Tabla LXVI: ......................................................................................... 203

Tabla LXVII: ........................................................................................ 225

Tabla LXVIII: ....................................................................................... 225

Tabla LXIX: ......................................................................................... 227

Tabla LXX: .......................................................................................... 248

Tabla LXXI: ......................................................................................... 249

Tabla LXXII: ........................................................................................ 250

Tabla LXXIII: ....................................................................................... 253

Tabla LXXIV: ...................................................................................... 258

Tabla LXXV: ....................................................................................... 259

Tabla LXXVI: ...................................................................................... 259

Tabla LXXVII: ..................................................................................... 260

Tabla LXXVIII: .................................................................................... 261

Tabla LXXIX: ...................................................................................... 262

Tabla LXXX: ....................................................................................... 262

Tabla LXXXI: ...................................................................................... 263

Tabla LXXXII: ..................................................................................... 263

Tabla LXXXIII: .................................................................................... 264

Tabla LXXXIV: .................................................................................... 265

Tabla LXXXV: ..................................................................................... 265

Tabla LXXXVI: .................................................................................... 266

Tabla LXXXVII: ................................................................................... 266

Tabla LXXXVIII: .................................................................................. 267

Tabla LXXXIX: .................................................................................... 267

Tabla XC: ........................................................................................... 270

Tabla XCII: ......................................................................................... 271

Tabla XCI: .......................................................................................... 271

Tabla XCIII: ........................................................................................ 273

Tabla XCIV: ........................................................................................ 274

Tabla XCV: ......................................................................................... 275

Tabla XCVI: ........................................................................................ 275

Tabla XCVII: ....................................................................................... 277

Tabla XCVIII: ...................................................................................... 277

Tabla XCIX: ........................................................................................ 278

Tabla C: .............................................................................................. 278

Tabla CI: ............................................................................................. 282

Tabla CII: ............................................................................................ 283

Tabla CIII: ........................................................................................... 283

Tabla CIV: .......................................................................................... 284

Tabla CV: ........................................................................................... 285

Tabla CVI: .......................................................................................... 286

Tabla CVII: ......................................................................................... 287

Tabla CVIII: ........................................................................................ 287

Tabla CIX: .......................................................................................... 288

Tabla CX: ........................................................................................... 288

Tabla CXI: .......................................................................................... 289

Tabla A. I: ........................................................................................... 291

Tabla A. II: .......................................................................................... 292

Tabla A. III: ......................................................................................... 292

Tabla A. IV: ......................................................................................... 293

Tabla A. V: .......................................................................................... 293

Tabla A. VI: ......................................................................................... 294

Tabla A. VII: ........................................................................................ 294

Tabla A. VIII: ....................................................................................... 294

Tabla A. IX: ......................................................................................... 295

Tabla A. X: .......................................................................................... 296

Tabla A. XI: ......................................................................................... 297

Tabla A. XII: ........................................................................................ 298

Tabla A. XIII: ....................................................................................... 299

Tabla A. XIV: ...................................................................................... 300


Anexos Página 1

ANEXO 1: Criterios de selección de equipos.

1.1. Equipos de separación.

La separación de la corriente de alimentación se efectuará por

medio de una destilación. Ésta se puede realizar por medio de una

columna de platos o una de relleno.

1. Columna de platos: Columna en donde se establecen equilibrios

en los platos.

2. Columnas de relleno: En lugar de platos tienen relleno. El

intercambio de materia se produce en toda la columna.

Dado que las de relleno no son idóneas para tratar grandes

caudales se escoge una columna de platos. Una vez seleccionado el tipo

de torre es necesario decidir qué tipo de plato se va a instaurar. Se

escoge entre los siguientes:

1. Platos perforados: Su mayor virtud es su versatilidad y su bajo

coste.

2. Platos de válvula: Presentan la ventaja de tener un bajo bloque por

vapor y el inconveniente de ser de un 5 a un 10 % más caros que

los platos perforados.

3. Campanas de borboteo: Se usan en casos excepcionales de

requerir un bajo bloqueo por vapor. Son muy caros.

4. Platos de ranura o rejilla: Funcionan bien con los problemas de la

columna. Alta eficacia.

5. Platos de chorro: Para trabajar con alta capacidad de líquido pese

a ser propensos a la sopladura del mismo.

En el presente proyecto se aborda el diseño de platos perforados

el más típico y convencional de los platos en procesos de destilación, su

bajo costo, versatilidad y disponibilidad han hecho que se conviertan en


Anexos Página 2

los platos más importantes. Éstos consisten en un simple plato con

orificios en su base de manera que el vapor pueda fluir a través de ellos

poniéndose en contacto con el líquido, el cual se acumula gracias a una

presa. Una vez superada la altura de la presa desciende al plato

siguiente a través de los vertederos, que pueden ser tuberías circulares o

simples partes de la sección transversal de la torre, eliminadas para que

el líquido fluya de un nivel a otro.

Fondos y cabezales.

Es necesaria la elección de un tipo de fondo y cabezal para la

columna. Los más usados son los fondos toriesféricos de los que hay dos

tipos:

1. Korboggen.

2. Klopper.

El fondo que se seleccionará será Klopper, ya que las condiciones

de operación de la columna no se ajustan a los criterios establecidos por

los fondos Korboggen expuestos a continuación.



3. Recipientes verticales cuya relación altura/diámetro sea superior a

10.

Soportes.

Se diseñará la columna como una unidad autosoportada. Para ello

es necesario escoger entre diferentes sistemas:

1. Faldones.

2. Silletas.

3. Patas.

4. Consolas.

El uso de faldones está especialmente recomendado para

unidades que cumplen al menos una de las siguientes condiciones:

1. El diámetro de la envolvente ha de ser mayor a 1,5 m.

2. La relación altura/diámetro del recipiente ha de ser mayor a 5.

3. Se pueden esperar vibraciones.


Anexos Página 3

4. La masa del recipiente lleno ha de ser superior a 15 ton

Se cumplen las tres primeras, por lo que la unidad de soporte

serán faldones.

1.1.1. Normativa seguida.

En el diseño de este equipo se ha seguido el Código ASME

sección VIII para el diseño mecánico, ya que se considera la torre como

un recipiente sometido a presión.

1.1.2. Material seleccionado.

De entre todos los posibles materiales seleccionables se ha

escogido el acero al carbono SA-285, pues es el que aúna una viabilidad

técnica y económica.

Los aceros al carbono es el material usado con más frecuencia. Es

barato y está disponible en multitud de formas y tamaños. Tiene una

buena resistencia a la tracción y ductilidad.

Como inconveniente más destacado resalta que es poco resistente

a la corrosión, pero se ha escogido por la ausencia de productos

corrosivos en el proceso.

En Tabla A.I del anexo 8 se observa la viabilidad de los

materiales seleccionados para las distintas funciones que van a cumplir.

1.2. Equipos de transferencia de calor.

1.2.1. Intercambiadores de calor.

En la industria uno de los equipos más extendidos son los

intercambiadores de calor ya que en las plantas se intenta malgastar el

mínimo de energía posible. Aquí es donde intervienen estos dispositivos,


Anexos Página 4

ya que son capaces de aumentar la temperatura de una corriente

enfriando otra.

Pueden ser de diferente tipo:

1. Intercambiador de calor de carcasas y tubos.

2. Intercambiador de calor de doble tubos.

3. Intercambiador de calor de placas.

4. Aerorrefrigerantes.

Los intercambiadores de calor de carcasas y tubos son los

intercambiadores de calor de mayor uso y difusión e la industria

petroquímica y petrolera por su versatilidad, facilidad para la limpieza. El

aparato está constituido por un haz de tubos montados sobre dos placas

tubulares que llevan un número determinado de placas deflectoras. En

cada extremo se fijan las cajas de distribución que aseguran la

circulación del fluido por el interior del haz. Éste está alojado en una

carcasa provista de una tobera de entrada y otra de salida para el

segundo fluido que circula por el exterior de los tubos, siguiendo el

camino impuesto por las placas deflectoras.

El intercambiador de doble tubos está constituido por elementos

rectilíneos de los tubos concéntricos unidos por sus extremidades

mediante tubos. Todos los elementos del aparato están unidos por

empalmes que permite desmontarlos rápidamente para la limpieza o la

substitución de los tubos.

El intercambiador de calor de placas, por el contrario se basan en

sustituir las superficies tubulares por placas.

Los aerorrefrigerantes son un conjunto de tubos aleteados

dispuestos en forma de haz por donde circula el fluido a condensar o

enfriar. El refrigerante que se utiliza es aire que circula por el exterior de

los tubos en flujo cruzado impulsado (tiro forzado) o aspirado (tiro

inducido) por ventiladores.


Anexos Página 5

1.2.1. Ventajas y desventajas.

Carcasas y tubos.

Ventajas:

1. Gran facilidad de limpieza y mantenimiento.

2. Gran versatilidad.

3. Gran superficie de transferencia

Doble tubos.

Ventajas:

1. Fáciles de desmontar.

2. Operando en contracorriente se obtienen altos rendimientos.

Desventajas:

1. Riesgos de fugas en los empalmes.

2. Flexión del tubo interior si es demasiado largo.

3. Superficie de transferencia pequeña en relación al volumen global.

Por placas.

Ventajas:

1. Mayor tasa de transferencia de calor.

2. Producen nuevos ensuciamientos.

3. Facilidad de limpieza.

4. Facilidad de mantenimiento.

5. Ocupan menos espacio

Desventajas.

1. Elección de los fluidos está limitada por la resistencia química de

las placas y juntas, así como la temperatura de trabajo. Su

temperatura de trabajo ha de estar comprendida entre 25-150 ºC.


Anexos Página 6

2. El intervalo de presión en la abertura de las placas limita el caudal

que fluye a través de ellas.

3. Muy caros

Aerorrefrigerantes.

Ventajas,

1. Ahorro energético y conservación medioambiental.

2. Pese a su elevado coste de inversión a la larga son más rentables.

3. Presentan mejor eficacia, pues consiguen incrementos de

temperatura de 10 a 15 ºC.

Desventajas.

1. Requieren áreas muy elevadas.

2. Son ruidosos.

3. Para fluidos viscosos se encarece el equipo, pues se necesita más

área de intercambio de calor.

1.2.2. Selección de un tipo de equipo.

Se instalarán intercambiadores de calor en la alimentación,

cabezas y colas de columna.

Los intercambiadores de calor por placas no se utilizan para

alimentación y cabezas por debido a que no son aptos para grandes

caudales. Adicionalmente para la corriente de colas no es posible

utilizarlos ya que la temperatura de la línea está fuera del intervalo óptimo

para su funcionamiento.

Por otro lado, los intercambiadores de calor de doble tubo no son

aconsejables, ya que requieren una alta superficie para la transferencia

de materia y es posible que se produzcan fugas del fluido, el cual es

tóxico.

Para la corriente de cabezas se instalaran aerorrefrigerantes

principalmente por motivos económicos y medioambientales. De esta


Anexos Página 7

manera se reducirá la temperatura de la corriente hasta un valor óptimo

para su almacenamiento. También se usaran para condensar el vapor

proveniente de la columna.

Para calentar la alimentación, vaporizar la corriente líquida

proveniente de columna y enfriar la corriente de colas se usaran

intercambiadores de calor de carcasas y tubos. Diferenciar que el

calentamiento del líquido inferior de la columna se hace en un reboiler,

cuyo uso y selección se justificará posteriormente.

1.2.3. Normativa.

Son aplicables las normas ASME, concretamente la sección VIII

división 1, concerniente a los recipientes a presión, donde se establecen

las normas referidas a su construcción.

Por la ambigüedad de este reglamento, se aplicaran las normas

TEMA, destinadas a la regulación del diseño y fabricación de los

intercambiadores de calor de carcasas y tubos.

Como complemento a las anteriores normas también se aplicará

mínimamente la norma API 660. Para el diseño de los haces tubulares se

aplica la norma ANSI B31.3.

1.2.4. Material.

Habrá que seleccionar material tanto para la carcasa como para

las tuberías pertenecientes al haz de tubos.

Para la carcasa, ante la ausencia de productos corrosivos, se

escoge acero al carbono SA-285, ya que según la Tabla A.I del anexo 8

es el idóneo para calderas para servicio estacionario y recipientes en

general. Sin embargo para las tuberías se elige acero al carbono SA-106,

puesto que es el idóneo para servicios a altas temperaturas como el que

se trabaja aquí.


Anexos Página 8

1.3. Equipos auxiliares de la columna.

Los equipos asociados a la columna son también dispositivos de

intercambio de calor, uno para condensar (cabezas) y otro para producir

una vaporización parcial de la columna (colas).

Para el primero se puede adoptar un aerorrefrigerante, mientras

que para el segundo un reboiler.

Los aerorrefrigerantes son equipos de intercambio de calor que

están sustituyendo poco a poco a los intercambiadores de calor de

carcasas y tubos refrigerados por agua, ya que suponen un ahorro

considerable en equipos de bombeo, tuberías y mantenimiento entre

otros.

Por el contrario, para producir la vaporización parcial de la

corriente de colas se instalará un reboiler tipo Kettle. En estos el fluido a

vaporizar circula por el interior de los tubos, mientras que el fluido

calefactor lo hace por la carcasa. Poseen un espacio adicional entre la

carcasa y los tubos donde se produce la separación de la fase líquida de

la de vapor. La fase líquida se retira de la columna como líquido residual.

Se utilizan por tres razones:

1. Son fáciles de mantener y controlar.

2. No hay límite en la carga de vapor.

Los condensadores funcionan al poner en contacto un vapor con

un fluido más frio a través de una superficie metálica. Estas semejanzas

morfológicas y de concepto con los intercambiadores de calor hacen que

se engloben dentro de este apartado.

Como se mencionó anteriormente se ha escogido un condensador

enfriado por aire. Éstos a su vez pueden ser de tubos lisos o aleteados.

Se clasifican dependiendo del modo de circulación del aire en tiro

inducido o forzado. Aquellos que presentan tubos aleteados son más

eficaces que los lisos ya que tienen una mayor superficie de contacto.

Inicialmente el coste de inmovilizado es mayor, pero se instalan estos ya

que debido al ahorro significativo que se produce con el aire (se usa aire

como fluido refrigerante al ser gratis en lugar de agua) inclinan la balanza

a su favor.


Anexos Página 9

1.4. Equipos de impulsión.

Las bombas se clasifican en función de cómo se produce la

impulsión del fluido, aunque se pueden englobar en dos.

1. Bombas de centrífugas: Por acción de una fuerza centrífuga.

2. Bombas de desplazamiento positivo: Por desplazamiento

volumétrico del fluido.

La selección del tipo de bomba se realiza a según la altura útil de

impulsión y el caudal de impulsión (H). La selección se hace mediante un

método gráfico.

Se escogerán bombas centrífugas por su gran versatilidad, bajo

coste, diseño, operación y mantenimiento sencillo.

Poseen la siguiente morfología:

1. Tubería de aspiración.

2. Impulsor o rodete: Está formado por álabes que giran dentro de

una carcasa circular. Es la parte móvil de la bomba.

3. Carcasa o voluta: Tiene forma de caracol. La separación entre la

carcasa y el rodete es mínima en la parte superior y va

aumentando a medida que se acerca a la parte inferior.

4. Tubería de impulsión.

1.5. Equipos de almacenamiento.

A la hora de escoger el tipo de tanques de almacenamiento más

apropiado es necesario conocer la funcionalidad de cada una de las

posibles elecciones.

En primer lugar se produce la siguiente diferenciación:


Anexos Página 10

1. Cilíndricos horizontales: Generalmente se usan para

almacenar pequeños volúmenes.

2. Cilíndricos verticales de fondo plano: Permiten almacenar

grandes volúmenes a bajo coste.

No se han tenido en cuenta depósitos esféricos debido a que estos

están destinados al almacenamiento de gases.

En el caso del presente fin de carrera y tal y como se comprueba

posteriormente, todos los tanques poseen un elevado volumen, por lo

que se proyectaran como equipos cilíndricos verticales.

Para fundamentar más la primera criba destacar que los equipos

cilíndricos verticales de fondo plano solo pueden operar a presiones

internas bajas o atmosférica, tal y como se operará en el caso que se

desarrolla. Puntualizar también que según la bibliografía consultada, para

una producción superior a los 1.000 gal se recomienda el uso de tanques

cilíndricos verticales.

A su vez, estos tanques se clasifican en función del tipo de techo

que tengan:

1. Tanques de techo fijo: Se emplean cuando el producto

almacenado necesita mantener un alto grado de pureza. Su techo

suele ser cilíndrico con un radio comprendido entre 0,8-1,2 veces

el diámetro del cuerpo del cilindro.

2. Tanques de techo flotante: Son un buen complemento para los

tanques de techo fijo. Están preparados para recibir grandes

volúmenes en poco tiempo, por ello suelen ser grandes y

almacenar productos no elaborados.

3. Tanques de techo fijo y flotante: Una mezcla de los dos anteriores,

combinando características de ambos. El techo flotante en este

caso no ha de soportar agentes atmosféricos.

4. Tanques de techo abierto: Se emplean para almacenar productos

en los que no importa su contaminación, como por ejemplo agua.


Anexos Página 11

El techo flotante mencionado en la anterior clasificación no es más

que una estructura a modo de tapadera que se desplaza por la

envolvente, similar a un émbolo, apoyado sobre el producto de manera

que no exista una cámara de gases. El cierre que propicia es hermético.

Ha de ser capaz de drenar el agua de lluvia y resistir las inclemencias del

tiempo.

Debido a la presencia de compuestos tóxicos en las corrientes, así

como de compuestos volátiles tales como el benceno; aunque en

pequeñas cantidades; se seleccionaran tanques de techo fijo y flotante,

ya que de esta manera se evita la formación de cámaras de vapor de

compuestos tóxicos entre la superficie del líquido y el techo, lo que puede

desembocar en peligros para la integridad del tanque y el medio

ambiente y se evita la pérdida de producto almacenado por evaporación.

Dentro de los posibles techos fijos se pueden seleccionar las

siguientes posibilidades:

1. Techo fijo cónico.

2. Techo fijo tipo domo.

3. Techo fijo tipo sombrilla.

Por consideraciones de tamaño y económicas se han escogidos

techos fijos cónicos, ya que tanto los techos tipo domo o sombrilla

encarecerían la instalación.

A su vez estos techos pueden ser autosoportados o requerir de

apoyo. Tanto los tanques de alimentación como de cabezas poseen

diámetros mayores a los 12,192 m, por lo que requerirán estructuras de

apoyo para los techos. Por otro lado el diámetro de los tanques de colas

es inferior, por lo que podrán ser autosoportados.

Los depósitos de rundown situados tanto en cabezas como en

colas de producción tendrán diámetros inferiores, por lo que también

usaran techos autosoportados.

Todos los tanques de la planta serán de techo cónico con apoyo

externo salvo los correpondientes a la corriente de colas (T-03).


Anexos Página 12

1.5.1. Normativa.

Para el diseño de estos equipos se ha seguido esencialmente la

siguiente normativa:

1. Norma API 650: Para aquellos tanques que almacenan producto a

condiciones atmosféricas.

2. Código ASME División VIII.

1.5.2. Material seleccionado.

Como material de los depósitos se escoge acero al carbono SA-

285, por las mismas razones que se seleccionó para la columna de

destilación, tal y como figura en la Tabla A.I del anexo 8


Anexos Página 13

ANEXO 2: Diseño de la columna de rectificación.

En el presente anexo se realizará el diseño de la columna de

rectificación de la unidad de separación. En ella entra una mezcla

multicomponente de tolueno, benceno y bifenilo.

2.1. Caracterización de las corrientes.

2.1.1. Información previa.

Para el diseño de la columna es necesario conocer las

características de las corrientes que entran y salen de la misma las

cuales son las siguientes:

1. Alimentación (F): Es la corriente que entra a la columna. Está

completamente definida por ser la corriente proveniente de la

columna de benceno.

2. Destilado (D): Es la corriente de salida del sistema por la parte

superior de la misma. Es rica en tolueno.

3. Colas (W): Es la corriente de salida del sistema por la parte inferior

del mismo, al ser el líquido no vaporizado proveniente de la

columna. Es rica en bifenilo.

De estas corrientes se conocen algunos datos, ya que fueron

definidos en la petición del Proyecto Fin de Carrera.

Alimentación.

Está totalmente definida con un caudal de 772,944 kmol·h-1 y las

siguientes composiciones molares, 98,98% tolueno, 0,5% de benceno y

0,52% de bifenilo.


Anexos Página 14

Destilado.

Por esta corriente sale todo el benceno al ser el compuesto más

volátil (es el componente no-clave), el bifenilo que no sale por colas y la

mayoría del tolueno con una pureza del 99,5% con un caudal de

70.750,73 kg·h-1.

Colas.

Por esta corriente sale el tolueno que no lo hace por el destilado,

así como la mayoría del bifenilo.

2.1.2. Cálculo de las composiciones y caudales de cada corriente.

Para conocer las características de las corrientes es necesario

aplicar un balance de materia a cada una y a la columna.

𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 + 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜

A este balance global hay que hacerle una serie de

simplificaciones que simplificaran el cálculo de manera significativa. Las

simplificaciones son:

1. Estado estacionario: Se supone estado estacionario, por lo que no

se acumula nada.

𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0

2. Modelo caja negra: Se supone un sistema tipo caja negra,

considerando únicamente las entradas y salidas.


Anexos Página 15

3. No existe reacción química dentro del sistema: Es un sistema de

separación, no de reacción, por lo que dentro del mismo no habrá

ninguna reacción.

𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 = 0

Es decir, el balance inicial queda:

𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 [𝐴. 2.1]

Aplicando esta ecuación a la columna:

𝐹 = 𝐷 + 𝑊 [𝐴. 2.2. ]

Donde:

F: Es la corriente de alimentación que entra a la columna en

caudales molares (kmol·h-1).

D: Es la corriente de destilado o cabezas que sale de la columna

en caudales molares (kmol·h-1).

W: Es la corriente de colas que sale de la columna en caudales

molares (kmol·h-1).

La alimentación del proceso es una corriente que se encuentra

totalmente definida, puesto que es la corriente de colas de la columna

anterior del proceso de hidrodesalquilación y cuyo diseño corre a cargo

de Dª Juliana Jiménez Tocino en el proyecto “ Diseño de una columna

de rectificación para la separación de benceno a partir de una

mezcla de benceno, tolueno y bifenilo” aprobado por la comisión el 14

de diciembre de 2.009.


Anexos Página 16

Por lo que la información de la alimentación se resume en la Tabla

I mostrada a continuación.

Tabla I:

Composiciones y cantidades de la alimentación (F).

ALIMENTACIÓN

Compuesto Cantidad (kmol·h-1)

Composición

Tolueno 765,044 0,9898

Benceno 3,861 0,0050

Bifenilo 4,010 0,0052

TOTAL (F) 772,944 1

Definida la corriente de alimentación se procede a hacer lo mismo

con el destilado. De ésta se conoce únicamente el caudal total,

70.750,54 kg·h-1 y la pureza del tolueno, 99,50%. En primer lugar para

futuros cálculos es preciso trabajar en unidades molares, por lo que:

𝐷𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 70.750,54 𝑘𝑔

·

1 𝑘𝑚𝑜𝑙

92,06 𝑘𝑔= 768,532

𝑘𝑚𝑜𝑙

Con estos datos es posible determinar la cantidad de tolueno que

se purifica mediante la siguiente expresión:

𝐷𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = 𝐷𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 · 𝑥𝐷𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜

𝐷𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = 768,532 · 0,995 = 764,658 𝑘𝑚𝑜𝑙

[𝐴. 2.1]

Al salir todo el benceno que entra al sistema por la corriente de

cabezas es posible calcular la cantidad de bifenilo que abandona la

columna con esta corriente, ya que se conoce el caudal total de la

corriente y la participación en la misma de dos de los tres componentes

que la conforman, por lo que:


Anexos Página 17

𝐷𝐵𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜 = 3,861 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜

𝐷𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 = 768,532 − 764,658 − 3,861 = 0,013 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜

Donde:

𝐷𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 : Es el caudal molar de la corriente de destilado (kmol·h-1).

𝐷𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 : Es la cantidad de tolueno presente en la corriente de

destilado (kmol·h-1).

𝐷𝐵𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜 : Es la cantidad de benceno presente en la corriente de


𝐷𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 : Es la cantidad de bifenilo presente en la corriente de


Para determinar las composiciones de cada componente en la

corriente habrá que dividir la cantidad del mismo entre el valor total de la

corriente, como figura en la siguiente ecuación.

𝑥𝐷 𝐵𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜𝑜 =3,861

768,532= 0,005

Donde 𝑥𝐷 𝐵𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜𝑜 es la composición de benceno en la corriente de

destilado. Haciendo lo mismo para el resto de componentes se calculan

sus composiciones recogidas en la Tabla II.

Tabla II:

Composiciones y cantidades del destilado (D).

DESTILADO


Composición

Tolueno 764,658 0,995

Benceno 3,861 0,005

Bifenilo 0,013 1,744·10-5

TOTAL (D) 768,532 1


Anexos Página 18

Por último queda definir la composición de la corriente de colas

que abandona el sistema, por donde saldrá la mayoría del bifenilo y el

restante tolueno. Esto se hace reordenando y aplicando la ecuación

[A.2.2.].

𝑊 = 𝐹 − 𝐷 = 772,944 − 768,532 = 4,412 𝑘𝑚𝑜𝑙

Esta corriente estará formada principalmente por bifenilo y el resto

de la misma será tolueno, puesto que el benceno es el componente no

clave. Aplicando un balance global a cada compuesto, teniendo en

cuenta que por esta corriente no sale nada de benceno.

Bifenilo.

𝑊𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 = 𝐹𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 − 𝐷𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 = 4,010 − 0,013 = 3,997 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜

Donde:

𝑊𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 : Es la cantidad de bifenilo que sale en la corriente de

colas (kmol·h-1).

𝐹𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 : Es la cantidad de bifenilo que entra a la torre en la

corriente de alimentación (kmol·h-1).

𝐷𝐵𝑖𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑜 : Es la cantidad de bifenilo que sale en la corriente de


Tolueno.

𝑊𝑇𝑜𝑙 = 𝐹𝑇𝑜𝑙 − 𝐷𝑇𝑜𝑙 = 765,070 − 764,658 = 0,412 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜


Anexos Página 19

Donde:

𝑊𝑇𝑜𝑙 : Es la cantidad de tolueno que sale en la corriente de colas

(kmol·h-1).

𝐹𝑡𝑜𝑙 : Es la cantidad de tolueno que entra a la torre en la corriente

de alimentación (kmol·h-1).

𝐷𝑡𝑜𝑙 : Es la cantidad de tolueno que sale en la corriente de destilado

(kmol·h-1).

Análogamente a la corriente de destilado es preciso calcular la

composición de la corriente de colas del mismo modo.

𝑥𝑊 𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 =0,412

4,412= 0,093

Donde 𝑥𝑊 𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 es la composición de tolueno en la corriente de

colas. Haciendo lo mismo para el resto de componentes se calculan sus

composiciones recogidas en la Tabla III.

Tabla III: Composiciones y cantidades de colas (W).

COLAS


Composición

Tolueno 0,412 0,093

Benceno - -

Bifenilo 3,997 0,914

TOTAL (W) 4,412 1

En la Figura 1 se puede ver un diagrama de la columna se

separación con sus equipos auxiliares y donde se encuadran las

corrientes caracterizadas en el presente apartado.


Anexos Página 20

Destacar que en el diagrama existen otras corrientes cuyo caudal

y composición son desconocidas por el momento, pero que en

posteriores apartados se caracterizaran.

2.1.3. Selección de las condiciones de cada corriente.

Según la bibliografía consultada, la elección de las condiciones de

operación se realiza en base al algoritmo de diseño de Henley & Seader

mostrado en la Figura 2.

Figura 2: Algoritmo de cálculo de Henley & Seader.

(Henley E.J., Seader J.D, 1988)

Figura 1: Diagrama de la columna de rectificación.


Anexos Página 21

Dicho algoritmo se diseñó como una forma de resolución

secuencial en la que se pretende alcanzar en el condensador una presión

de diseño comprendida entre 0 y 415 psi (28,2 atm) para una temperatura

mínima de 49°C.

A la hora de determinar qué camino seguir para la resolución, es

necesario calcular la presión a la que la mezcla comienza a bullir a una

temperatura de 49°C. Como aproximación se pueden tomar las

propiedades del tolueno, ya que es el componente mayoritario y el que

más aportación tendrá a las propiedades finales de la mezcla.

Éste a presión atmosférica y según su ficha de seguridad posee

una temperatura de ebullición de 111°C. De manera que se puede

concluir que a 49°C la presión de vapor será inferior al valor máximo que

puede tomar según este proceso de cálculo, 215 psi (14,630 atm). Ya

que la presión estimada será inferior a 30 psi (2,068 atm), el algoritmo

aconseja reponerla hasta los 30 psi.

Esta presión se considerará como válida si al calcular la presión de

la corriente de colas su temperatura de burbuja se encuentra por debajo

de la temperatura crítica del bifenilo, compuesto mayoritario de la

corriente.

2.1.3.1. Proceso de cálculo para la determinación de la presión y

temperatura de cada corriente.

Todas las corrientes que intervienen en el proceso son mezclas

multicomponentes, para cuya caracterización es necesario la estimación

de la temperatura de rocío y burbuja.

Estas temperaturas dependen únicamente de la constante de

equilibrio (Ki) y las composiciones de los componentes tanto en fase

gaseosa (yi) como líquida (xi).

Todas las corrientes que se han de estudiar son líquidas, por lo

que se conocen todas estas composiciones.

Para calcular las constantes de equilibrio en un principio se optó

por aplicar la Ley de Raoult, pero el sistema no cumplía los requisitos

establecidos por la misma para su aplicabilidad, ya que uno de los


Anexos Página 22

criterios es que la volatilidad ha de ser próxima y en este caso el punto de

ebullición del componente menos volátil, el bifenilo, es de 256ºC y el del

más volátil, el benceno, de 80ºC.

El proceso tradicional para obtener las constantes de equilibrios es

recurrir a ábacos como el de la Figura 3.

Figura 3: Ábaco para calcular los valores de k en sistemas de hidrocarburos ligeros.

(Smith J.M., Van Ness H.C., Abbott M.M., 2.003)

Con este ábaco se han de conocer la presión de trabajo y suponer

una temperatura. Trazando una línea que una la temperatura y la presión


Anexos Página 23

se obtiene un valor de Ki en la intersección de esta línea con la escala del

compuesto deseado.

Posteriormente se recurre a las ecuaciones [A.2.3] y [A.2.4] para

comprobar que la temperatura seleccionada es correcta. Si 𝑥𝑖 · 𝐾𝑖 o 𝑦𝑖

𝐾𝑖

es distinto a uno se supone otra temperatura hasta que se cumpla esta

condición.

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑢𝑟𝑏𝑢𝑗𝑎: 𝑦𝑖 = 𝑥𝑖 · 𝐾𝑖 [𝐴. 2.3]

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑐í𝑜: 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖

𝐾𝑖 [𝐴. 2.4]

Donde:

𝑦𝑖 : Es la composición de cada componente en la fase gaseosa.

𝑥𝑖: Es la composición de cada componente en la fase líquida.

𝐾𝑖 : Es la constante de equilibrio.

Ante la imposibilidad de encontrar un ábaco con los componentes

del presente proyecto se opta por calcular las constantes de equilibrio y

las composiciones en la fase gaseosa de cada corriente a través del

soporte Aspen Hysys® versión 2.006.

Para ello se introducen en el programa las composiciones, la fase,

los caudales y las presiones determinadas mediante el algoritmo de

cálculo y el programa devuelve la temperatura, las composiciones en la

fase gaseosa y la constante de equilibrio.

2.1.3.2. Temperatura y presión de la corriente de alimentación (F).

Con motivo de facilitar los futuros cálculos de la columna se

supondrá en todo momento una presión promedio de 2,068atm.

Por lo que con esta presión y las composiciones recogidas en la

Tabla I se obtienen tanto las constantes de equilibrio de cada corriente


Anexos Página 24

como su temperatura de burbuja, y estos valores se recogen en la Tabla

IV.

Tabla IV: Composiciones y constantes de equilibrio de F a 2,068 atm.

Compuesto Temperatura

(ºC) xi yi Ki

Tolueno

137,7

0,9898 0,9896 0,9998

Benceno 0,0050 0,0102 2,0494

Bifenilo 0,0052 0,0001 0,0232

Aplicando la ecuación [A.2.3] se comprueba que la temperatura

reflejada en la tabla anterior es la temperatura de burbuja, ya que:

𝑦𝑖 = 𝑥𝑖 · 𝐾𝑖 = 1

2.1.3.3. Temperatura y presión de la corriente de destilado (D).

Se sigue el mismo procedimiento, la presión a la que se evaluarán

las constantes de equilibrio y las composiciones en fase gaseosa será de

2,068 atm. Las composiciones y caudales de esta corriente están

recogidas en la Tabla II, y tanto las composiciones en fase gaseosa

como las constantes de equilibrio en la Tabla V.

Tabla V: Composiciones y constantes de equilibrio de D a 2,068 atm.


(ºC) xi yi Ki

Tolueno

137,4

0,9950 0,9897 0,995

Benceno 0,0050 0,0103 2,041

Bifenilo 1,744·10-5 4,023·10-7 0,023

La temperatura de burbuja estimada es válida ya que:


Anexos Página 25

𝑦𝑖 = 𝑥𝑖 · 𝐾𝑖 = 1

2.1.3.4. Temperatura y presión de la corriente de colas.

Análogamente las composiciones de la fase gaseosa y constantes

de equilibrio de la corriente de colas se evalúan también a esta presión y

se recogen en la Tabla VI, teniendo en cuenta que las composiciones de

la fase líquida y su caudal figuran en la Tabla III.

Tabla VI:

Composiciones y constantes de equilibrio de W a 2,068 atm.


(ºC) xi yi Ki

Tolueno

243,7

0,093 0,640 6,883

Benceno - - -

Bifenilo 0,907 0,359 0,396

La temperatura de burbuja estimada es válida ya que:

𝑦𝑖 = 𝑥𝑖 · 𝐾𝑖 = 1

2.2. Caracterización de la columna: Método FUG.

A la hora del diseño de una columna por el método FUG hay que

tener en cuenta que la peculiaridad de éste hace que sea un cálculo

secuencial en 3 pasos:

1. Frenske: Se calcula el número de platos teóricos mínimos.

2. Underwood: Se calcula la relación de reflujo mínima.

3. Gilligand: Se calcula el número de platos teóricos a partir de lo

calculado en los apartados anteriores


Anexos Página 26

Es un método aproximado de cálculo, basado en la determinación

del número de etapas de una sección de la columna conociendo la

composición en los extremos de la misma.

Para su resolución es necesario determinar un componente clave

ligero y un clave pesado, por lo que se selecciona como clave ligero el

tolueno, y como clave pesado el bifenilo, ya que de los compuestos

presentes en ambas corrientes de salida el bifenilo es el más pesado y el

tolueno el más ligero. El benceno en este caso actúa como componente

no clave al estar presente únicamente en una de las dos corrientes de

salida del sistema.

2.2.1. Frenske: Determinación del número de platos teóricos del

sistema.

En mezclas multicomponentes, como la del sistema que nos

ocupa, es necesario diferenciar entre los componentes claves y no claves

para realizar el análisis.

Se define el componente clave como aquel que aparece en

cantidades apreciables en ambas corrientes (cabeza y colas), mientras

que el no clave aparece únicamente en una de las corrientes.

Dentro de los componentes claves se produce otra clasificación,

esta vez en función de las volatilidades de los mismos se puede discernir

entre Clave ligero y Clave pesado.

Según estos criterios recién definidos, se clasifican los

componentes del presente sistema de la siguiente forma:

1. Tolueno: Componente clave ligero, ya que está presente en ambas

corrientes y es el más ligero entre los que se encuentran en la

misma situación.

2. Benceno: Componente no clave, ya que únicamente se encuentra

en una corriente, cabezas.


Anexos Página 27

3. Bifenilo: Componente clave pesado, ya que está presente en las

dos corrientes de salida y es el más pesado de aquellos que están

en su misma situación.

Basado en el comportamiento de clave ligero y clave pesado,

Frenske propuso la siguiente expresión:

𝑁𝑃𝑇 𝑀𝑖𝑛 =

𝑙𝑜𝑔 𝑥𝐷

𝑥𝑤 𝐿𝐾

· 𝑙𝑜𝑔 𝑥𝑤

𝑥𝐷 𝐻𝐾

𝑙𝑜𝑔 (𝛼𝑚 ) [𝐴. 2.5]

Donde:

𝑥𝐷(𝐿𝐾): Composición del destilado en el componente clave ligero.

𝑥𝐷(𝐻𝐾): Composición del destilado en el componente clave pesado.

𝑥𝑊(𝐿𝐾): Composición de colas en el componente clave ligero

𝑥𝑊(𝐻𝐾): Composición de colas en el componente clave pesado

𝛼𝑚 : Media geométrica de las volatilidades relativas entre cabeza y

colas.

A su vez, αm depende de:

𝛼𝑚 = 𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝐷 · 𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝑊 [𝐴. 2.6]

Donde:

𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝐷 : Volatilidad relativa de la cabeza.

𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝑊 : Volatilidad relativa de las colas.


Anexos Página 28

En la Tabla VII se recogen las composiciones del componente

clave ligero y pesado de la corriente de destilado y colas.

Tabla VII:

Composiciones de los componentes claves.

CABEZAS COLAS

Clave ligero

(xD(LK))

Clave pesado

(xD(HK))

Clave ligero

(xW(LK))

Clave pesado

(xW(HK))

0,9950 0,0081 0,093 0,907

Las volatilidades relativas se pueden definir como una relación

entre las constantes de equilibrio de los componentes claves y pesados

de cada corriente, como se puede ver en las ecuaciones [A.2.7] y [A.2.8].

𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝐷 = 𝐾𝐿𝐾

𝐾𝐻𝐾 𝐷

=0,995

0,023= 43,028 [𝐴. 2.7]

𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝑊 = 𝐾𝐿𝐾

𝐾𝐻𝐾 𝑊

=6,883

0,396= 17,369 [𝐴. 2.8]

Por lo que la volatilidad media será:

𝛼𝑚 = 𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾 )𝐷 · 𝛼(𝐿𝐾/𝐻𝐾)𝑊 = 27,338 [𝐴. 2.9]

Sustituyendo en [A.2.5] se llega al número mínimo de platos.

𝑁𝑃𝑇 𝑀𝑖𝑛 = 3,374


Anexos Página 29

2.2.2. Underwood: Relación de reflujo mínima.

En los sistemas multicomponentes se pueden dar dos situaciones

dependiendo de cómo se distribuyan los componentes no claves, estas

situaciones se clasifican como sistemas clase 1 o sistemas clase 2.

Los clase 1 son aquellos en los que todos los componentes de la

alimentación se distribuyen entre las salidas de cabezas y colas.

Por otro lado en los sistemas clase 2 al menos uno de los

componentes de la alimentación sale únicamente por una de las

corrientes de salida.

Al tener al menos uno de los 3 componentes de la alimentación, el

benceno, en una única corriente de salida se puede concluir que el

sistema a estudiar es de clase 2. Esto implica que se trabajará con la

siguiente ecuación:

𝛼𝑖 ,𝑟𝑒𝑓 ∞

· 𝑥𝐹𝑖

𝛼𝑖 ,𝑟𝑒𝑓 ∞− 𝜃

= 1 − 𝜙 [𝐴. 2.10]

Donde:

𝛼𝑖 ,𝑟𝑒𝑓 ∞ : Es la volatilidad relativa de cada componente en la

alimentación.

𝑥𝐹𝑖: Es la composición de cada componente en la alimentación.

𝜙: Es la condición de alimentación.

𝜃: Parámetro a determinar.

Al enfrentarnos a la resolución de esta ecuación, se usa un

método iterativo, suponiendo un valor de θ, el cual ha de oscilar entre 1 y

27,338. Para ello se necesitan conocer el resto de parámetros de la

expresión [A.2.10].

Al entrar la alimentación como líquido a su temperatura de burbuja,

la condición de alimentación será igual a 1, que corresponde a líquido

saturado.


Anexos Página 30

En la Tabla VIII se recogen las volatilidades relativas a utilizar

durante este proceso.

Tabla VIII:

Volatilidades relativas de la corriente de alimentación.

Componente

Volatilidad

relativa

𝜶𝒊,𝒓𝒆𝒇 ∞

Composición

en la

alimentación

𝒙𝑭𝒊

Tolueno 43,044 0,9898

Bifenilo 1 0,0052

Benceno 88,231 0,0050

El cálculo del parámetro se realiza mediante el programa

informático Microsoft Excel 2.007 con la función “Solve”, obteniendo un

resultado de 1,005. Su estimación es necesaria para el cálculo de la

relación de reflujo mínima mediante la ecuación [A.2.11].

𝛼𝑖 ,𝑟𝑒𝑓 ∞

· 𝑥𝐷𝑖

𝛼𝑖,𝑟𝑒𝑓 ∞ − 𝜃= 1 + 𝑅𝑀𝑖𝑛 [𝐴. 2.11]

Las volatilidades relativas para el cálculo de la relación de reflujo

mínima se recogen en la Tabla IX.

Tabla IX:

Volatilidades relativas de la corriente de destilado.

Componente

Volatilidad

relativa

𝜶𝒊,𝒓𝒆𝒇 ∞

Composición

en la

alimentación

𝒙𝑭𝒊

Tolueno 43,261 0,995

Bifenilo 1 1,744·10-4

Benceno 88,739 0,005


Anexos Página 31

Sustituyendo y operando en [A.2.11] se obtiene una relación de

reflujo externa mínima de:

𝑅𝑚𝑖𝑛 = 0,020

Como criterio de operación del tipo de condensador seleccionado,

según la Tabla X, la relación entre la relación de reflujo mínima y la

óptima es de 1,45.

Tabla X:

Relación entre la relación de reflujo mínima y la óptima. (Lek, et col, 2002).

Valor de la relación Tipo de refrigerante

1,05-1,10 Bajo nivel de refrigerante ( -300 a -150 °F)

1,10-1,20 Alto nivel de refrigeración (-150 a 50 °F)

1,20-1,40 Agua como refrigerante

1,40-1,50 Aire como refrigerante

Por lo que:

𝑅 = 1,45 · 𝑅𝑚𝑖𝑛 = 1,45 · 0,0202 = 0,029

Este valor marca la relación entre el caudal de líquido que retorna

a la columna y el que sale del sistema. A efectos operativos la relación

que interesa es la relación de reflujo interna, que es la relación entre el

líquido que retorna a la columna y el vapor que sale de la misma. Se

estima a partir de Rmin según la expresión [A.2.12].

𝐿

𝑉 𝑀𝑖𝑛

=1

1 +1

𝑅𝑀𝑖𝑛

= 0,020 [𝐴. 2.12]


Anexos Página 32

A partir del criterio de operación por el tipo de condensador, la

relación de reflujo interna será de:

𝐿

𝑉= 1,45 ·

𝐿

𝑉 𝑀𝑖𝑛

= 0,028 [𝐴. 2.13]

2.2.3. Gilligand: Número de platos teóricos.

Por último, para concluir con el método de FUG es necesario

calcula el número de platos teóricos mediante el método de Gilligand. A

diferencia de Frenske y Underwood es un método gráfico.

Mediante la Figura 4 se estima el número de platos.

Figura 4: Gráfica de Gilligand.

(Henley E.J., Seader J.D., 1988).


Anexos Página 33

Existe una variación a este método más preciso, el método de

Molokanov, con el cual se calcula el número de platos mínimos a partir de

la ecuación [A.2.14].

𝑁 − 𝑁𝑃𝑇𝑀𝑖𝑛

𝑁 + 1= 1 − exp

1 + 54,4 · 𝑋

11 + 117,2 · 𝑋 ·

𝑋 − 1

𝑋0,5 [𝐴. 2.14]

Donde:

N: Es el número de etapas teóricas.

NPTMin: Es el número de etapas teóricas mínimas calculadas en el

apartado 2.1.3.1.

𝑋: Expresión que depende de las relaciones de reflujo.

𝑋 =𝑅 − 𝑅𝑀𝑖𝑛

𝑅 + 1=

0,029 − 0,020

0,029 + 1= 0,009 [𝐴. 2.15]

Operando se llega a:

𝑁 = 17,315 ≈ 18 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

Este número de platos calculados es el número de platos ideales.

Cuando se estime la eficacia de la columna se podrá determinar el

número real de platos de la misma.

2.2.4. Determinación del número del plato de alimentación.

Usando la ecuación de C.G. Kirkbride que relaciona el número de

platos teóricos de la zona de agotamiento con el número de platos

teóricos de la zona de rectificación.


Anexos Página 34

𝑁𝑃𝑇 𝑅(𝑁𝑃𝑇)𝐴

= 𝑥𝐹,𝐻𝐾

𝑥𝐹,𝐿𝐾·

𝑥𝑊,𝐿𝐾

𝑥𝐷,𝐻𝐾

2

·𝑊

𝐷

0,206

[𝐴. 2.16]

Donde:

𝑁𝑃𝑇 𝐴: Número de platos teóricos de la zona de agotamiento.

𝑁𝑃𝑇 𝑅: Número de platos teóricos de la zona de rectificación.

𝑥𝐹,𝐻𝐾 : Composición del clave pesado en la alimentación.

𝑥𝐹,𝐿𝐾 : Composición del clave ligero en la alimentación.

𝑥𝑊,𝐿𝐾 : Composición del clave ligero en colas.

𝑥𝐷,𝐻𝐾 : Composición del clave pesado en cabezas.

𝑊: Caudal molar de colas (kmol·h-1)

𝐷: Caudal molar de destilado (kmol·h-1).

Con esta expresión se determina de manera aproximada el plato

de alimentación. Se conocen todas las variables que intervienen en ella,

por lo que sustituyendo en [A.2.16]:

(𝑁𝑃𝑇)𝑅

(𝑁𝑃𝑇)𝐴=

0,0052

0,9898·

0,0930

1,740 · 10−5

2

·4,4139

768,5319

0,206

De manera que operando:

(𝑁𝑃𝑇)𝑅

(𝑁𝑃𝑇)𝐴= 6,420 [𝐴. 2.16.𝑎]

(𝑁𝑃𝑇)𝑅 = 4,814 · 𝑁𝑃𝑇 𝐴 [𝐴. 2.16.𝑏]


Anexos Página 35

El número de platos teóricos ideales de la columna se calculó en el

apartado 2.1.3.3.

𝑁𝑃𝑇 = 𝑁𝑃𝑇 𝐴 + (𝑁𝑃𝑇)𝑅 = 18 [𝐴. 2.17]

Combinando [A.2.17] y [A.2.16.b] se obtendrá el número de platos

de cada zona de la columna.

𝑁𝑃𝑇 = 18 (𝑁𝑃𝑇)𝐴 = 15,574 ≈ 16 (𝑁𝑃𝑇)𝑅 = 2

2.3. Caracterización de la columna: HYSYS® versión 2.006.

Con el fin de refrendar los cálculos realizados en el apartado

anterior, se ha realizado la caracterización de la columna también por el

soporte informático antes mencionado, el Hysys® versión 2.006.

Mediante él se han obtenido los resultados expuestos en los

siguientes apartados, realizando un análisis mucho más minucioso de la

columna.

Figura 5: Datos obtenidos mediante el método Corto.


Anexos Página 36

Aplicando un método de resolución basado en los principios del

método FUG se han obtenido los resultados recogidos en la Figura 5.

Como se puede ver, los datos del número de platos ideales

obtenidos mediante el Hysys® versión 2.006 tienen un alto grado de

concordancia con los calculados anteriormente.

2.4. Diseño de platos de la columna.

El diseño de platos de la columna se ha de hacer por separado

para la zona de agotamiento y rectificación, escogiendo en cada caso

como plato de referencia aquel en el que se den las peores condiciones

de la zona.

Para la zona de rectificación este plato es el inmediatamente

superior al plato de alimentación y para la zona de agotamiento es el

último plato de la columna. De hecho, en el último plato es donde se dan

las peores condiciones de presión y temperatura de toda la columna.

Se ha seguido este criterio debido a que se ha de diseñar el

equipo para ser capaz de operar en las peores condiciones posibles.

2.4.1. Información previa.

Para poder abordar el diseño de platos de la columna es necesario

conocer el caudal de líquido y vapor que circula por cada zona. Para ello

se realiza balance de materia al condensador, y junto al valor de la

relación de reflujo interna es posible conocer el valor del caudal de líquido

y vapor de la zona de rectificación. Por otro lado, para conocer el caudal

del líquido y el vapor que circula por la zona de agotamiento se realiza un

balance de materia al plato de alimentación.

2.4.1.1. Balance de materia al condensador.

En la Figura 6 se puede ver una representación de la zona de

rectificación y el condensador.


Anexos Página 37

Figura 6: Esquema de la zona de rectificación.

Aplicando la ecuación [A.2.1] al condensador se llega a:

𝑉1 = 𝐷 + 𝐿0

Donde:

𝑉1: Es el vapor que sale de la columna hacia el condensador

(kmol·h-1).

𝐿0: Es el líquido que sale del condensador es retornado a la

columna (kmol·h-1).

𝐷: Es la corriente de destilado que sale del sistema (kmol·h-1).

Realizar un balance de materia al componente más volátil no tiene

lugar aquí, ya que todas las corrientes tienen la misma composición al ser

el condensador únicamente un cambio de fase. Por lo que se combina

con la relación de reflujo interna.

𝐿0

𝑉1= 0,028


Anexos Página 38

Combinando ambas ecuaciones se llega a:

𝐿0 = 22,139 𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑉1 = 790,671 𝑘𝑚𝑜𝑙

2.4.1.2. Balance de materia al plato de alimentación.

El balance de materia al plato de alimentación se realiza

analizando por separado la corriente líquida de la corriente de vapor y

teniendo en cuenta que los caudales que circulan por cada zona son

invariantes.

𝐿′ = 𝐿𝑛−1 + 𝜙 · 𝐹 𝐴. 2.18

𝑉𝑛 = 𝑉 ′ + 1 − 𝜙 · 𝐹 [𝐴. 2.19]

Donde:

𝐿𝑛−1: Es la corriente líquida que cae al plato de alimentación

proveniente de la zona de enriquecimiento (kmol·h-1). Como los caudales

de esta región son invariantes 𝐿𝑛−1 = 𝐿0.

𝑉𝑛 : Es el caudal de vapor que abandona el plato de alimentación

hacia la zona de enriquecimiento (kmol·h-1). Como los caudales de la

zona son invariantes 𝑉𝑛 = 𝑉1.

Φ: Es la condición de alimentación. Como entra como líquido

saturado toma un valor de 1.

𝐹: Es el caudal de alimentación (kmol·h-1).

𝐿′ : Es el caudal de líquido que abandona el plato hacia la zona de

agotamiento (kmol·h-1).


Anexos Página 39

𝑉 ′ : Es el caudal de vapor que llega al plato de la zona de

agotamiento (kmol·h-1).

Se conocen todas las variables que intervienen en estas dos

ecuaciones, por lo que sustituyendo se llega a:

𝐿′ = 795,083 𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑉 ′ = 790,671 𝑘𝑚𝑜𝑙

Según se establecen en las normas de diseño de Exxon Mobile,

no se recomienda la construcción de la columna con diferentes diámetros

entre las secciones de agotamiento y rectificación a no ser que la

diferencia entre ambos sea mayor o igual al 20%.

Como se recoge en el apartado 2.4.2. Dimensiones de los platos

de la columna el diámetro de la misma depende básicamente del caudal

de vapor que asciende por la misma, y al entrar la alimentación como

líquido saturado el diámetro la corriente que asciende por la zona de

agotamiento es igual al vapor que asciende por la zona de

enriquecimiento.

Es por esto que no se considerará el dimensionamiento de ambas

zonas por separado, sino que se hará de forma conjunta tomando como

datos de diseño las propiedades más desfavorables que se producen en

la columna. Estas condiciones se dan en el último plato de la misma

empezando a numerar por la parte superior.

2.4.1.3. Balance de materia al reboiler.

Al haber establecido la constancia de los caudales en cada zona,

es necesario conocer las composiciones de la corriente de vapor que


Anexos Página 40

entra al último plato (que asciende del “reboiler”) y la corriente de líquido

que sale del último plato (entra al “reboiler”).

En este dispositivo, existe otra corriente que sale, la corriente de

colas, la cual está en equilibrio con la corriente de vapor antes

mencionada, por lo que sus composiciones estarán en equilibrio. Se

determinará a partir del Hysys® 2.006.

Tabla XI:

Composiciones de las corrientes que salen del “reboiler”.


(ºC) xi yi

Tolueno

243,7

0,093 0,640

Benceno - -

Bifenilo 0,907 0,359

Realizando un balance de materia a cada componente se

determina la composición de cada uno de los componentes en la

corriente líquida que entra al “reboiler”.

Tabla XII: Composiciones de la corriente líquida que entra al “reboiler”.

Compuesto xi

Tolueno 0,637

Benceno -

Bifenilo 0,363

Conocer las composiciones de la corriente es necesario para

poder cuantificar las propiedades de la misma, tales como la densidad,

viscosidad o peso molecular.

2.4.2. Dimensiones de los platos de la columna.

Introduciendo las características de la corriente y las

composiciones de la misma en el Hysys® versión 2006 es posible

conocer las propiedades de dichas corrientes, recogidas en la Tabla XIII.


Anexos Página 41

Tabla XIII: Propiedades de las corrientes de la zona de agotamiento.

Propiedad Vapor Líquido

Densidad (kg·m-3) 5,759 818,3

Viscosidad (cP) 1,065·10-2 0,280

Peso molecular (kg·kmol-1) 114,5 114,7

Caudal másico (kg·h-1) 90.500 91.170

Caudal molar (kmol·h-1) 790,671 795,083

Caudal volumétrico (m3·h-1) 15.720,061 111,446

El primer paso a la hora de comenzar el diseño de platos es

estimar el tipo de platos que se va a instalar. Por las propiedades de la

columna el tipo de platos a instalar serán platos perforados. Se ha de

escoger el número de pasos por plato que se tiene, lo que se consigue a

través de la Figura 7.

Figura 7: Gráfica de Lockett para estimar el número de pasos. (Treybal, R.E, 1.986).


Anexos Página 42

Por lo que con los datos establecidos por la Tabla XIII:

𝑄𝑉 · 𝜌𝑉

𝜌𝐿 − 𝜌𝑉

0,5

= 1.323,443 𝑚3

𝐴. 2.20

𝑄𝐿 = 111,446 𝑚3

[𝐴. 2.21]

Los platos de la columna serán platos de paso simple.

Al ser el plato escogido platos perforados, es necesario estimar un

diámetro para las perforaciones (d0), el cual toma el valor más típico de

3/16 pulgadas (4,5 mm).

A partir de la Tabla XIV, se puede obtener la relación entre el

espesor del plato y el diámetro de los orificios para platos de acero

inoxidable.

Tabla XIV: Relación diámetro del orificio/Espesor del plato.

(Treybal, R.E., 1.986)

Diámetro de orificio Espesor del plato/diámetro de orificio

mm in Acero Inoxidable Acero al Carbono

3,0 1/8 0,65

4,5 3/16 0,43

6,0 ¼ 0,32

9,0 3/8 0,22 0,5

12,0 ½ 0,16 0,38

15,0 5/8 0,17 0,30

18,0 ¾ 0,11 0,25

De manera que la relación entre el espesor del plato y el diámetro

de las perforaciones equivale a:

𝑒

𝑑0= 0,43 [𝐴. 2.22]


Anexos Página 43

Una vez definido el tamaño del diámetro de los orificios es

necesario conocer como se distribuyen en el plato. Se ha seleccionado

una distribución al tresbolillo con un Pitch de 2,5 a 5 veces el diámetro de

los orificios, por lo que:

𝑃′ = 2,5 · 𝑑0 = 2,5 · 4,5 = 11,25 𝑚𝑚 [𝐴. 2.23.𝑎]

𝑃′ = 2,5 · 𝑑0 = 2,5 · 5 = 22,5 𝑚𝑚 [𝐴. 2.23.𝑏]

Se escogerá un pitch de 11,25 mm, para que se puedan colocar

más orificios en el plato y favorecer así la transferencia de materia entre

las corrientes.

Para conseguir un ahorro del material se supone la separación

mínima entre platos a partir de la Tabla XV correspondiente a 0,5 m.

Tabla XV: Relación diámetro de la torre y el espaciamiento entre platos.

(Treybal, R.E., 1.986).

Diámetro de la torre (T)

(m)

Espaciamiento entre platos (t)

(m)

Menos de 1 0,50

1-3 0,60

3-4 0,75

4-8 0,90

Los platos de la columna poseen unas dimensiones definidas por

las siguientes áreas.

Está formado por las siguientes áreas:

1. Área de vertederos (AV): Tanto de bajada al plato inferior como de

descenso del plato superior.

2. Área neta (An): Área total del plato menos el área ocupada por los

vertederos.


Anexos Página 44

3. Área de las vigas (AVig): Área ocupada por las vigas que soportan

al plato. Dos con el largo del vertedero y otra con el diámetro de la

torre.

4. Área de burbujeo (Aa): Área neta menos el área de las vigas.

5. Área de los orificios (A0): Área de cada perforación. Relacionada

con el diámetro.

Estas áreas se relacionan a través de diferentes expresiones y

dependen de diferentes factores.

Primero se calculará el área total de la columna y posteriormente

el diámetro de la torre.

La columna es un elemento cilíndrico, por lo que su sección

equivale a:

𝐴𝑇 = 𝜋 ·𝑇2

4 → 𝑇 =

4 · 𝐴𝑇

𝜋 [𝐴. 2.24]

Donde:

𝑇: Es el diámetro de la columna (m).

𝐴𝑇: Es el área total de la columna (m2).

Para la disposición elegida de los orificios en el plato se ha de

cumplir la siguiente relación.

𝐴𝑜

𝐴𝑎= 0,907 ·

𝑑𝑜

𝑃′

2

= 0,145 [𝐴. 2.25]

Donde:


Anexos Página 45

𝐴𝑜 : Área total de los orificios.

𝐴𝑎 : Área activa del plato.

𝑑𝑜 : Diámetro de los orificios.

𝑃′: Pitch.

Antes de abordar el cálculo de las diferentes áreas que conforman

el plato es necesario establecer los límites de operación de la columna,

marcados por el arrastre y el lloriqueo.

El arrastre depende de la velocidad máxima permisible para evitar

la inundación (VF), la cual se puede calcular a través de la siguiente

relación.

𝑉𝑓 = 𝐶𝑓 · 𝜌𝐿 − 𝜌𝑉

𝜌𝑉

0,5

[𝐴. 2.26]

Donde:

𝐶𝑓 : Coeficiente de inundación. Depende del tipo de plato.

𝜌𝐿 : Densidad del líquido.

𝜌𝑉 : Densidad del vapor.

El coeficiente de inundación para platos perforados se estima a

partir de:

𝐶𝑓 𝑚

𝑠 = 𝛼 · 𝑙𝑜𝑔

1

𝑃𝐹+ 𝛽 ·

𝜍

0,020

0,2

[𝐴. 2.27]

Donde:

𝛼 𝑦 𝛽: Son 2 parámetros que dependen de la separación entre

platos de la columna.


Anexos Página 46

𝜍: Es la tensión superficial.

𝑃𝐹: Es el parámetro de flujo.

Es una expresión empírica.

Para determinar este coeficiente es necesario calcular primero el

parámetro de flujo, que se hará a partir de:

𝑃𝐹 = 𝐿

𝑉 ·

𝜌𝑉

𝜌𝐿= 0,084 [𝐴. 2.28]

Donde:

𝐿: Caudal másico de líquido en el plato de referencia (kmol·h-1).

𝑉: Caudal másico de vapor en el plato de referencia (kmol·h-1).

𝜌𝑉 : Densidad de la corriente de vapor (kg·m-3).

𝜌𝐿 : Densidad de la corriente de líquido (kg·m-3).

Si este parámetro es menor a 0,1, se tomará como valor de

coeficiente de flujo 0,1. Como el presente desarrollo se encuentra en esta

situación la velocidad máxima permisible para evitar la inundación

equivale a:

𝑉𝐹 = 1,188 𝑚

𝑠


Anexos Página 47

Para líquidos que no forman espuma como los que se utilizan en

este proceso la relación entre la velocidad máxima permisible y la

velocidad de inundación es del 80%.

𝑉 = 0,8 · 𝑉𝐹 = 0,8 · 1,188 = 0,950 𝑚

𝑠 [𝐴. 2.29]

Se ha de considerar la situación de arrastre de líquido del plato

inferior al inmediatamente superior. Este efecto puede ser acumulativo y

las cargas de líquido en el plato superior excesivas. Es por eso que es

necesario conocer el arrastre fraccional (E) y se hace gráficamente a

partir de la Figura 8.

Como se comprueba en la figura, el arrastre fraccional depende

tanto del parámetro de flujo como de la relación establecida entre la

velocidad máxima permisible para evitar la inundación y la velocidad de

inundación.

Para el tipo de platos seleccionados, platos perforados, el máximo

valor de arrastre es de 0,1 por lo que el valor calculado no ha de ser

mayor que este valor.

Con el parámetro de flujo calculado y la relación entre velocidades

establecida el arrastre equivale a 0,05.

Figura 8: Cálculo del arrastre fraccional. (Treybal, R.E. 1988).


Anexos Página 48

El punto inferior de operación lo marca la velocidad de vapor a

través de los orificios a partir de la cual se produce un excesivo lloriqueo.

Se determina a partir de la ecuación [A.2.30].

𝑉𝑜𝑤 = 𝜍

𝜇𝐺 · 0,0229 ·

𝜇𝐺2

𝜍𝜌𝐺𝑑0·𝜌𝐿

𝜌𝐺

0,379

· 𝑒

𝑑0

0,293

· 2𝐴𝑎𝑑0

𝑃′3 3

2,8

𝑍𝑑0

0,724

[𝐴. 2.30]

Donde:

𝜍: Tensión superficial (N·m-1).

𝜇𝐺 : Viscosidad de la corriente gaseosa (Pa·s).

𝜌𝐺 : Densidad de la corriente gaseosa (kg·m-3).

𝜌𝐿 : Densidad de la corriente líquida (kg·m-3).

𝑑0: Diámetro de los orificios (m).

𝑒

𝑑0: Relación espesor del plato- diámetro de orificios.

P’: Pitch (m).

𝐴𝑎 : Área activa (m2).

Z: Distancia entre los dos vertederos (m).

Se conocen todos los parámetros salvo la distancia entre os

vertederos (Z) y el área activa, por lo que se definirá esta velocidad

posteriormente.

A continuación se calcularan las diferentes áreas que conforman el

plato con el fin de obtener el área total del mismo.

Área neta (An).

𝐴𝑛 =𝑄𝑉

𝑉 [𝐴. 2.31]


Anexos Página 49

Donde:

𝑄𝑉 : Caudal volumétrico del gas (m3·s-1).

𝑉: Velocidad del gas en la columna.

De manera que sustituyendo en [A.2.31]:

𝐴𝑛 =𝑄𝑉

𝑉= 4,597 𝑚2

Área de los vertederos (AV):

𝐴𝑇 = 𝐴𝑛 + 2 · 𝐴𝑉 [𝐴. 2.32]

Donde:

𝐴𝑇 : Área total del plato. (m2).

𝐴𝑛 : Área neta del plato (m2).

𝐴𝑉 : Área de los vertederos (m2).

Para el cálculo del área de vertederos es necesario primero

determinar el área total del plato. Para ello se recurre a la siguiente

expresión:

𝐴𝑉

𝐴𝑇=

𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛𝑊𝑇

180−

𝑊𝑇 · 1 −

𝑊𝑇

2

𝜋 [𝐴. 2.33]

Donde:

𝐴𝑇 : Área total del plato. (m2).


Anexos Página 50

𝐴𝑉 : Área de los vertederos (m2).

𝑊: Ancho del vertedero (m).

𝑇: Diámetro de la columna (m).

La relación entre la anchura del vertedero y el diámetro de la

columna es una relación tabulada de forma experimental y recogida en la

Tabla XVI, donde adicionalmente se puede obtener la distancia desde el

centro de la torre al vertedero (x), y con él la distancia entre los

vertederos (Z).

De entre todas estas relaciones de la primera columna, la más

típica es W = 0,70 · T, por lo que se tomará esa para el cálculo del área

de vertederos.

De manera que sustituyendo en [A.2.33] se obtiene:

𝐴𝑉

𝐴𝑇= 0,088

Tabla XVI:

Distancia al centro de la columna (Treybal, R.E., 1980)

Longitud del

derramadero (W)

Distancia desde el

centro de la torre (x)

Porcentaje de área

utilizado (%)

0,55T 0,4181T 3,877

0,60T 0,3993T 5,257

0,65T 0,2516T 6,899

0,70T 0,3562T 8,808

0,75T 0,3296T 11,255

0,80T 0,1991T 14,145

Sustituimos esta relación en [A.2.32], obteniendo el área total:

𝐴𝑇 = 𝐴𝑛 + 2 · 0,088 · 𝐴𝑇 𝐴𝑇 =𝐴𝑛

1 − 2 · 0,088


Anexos Página 51

𝐴𝑇 = 5,579 𝑚2

Estas son las áreas principales del plato, por lo que sustituyendo

en [A.2.24] es posible estimar el diámetro de la torre en 𝑇 = 2,665 𝑚

Según este diámetro calculado el espaciamiento entre platos

supuesto no es válido, sino que equivale a 0,6 m. Este cambio

únicamente afectaría a la velocidad de inundación si el parámetro de flujo

fuera mayor de 0,1. Como este no es el caso no se ha de cambiar

ninguna variable calculada.

Este valor hay que aproximarlo a un valor comercial de diámetros

expuestos en la Tabla XVII. De manera que el diámetro de la columna

será de 2,743 m (108 in).

Tabla XVII: Relación de diámetros comerciales de recipientes de pequeña y mediana capacidad. (Megsey, E.F., 2001).

Diámetro

(in)

Diámetro

(m)

Diámetro

(in)

Diámetro

(m)

12 0,305 48 1,219

14 0,356 54 1,372

16 0,406 60 1,524

18 0,457 66 1,676

20 0,508 72 1,829

22 0,559 78 1,981

24 0,610 84 2,134

26 0,660 90 2,286

28 0,711 96 2,438

30 0,762 102 2,591

32 0,813 108 2,743

34 0,914 114 2,896

36 0,965 120 3,048

38 1,016 126 3,200

40 1,016 132 3,353

42 1,067 138 3,505


Anexos Página 52

Con el área total de la torre se puede calcular tanto el área de los

vertederos a partir de la relación:

𝐴𝑉

𝐴𝑇= 0,088 → 𝐴𝑉 = 0,491 𝑚2

Conociendo el diámetro de la torre se estima la longitud del

derramadero:

𝑊 = 0,7 · 𝑇 = 0,7 · 2,743 = 1,920 𝑚 [𝐴. 2.34]

A partir de la Tabla XIV y según el valor seleccionado de longitud

de vertedero la distancia del centro de columna al vertedero será:

𝑥 = 0,3562 · 𝑇 = 0,977 𝑚 [𝐴. 2.35]

El camino que recorre el líquido entre los vertederos (Z):

𝑍 = 2 · 𝑥 = 1,954 𝑚 [𝐴. 2.36]

Área de las vigas (Avigas).

El objetivo de las vigas es soportar al plato. Se calcula:

𝐴𝑎 = 𝐴𝑛 − 𝐴𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 [𝐴. 2.37]

Donde:



Anexos Página 53

𝐴𝑛 : Área neta (m2).

𝐴𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 : Área de las vigas (m2).

El área activa se determina en función del diámetro de la torre y el

área total.

Tabla XVIII:

Relación área activa-área total. (Treybal, R.E., 1.980)

Diámetro de la torre 𝑨𝒂

𝑨𝑻

m ft

1 3 0,65

1,25 4 0,70

2 6 0,74

2,5 8 0,76

3 10 0,78

El diámetro de la torre (T) es de 2,742 m, por lo que se obtiene

una relación entre el área activa y total de:

𝐴𝑎

𝐴𝑇= 0,78

El área total se conoce, por lo que sustituyendo:

𝐴𝑎 = 0,78 · 𝐴𝑇 = 0,78 · 5,579 = 4,352 𝑚2

Al conocer el área neta se puede calcular el área de las vigas a

partir de [A.2.37], por lo que despejando y sustituyendo:

𝐴𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 = 𝐴𝑛 − 𝐴𝑎 = 0,245 𝑚2


Anexos Página 54

Una vez determinada el área de las vigas es necesario conocer el

espesor de las mismas:

𝑒𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 =𝐴𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠

𝑊 + 𝑊 + 𝑇 [𝐴. 2.38]

Donde:

𝑒𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 : Espesor de las vigas (m).

𝐴𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 : Área de las vigas (m2).

𝑊: Ancho del vertedero (m).

𝑇: Diámetro de la columna (m).

Al conocer todas las variables de esta expresión sólo hay que

sustituirlas para el cálculo del espesor de las vigas:

𝑒𝑣𝑖𝑔𝑎 𝑠 = 0,037 𝑚

Finalmente ya se conocen todas las variables necesarias para

calcular la velocidad máxima permisible de lloriqueo. Antes de operar se

transformaran algunos parámetros a las unidades adecuadas:

𝜍 = 19,16𝑑𝑖𝑛𝑎

𝑐𝑚·

1 · 10−5𝑁

1 𝑑𝑖𝑛𝑎·

100 𝑐𝑚

1 𝑚= 0,019

𝑁

𝑚

𝜇𝐺 = 1,065 · 10−2𝑐𝑃 ·0,001 𝑃𝑎 · 𝑠

1 𝑐𝑃= 1,065 · 10−6 𝑃𝑎 · 𝑠

𝑑0 = 4,5 𝑚𝑚 1 𝑚

1000 𝑚𝑚= 0,0045 𝑚


Anexos Página 55

Por lo que sustituyendo en [A.2.30] se estima la velocidad máxima

de lloriqueo:

𝑉𝑜𝑤 = 0,447 𝑚

𝑠

Una vez realizados todos estos cálculos es preciso comprobar la

validez de los mismos a través de las siguientes consideraciones.

Validez de la velocidad de lloriqueo 𝑽𝒐𝒘 .

Se comprueba mediante la velocidad de la corriente gaseosa a

través de los orificios:

𝑉𝐺𝑎𝑠 =𝑄𝐺𝑎𝑠

Á𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 [𝐴. 2.39]

El valor del área de los orificios (A0) se calcula a través de la

siguiente relación:

𝐴0

𝐴𝑎= 0,1451 → 𝐴0 = 0,1451 · 𝐴𝑎 = 0,631 𝑚2

Esta velocidad ha de ser mayor que la velocidad mínima de

lloriqueo. Sustituyendo en [A.2.39]:

𝑉𝐺𝑎𝑠 = 6,920 𝑚

𝑠

Por lo que la velocidad de lloriqueo calculada es válida.


Anexos Página 56

Problema de descarga.

Estos problemas aparecen cuando la velocidad de líquido a través

de vertedero es mayor a 0,3 m·s-1.

𝑉𝐿 =𝑄𝐿

𝐴𝑉= 0,063

𝑚

𝑠 [𝐴. 2.40]

De manera que no se producirán problemas de descarga al ser

esta velocidad menor a 0,3 m·s-1.

Máxima carga en el vertedero.

Mediante la Figura 9 se determina que la relación entre el

espaciamiento entre platos y la máxima carga de vertedero. Para un

espaciamiento de 0,6 m la máxima carga ha de ser de 0,031 m3·m-1·s-1.

Calculando según los valores establecidos anteriormente:

Figura 9: Gráfica para estimar la máxima carga en vertedero. (Treybal, R.E., 1.980)


Anexos Página 57

Sustituyendo se llega a:

𝑄𝐿

𝑊= 0,016

𝑚3

𝑚 · 𝑠< 0,031

𝑚3

𝑚 · 𝑠

Al ser menor se acepta el diseño como válido

2.4.3. Diseño hidráulico de los platos.

Es necesario volver a calcular las pérdidas de carga en el plato:

Se ha de cumplir que la suma total de las pérdidas de carga no ha

de ser mayor a la mitad del espaciamiento entre platos.

𝑊 + 𝑐 + ∆ + 𝐵 ≤𝑡

2 [𝐴. 2.41]

Donde:

𝑊: Altura de vertedero o rebosadero (m).

𝑐 : Altura de la cresta del líquido sobre el plato (m).

∆: Gradiente del nivel de líquido dentro del plato desde el punto de

entrada al de salida (m).

𝐵 : Retroceso del nivel de líquido en el plato (m).


Anexos Página 58

Altura de vertedero o rebosadero.

La altura de vertedero o rebosadero depende de la separación

entre platos (t).

𝑊 =𝑡

10=

0,6

10= 0,06 𝑚 [𝐴. 2.42]

Altura de la cresta de líquido sobre el plato.

Para determinar su valor se recurre a la fórmula de Francis:

𝑄𝐿

𝑊𝑒𝑓= 1,839 · 𝑐

32 [𝐴. 2.43]

Donde:

𝑄𝐿: Caudal de líquido (m3·s-1).

𝑊𝑒𝑓 : Ancho de vertedero eficaz (m).

𝑐 : Altura de la cresta de líquido sobre vertedero (m).

Al ser estorbada la acción del derramadero por los lados curvos de

la torre circular la ecuación de Francis anterior sufre una serie de

modificaciones.

𝑐 = 0,666 · 𝑄𝐿

𝑊

23

· 𝑊

𝑊𝑒𝑓

23

[𝐴. 2.44]

Donde:


𝑊𝑒𝑓 : Ancho de vertedero eficaz (m).


Anexos Página 59

𝑐 : Altura de la cresta de líquido sobre vertedero (m)

𝑊: Anchura del vertedero (m).

Existe otra expresión que relaciona la altura de la cresta de líquido

sobre el vertedero y las anchuras de los vertederos.

𝑊𝑒𝑓

𝑊

2

= 𝑇

𝑊

2

− 𝑇

𝑊

2

− 1

0,5

+2 · 𝐶

𝑇·𝑇

𝑊

2

[𝐴. 2.45]

Combinando las expresiones [A.2.44] y [A.2.45] se determina la

altura de la cresta de líquido sobre vertedero por medio de un cálculo

iterativo. Se siguen los siguientes pasos:

1. Se supone un valor de hc y se sustituye en [A.2.45] junto al valor

de W y T calculados anteriormente.

2. Una vez calculada la relación 𝑊𝑒𝑓

𝑊 se sustituye en [A.2.44],

obteniendo un valor de hc.

3. Este valor ha de coincidir con el valor supuesto en [A.2.45], sino

usar este nuevo valor en [A.2.44] y se recalcula la relación entre

las anchuras de los vertederos.

4. Se opera así hasta que estos valores coincidan.

Operando se obtiene un valor de:

𝐶 = 0,00317 𝑚

Retroceso del nivel del líquido en el plato.

Para su cálculo es necesario considerar la diferencia de presiones

del líquido al acceder al plato (hE) y la del vapor entre plato y plato (hVAP).

De acuerdo con esto:


Anexos Página 60

𝐵 = 𝐸 + 𝑉𝐴𝑃 [𝐴. 2.46]

Pérdida de carga del líquido al acceder al plato (hE).

Se utilizará la siguiente presión:

𝐸 =3

2 · 𝑔·

𝑄𝐿

𝐴𝑑𝑎

2

[𝐴. 2.47]

Donde:


𝐴𝑑𝑎 : La menor de 2 áreas: La de los vertederos (Av) y el área libre

entre el vertedero y el plato (AL).

El área de los vertederos se determinó anteriormente y el área

libre de los vertederos es calculable a través de la siguiente ecuación:

𝐴𝐿 = 𝑊 − 0,025 · 𝑊 [𝐴. 2.48]

𝐴𝐿 = 0,0672 𝑚2

De manera que Ada equivale a:

𝐴𝑑𝑎 = 0,0672 𝑚2

Sustituyendo en [A.2.47]:

𝐸 = 3,243 · 10−2 𝑚


Anexos Página 61

Pérdida de carga del vapor entre plato y plato (hvap).

Este efecto es la suma de otros:

𝑉𝐴𝑃 = 𝐷 + 𝐿 + 𝑅 [𝐴. 2.49]

Donde:

𝐷: Caída de presión en plato seco.

𝐿: Caída de presión generada al circular el vapor a través del

líquido y la espuma.

𝑅: Caída de presión del gas residual.

Caída de presión en plato seco (hD).

Para calcular esta caída de presión hay que considerar la pérdida

de presión a la entrada de las perforaciones, en el interior de las

perforaciones y a la salida de las mismas. Se determina a partir de:

2 · 𝐷 · 𝑔 · 𝜌𝐿

𝑉02 · 𝜌𝐺

= 𝐶0 0,40 1,25 −𝐴0

𝐴𝑛 +

4𝑓 · 𝑒

𝑑0+ 1 −

𝐴0

𝐴𝑛

2

[𝐴. 2.50]

Donde:

𝐷: Caída de presión en plato seco (m).

𝑉0: Velocidad del gas a través del orificio (m·s-1).

𝜌𝐿 : Densidad del líquido contenido en el plato (kg·m-3).

𝜌𝑉 : Densidad del vapor que atraviesa el plato (kg·m-3).

𝐶0: Coeficiente de orificio que depende del espesor del plato (e) y

el diámetro del orificio (d0).

𝑓: Factor de fricción.


Anexos Página 62

𝐴0: Área de los orificios (m2).

𝐴𝑛 : Área neta del plato (m2).

El coeficiente de orificio se calcula a través de la siguiente

expresión:

𝐶0 = 1,09 · 𝑑0

𝑒

0,25

[𝐴. 2.51]

Donde:

𝑑0: Diámetro de los orificios (m).

𝑒: Espesor del plato (m).

Esta ecuación depende de la relación 𝑒

𝑑0, que toma valores entre

0,2 y 2. Esta relación para este caso vale 0,43, como se determinó

anteriormente.

Sustituyendo:

𝐶0 = 1,346

El factor de fricción de Fanning depende del número de Reynolds

a través de los orificios:

𝑅𝑒 =𝑉0 · 𝑑0 · 𝜌𝑉

𝜇𝑉 [𝐴. 2.52]

Donde:


Anexos Página 63

𝑉0: Velocidad del gas a través de los orificios (m·s-1).

𝑑0: Diámetro de los orificios.

𝜌𝑉 : Densidad del gas que circula a través de los orificios (kg·m-3).

𝜇𝑉 : Viscosidad del gas que circula a través de los orificios (Pa·s).

Se obtiene un Reynolds de 1,32·104. Con estos datos y la

suposición de tubos lisos se recurre a la gráfica de Moody; Figura A.I del

anexo 8; obteniendo un coeficiente de fricción de:

4𝑓 = 0,029

Sustituyendo en [A.2.50] se obtiene una caída de presión en plato

seco de:

𝐷 = 0,016 𝑚

Caída de presión generada al circular el vapor a través del líquido y

la espuma (hL).

En la región perforada del plato el líquido se encuentra en forma

de espuma. Este valor es una estimación para el caso en que la espuma

coalesciera. Es generalmente menor que la altura del derramadero de

salida y disminuye al aumentar el flujo del gas. Algunos métodos de

estimación recurren a un llamado “factor de aireación”. En la ecuación

que se utilizará para el cálculo de esta pérdida de carga el efecto de

dicho factor se incluye como una función de las variables que lo

modifican.

𝐿 = 6,10 · 10−3 + 0,725 · 𝑊 − 0,238 · 𝑊 · 𝑉𝑎 · 𝜌𝐺0,5 + 1,225 ·

𝑄𝐿

𝑍 [𝐴. 2.53]


Anexos Página 64

Donde:

𝑊: Altura de vertedero o rebosadero (m).

𝑉𝑎 : Velocidad del gas ascendente a través del área activa (m·s-1).

𝜌𝐺 : Densidad del gas que asciende (kg·m-3).


𝑍: Ancho del flujo promedio (m),

Este ancho de flujo promedio (Z), se puede tomar como:

𝑍 =𝑇 + 𝑊

2 [𝐴. 2.54]

Donde:

𝑇: Diámetro de la torre (m).

𝑊: Anchura del vertedero (m).

Tanto el diámetro de la torre como la anchura de vertedero se

calcularon en el diseño mecánico.

𝑍 = 2,331 𝑚

La velocidad del gas ascendente a través del área activa será:

𝑉𝑎 =𝑄𝑉

𝐴𝑎 [𝐴. 2.55]


Anexos Página 65

Donde:

𝑄𝑉 : Caudal del gas ascendente (m3·s-1).


Se conocen todas las variables que intervienen en esta ecuación,

por lo que sustituyendo:

𝑉𝑎 = 1,003 𝑚

𝑠

Finalmente la caída de presión generada al circular el vapor a

través del líquido y la espuma.

𝐿 = 0,0315 𝑚

Caída de presión del gas residual (hR).

Se produce al vencer el gas la tensión superficial del líquido

cuando el gas sale a través de una perforación.

La expresión [A.6.59] se obtiene tras un balance de la fuerza

interna en una burbuja estática que se requiere para vencer la tensión

superficial.

𝑅 =6 · 𝜍

𝑑0 · 𝑔 · 𝜌𝐿 [𝐴. 2.60]

Donde:

𝜍: Tensión superficial. (N·m-1)

𝑑0: Diámetro del orificio (m).


Anexos Página 66

𝑔: Constante de gravedad (m·s-2).

𝜌𝐿 : Densidad del líquido (kg·m-3).

Sustituyendo:

𝑅 = 0,0032 𝑚

Una vez que se han determinado estas 3 pérdidas de carga se

suman para calcular la pérdida de carga del vapor entre plato y plato

sustituyendo en la ecuación [A.2.49]:

𝑉𝐴𝑃 = 0,0502 𝑚

Análogamente al conocer esta caída de presión se determina el

retroceso del nivel del líquido en el plato sustituyendo en la ecuación

[A.2.46] junto a la pérdida de carga del líquido al acceder al plato:

𝐵 = 0,0827 𝑚

Gradiente del nivel de líquido desde la entrada a la salida ().

Es un parámetro que se puede considerar despreciable en

comparación con el resto de pérdidas de carga.

En resumen, las pérdidas de carga en el plato serán:


Anexos Página 67

Tabla XIX: Resumen de las Pérdidas de carga en el plato.

DESCRIPCIÓN VALOR (m)

Altura de vertedero o rebosadero (𝒉𝑾). 0,06

Altura de la cresta del líquido sobre el plato

𝒉𝑪 . 0,0317

Gradiente del nivel de líquido dentro del

plato desde el punto de entrada al de salida

().

-

Retroceso del nivel de líquido en el plato

𝒉𝑩 . 0,0827

Pérdida de carga del líquido al acceder

al plato 𝐸 0,032

Pérdida de carga del vapor entre plato y

plato 𝑉𝐴𝑃 0,050

Caída de presión en plato seco 𝐷 0,016

Caída de presión generada al circular

el vapor a través del líquido y la

espuma 𝐿

0,0315

Caída de presión del gas residual

𝑅 0,032

TOTAL COLUMNA 0,174

Se cumple la condición impuesta al principio del apartado por la

que la pérdida de carga total ha de ser menor a 0,3.

2.5. Eficacia de la columna.

2.5.1. Método de O’Conell.

El método de O’Connell es un método gráfico con el cual se

calcula la eficacia de columna. En esta gráfica el eje de abcisas se coloca

el producto de la volatilidad relativa () del componente clave en la

alimentación (bifenilo) y la viscosidad de la alimentación (µ).

En este caso:


Anexos Página 68

𝛼 · 𝜇 = 1 · 0,197 = 0,197

Recurriendo a la Figura 10.

La eficacia estimada es del 65%.

2.5.2. Método de Lockhart y Legget.

En un plato no se llega a alcanzar el equilibrio entre las corrientes

de líquido y vapor que salen de él, por lo que es necesario establecer una

eficacia de funcionamiento a nivel global de la columna (EG). Esta

eficacia se puede calcular por medio de distintos métodos.

Se estimará por el método de Lockhart y Legget que es una

corrección del método de O’Conell.

Figura 10: Gráfica de O'Conell.

(Treybal, R.E., 1986).


Anexos Página 69

Para ello se plantea una corrección de la gráfica de O’Conell

propuesta por Lockhart y Legget para torres de hidrocarburos. Para este

método es preciso determinar de nuevo la eficacia, recurriendo a la la

Figura 11.

Figura 11: Gráfica de Lockhart y Legget. (Treybal, R.E., 1.986).

En esta gráfica el eje de abcisas se coloca el producto de la

volatilidad relativa () del componente clave en la alimentación (bifenilo) y

la viscosidad de la alimentación (µ). En este caso:

𝛼 · 𝜇 = 1 · 0,197 = 0,197

Se obtiene una eficacia del 63 %.

Tal y como sugieren estos autores el recorrido del flujo ha de ser

mayor de 3 ft, obteniendo un factor de corrección para la eficacia

calculada anteriormente. Estos factores de corrección están recogidos en

la Tabla XX.


Anexos Página 70

Tabla XX: Correciones propuestas por Lockhart y Legget.

(Treybal, R.E., 1.986).

Longitud del recorrido del

flujo del líquido (ft) Factor de incremento

3 0

4 10

5 15

6 20

8 23

10 25

15 27

La longitud del recorrido del flujo hace referencia a la distancia

entre los vertederos del plato (Z), por lo que hay que diferenciar entre la

zona de agotamiento y rectificación.

El cálculo del factor de corrección de la eficacia se hace según la

siguiente expresión:

𝐹𝐼 = 𝐹𝐼1 −𝐹𝐼1 − 𝐹𝐼2

𝑍1 − 𝑍2· 𝑍1 +

𝐹𝐼1 − 𝐹𝐼2

𝑍1 − 𝑍2· 𝑍 [𝐴. 2.61]

Donde:

𝐹𝐼𝑖: Es el factor de corrección obtenido de la tabla. Se toman el

valor inferior y superior.

𝑍𝑖: Es el recorrido del flujo del plato obtenido de la tabla. Se toma

el valor superior e inferior (ft).

Los valores de Z se obtuvieron anteriormente en el diseño de

platos, tomando los siguientes valores:

𝑍 = 1,954 𝑚 = 6,411 𝑓𝑡


Anexos Página 71

De manera que siendo Z1 = 6, Z2 = 8, FI1=20 y FI2=23 el factor de

corrección toma un valor de:

𝐹𝐼 = 20,617

Por lo que la eficacia global:

𝐸𝐺 = 𝐸′𝐺 · 1 +𝐹𝐼

100 [𝐴. 2.62]

Donde:

𝐸𝐺 : Es el valor de la eficacia corregido.

𝐸′𝐺 : Es el valor de eficacia calculado (63%).

𝐹𝐼: Es el factor de corrección.

Por lo que la eficacia:

𝐸 = 75,989 %

Esta es la eficacia de cada zona, ya que como las dimensiones de

ambas son las mismas también tendrán la misma eficacia.

2.5.3. Conclusión.

Como se comprueba la eficacia estimada por el método de

O’Conell es muy similar a la estimada por Lockhart y Legget antes de

introducir el factor de corrección.


Anexos Página 72

Al ser éste último una mejora del primero se entiende que será

más preciso, por lo que la eficacia que se seleccionará será la calculada

por Lockhart y Legget tras introducir el factor de corrección.

Por lo que número de platos reales de cada zona se calculan a

través de:

𝑁𝑃𝑅𝑅𝑒𝑐𝑡𝑖𝑓 =𝑁𝑃𝑇

𝐸𝐺=

2

0,76= 2,632 ≈ 3 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

𝑁𝑃𝑅𝐴𝑔𝑜𝑡 =𝑁𝑃𝑇

𝐸𝐺=

16

0,76= 21,056 ≈ 22 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

De manera que la distribución de los platos reales será la

siguiente:

1. 3 platos en la zona de rectificación.

2. 22 platos en la zona de agotamiento.

3. La alimentación entra entre el plato tercero y cuarto, cayendo

sobre este último al entrar como líquido saturado.

2.6. Diseño mecánico de la columna.

La determinación de los espesores tanto de la chapa envolvente

de la columna como del faldón. Junto con los espesores se consiguen

también determinar el diámetro tanto externo como interno de la

envolvente.

Se sigue el proceso establecido por la norma del Código ASME

sección VIII división 1, correspondiente a los recipientes a presión.

2.6.1. Información previa al diseño.

El espesor de la chapa estará condicionado por un factor de

corrosión (C), que depende de la vida media del recipiente. Según recoge

la Tabla XXI para columnas la vida media es de 8 años y tomando 5


Anexos Página 73

milésimas de pulgada por año de corrosión, el factor C de corrosión será

de:

𝐶 = 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜· 8 𝑎ñ𝑜𝑠 = 0,04 𝑖𝑛 = 1,016 𝑚𝑚

Tabla XXI: Vida media de los equipos.

(Aries y Newton 1.998).

Aparato Vida

(años) Aparato

Vida

(años)

Calderas vapor 25 Digestores 10

Edificio hormigón 50 Espesadores 5

Edificio ladrillo y acero 33 Filtros prensa 17

Motores eléctricos 14 Hornos eléctricos 20

Transformadores 15 Horno de gas 8

Bombas 20 Molinos 12

Columnas 8 Refrigerantes 17

Compresores 20 Secadores 25

Condesadores y evaporadores 17 Tamizadoras 12

Depósitos 10 Tuberias 15

La columna une los diferentes elementos que constituyen su

envolvente por medio de soldaduras, lo que provocan una discontinuidad

en la misma, haciendo de éstas los puntos más débiles de la chapa.

Es por esto que es necesario introducir un coeficiente de

soldadura (E), por seguridad, en el cálculo de las máximas tensiones

admisibles que es capaz de soportar el material. Su valor dependerá del

tipo de soldadura y de la forma en que se realice el control de la misma.

Siguen la norma UW-12 del código ASME división VIII.

En el caso de la columna se realizará una soldadura tipo doble

cordón con un control realizado por zonas, por lo que la eficiencia de

soldadura es de 0,85.


Anexos Página 74

2.6.2. Determinación del espesor de la envolvente y fondos.

Para su cálculo se han de tener en cuenta el efecto combinado de

las tensiones debidas a la acción de la presión interna y el viento o

seísmo. Estas dos últimas no ocurren simultáneamente, por lo que solo

se tendrá en consideración la acción del viento.

Toda la columna presentará un espesor constante, siendo éste el

mayor de los calculados para sección o zona.

2.6.2.1. Cálculo del espesor debido a la presión interna.

Se ha de calcular en 3 zonas de la columna, en la envolvente, en

los fondos y en la separación entre la zona de agotamiento y rectificación.

El material seleccionado será acero al carbono SA-285, tanto para

la envolvente como para los platos de la columna.

Se ha de tener en cuenta los espesores determinados por norma y

por el propio material. De manera que:

Espesor determinado por norma: Exigido por el código ASME.

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 2,5 + 𝐶 = 2,5 + 1,016 = 2,516 𝑚𝑚 = 0,099 𝑖𝑛 [𝐴. 2.63]

Espesor exigido por el material:

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,016 = 6,016 𝑚𝑚 = 0,237 𝑖𝑛 [𝐴. 2.64]

Para el cálculo de los espesores hará falta saber dos valores, la

presión de diseño y la temperatura de diseño.


Anexos Página 75

En la columna existe una caída de presión, por lo que es necesario

estimar una presión media de operación en la columna. La presión de

operación será de 30 psi (2,068 atm).

Como presión de diseño se escoge el mayor valor de una terna de

posibilidades:

1. Un sobredimensionamiento de la presión de operación.

𝑃𝐷 = 1,1 · 𝑃𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 1,1 · 30 = 33 𝑝𝑠𝑖 = 2,320 𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 2.65]

2. Presión máxima de operación más un valor fijo.

𝑃𝐷 = 𝑃𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 + 2 𝑘𝑔

𝑐𝑚2= 2,320 + 2 = 4,320

𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 2.66]

3. 3,5 kg·cm-2.

De este grupo de valores se escoge el que aparece recogido en

[A.2.65] que equivale a 4,285 kg·cm-2 (60,947 psi).

La temperatura de diseño sin embargo se establece de la siguiente

forma:

𝑇𝐷 = 𝑇𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 + 20 ℃ [𝐴. 2.67]

El valor máximo de temperatura que se produce en la columna se

da en el último plato de la misma, donde se introduce el vapor procedente

del reboiler a una temperatura de 243,6 ºC (507,74 ºF). Sustituyendo en

[A.2.67]:


Anexos Página 76

𝑇𝐷 = 𝑇𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 + 20 ℃ = 243,6 + 20 = 263,6 ℃ = 506,48 ℉

Con esta temperatura se puede conocer la máxima tensión

admisible del material (S), que no es más que la máxima presión que es

capaz de soportar un material de un espesor determinado que constituye

la envolvente de un recipiente a presión sin deformarse. Partiendo de

esta temperatura y con la Tabla A.IV del anexo 8 la máxima tensión de

una envolvente hecha de acero al carbono SA-285 es de:

𝑆 = 14.300 𝑝𝑠𝑖

Como se mencionó al principio del presente apartado es necesario

conocer el espesor de la envolvente en tres zonas de conflicto la

envolvente, la unión entre agotamiento y rectificación y los fondos de la

columna.

Para poder calcular el diámetro del fondo es necesario seleccionar

el tipo y características del mismo. Éstos pueden ser tipo Klopper or

Korboggen. Los fondos tipos Korboggen siguen las siguientes directrices

y si alguna de ellas se cumple su elección es viable:



3. Recipientes verticales cuya relación altura/diámetro sea superior a

10.

Las dos primeras condiciones no se cumplen, por lo que es

preciso analizar si se cumple la tercera.

Entre el fondo o cabezal y el plato inferior y superior

respectivamente existe una separación que ha de considerarse. Dicha

separación es de 0,6 m tanto para el fondo inferior como superior. La

altura de la carcasa será:

𝐻𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 = 𝐻𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑓 −𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜 + 𝐻𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 + 𝐻𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑝 −𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜 [𝐴. 2.68]


Anexos Página 77

𝐻𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 = 0,6 + 28 · 0,6 + 0,6 = 18 𝑚

Una vez obtenida la altura de la columna es necesario estimar el

diámetro de la misma con el que se evaluará la relación altura diámetro.

Éste valor corresponde al diámetro interno, pero se necesita el

externo. En este punto del diseño no se disponen de espesores, por lo

que no es posible conocer este dato. Dado que las diferencias entre

ambos será muy pequeña se puede considerar válida la aproximación de

usar el diámetro interno. Por lo que:

𝐻

𝐷=

23,226

2,742= 8,467 𝑚 < 10

Como se comprueba la relación es menor a 10, por lo que se

usará como cabezal y como fondo los del tipo Klopper, que tienen una

geometría toroesférica.

Según la normativa de instalaciones petrolíferas, estos elementos

tienen unas dimensiones establecidas que es necesario calcular. Tanto

este cálculo como el de la relación altura diámetro de la columna son

cálculos estimativos, ya que es necesario hacerlos con el diámetro

externo. Se volverán a realizar una vez se disponga del espesor de la

chapa en estas zonas.

Las dimensiones serán:

𝐿 = 0,8 · 𝐷0 𝐴. 2.69

𝑟 = 0,154 · 𝐷0 [𝐴. 2.70]

𝐻 = 0,26 · 𝐷0 [𝐴. 2.71]

= 3,5 · 𝑡 [𝐴. 2.72]

Donde:


Anexos Página 78

𝐿: Radio mayor (m).

𝑟: Radio menor (m).

𝐻: Altura del fondo (m).

: Altura de la faldilla (m).

𝐷0: Diámetro de la torre (m).

𝑡: Espaciado entre platos (m).

Sustituyendo D0 = 2,743 m y t = 0,6 m se llegan a los siguientes

resultados:

Tabla XXII: Dimensiones del fondo.

L (m) 2,194 H (m) 0,713

r (m) 0,422 h (m) 2,1

Con estos datos es posible afrontar el cálculo del espesor

requerido por la presión interna en las tres posiciones de conflicto.

Cálculo del espesor en la carcasa.

Al ser el diámetro de la torre el mismo tanto para agotamiento

como para rectificación es solo se calcularan las tensiones para este

diámetro.

𝑡𝑙𝑜𝑛𝑔 =𝑃𝐷 · 𝑅

4 · 𝑆 · 𝐸 + 0,8 · 𝑃𝐷 𝐴. 2.73

𝑡𝐶𝑖𝑟𝑐 =𝑃𝐷 · 𝑅

2 · 𝑆 · 𝐸 − 1,3 · 𝑃𝐷 [𝐴. 2.74]


Anexos Página 79

Donde:

𝑃𝐷: Presión de diseño (psi).

𝑅: Radio de la columna 1,372 m (54,016 in) (in).

𝑆: Tensión máxima admisible (psi).

𝐸: Coeficiente de soldadura.

Se definen dos tipos de tensiones ya que la carcasa estará

sometida a esfuerzos tanto longitudinales como circunferenciales. Se

escogerá el valor mayor de los dos.

De manera que:

𝑡𝑙𝑜𝑛𝑔 = 0,0311 𝑖𝑛 = 0,790 𝑚𝑚

𝑡𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑛𝑓 = 0,0624 𝑖𝑛 = 1,585 𝑚𝑚

Como se puede observar las tensiones circunferenciales son

mayores que las longitudinales, por lo que se escoge este espesor.

El mayor es el debido a las tensiones circunferenciales, por lo que

éste será el espesor de la carcasa.

Cálculo del espesor de los fondos toroesféricos.

Para su cálculo es necesario tener primero en cuenta la relación

entre el radio mayor y el menor de las cubiertas. Primero para

agotamiento y en segundo lugar para rectificación.

𝐿

𝑟= 5,199


Anexos Página 80

Al ser esta relación menor a 16,6 es posible usar la siguiente

ecuación para el cálculo del espesor:

𝑡 =𝑃𝐷 · 𝐿 · 𝑀

2 · 𝑆 · 𝐸 − 0,2 · 𝑃𝐷 [𝐴. 2.75]

Donde:


𝐿: Radio mayor del fondo.


𝐸: Coeficiente de soldadura

𝑀: Parámetro que depende de las dimensiones de la tapa.

El parámetro M se calcula a través de:

𝑀 = 0,25 · 3 + 𝐿

𝑟 = 1,320 [𝐴. 2.76]


𝑡 = 0,003 𝑖𝑛 = 0,0848 𝑚𝑚

2.6.2.2. Cálculo del espesor debido a la carga del viento.

Es necesario calcularla, ya que puede conducir a la inestabilidad

de la estructura. Es por ello que es necesario el cálculo del espesor para

aguantar la carga del viento en 2 posiciones.


Anexos Página 81

1. Posición 1: Unión entre el faldón y la envolvente de la zona de

agotamiento.

2. Posición 2: Unión entre la envolvente de rectificación con el

cabezal superior.

Para poder calcular las tensiones que ejerce el viento sobre la

columna es necesario conocer la altura de la posición a analizar, en este

caso la unión del faldón con la envolvente.

El faldón, para columnas de estas dimensiones tiene una altura de

2 m desde el suelo hasta la parte más baja del fondo; según se ha

obtenido por experiencia. Por ello:

𝑒𝑥𝑝 = 𝐻𝐹𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 + 𝐻𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 = 2 + 0,713 = 2,713 𝑚 = 8,901 𝑓𝑡 [𝐴. 2.77]

Una vez conocida la altura de aplicación se procede a calcular la

presión de diseño del viento (Pw) mediante la siguiente expresión:

𝑃𝑊 = 𝑞𝑠 · 𝐶𝑞 · 𝐶𝑒 [𝐴. 2.78]

Donde:

1. 𝑞𝑠: Es la presión de estancamiento del viento a una altura estándar

de 30 ft.

2. 𝐶𝑞 : Coeficiente de presión (factor de forma).

3. 𝐶𝑒 : Coeficiente del factor por ráfagas.

La presión de estancamiento depende de la velocidad del viento.

El proceso se colocará en San Roque, donde se han llegado a registrar

velocidades de viento de 180 km·h-1 (112,4 mph). Según esta velocidad y

la Tabla XXIII se escoge el valor inmediatamente superior, el de 120 mph

con una presión de estancamiento de 37 lb·ft-2.


Anexos Página 82

Tabla XXIII:

Factor 𝒒𝒔 carga por viento. (Megsey, E.F., 2001)

Velocidad básica del viento (mph) 70 80 90 100 110 120 130

Presión 𝒒𝒔 𝒍𝒃

𝒇𝒕𝟐 13 17 21 26 31 37 44

El coeficiente de presión depende de la geometría del recipiente

principalmente. En este caso se trata de un cilindro, por lo que se puede

enmarcar dentro de la categoría de torres redondas o elípticas con

equipos adheridos para los que toma un valor de 0,9 según la Tabla

XXIV.

Tabla XXIV:

Valor del factor de forma (𝑪𝒒) según la geometría.

(Megsey, E.F., 2001)

Torres cuadradas o rectangulares. 1,4

Torres hexagonales u octogonales. 1,1

Torres redondas o elípticas. 0,8

Si hay cualquier equipo conectado a la torre, se recomienda incrementar el

factor hasta 0,9 para recipientes cilíndricos

El coeficiente del factor por ráfagas depende del tipo de exposición

y de la altura sobre el suelo. Según la bibliografía [Megsey 2.001], de

donde procede la Tabla XXV, el presente proyecto se enmarca dentro de

un tipo de exposición C, ya que ésta corresponde a “terreno plano,

generalmente abierto que se extiende al menos media milla o más desde

donde se localiza la torre. Las grandes plantas petroquímicas se

encuentran en este tipo de exposición”. Con una altura de 2,743 m (8,901

ft) este factor vale 1,2.


Anexos Página 83

Tabla XXV: Altura combinada, exposición y coeficiente del factor por ráfagas.


Altura sobre el piso

(ft)

Coeficiente 𝑪𝒆

Exposición C Exposición B

0 – 20 1,2 0,7

20 – 40 1,3 0,8

40 – 60 1,5 1,0

60 – 100 1,6 1,1

100 – 150 1,8 1,3

150 – 200 1,9 1,4

200 – 300 2,1 1,6

300 – 400 2,2 1,8


𝑃𝑊 = 0,9 · 1,2 · 37 = 39,96𝑙𝑏

𝑓𝑡2= 0,278 𝑝𝑠𝑖 = 0,0191 𝑏𝑎𝑟

Una vez calculada la presión de diseño del viento se procede a

calcular el momento del viento:

𝑀𝑒𝑥𝑝 = 𝑀 − 𝑒𝑥𝑝 · 𝑉 − 0,5 · 𝑃𝑊 · 𝐷𝑜 · 𝑒𝑥𝑝 [𝐴. 2.79]

Donde:

𝑀𝑒𝑥𝑝 : Momento a la altura expuesta.

𝑀: Momento máximo. Se da en la base.

𝑒𝑥𝑝 : Altura expuesta al viento.

𝑉: Esfuerzo cortante.

𝑃𝑊: Presión de diseño del viento.


Anexos Página 84

𝐷0: Diámetro exterior de la carcasa.

El esfuerzo cortante se conoce a través de la siguiente ecuación:

𝑉 = 𝑃𝑊 · 𝐷0 · 𝐻 [𝐴. 2.80]

Donde:

𝑃𝑊: Presión de diseño del viento.

𝐷0: Diámetro exterior de la carcasa.

𝐻: Altura total de la torre incluyendo el faldón.

El momento máximo será:

𝑀 = 𝑉 · 1 [𝐴. 2.81]

Donde:

𝑉: Es el esfuerzo cortante.

1: Es el brazo de palanca para la posición analizada.

Sustituyendo [A.2.80] en [A.2.81] se llega a:

𝑀 = 𝑃𝑊 · 𝐷0 · 𝐻 · 1 [𝐴. 2.81.𝑎]

El brazo de la palanca en la posición a analizar se calcula a través

de:


Anexos Página 85

1 =𝐻

2= 10,163 𝑚 = 33,335 𝑓𝑡

El diámetro exterior de la carcasa ha de tener en cuenta el espesor

del aislante a colocar. Su espesor será de 80 mm debido principalmente

a la temperatura de trabajo de la torre. Será una capa de lana de roca.

Este espesor se estimó a partir de la Tabla XXVI.

𝐷0 = 2,743 + 2 · 0,80 = 4,343 𝑚 = 14,249 𝑓𝑡

Sustituyendo en [A.2.81.a]:

𝑀 = 𝑃𝑊 · 𝐷0 · 𝐻 · 1 = 1.265.058,73 𝑙𝑏 · 𝑓𝑡

Tabla XXVI:

Espesor calorifugados de equipos para lana de roca. (Especificaciones CEPSA)

TEMPERATURA DE OPERACIÓN

(ºC)

ESPESOR

(mm)

65-75 40

75-160 50

160-180 60

180-310 80

310-450 120

450-650 150

650-750 180

Por lo que el momento a la altura expuesta vale:

𝑀𝑒𝑥𝑝 = 934.138,182 𝑙𝑏 · 𝑓𝑡

De manera que el espesor por la acción del viento será:


Anexos Página 86

𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =12 · 𝑀𝑒𝑥𝑝

𝑟𝑖2 · 𝜋 · 𝑆 · 𝐸

[𝐴. 2.82]

Donde:

𝑀𝑒𝑥𝑝 : Es el momento a la altura expuesta (lb·ft).

𝑟𝑖2: Es el radio de la envolvente incluyendo el aislante (ft).

𝑆: Tensión máxima admisible (lb·ft-2).

𝐸: Coeficiente de soldadura.

Por lo que:

𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0,0031 𝑓𝑡 = 0,954 𝑚𝑚

Habrá que analizar también la segunda posición, obteniendo un

espesor de:

𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 5,650 · 10−6 𝑓𝑡 = 0,0017 𝑚𝑚

2.6.2.3. Conclusión.

Hay que considerar el efecto combinado de las tensiones debidas

al efecto del viento y las presiones internas, es decir, hay que sumar el

esfuerzo predominante para cada sección de la torre. Añadiendo también

el sobreespesor por corrosión:

Columna.

𝑡 𝑚𝑚 = 𝑡𝑃 .𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 + 𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝐶 [𝐴. 2.83]


Anexos Página 87

𝑡 𝑚𝑚 = 1,585 + 1,123 + 1,016 = 3,724 𝑚𝑚

Como se ve, este valor de espesor mínimo es menor al exigido por

norma por lo que el espesor mínimo será éste más el margen de

corrosión (7,032).

Se ha escogido como espesor debido a la presión interna el

exigido por norma, ya que el calculado es inferior a este valor. Con la

Tabla XXVII se determina el espesor real, ya que hay que seleccionar el

espesor comercial inmediatamente superior al calculado:

𝑡𝐸𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 7,032 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚

El fondo y el cabezal tendrán también este espesor, ya que el

calculado es menor que el exigido por norma.

Tabla XXVII:

Espesores de placa envolvente comerciales. (Megsey 2.001)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

1/16 1,6 9/16 14,3 1 1/16 27,0

3/32 2,4 5/8 15,9 1 1/8 28,6

3/16 4,8 11/16 17,5 1 3/16 30,2

¼ 6,4 3/4 19,1 1 1/4 31,8

5/16 7,9 13/16 20,6 1 5/16 33,3

3/8 9,5 7/8 22,2 1 3/8 34,9

7/16 11,1 15/16 23,8 1 7/16 36,5

½ 12,7 1 25,4 1 1/2 38,1

2.7. Diseño mecánico del elemento de soporte.

La columna estará soportada por un faldón, que es la estructura de

soporte más adecuada para recipientes cilíndricos verticales. Está unido


Anexos Página 88

por medio de soldadura continua a la columna, englobando al fondo

inferior.

Su uso se ve justificado si cumple al menos alguna de las

siguientes puntualizaciones:

1. El diámetro de la envolvente ha de ser mayor a 1,5 m.

2. La relación altura/diámetro del recipiente ha de ser mayor a 5.

3. Se pueden esperar vibraciones.

4. La masa del recipiente lleno ha de ser superior a 15 toneladas.

En el caso de la columna diseñada se cumplen las tres primeras,

ya que el diámetro de la envolvente 2,743 m sin tener en cuenta el

aislante, la relación altura/diámetro toma el valor de 5,687 y se pueden

esperar vibraciones por la acción del viento sobre el recipiente.

Estos dispositivos se verán sometidos a cargas por acción tanto

del viento como del peso del recipiente.

2.7.1. Información previa al diseño.

Se consideran la misma información previa que la establecida en

el apartado 2.6.1 resumidas a continuación.

Tabla XXVIII: Información previa al diseño mecánico.

Características Valor

S (psi) 14.300

E 0,85

Material Acero al carbono SA-283

Temperatura de diseño (ºC) 246,3

Al estar sujeto a las mismas consideraciones iniciales los

espesores mínimos establecidos por la norma y el material coincidirán

con los establecidos anteriormente


Anexos Página 89

Las únicas variables que cambian son el material y por ello la

máxima tensión admisible. En este caso se escoge como material el

acero al carbono SA-283, ya que es el adecuado para estructuras de

soporte según se puede comprobar en la Tabla A.IV del anexo 8.

2.7.2. Determinación del espesor.

Tal y como se mencionó anteriormente el faldón está sometido a

dos cargas, las debidas a la acción del peso de la estructura que soporta

y la debida a la acción del viento.

2.7.2.1. Cálculo del espesor debido a la acción del viento.

En el apartado 2.6.2.2 se analizó el espesor en la unión entre el

faldón y la envolvente, el cual se extrapola a este apartado, cambiando

únicamente la tensión máxima admisible ya que se ha cambiado de

material.

𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1,081 + 1,016 = 2,097 𝑚𝑚

Cálculo del espesor debido al peso del recipiente.

Se calcula a través de la siguiente expresión:

𝑡𝑝𝑒𝑠𝑜 =𝑊

𝐷𝑜 𝑓𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 · 𝜋 · 𝑆 · 𝐸 [𝐴. 2.84]

Donde:

𝑊: Peso de la estructura que soporta el faldón (lb).


Anexos Página 90

𝐷𝑜 𝑓𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 : Diámetro del faldón coincidente con el de la carcasa a la

que va unida, la de agotamiento (ft).

𝑆: Tensión máxima admisible del material (lb·ft-2).

𝐸: Coeficiente de eficiencia de la soldadura.

Para calcular el peso de la estructura es necesario conocer tres

elementos:

1. Peso de la estructura.

2. Peso del material aislante.

3. Peso del líquido que ocupa toda la columna.

El peso de la estructura lo conforman los platos, la envolvente y

tanto el cabezal como el fondo.

Volumen del cabezal y fondo.

Al ser iguales, fondos toriesféricos tipo Klopper, únicamente

variará el diámetro de una zona a otra. Por lo que:

𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 = 0,1 · 𝐷0𝐸𝑥𝑡

3 − 𝐷0𝐼𝑛𝑡

3 [𝐴. 2.85]

Donde:

𝐷0𝐸𝑥𝑡: Es el diámetro externo de la envolvente (m). Toma un valor

de 2,758 m.

𝐷0𝐼𝑛𝑡: Es el diámetro interno de la envolvente (m). Toma un valor

de 2,743 m.



Anexos Página 91

𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 = 0,034 𝑚3

Volumen de la envolvente.

Al tener solo un diámetro se hace para:

𝑉𝐸𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐻 · 𝜋 ·𝐷𝐸𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜

2 − 𝐷𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜2

4 [𝐴. 2.86]

Donde:

𝐻: Es la altura de la envolvente (m).

𝐷𝐸𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 : Es el diámetro externo de la envolvente (m). Toma un

valor de 2,758 m.

𝐷𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 : Es el diámetro interno de la envolvente (m). Toma un

valor de 2,743 m.


𝑉𝐸𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0,972 𝑚3

Volumen de los platos.

Será la suma del volumen de platos en agotamiento y en

rectificación, determinados a partir de la siguiente expresión:

𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑖 = 𝑁𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑖 · 𝑒𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜 · 𝜋 ·𝑇𝑖

2

4− 𝐴0 𝑖 [𝐴. 2.87]

Donde:


Anexos Página 92

𝑁𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑖 : Es el número de platos.

𝑒𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜 : Espesor del plato (m).

𝑇𝑖 : Diámetro del plato (m).

𝐴0 𝑖 : Área de los orificios en el plato (m).

Sustituyendo en [A.2.87] se obtiene un volumen total de platos de

la columna:

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 = 0,255 𝑚3

De manera que el peso total de la estructura será de:

𝑊 = 𝑔 · 𝜌𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 · 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 [𝐴. 2.88]

Donde:

𝑔: Es la aceleración de la gravedad (m·s-2).

𝜌𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 : Es la densidad del acero utilizado SA-285. Toma un valor

de 7.850 kg·m-3.

𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 : Es la suma total de todos los volúmenes calculados

anteriormente.

Por lo que sustituyendo en [A.6.128]:

𝑊 = 9,81 𝑚

𝑠2· 7.850

𝑘𝑔

𝑚3· 1,261 𝑚3

𝑊𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜 = 97.107,719 𝑁


Anexos Página 93

El peso del material aislante se calcula de manera análoga usando

las mismas expresiones, pero con los siguientes valores de diámetros.

Volumen de aislante contenido en los fondos.

Para el fondo se usan los diámetros de la sección de agotamiento

y para el cabezal los de rectificación. Pero en este caso ambos son

iguales, por lo que no hay distinción

𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6,094 𝑚3


𝑉𝐸𝑛𝑣𝑜𝑙𝑛𝑡𝑒 = 265,192 𝑚3

El volumen total de aislante en la torre:

𝑉𝐴𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 277,380 𝑚3

Sabiendo que la densidad de la lana de roca es de 40 kg·m-3, el

peso será de:

𝑊𝐴𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 108.843,912 𝑁

Por lo que el peso de la estructura será:

𝑊′𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑊𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜 + 𝑊𝐴𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 205.951,631 𝑁 [𝐴. 2.89]


Anexos Página 94

Para estimar el peso real de la estructura es necesario un

sobredimensionamiento del 25% para cubrir elementos tales como

escalerillas, plataformas, soldaduras o tuberías.

𝑊𝐸𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 1,25 · 𝑊′𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 257.439,539 𝑁 [𝐴. 2.90]

Peso del líquido contenido en la columna.

Para conocer el peso del líquido es necesario estimar el volumen

del mismo que es capaz de albergar la columna.

Volumen del cabezal y el fondo.

Se calcula con el diámetro interno (2,743 m).

𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑜 𝐶𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 0,1 · 𝐷𝑖3 [𝐴. 2.91]


𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑜 𝐶𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 2,064 𝑚3

Al haber un fondo y un cabezal de las mismas dimensiones:

𝑉𝐹𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑦 𝐶𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 4,128 𝑚3


Tanto la envolvente de rectificación como de agotamiento son

cilindros.


Anexos Página 95

𝑉𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐻 · 𝜋 ·𝐷𝑖

2

4 [𝐴. 2.92]

Por lo que el volumen de envolvente será:

𝑉𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 88,641 𝑚3

Por lo que el volumen total de la columna será:

𝑉𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 92,769 𝑚3

El peso del líquido contenido en la columna en lugar de calcularse

con la mezcla de hidrocarburos se hará con agua de prueba, pues dará la

situación más desfavorable posible al ser su densidad sensiblemente

superior a la de la mezcla (1.000 kg·m-3).

𝑊𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑔 · 𝜌𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 · 𝑉 [𝐴. 2.93]

𝑊𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 910.060,103 𝑁

Conocidos tanto el peso del líquido que es capaz de albergar la

columna como de la propia estructura se está en posición de calcular el

peso que ha de soportar el faldón.

𝑊𝑆𝑜𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 = 𝑊𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 + 𝑊𝐸𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 1.167.499,642 𝑁

𝑊𝑆𝑜𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 = 262.464,4 𝑙𝑏


Anexos Página 96

Ya se conocen los datos necesarios para estimar el espesor del

faldón. Por lo que sustituyendo:

𝑡𝑝𝑒𝑠𝑜 = 5,618 · 10−3 𝑓𝑡 = 1,712 𝑚𝑚

Teniendo en cuenta los efectos combinados del viento y el peso:

𝑡𝐹𝑎𝑙𝑑𝑜𝑛 = 𝑡𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑡𝑝𝑒𝑠𝑜 = 1,712 + 1,651 = 3,363𝑚𝑚

2.7.2.2. Conclusión.

El espesor calculado es menor al exigido por norma (6,016 mm),

por lo que añadiendo el margen por corrosión:

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 6,016 + 1,016 = 7,032 𝑚𝑚

El espesor comercial será:

𝑡 𝑚𝑚 = 7,032 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚

2.8. Altura de la estructura.

Para el cálculo de la altura de la columna se han de tener en

cuenta los siguientes elementos:

1. La columna en sí.

2. Los faldilla de unión entre la columna y los fondos.

3. La distancia del primer y último plato a la faldilla.


Anexos Página 97

Haciendo el cálculo:

𝐻𝑇 = 𝐶𝑜𝑙 + 2 · 𝑓𝑎𝑙𝑑𝑖𝑙𝑙𝑎 + 2 · 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜 −𝑓𝑎𝑙𝑑𝑖𝑙𝑙 + 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 + 𝐹𝑎𝑙𝑑 ó𝑛 [𝐴. 2.94]

𝐻𝑇 = 23,226 𝑚

2.9. Otros elementos.

2.9.1. Escalerilla y plataformas

Elementos de mantenimiento a los que hay que complementar con

plataformas cada 30 ft (9,144 m) y jaulas en el caso de que la altura del

recipiente sea mayor de 20 ft (6,096 m) según la normativa ANSI A14.3-

1974.

Se colocaran al menos tres plataformas y será necesaria la jaula

de la escalerilla.

Se colocará una plataforma cada 9 m de altura y la última en la

parte superior. Dicha plataforma es para descansar y se encuentra

desplazada horizontalmente. Otra se colocará en el plato situado por

debajo del de alimentación y otro en el primer plato (comenzando a

numerar por arriba)

La jaula comienza a los 2,28 metros del suelo para evitar posibles

golpes en la cabeza.

Bocas de hombre.

El número de bocas de hombre depende del diámetro del

recipiente. Esta relación queda reflejada en la Tabla XXIX basada en la

norma API 650.


Anexos Página 98

Tabla XXIX:

Relación de las bocas de hombre con el diámetro. (Norma API 650)

Diámetro nominal del tanque.

(m)

Número

mínimo

D ≤ 61 2

61 < D ≤ 91 3

91 < D 4

Para un diámetro de 2,743 m corresponden 2 bocas de hombre

distribuidas de la siguiente forma:

1. Plato número 1.

2. Último plato (Plato número 25)

Según la norma consultada su tamaño ha de ser de 20 in (0,508

m), pero a tener de experiencia de operarios con los que el proyectista ha

tenido la posibilidad de consultar se recomienda aumentar su tamaño

hasta las 24 in (0,696 m).

Como la distancia entre ellas no ha de ser superior a los 6 metros,

se instalará otra boca de hombre adicional a 18 metros de altura

(coincidiendo con la plataforma) comenzando a numerar desde la parte

superior.


Anexos Página 99

ANEXO 3: Sistemas de intercambio de calor.

3.1. Introducción.

En el presente apartado se desarrollaran los cálculos necesarios

para el dimensionamiento de los equipos de transferencia de calor

presentes en el proceso distribuidos de la siguiente forma:

1. Línea de alimentación: Un intercambiador de calor (IC-01) cuyo

objetivo es aumentar la temperatura de la corriente F para conseguir

un ahorro energético.

2. Cabezas de columna: Un condensador total aerorrefrigerante (CD-01)

que transforma el vapor que sale de la columna en líquido.

3. Colas de columna: Un reboiler tipo Kettle que proporciona una

vaporización parcial del líquido que sale de la columna por la parte

inferior.

4. Línea de cabezas: Batería de aerorefrigerantes (AR-01-06 ).

5. Línea de colas: Intercambiador de calor (IC-03) de carcasas y tubos

cuyo objetivo es reducir la temperatura de la corriente de colas hasta

un valor óptimo para el almacenamiento.

3.2. Diseño del intercambiador de calor de la corriente de

alimentación (IC-01)

Antes de comenzar con el diseño es conveniente definir las

corrientes de entrada y salida tanto del fluido refrigerante como

calefactor. Se encuentran recogidas en las siguientes tablas.


Anexos Página 100

Tabla XXX: Propiedades de la corriente a calentar (carcasa).

Propiedad Entrada Salida Media

Viscosidad (Pa·s) 5,846·10-4 1,970·10-4 3,908·10-4

Densidad (kg·m-3) 808,7 754,5 781,6

Temperatura (K) 358 410,7 384,35

Qmolar (kmol·h-1) 772,944 772,944 772,944

WF (kg·h-1) - - 71.412,278

QV (m3·h-1) - - 91,367

Capacidad calorífica (kJ·kg-1·C-1) 0,020

Conductividad 0,121 0,108 0,114

Tabla XXXI: Propiedades de la corriente calefactora (tubos).

Propiedad W entrada W salida Media

Viscosidad (Pa·s) 1,628·10-5 1,240·10-4

7,014·10-5

Densidad (kg·m-3) 10,74 836,8 423,77

Temperatura (K) 490,9 488,6 489,75

Qmolar (kmol·h-1) 2,201

WF (kg·h-1) 39,669

QV (m3·h-1) 3,694

Calor latente (kJ·kg-1) 1.896 1.896 1.896


Donde:

Qmolar: Es el caudal molar (kmol·h-1).

WF: Caudal másico (kg·h-1).

QV: Caudal volumétrico (m3·h-1).

3.2.1. Justificación de este intercambiador.

En un principio se planteaba intercambiar calor entre la corriente

que sale de la torre y la corriente de alimentación a la misma, para

intentar conseguir un ahorro de vapor en el reboiler.


Anexos Página 101

Pero por el bajo caudal de la corriente de colas no es viable la

construcción de este intercambiador.

Pese a este inconveniente proyecta este dispositivo para elevar la

temperatura de la corriente de alimentación a la columna, para favorecer

la separación de los distintos componentes que la conforman. Se usará

como fluido calefactor vapor a alta presión procedente de refinería.

3.2.2. Asignación de flujos.

En este tipo de intercambiadores se pondrán en contacto dos

fluidos, uno que circula por la carcasa y otro que circula por los tubos.

Para selección que fluido circula por donde se siguen los siguientes

criterios.

1. El fluido más sucio circula por el interior de los tubos, ya que su

limpieza es más sencilla.

2. El fluido más corrosivo ha de circular por los tubos, para minimizar

el costo que supondría un material anticorrosivo.

3. El fluido de más presión se sitúa por el interior de los tubos.

4. El fluido que circula por la carcasa es el de mayor viscosidad o un

gas.

En el caso del IC-01 no existe ningún fluido corrosivo ni sucio, por

lo que estos criterios no son definitivos.

Tras rechazar estos dos criterios aún queda discernir entre el

punto 3 y 4 de los antes citados. Si se escoge como limitante el número 4

a la hora de aplicar el factor de corrección de la temperatura media

logarítmica el resultado no es aplicable, ya que el factor R equivaldría a

0,05, cuando el mínimo aceptable es 0,1.

Por esto se establece que el fluido que circula a través de los

tubos es el vapor calefactor a alta presión y el que circula por carcasa es

la corriente líquida, obteniendo como se comprueba posteriormente un

factor de corrección de F=1, valor aceptable.


Anexos Página 102

3.2.3. Cálculo de los calores intercambiados.

El calor ganado por el fluido frío ha de ser el mismo que el perdido

por el fluido calefactor, por lo que:

𝑄 = 𝑚 𝐹 · 𝐶𝑃 · ∆𝑇 [𝐴. 3.1. ]

Donde:

𝑚 𝐹: Caudal másico del fluido frío (kg·s-1).

𝐶𝑃 : Capacidad calorífica (kJ·kg-1·K-1)

∆𝑇: Incremento de temperatura de la corriente fría a la salida y

entrada.

La capacidad calorífica se ha calculado a través de la siguiente

expresión:

𝐶𝑝 = 𝐴 +𝐵 · 𝑇 + 𝐶 · 𝑇2 + 𝐷 · 𝑇3 + ⋯ · 10−5 𝐽

𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 [𝐴. 3.2]

Será necesario calcularlo para cada sustancia que conforma la

alimentación. Evaluándose a la temperatura media de la corriente la

capacidad calorífica para cada sustancia será:

Tabla XXXII: Coeficientes para el cálculo de Cp.

(Perry et Al, 2001)

A B C

Cp (J·mol-1·K-1)

Cp (J·kg-1·K-1)

Benceno 1,29·105 -1,70·10-2 6,48·10-1 1,505 0,0162

Tolueno 1,40·105 -1,52·102 6,95·10-1 1,731 0,0187

Bifenilo 1,22·105 4,29·102 0 2,735 0,0296


Anexos Página 103

La capacidad calorífica de la corriente, teniendo en cuenta la

aportación de cada compuesto será:

𝐶𝑝 = 2 · 10−2 𝑘𝐽

𝑘𝑔 · 𝐾

Sustituyendo se llega a que se ha de intercambiar un calor de:

𝑄 = 7,521 · 104 𝑘𝐽

𝑠= 2,089 · 104

𝐽

𝑠

Este calor absorbido por la corriente fría será el que perderá la

corriente calefactora de vapor. En este caso se produce un cambio de

fase pasando de vapor a líquido. Se desconoce el caudal de vapor

necesario, pero es calculable aplicando la siguiente expresión:

𝑄 = 𝑚 𝐶 · 𝜆 [𝐴. 3.3]

Donde:

𝑄: Es el calor cedido a la corriente fría. Se calculo en

anteriormente [A.3.1] (kJ·s-1).

𝑚 𝐶: Caudal de la corriente de vapor necesario para lograr el

intercambio deseado (kg·s-1).

: Calor latente (kJ·kg-1)

Estas propiedades están recogidas en la Tabla XXXI, donde

también figura el caudal calculado mediante [A.3.3]. Reordenando:


Anexos Página 104

𝑚 𝐶 =𝑄

𝜆= 0,011

𝑘𝑔

𝑠

3.2.4. Características del intercambiador.

Los intercambiadores de calor tendrán las siguientes

características:

1. Se escoge un intercambiador de calor de carcasas y tubos.

2. Se escoge un pitch de 1 pulgada con una disposición triangular,

pues permite colocar un 10% de tubos más que en el paso

cuadrado.

3. Se escogen tubos con un diámetro externo de 0,75 in y un

diámetro de 0,532 in.

4. Los tubos estarán hechos de acero al carbono SA-106 y la carcasa


5. Se tendrá un paso por carcasa y dos por tubos.

3.2.5. Cálculo del área del intercambiador.


𝑄 = 𝑈 · 𝐴𝑠 · ∆𝑇𝑚 [𝐴. 3.4]

Donde:

𝑄: Calor intercambiado entre los fluidos (J·s-1).

𝑈: Coeficiente global de transferencia de materia. Depende de la

resistencia a la transmisión de calor en el equipo (W·m-2·K-1).

𝐴𝑠: Área de transferencia de calor (m2).

∆𝑇𝑚 : Incremento de temperatura media logarítmica.


Anexos Página 105

Despejando de [A.3.3] es posible obtener el área de transferencia

de materia:

𝐴𝑠 =𝑄

𝑈 · ∆𝑇𝑚

Es preciso calcular estos parámetros desconocidos, a excepción

del calor intercambiado entre los fluidos, pues es un valor conocido.

3.2.5.1. Temperatura media logarítmica.


∆𝑇𝑚 = 𝑇𝐶𝐿

− 𝑇𝐹𝐿 − 𝑇𝐶𝑜

− 𝑇𝐹0

𝐿𝑛 𝑇𝐶𝐿

− 𝑇𝐹𝐿

𝑇𝐶𝑜− 𝑇𝐹0

[𝐴. 3.5]

Sustituyendo:

∆𝑇𝑚 = 102,963 𝐾

Para este tipo de intercambiadores de calor de carcasas y tubos

es necesario introducir un factor o término corrector.

∆𝑇𝑚𝐹= 𝐹 · ∆𝑇𝑚 [𝐴. 3.6]

El cálculo del factor corrector se realiza a través de una gráfica

dependiente de dos parámetros en función de la temperatura:


Anexos Página 106

𝐸 =𝑡2 − 𝑡1

𝑇1 − 𝑡1 [𝐴. 3.7.𝑎]

𝑅 =𝑇1 − 𝑇2

𝑡2 − 𝑡1 [𝐴. 3.7.𝑏]

Estas temperaturas son conocidas, por lo que:

𝐸 = 0,016

𝑅 = 22,91

Recurriendo a la Figura A.2 del anexo 8 se obtiene un factor de

corrección F de:

𝐹 = 1


∆𝑇𝑚𝐹= 102,963

1.2.5.2. Coeficiente global de transferencia de calor.

En un intercambiador de calor se produce una transmisión de calor

entre dos fluidos, uno caliente y otro frío a través de las paredes de una

tubería. El calor se transfiere por convección a través del fluido, a través

de las paredes por conducción y de nuevo de la pared al fluido por

convección.

La resistencia global a la transferencia de calor será la suma de

las resistencias individuales:


Anexos Página 107

𝑅 = 𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 + 𝑅𝑒𝑥𝑡𝑒𝑖𝑜𝑟 [𝐴. 3.8]

Sustituyendo:

𝑅 =1

𝑈=

1

𝑖 · 𝐴𝑖+

𝐿𝑛 𝑟𝑜𝑟𝑖

2 · 𝜋 · 𝑘𝑚 · 𝐿+

1

𝑜 · 𝐴𝑜 [𝐴. 3.8.𝑎]

Donde:

𝑖: Coeficiente de película interna.

𝐴𝑖: Área interna (m2).

𝑟0: Radio interno (m).

𝑟𝑖: Radio externo (m).

𝑘𝑚 : Conductividad térmica del material (W·m-1·K-1).

𝐿: Longitud del intercambiador (m).

0: Coeficiente de película externa.

𝐴0: Área externa (m2).

U: Coeficiente global de transferencia de materia.

A continuación se calcularan los términos de la ecuación anterior

[A.3.8.a].

Coeficiente individual de película interna.

Se calcula a través del número de Nusselt.

𝑁𝑢 =𝑖 · 𝐷𝑖

𝑘 𝐴. 3.9


Anexos Página 108

Donde:

𝑖: Coeficiente individual de convección interna.

𝐷𝑖: Diámetro interno de la tubería (m).

𝑘: Conductividad de la sustancia.

Se calculará el Número de Nusselt de otra forma, y se sustituirá

posteriormente en [A.3.9].

Primero se calculará el número de Reynolds.

𝑅𝑒 =4 · 𝑊𝑚

𝜋 · 𝜇 · 𝐷𝑖 [𝐴. 3.10]

Donde:

𝑊𝑚 : Caudal másico del fluido que circula a través de los tubos

(kg·s-1).

𝜇: Viscosidad de la corriente (Pa·s).

𝐷𝑖: Diámetro interno de los tubos (m).

Sustituyendo en [A.3.7] se obtiene un número de Reynolds:

𝑅𝑒 = 1,482 · 104

Al tener un número de Reynolds mayor a 10.000 el número de

Nusselt mediante la relación siguiente.


Anexos Página 109

𝑁𝑢 = 0,023 · 𝑅𝑒45 · 𝑃𝑟0,4 [𝐴. 3.8]

Donde:

𝑅𝑒: Número de Reynolds.

𝑃𝑟: Número de Prandt.

El coeficiente al que está elevado el número de Prandt, 0,4

corresponde al coeficiente para los casos en los que el fluido que circula

por el interior de los tubos está a mayor temperatura. El número de

Prandtl se calcula a través de:

𝑃𝑟 =𝐶𝑝 · 𝜇

𝑘 [𝐴. 3.9]

Donde:

𝐶𝑝: Capacidad calorífica (kJ·kg-1·K-1).

𝜇: Viscosidad (Pa·s).

𝑘: Conductividad térmica del fluido (W·m-1·K-1).

El calor específico de la corriente calefactora se calcula a través

de una expresión diferente, ya que es una corriente gaseosa.

𝐶𝑝 = 𝐴 + 𝐵 ·

𝐶𝑇

𝑠𝑒𝑛 𝐶𝑇

2

+ 𝐷 ·

𝐸𝑇

𝑐𝑜𝑠 𝐸𝑇

[𝐴. 3.10]

Se utilizarán los siguientes coeficientes.


Anexos Página 110

Tabla XXXIII: Coeficientes para el cálculo de la capacidad calorífica

del agua como vapor. (Perry et Al, 2001)

A B C D E

0,336·105 0,2679·105 2,6105·103 0,0890·105 1,169

Aplicando la ecuación [A.3.10] se consigue un valor de:

𝐶𝑝 = 0,0219 𝐽

𝑘𝑔 · 𝐾

La conductividad térmica de la corriente que circula por los tubos

se evaluará a la temperatura media de la corriente a calentar se ha

calculado por medios bibliográficos.

𝑘 = 0,328 𝑊

𝑚 · 𝐾

Sustituyendo los valores se obtiene:

𝑃𝑟 = 4,688 · 10−3

Con éste y el número de Reynolds se calcula el número de Nusselt

mediante [A.3.8]

𝑁𝑢 = 5,844

Despejando de [A.3.9] se obtiene el coeficiente individual de

película interna:


Anexos Página 111

𝑖 =𝑁𝑢 · 𝑘

𝐷𝑖= 2,583 · 104

𝑊

𝑚2 · 𝐾

Coeficiente individual de convección externa,

Se calcula de la misma forma que el coeficiente de convección

interna pero teniendo en cuenta los siguientes cambios:

1. El diámetro es el correspondiente al diámetro exterior de los tubos

D0=0,75 in (0,0191 m).

2. El caudal es el del fluido que circula por carcasa recogido en la

Tabla XXX 𝑚 𝐶 = 19,837 𝑘𝑔

𝑠 .

Procediendo de manera análoga:

𝑅𝑒 =4 · 𝑊𝑚

𝜋 · 𝜇 · 𝐷0 [𝐴. 3.11]

Sustituyendo:

𝑅𝑒 = 3,396 · 106

La conductividad de la sustancia será:

𝑘 = 0,114 𝑊

𝑚 · 𝐾

Recurriendo a [A.3.9] se obtiene un número de Prandt de:

𝑃𝑟 = 0,102


Anexos Página 112

A través de la ecuación [A.3.8] se calcula el número de Nusselt.

𝑁𝑢 = 1,548 · 103

De manera que el coeficiente de convección externa equivale a:

0 =𝑁𝑢 · 𝑘

𝐷0= 9,295 · 103

Coeficientes de ensuciamiento interno y externo.

Son datos bibliográficos necesarios, ya que tanto el ensuciamiento

interno de los tubos como el externo aumenta la resistencia a la

transferencia de calor. Añadiéndolas a la ecuación [A.3.8.a] se obtiene la

siguiente estructura:

𝑅𝑖 = 𝑅𝑖𝑖·𝑑0

𝑑𝑖 [𝐴. 3.12]

𝑅0 = 𝑅00·𝑑0

𝑑𝑖 [𝐴. 3.13]

Donde:

𝑅𝑖: Es la resistencia debida a la película de ensuciamiento interna.

𝑅0: Es la resistencia debida a la película de ensuciamiento externa.

𝑅𝑖𝑖: Es el coeficiente de ensuciamiento de la película interna. Toma

un valor de 0,004 K·m2·W-1.

𝑅𝑜0: Es el coeficiente de ensuciamiento de la película externa.

Toma un valor de 0,002 K·m2·W-1.


Anexos Página 113

Conductividad del material.

Los tubos estarán hechos de acero al carbono SA-106, ya que es

el recomendado para tuberías cuando se trabaja a altas temperaturas

(hasta 450ºC).

Según el instituto americano del hierro y acero (AISI), el acero al

carbono SA-106, AISI-1010, la dependencia de la conductividad térmica

con la temperatura se ve reflejada en la Tabla XXXIV.

Tabla XXXIV:

Dependencia de la conductividad térmica con la temperatura. (Instituto americano del hierro y el acero)

Temperatura

(ºC)

Conductividad

térmica

(W·m-1·K-1)

0 65,2

100 60,2

200 55,5

300 50,7

400 46

500 41,5

600 36,9

700 32,9

800 28,9

Por lo que la conductividad térmica del acero será de:

𝑘𝑚 = 59,67𝑊

𝑚 · 𝐾

Coeficiente global de transferencia de materia.

Teniendo en cuenta los factores de ensuciamiento de la parte

interior y exterior de los tubos, la ecuación [A.5.8.a] sufre la siguiente

modificación.


Anexos Página 114

1

𝑈=

1

𝑖 · 𝐴𝑖+

𝐿𝑛 𝑟𝑜𝑟𝑖

2 · 𝜋 · 𝑘𝑚 · 𝐿+

1

𝑜 · 𝐴𝑜+ 𝑅𝑖 + 𝑅0

Esta es la expresión general, hay que tener en cuenta que este

coeficiente no tiene sentido si no se refiere al área sobre la que actúa, por

lo que finalmente esta expresión toma la siguiente forma:

1

𝑈=

𝐷0

𝑖 · 𝐷𝑖+

𝐷0 · 𝐿𝑛 𝑟𝑜𝑟𝑖

2 · 𝑘𝑚+

1

𝑜+ 𝑅𝑖 + 𝑅0 [𝐴. 3.14]

Sustituyendo se llega a un valor del coeficiente de transferencia de

masa de:

𝑈 = 1.082,996𝑊

𝐾 · 𝑚2

3.2.5.3. Cálculo el área del intercambiador.

Una vez conocidos todos los parámetros de la ecuación [A.3.3] es

posible calcular el área del intercambiador.

𝐴𝑠 =𝑄

𝑈 · ∆𝑇𝑚= 0,154 𝑚2


En el presente apartado se determinará tanto la longitud de los

tubos como el número existente en el intercambiador.


Anexos Página 115

3.2.6.1. Número de tubos.


𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 =𝑚 𝑓

𝑣 · 𝜋 · 𝜌 ·𝐷𝑖

2

4

[𝐴. 3.15]

Donde:

𝑚 𝑓 : Caudal másico del fluido frío (kg·s-1).

𝜌: Densidad promedio del fluido que circula por el interior de los

tubos (kg·m-3).

𝐷𝑖: Diámetro interior de los tubos (m).

𝑣: Velocidad de paso del fluido por el interior de los tubos (m·s-1)

La velocidad recomendada según la bibliografía consultada

[Branan et Carl, 3ª Edición] es de:

𝑣 = 1,2 𝑚

𝑠

Sustituyendo en [A.3.15] se obtiene un número de tubos de:

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 = 0,151 ≈ 1 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

Se supuso un pitch de una pulgada, pero recurriendo a la Tabla

A.VII del anexo 8 se observa que para 1 tubo el número de tubos será

de 30.

De la misma tabla, y para 30 tubos se obtiene un diámetro de

carcasa de 0,203 m.


Anexos Página 116

3.2.6.2. Longitud de los tubos.

Sabiendo que la geometría del intercambiador será cilíndrica, es

posible calcular la longitud de los tubos.

𝐴 = 𝜋 · 𝐷𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 · 𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 · 𝐿 [𝐴. 3.16]

Donde:

𝐴: Es el área del intercambiador. Toma un valor de 14,059 m2.

𝐷0: Diámetro exterior de los tubos (m).

𝐿: Longitud del intercambiador (m).

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 : Número de tubos.

Despejando la longitud del intercambiador se obtiene:

𝐿 =𝐴

𝜋 · 𝐷0 · 𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠= 0,203 𝑚 = 0,666 𝑓𝑡

Estas longitudes han de ser normalizadas, para lo que se recurre a

las normas TEMA. Según la Tabla XXXV la longitud normalizada

correspondiente es de 8 ft (2,438 m).

Tabla XXXV: Longitudes normalizadas de tubos para

intercambiadores de calor. (Normas TEMA).

Longitud (ft) 8 10 12 16 20

Longitud (m) 2,438 3,048 3,658 4,877 6,096


Anexos Página 117


3.2.7.1. Placas deflectoras.

Son placas que se colocan en la carcasa para conseguir que el

fluido circule lo más perpendicular posible a los tubos. De esta manera se

consigue mejorar la transferencia de materia.

El número de placas deflectoras se calcula a través de la siguiente

expresión.

𝑁𝑐 =𝐿

𝑃𝑑 [𝐴. 3.17]

Donde:

𝑁𝑐 : Es el número de placas deflectoras.

𝐿: Es la longitud de los tubos (m).

𝑃𝑑 : Es la separación entre las placas deflectoras (m).

La longitud de los tubos se calculo anteriormente mientras que la

separación entre las placas es necesario determinarla. Para ello se

recurre a las normas TEMA, que establece que la distancia mínima entre

placas será el mayor de los siguientes valores:

1. Valor 1: 2 in (0,0508 m).

2. Valor 2: 1/5 del diámetro de la carcasa. En este caso corresponde

a 0,041 m.

El valor escogido será el valor 2. Según las normas TEMA

expuestas en la Tabla XXXVI para un tamaño de tubos de ¾ in, la

distancia recomendada es de 60 in (1,524 m).


Anexos Página 118

Tabla XXXVI: Distancia entre las placas deflectoras.

(Normas TEMA).

Tubo

OD

(in)

Material del tubo y valor máximo de temperatura ºF (ºC)

Acero al carbono y Acero de alta

aleación 759 (399)

Acero de baja aleación 850 (454).

Niquel-Cobre. 600 (316).

Niquel. 850 (464).

Niquel Cromo Hierro 1000 (538)

Aluminio y aleaciones

de aluminio.

Cobre, titanio y

aleaciones de cobre.

¼ 26 22

3/8 35 30

½ 44 38

5/8 52 45

¾ 60 52

7/8 69 60

1 74 64

1 ¼ 88 76

1 ½ 100 87

2 125 110

Finalmente la distancia entre placas deflectoras será un término

medio entre los dos valores seleccionados.

𝑃𝑑 =0,041 + 1,524

2= 0,783 𝑚 [𝐴. 3.18]

Sustituyendo en [A.3.17] se comprueba que el número de placas

deflectoras será de:

𝑁𝑐 = 3,116 = 4 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠

Según el diámetro de la carcasa, el espesor de las placas

deflectoras se calcula a través de la Tabla XXXVII.


Anexos Página 119

El presente intercambiador tiene una carcasa de 0,203 m de

diámetro y un espaciamiento entre placas de 0,783 m, por lo que el

espesor de las placas deflectoras será de 0,0048 m.

Tabla XXXVII:

Espesor de las placas deflectoras. (Normas TEMA).

Este espesor ha de ser inferior al de la carcasa, y posee un

segmente libre del 25% del diámetro interior de la carcasa.

3.2.8. Diseño mecánico del intercambiador.

3.2.8.1. Tubos.

Información previa al diseño.

Antes de calcular el espesor de los tubos que conforman el

intercambiador es preciso conocer algunos datos que resultaran útiles

para este proceso.

El diseño se realizará mediante el código ASME B31.3.

Presión de diseño.

Para averiguar la presión de diseño es necesario conocer la

presión de operación de los tubos en el intercambiador de calor. Estos

trabajaran a una presión media de 3,985 bar (57,798 psi).


Anexos Página 120


posibilidades:


𝑃𝐷 = 1,1 · 𝑃𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 1,1 · 319,44 = 351,384 𝑝𝑠𝑖

𝑃𝐷 = 4,470 𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 5.19]



𝑐𝑚2= 22,458 + 2 = 24,458

𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 5.20]

3. 3,5 kg·cm-2.

La presión de operación corresponderá a la reflejada en [A.5.20],

24,458 kg·cm-2 (347,875 psi).

Temperatura de diseño.

Por otro lado, la temperatura de diseño se determina de la

siguiente forma:

𝑇𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝑇𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 + 20 ℃ [𝐴. 3.21]

En los tubos del intercambiador la máxima temperatura con la que

se trabaja corresponde a 217,9ºC (490,9K), por lo que la temperatura de

diseño será de 237,9ºC (510,9K).

Máxima tensión admisible.


Anexos Página 121

Depende de la temperatura de diseño y del material, de manera

que para acero al carbono SA-106 y una temperatura de diseño de

510,97K (459,954ºF).

𝑆 = 17.300 𝑝𝑠𝑖

Eficacia de la soldadura.

Se utilizaran tuberías sin costuras, es decir, sin soldadura por lo

que la eficacia de la soldadura será 1.

Espesor por corrosión.

Según la Tabla A.III del anexo 8 las tuberías tendrán una vida

media de 15 años, por lo que asumiendo una pérdida de 0,005 pulgadas

al año:

𝐶 = 15 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,075 𝑖𝑛 = 1,905 𝑚𝑚 [𝐴. 3.22]

Espesor de los tubos.

Se calcula a través de la siguiente expresión definida por código

ASME B31.3.

𝑡 = 𝑃𝐷 · 𝐷0

2 · 𝑆 · 𝐸 + 2 · 𝑃𝐷 · 𝑌+ 𝐶 ·

1

1 −𝑀

100

[𝐴. 3.23]


Anexos Página 122

Donde:


𝐷𝑜 : Diámetro exterior de la tubería (in).


𝐸: Eficacia de la soldadura.

𝑌: Coeficiente que depende del material y la temperatura de la

tubería.

𝐶: Sobreespesor por corrosión (in).

𝑀: Tolerancia a la fabricación.

A excepción de la tolerancia a la fabricación y el coeficiente Y el

resto de parámetros se conocen, por lo que se calcularan los

desconocidos.

Tolerancia a la fabricación M.

Para tuberías sin costuras como las proyectadas, la tolerancia a la

fabricación es bastante elevada. Depende del material y la temperatura.

Toma un valor de 12,5%.

Coeficiente Y.

Al igual que otros parámetros depende tanto del material como de

la temperatura. Se calcula a través de la Tabla XXXVIII para un acero al

carbono SA-106 y una temperatura de 217,9ºC.


Anexos Página 123

Tabla XXXVIII: Coeficiente Y.

(Normas TEMA).

Material ≤ 482 ºC 510 ºC 538 ºC 566 ºC 593 ºC ≥ 621 ºC

Acero

Ferrítico 0,4 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7

Acero

Austenítico 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,7

Otros

metales

dúctiles

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Por lo que

𝑌 = 0,4

Sustituyendo en [A.3.23] se obtiene un espesor de:

𝑡 = 0,093 𝑖𝑛 = 2,362 𝑚𝑚 [𝐴. 3.24]

Con este espesor se recurre a las Tablas A.X-XIII del anexo 8 y

para tubos de un diámetro de 0,75 in y un espesor de 0,093 in. Por lo

tanto, los tubos serán 13 BWG (espesor 0,095 in, diámetro interior 0,56 in

(0,0143 m)) coincidiendo con el diámetro supuesto inicialmente.

3.2.8.2. Carcasa.


Se sigue la misma dinámica que para el diseño de los tubos.


Anexos Página 124

Espesor exigido por norma.

Según el código ASME, para aceros al carbono es necesario el

siguiente espesor mínimo:

𝑡 𝑚𝑚 = 6 + 𝐶 = 6 + 2,159 = 8,159 𝑚𝑚 [𝐴. 3.25]


Se adopta el mismo valor de desgaste, 0,005 pulgadas al año pero

esta vez para 17 años.

𝐶 = 17 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,085 𝑖𝑛 = 2,159 𝑚𝑚 [𝐴. 3.26]


Se calcula de la misma forma que la presión de diseño de los

tubos, sabiendo que se trabaja a una presión media de 2,068 bar (30 psi).

𝑃𝐷 = 58,447 𝑝𝑠𝑖 (4,028 𝑏𝑎𝑟)


Se determina de la misma forma que se hizo anteriormente.

𝑇𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 157,7 ℃ = 315,86℉

Eficacia a la soldadura.

Para soldaduras a tope con doble cordón y revisión por zonas el

coeficiente de eficacia equivale a 0,85.


Anexos Página 125

Tensión máxima admisible.

Para un acero al carbono SA-285 a una temperatura inferior a los

500ºF, equivale a 15.700 psi.

Espesor de la carcasa.

Según el código ASME sección VIII (normativa seguida en este

diseño) no se han de contemplar al mismo tiempo las tensiones debidas

a seísmos y las tensiones debidas al viento. Debido al emplazamiento de

nuestros equipos, Algeciras, y sus condiciones climáticas, se tendrán en

cuenta las tensiones debidas al viento, puesto que las debidas a seísmos

serán despreciables. En el caso que nos ocupa, el espesor a calcular por

la acción del viento será muy pequeño en comparación con el espesor

debido a la presión interna, por lo que no se calcula.

Espesor por la presión interna.

Se considera el tanque como un elemento cilíndrico. El espesor de

la envolvente se determinará calculando el necesario para soportar las

tensiones antes citadas, escogiendo el mayor de estos dos, sometiéndolo

posteriormente a criterios normalizados y comerciales.

El cálculo de las tensiones longitudinales sigue la siguiente

expresión:

𝑡𝑙𝑜𝑛𝑔 =𝑃𝐷 · 𝑅

2 · 𝑆 · 𝐸 + 0,4 · 𝑃𝐷 [𝐴. 3.27]

Análogamente, las tensiones circunferenciales:

𝑡𝐶𝑖𝑟𝑐 =𝑃𝐷 · 𝑅

𝑆 · 𝐸 − 0,6 · 𝑃𝐷 [𝐴. 3.28]


Anexos Página 126

Donde:


𝑅: Radio del intercambiador (in).

𝑆: Máxima tensión admisible (psi).

𝐸: Eficiencia de junta de soldadura.

Sustituyendo y calculando se obtienen:

𝑡𝐿𝑜𝑛𝑔 = 0,020 𝑖𝑛 = 0,518 𝑚𝑚

𝑡𝐶𝑖𝑟𝑐 = 0,041 𝑖𝑛 = 1,041 𝑚𝑚

El mayor espesor es el correspondiente a los espesores

circunferenciales, por lo que sumándole el sobreespesor por corrosión.

𝑡𝐶𝑖𝑟𝑐 𝑚𝑚 = 1,041 + 2,159 = 3,2 𝑚𝑚

Conclusión sobre el espesor de la carcasa.

Al ser el espesor de diseño calculado en [A.3.28] menor que el

exigido por el material, el espesor de la carcasa corresponderá a este

último, reflejado en [A.3.25]

𝑡 𝑚𝑚 = 6 + 𝐶 = 6 + 2,159 = 8,159 𝑚𝑚

Comercialmente mediante la Tabla A.VI del anexo 8 se escoge el

valor inmediatamente superior, en este caso 9,5 mm.


Anexos Página 127

3.2.6. Pérdidas de carga en tubos.

Se calculan por medio de la ecuación de Fanning.

∆𝑃 =𝑓 · 𝐺2 · 𝐿

𝐷𝑖 · 𝜌 [𝐴. 3.29]

Donde:

L: longitud de los tubos (m).

𝐷𝑖: diámetro interno de los tubos (m).

𝑓: factor de fricción

ρ: densidad del fluido que circula por los tubos (kg/m3)

G: velocidad másica (kg·m-2·s-1)

La longitud de de los tubos y el diámetro se calcularon en el

apartado 3.2.6.2 y 3.2.4 respectivamente. La densidad del fluido que

circula por los tubos está recogida en la Tabla XXXI, por lo que

únicamente es necesario calcular el factor de fricción y la velocidad

másica.

3.2.6.1. Cálculo de la velocidad másica.

Se calcula a través de la siguiente ecuación.

𝐺 =4 · 𝑀 · 𝑛𝑡

𝜋 · 𝐷𝑖2 · 𝑁𝑡

[𝐴. 3.30]

Donde:


Anexos Página 128

M: caudal másico de la corriente que circula por el interior de los

tubos (kg·s-1).

nt: número de pasos por tubos.

Nt: número de tubos

Di: diámetro interno de los tubos (m).

Todos estos parámetros se conocen, pues se han calculado

anteriormente, de manera que sustituyendo:

𝐺 = 16,123 𝑘𝑔

𝑚2 · 𝑠

3.2.6.2. Cálculo del factor de fricción.

Se calculará a través del diagrama de Moody, para el cual es

necesario conocer el número de Reynolds.

𝑅𝑒 =𝐺 · 𝐷𝑖

𝜇 [𝐴. 3.31]

Donde:

𝐺: Es la velocidad másica (kg·m-2·s-1).

𝐷𝑖: Diámetro interno del tubo (m).

𝜇: Viscosidad de la corriente (Pa·s).

La viscosidad está recogida en la Tabla XXXI, tomando un valor

de 7,014·10-5 Pa·s.

Sustituyendo se obtiene un Reynolds de:


Anexos Página 129

𝑅𝑒 = 556,973

Para tubos lisos y al estar en régimen laminar:

𝑓 =64

𝑅𝑒= 0,060

3.2.6.3. Cálculo de la pérdida de carga.

Sustituyendo en [A.3.29] se obtiene una pérdida de carga de:

∆𝑃 = 6,901 𝑃𝑎 = 6,905 · 10−5 𝑏𝑎𝑟

De manera que:

𝑃𝑆𝑎𝑙 = 𝑃𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − ∆𝑃 [𝐴. 3.32]

Donde:

𝑃𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 : Es la presión a la entrada de los tubos (bar).

𝑃𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 : Es la presión a la salida de los tubos (bar).

∆𝑃: Es la pérdida de carga producida en los tubos (bar).

Por lo que:

𝑃𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 22,02 − 6,905 · 10−5 = 22,02 𝑏𝑎𝑟


Anexos Página 130

3.2.7. Pérdidas de carga en la carcasa.

Se calcula mediante el método de CERN.

∆𝑃 =𝑓𝑐 · 𝐺𝑐

2 · 𝑁𝑐 + 1 · 𝐷𝑐

𝜌 · 𝐷𝑒 [𝐴. 3.33]

Donde:

𝑓𝑐 : Factor de fricción en carcasa.

𝐺𝑐: Velocidad másica en carcasa (kg·m-2·s-1).

𝑁𝑐: Número de deflectores.

𝐷𝑐: Diámetro de la carcasa (m)

𝐷𝑒: Diámetro equivalente (m)

De estos parámetros se desconoce la velocidad másica, el factor

de fricción y el diámetro equivalente.


Se calcula a través de:

𝐺 =4 · 𝑀

𝜋 · 𝐷𝑐2 − 𝑁𝑡 · 𝐷0

2 · 𝑋 [𝐴. 3.34]

Donde:

M: Caudal másico de la corriente que circula por la carcasa, es

decir por el exterior de los tubos (kg·s-1).

nt: Número de pasos por tubos.


Anexos Página 131

Nt: Número de tubos.

Dc: Diámetro de la carcasa (m).

X: Es el cociente entre el pitch y el diámetro exterior.

D0: Diámetro exterior de los tubos (m).

El pitch de los tubos se determinó en el apartado 3.2.4 y vale

0,938 in (0,0238 m). De manera que:

𝑋 =𝑃′

𝐷0=

0,0238

0,01905= 1,249

Sustituyendo se llega a:

𝐺 = 666,901 𝑘𝑔

𝑚2 · 𝑠


Para un diámetro de carcasa de 0,203 m (7,992 in) y para aceros

comerciales se obtiene una rugosidad relativa de 0,00019 mediante la

Figura 12.


Anexos Página 132

Figura 12: Gráfica para el cálculo de la rugosidad relativa. (Rase H.F., 2.000)

El número de Reynolds se calcula de igual forma que para los

tubos:

𝑅𝑒 =𝐺 · 𝐷𝑐

𝜇= 1,930 · 106


Anexos Página 133

El flujo es turbulento, por lo que el factor de fricción se termina a

partir del diagrama de Moody:

𝑓 = 0,014

3.2.7.3. Cálculo del diámetro equivalente.

Se calcula considerando que el flujo se produce a través de los

tubos a pesar de los deflectores. De manera que:

𝐷𝑒 = 4 · 4 ·

𝑃𝑙2

3 − 𝜋 ·𝐷𝑜

2

8

𝜋 ·𝐷0

2

[𝐴. 3.36]

Donde:

1. 𝑃𝑙: Es el pitch (m).

2. 𝐷0: Es el diámetro exterior de los tubos (m).

Sustituyendo el diámetro equivalente vale:

𝐷𝑒 = 0,082

3.2.7.4. Cálculo de la pérdida de carga por carcasa.

Sustituyendo los parámetros calculados en [A.3.33] se obtiene una

pérdida de carga para el fluido que circula por carcasas de:

∆𝑃 = 191,185 𝑃𝑎 = 2 · 10−9 𝑏𝑎𝑟


Anexos Página 134

3.2.8. Material aislante.

Para el aislamiento térmico del recipiente se usa lana de roca, ya

que es el material que cumple perfectamente las necesidades técnicas de

una manera económica.

Según la Tabla A.V del anexo 8 para una temperatura de

137,7ºC, la máxima que se da en el intercambiador, el espesor requerido

de lana de roca es de 80 mm.

3.3. Diseño de los intercambiadores presentes en la línea de

cabezas.

3.3.1. Selección del tipo de intercambiador.

El tipo de intercambiador de calor seleccionado será de carcasas y

tubos.


Es necesario para reducir la temperatura de la corriente de

cabezas de la columna, ya que su almacenamiento se hará a 87,4ºC.

3.3.3. Materiales de construcción.

Los tubos se construirán en acero al carbono SA-106, mientras

que el resto de elementos en acero al carbono SA-285. Los elementos de

soporte se construirán de acero al carbono SA-283.

La justificación de la elección de estos materiales se puede ver

según la Tabla A.I del anexo 8.


Anexos Página 135

3.3.4. Calor intercambiado.

3.3.4.1. Calor total intercambiado.

Por las limitaciones proporcionadas por estos dispositivos la

refrigeración que se consigue es del orden de 10-15ºC. Al querer

conseguir un enfriamiento mayor, de 137,9ºC a 12,5ºC, se requerirá

instalar varios de aerorrefrigerantes en serie.

Primero se calculará el calor que es necesario retirar de manera

global y el área total necesaria, para posteriormente, hacerlo para cada

intercambiador con una refrigeración de 12,5ºC por cada uno de ellos.

El calor total que es necesario retirar se calcula de la misma forma

que se calculó el calor intercambiado entre las corrientes involucradas en

IC-01.

Es necesario definir las características de las corrientes.

Tabla XXXIX:

Características de la corriente a enfriar globales.


Viscosidad (Pa·s) 1,957·10-4 3,434·10-4

2,696·10-4

Densidad (kg·m-3) 751,9 807,1 779,5

Temperatura (K) 410,4 358 384,2

Caudal mol (kmol·h-1) 768,532

Caudal mas (kg·h-1) 70.758,741

Caudal vol (m3·h-1) 90,775

Capacidad calorífica (kJ·kg-1·K-1) 0,0200

Conductividad térmica (W·K-1·m-1) 0,107 0,121 0,114

De manera que el calor intercambiado, aplicando [A.3.1].

𝑄 = 7,412 · 104𝑘𝐽

= 2,059 · 104

𝐽

𝑠


Anexos Página 136

El cálculo del caudal de aire necesario para retirar este calor se

hace del mismo modo que se calculo el flujo de vapor calefactor para IC-

01. Los resultados se recogen en la siguiente tabla.

Tabla XL: Características de la corriente de aire total.


Viscosidad (Pa·s) 0,019 0,020 1,945·10-5

Densidad (kg·m-3) 1,165 1,109 1,137

Temperatura (K) 303 318 310,5


WF (kg·h-1) 6.961,041

QV (m3·h-1) 6.122,287



3.3.4.2. Calor intercambiado por cada unidad.

Fijando la refrigeración por unidad en 12,5ºC las propiedades de la

corriente de salida cambian. Se recogen en la siguiente tabla.

Tabla XLI:

Características de las corrientes para un aerorrefrigerante con ΔT=12,5 ºC.


Viscosidad (Pa·s) 1,957·10-4 2,156·10-4 2,057·10-4

Densidad (kg·m-3) 751,9 765,7 758,8

Temperatura (K) 410,4 397,9 404,15


WF (kg·h-1) 70.759,828

QV (m3·h-1) 93,253




Anexos Página 137

El calor intercambiado por este dispositivo será de:

𝑄 = 1,844 · 104 𝑘𝐽

= 5,112 · 103

𝐽

𝑠

Análogamente habrá que determinar la cantidad de aire necesaria

para poder retirar este calor. Los resultados se recogen en la siguiente

tabla.

Tabla XLII:

Características de la corriente de aire para un aerorrefrigerante.


Viscosidad (Pa·s) 0,019 0,020 1,945·10-5

Densidad (kg·m-3) 1,165 1,109 1,137



WF (kg·h-1) 1.238,705

QV (m3·h-1) 1.089,450



3.3.5. Características de los intercambiadores.

Se adoptan las siguientes características.

1. Los tubos tendrán un diámetro interno de 1 pulgada, por ser el

valor más típico para estos dispositivos.

2. Los tubos tendrán un diámetro externo de 1,218 pulgada, por ser

el valor más típico para estos dispositivos.

3. El pitch del haz tubular será de 2,5 veces el diámetro de los tubos,

por lo que en este caso será de 2,5 pulgadas.


Anexos Página 138

4. Los tubos serán aleteados y construidos de acero al carbono SA-

283, por las razones expuestas en la memoria descriptiva. Las

aletas se construyen de aluminio.

3.3.6. Cálculo del área del intercambiador.

3.3.6.1. Cálculo del área total.

Se calcula de igual manera que el área del IC-01 (cálculo hecho en

el apartado 3.2.5.3), a través de la siguiente expresión:

𝑄 = 𝐴𝑡 · 𝑈 · ∆𝑇𝑚𝑙

De esta ecuación se conoce únicamente el calor intercambiado. El

resto de parámetros es preciso calcularlos.

Temperatura media logarítmica.

Se obtiene a partir de la siguiente expresión:

∆𝑇𝑚 = 𝑇𝐶𝐿

− 𝑇𝐹𝐿 − 𝑇𝐶𝑜

− 𝑇𝐹0

𝐿𝑛 𝑇𝐶𝐿

− 𝑇𝐹𝐿

𝑇𝐶𝑜− 𝑇𝐹0

Para el cambio de 137,4ºC a 85ºC:

∆𝑇𝑚𝑙 = 68,241

Para el cambio de 137,4ºC a 124,9ºC:


Anexos Página 139

∆𝑇𝑚𝑙 = 92,973

Coeficiente global de transferencia de materia.

Se calcula de la misma forma que para IC-01, a través de la


1

𝑈=

𝐷0

𝑖 · 𝐷𝑖+

𝐷0 · 𝐿𝑛 𝑟𝑜𝑟𝑖

2 · 𝑘𝑚+

1

𝑜+ 𝑅𝑖 + 𝑅0

El proceso de cálculo es el mismo, por lo que únicamente se

presentarán los resultados finales de los diferentes coeficientes.

Coeficiente de película interna (hi).

Tabla XLIII:

Cálculo de hi para el cambio global.

Parámetro Valor

Re 3,655·106

Pr 4,719·10-2

Nu 1,207·103

hi(W·m-2·K-1) 5,425·103

Tabla XLIV:

Cálculo de hi para el ΔT=12,5ºC.

Parámetro Valor

Re 4,791·106

Pr 0,754

Nu 4,540·103

hi(W·m-2·K-1) 4,575·103


Anexos Página 140

Coeficiente de película externa (h0).

Tabla XLV: Cálculo de h0 para el cambio global.

Parámetro Valor

Re 2,930·106

Pr 0,754

Nu 3,063·103

hi(W·m-2·K-1) 2,538·103

Tabla XLVI: Cálculo de ho para el ΔT=12,3ºC.

Parámetro Valor

Re 7,289·105

Pr 0,7540

Un 1,01·103

hi(W·m-2·K-1) 8,339·102

De manera que el coeficiente global de transferencia de materia vale:

𝑈𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 = 736,498 𝐾 · 𝑚2

𝑊

𝑈∆𝑇=12,5℃ = 455,130 𝐾 · 𝑚2

𝑊

Cálculo del área del intercambiador.

Para el cambio total el área de intercambio necesaria será:

𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0,410 𝑚2

Para el salto térmico de ΔT=12,5ºC:


Anexos Página 141

𝐴ΔT=12,5 ℃ = 0,121 𝑚2

De manera que para conseguir esta área total harán falta:

𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐴ΔT=12,5 ℃=

0,410

0,121= 3,388 = 4 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 [𝐴. 3.37]

Por lo que a partir de ahora se calcularan las propiedades para el

aerorrefrigerante con un salto térmico de 12,5ºC.


3.3.7.1. Número de tubos.

Se calcula través de la siguiente expresión:

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 =𝑚 𝑓

𝑣 · 𝜋 · 𝜌 ·𝐷𝑖

2

4

[𝐴. 3.37]

La velocidad de paso del fluido a través de los tubos será la misma

que se determinó mediante la bibliografía [Branan et Carl, 3ª Edición],

adquiriendo un valor de 4,572 m·s-1.

Todas las propiedades de esta sección hacen referencia a la

Tabla XLI. Sustituyendo se obtiene un número de tubos de:

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 = 11,181 = 12 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠


Anexos Página 142

3.3.7.2. Longitud de los tubos.

Su cálculo es idéntico al del IC-01, por lo que únicamente se

sustituye:

𝐿 =𝐴

𝜋 · 𝐷0 · 𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠= 0,104 𝑚

Adoptando las longitudes comerciales impuestas por las normas

TEMA y recogidas en la Tabla A.VIII del anexo 8 se obtiene:

𝐿 = 2,438 𝑚

3.3.7.3. Aletas en los tubos.

Los tubos estarán aleteados por medio de una configuración de

aletas altas, ya que estas son las recomendadas para equipos

refrigerados por aire. Estarán hechas de aluminio. Presentan las

siguientes características.

Tabla XLVII:

Características de la aleta.

Descripción Valor

Altura (cm) 5




Una vez conocidas las características de las aletas es preciso

definir algunos otros parámetros concernientes al tamaño y disposición

de las mismas.


Anexos Página 143

Área aleteada.


𝐴𝑎𝑙𝑒𝑡𝑒𝑎𝑑𝑎 = 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝐴𝑇𝑢𝑏𝑜𝑠 [𝐴. 3.38]

Donde:

𝐴𝑎𝑙𝑒𝑡𝑒𝑎𝑑𝑎 : Área disponible para las aletas (m2).

𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 : Es el área total del sistema (m2).

𝐴𝑇𝑢𝑏𝑜𝑠 : Es el área de los tubos (m2).

De estas tres superficies se desconoce la total, ya que la aleteada

es la que se quiere calcular. El área total se calcula de la misma forma

que la de los tubos, pero usando como coeficiente global un dato

bibliográfico para equipos refrigerados por aire.

𝑈 = 45,6𝑊

𝐾 · 𝑚2

Sustituyendo se obtiene:

𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝑄

𝑈𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟 á𝑓𝑖𝑐𝑜 · ∆𝑇𝑚𝑙= 1,208 𝑚2

Por lo que el área de las aletas:

𝐴𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 = 1,087 𝑚2


Anexos Página 144

Superficie de las aletas.

Se ha de tener en cuenta que la superficie frontal de las aletas es

una corona, mientras que el espesor es un rectángulo.

𝑆𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 =𝜋

4· 𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎

2 − 𝐷𝑜2 [𝐴. 3.39]

Donde:

𝑆𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 : Es la superficie frontal de la aleta (m2).

𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 : Es la altura de la aleta (m). Es la altura recogida en la

Tabla L.

𝐷𝑜 : Es el diámetro exterior de los tubos (m). Establecido en el

apartado 3.3.5.

Sustituyendo:

𝑆𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,0012 𝑚2

La superficie del canto de la aleta:

𝑆𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝜋 · 𝑒 · 𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 [𝐴. 3.40]

Donde:

𝑆𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 : Es la superficie del espesor de la aleta (m2).

𝑒: Es el espesor de la aleta (m). Recogido en la Tabla LVII.

𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 : Es la altura de la aleta (m). Es la altura recogida en la Tabla

LVII.


Anexos Página 145

Sustituyendo:

𝑆𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 = 3,990 · 10−5 𝑚2

Por lo que la superficie total de la aleta:

𝑆𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 = 𝑆𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 + 2 · 𝑆𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 [𝐴. 3.41]

Sustituyendo:

𝑆𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 = 0,00247 𝑚2

Número de aletas.

El número de aletas se determina por medio de la siguiente

expresión:

𝑁𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =𝐴𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 · 𝑆𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 · 𝐿 [𝐴. 3.42]

Donde:

𝐴𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 : Área de las aletas (m2).

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 : Número de tubos.

𝑆𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 : Superficie de las aletas (m2).

𝐿: Longitud de los tubos (m).

De manera que el número de aletas por metro es de:


Anexos Página 146

𝑁𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 353,384 = 354 𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠

3.3.7.4. Haces tubulares.

Los tubos estarán dispuestos en forma de haces que adoptan una

geometría cuadrada, por lo que la anchura del haz será:

𝐴 =𝐿

4 [𝐴. 3.43]

Donde:

𝐴 : Es la anchura del haz tubular (m).

𝐿: Es la longitud del haz tubular (m).

Sustituyendo, la anchura del haz tubular será de:

𝐴 = 0,610 𝑚

La disposición normal de los tubos es de 2 a 10 filas, de 4 a 6 son

los casos más comunes, por lo que se escogerán 4 filas de 3 tubos cada

una.

En función de la anchura del haz tubular, se calcula la cantidad de

tubos que hay mediante la siguiente expresión:

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴=

𝐴 − 0,2

𝑃′ − 0,5 [𝐴. 3.44]

Donde:


Anexos Página 147

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴: Número de tubos por anchura del haz.

𝐴 : Anchura del haz (m).

𝑃′ : Pitch (m).

El pitch se estimó en el apartado 3.6.

𝑃′ = 2,5 𝑖𝑛 = 0,064 𝑚

Por lo que el número de tubos por anchura de haz será de:

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴= 5,898 = 6

𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

𝑎𝑛𝑐𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑧

Por lo que el número de haces será:

𝑁𝑎𝑐𝑒𝑠 =𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑙𝑎

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴

=3

6= 0,5 = 1

Los haces tubulares estarán compuestos por tubos y cabezales,

los cuales tienen una altura mínima.

𝐴𝐶 = 𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴− 1 · 𝑃′ + 𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 + 0,2 [𝐴. 3.45]

Donde:

𝐴𝐶 : Altura mínima del cabezal (m).

𝑃′ : Pitch (m).


Anexos Página 148

𝐷𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 : Diámetro de la aleta (m).

𝑁𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 /𝐴: Número de tubos por anchura.

Sustituyendo:

𝐴𝑐 = 0,57 𝑚

De manera que la anchura del haz será de:

𝐴𝑎𝑧 = 𝐴𝑐 + 0,2 = 0,77 𝑚 [𝐴. 3.46]

Se le añade una distancia extra de 0,2 m como seguridad. La

anchura total de la sección será de:

𝐴𝑠 = 𝐴𝑎𝑧 + 0,04 · 𝑁𝑎𝑐𝑒𝑠 + 0,06 [𝐴. 3.47]


𝐴𝑠 = 0,87 𝑚

La longitud de los haces coincide con la longitud de los tubos.


En este tipo de intercambiadores también es preciso cuantificar y

dimensionar los ventiladores que impulsaran el aire.


Anexos Página 149

3.3.8.1. Ventiladores.

Se colocaran en la parte superior de los intercambiadores. Los

más típicos son los ventiladores centrífugos y los axiales. Los axiales se

recomiendan para aquellos casos en los que haya que impulsar caudales

de hasta 235 m3·s-1, por lo que serán los seleccionados.

Caudal de aire.

Se calcula de la misma forma que se obtuvo el caudal del fluido

calefactor para IC-01.

𝑄 = 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 · 𝐶𝑝 · ∆𝑇 [𝐴. 3.48]

Donde:

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 : Caudal másico de aire (kg·s-1).

𝑄: Calor intercambiado (J·s-1).

𝐶𝑝: Capacidad calorífica del aire (J·kg-1·K-1)

𝛥𝑇: Diferencia de temperatura entra la entrada y la salida del aire

(K).

Todos estos parámetros están recogidos en la Tabla XLV,

obteniendo un caudal de aire de:

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0,344 𝑘𝑔

𝑠


Anexos Página 150

Tamaño de los ventiladores.

Los ventiladores para estos tipos de sistemas tienen que tener un

diámetro comprendido entre 4 y 18 ft. Se calcula a través de la siguiente

expresión:

𝐷 = 0,5 · 𝐴𝑠 · 𝐿 [𝐴. 3.49]

Donde:

𝐴𝑠: Es la anchura total de la sección (m).

𝐿: Es la longitud de los tubos.

Por lo que sustituyendo:

𝐷 = 0,728 𝑚 = 2,388 𝑓𝑡

Como se encuentra fuera del rango establecido por la bibliografía

se aumenta el diámetro al mínimo teórico, 4 ft (1,219 m).

Número de ventiladores.


𝑁 =𝐴𝑠 · 𝐿

𝑆𝑣 [𝐴. 3.50]

Donde:

𝐴𝑠: Anchura de la sección del haz (m).


Anexos Página 151

𝐿: Longitud del haz (m).

𝑆𝑣 : Superficie del ventilador (m2).

El ventilador tendrá una superficie cilíndrica:

𝑆𝑉 = 𝜋 ·𝐷𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

2

4= 0,292 𝑚2 [𝐴. 3.51]


𝑁 = 7,270 = 8 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

Potencia de los ventiladores.

Se calcula a través de la siguiente ecuación:

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑃𝑖

𝜂 · 𝐸 [𝐴. 3.52]

Donde:

𝑃𝑖: Potencia ideal del sistema (C.V.)

𝜂: Rendimiento del ventilador. Oscila entre 75-80%.

𝐸: Eficiencia de los impulsores. Es del 95%.

La potencia ideal del sistema se determina a partir de:

𝑃𝑖 = 0,04 · 𝑆𝑓 [𝐴. 3.53]


Anexos Página 152

Donde 𝑆𝑓 es la superficie frontal del la sección a enfriar en ft2.

𝑆𝑓 = 𝐴𝑠 · 𝐿 𝐴. 3.54

Donde:

𝐴𝑠: Es la anchura de la sección calculada en el apartado 3.3.7.4.

𝐿: Es la longitud de la sección calculada en el apartado 3.3.7.2.


𝑆𝑓 = 22,831 𝑓𝑡2

𝑃𝑖 = 0,913 𝐶𝑉 = 680,978 𝑊


𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1,248 𝐶𝑉 = 930,934 𝑊

Al haber 8 ventiladores, la potencia de cada ventilador será:

𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 =𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙

8= 116,367 𝑊


Anexos Página 153

3.3.9. Diseño mecánico del intercambiador.

3.3.9.1. Espesor de los tubos.

Se calcula de la misma forma que para el intercambiador de calor

anterior, por lo que únicamente se plantean los resultados.



La presión de operación se calcula como se hizo para el

intercambiador de calor de la alimentación y corresponde a 5,670 kg·cm-2

(82,236 psi).


La temperatura de diseño será de 157,4ºC (430,4 K).

Máxima tensión admisible.

Depende de la temperatura de diseño y del material. Para acero al

carbono SA-106 y para una temperatura de diseño de 430,4K (315,054

ºF).

𝑆 = 17.300 𝑝𝑠𝑖

Eficacia de la soldadura.

Se utilizaran tuberías sin costuras, es decir, sin soldadura por lo

que la eficacia de la soldadura será 1.


Anexos Página 154


Según la Tabla A.III del anexo 8 las tuberías tendrán una vida

media de 15 años, por lo que asumiendo una pérdida de 0,005 pulgadas

al año:

𝐶 = 15 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,075 𝑖𝑛 = 1,905 𝑚𝑚

Espesor de los tubos.

Se calcula a través de la siguiente expresión definida por código

ASME B31.3.

𝑡 = 𝑃𝐷 · 𝐷0

2 · 𝑆 · 𝐸 + 2 · 𝑃𝐷 · 𝑌+ 𝐶 ·

1

1 −𝑀

100

Tolerancia a la fabricación M.

Para tuberías sin costuras como las proyectadas, la tolerancia a la

fabricación es bastante elevada. Depende del material y la temperatura.

Toma un valor de 12,5%.

Coeficiente Y.

Al igual que otros parámetros depende tanto del material como de

la temperatura. Para un acero al carbono SA-106 y una temperatura de

137,4 ºC el coeficiente Y tendrá un valor de:

𝑌 = 0,4


Anexos Página 155

De manera que el espesor será de:

𝑡 = 0,089 𝑖𝑛 = 2,261 𝑚𝑚

Con este espesor se recurre a la Tabla A.X-XIII del anexo 8 y

para tubos de un diámetro de 1 in y un espesor de 0,089 in. Por lo tanto,

los tubos serán 13 BWG (espesor 0,095 in, diámetro interior 0,810 in

(0,0206 m)) obteniendo valores análogos al supuesto inicialmente

3.3.10. Pérdidas de carga en tubos.

Se calculan también por medio de la ecuación de Fanning.

∆𝑃 =𝑓 · 𝐺2 · 𝐿

𝐷𝑖 · 𝜌 [𝐴. 3.55]

Únicamente se desconoce tanto el factor de fricción como la

velocidad másica.


Se calcula a través de la siguiente ecuación.

𝐺 =4 · 𝑀 · 𝑛𝑡

𝜋 · 𝐷𝑖2 · 𝑁𝑡

[𝐴. 3.56]

𝐺 = 4.914,417 𝑘𝑔

𝑚2 · 𝑠


Anexos Página 156


Se calculará a través del diagrama de Moody, para el cual es

necesario conocer el número de Reynolds.

𝑅𝑒 =𝐺 · 𝐷𝑖

𝜇

Sustituyendo se obtiene un Reynolds de:

𝑅𝑒 = 4,923 · 105

La viscosidad está recogida en la Tabla XXXI.

Para tubos lisos y recurriendo al diagrama de Moody:

𝑓 = 0,013

3.3.10.3. Cálculo de la pérdida de carga.

Sustituyendo en [A.3.55] se obtiene una pérdida de carga de:

∆𝑃 = 48.969,602 𝑃𝑎 = 0,490 𝑏𝑎𝑟

3.3.11. Diseño de los otros intercambiadores de la línea.

Como se ha calculado anteriormente para conseguir el salto

térmico deseado es preciso instalar 4 aerorrefrigerantes. Al ser el


Anexos Página 157

procedimiento de cálculo idéntico para todos simplemente se presentaran

los resultados a modo de tabla para simplificar.

Destacar que salvo del primer aerorrefrigerante el resto tienen la

misma disposición de tubos, 4 filas de 8 tubos cada una.

Tabla XLVIII: Características de los intercambiadores de la línea de cabeza.

Descripción AR-01 AR-02 AR-03 AR-04

Incremento temperatura 12,5 12,5 12,5 12,5

Calor intercambiado (J·s-1

) 5.122,044 4988,524 4852,671 4731,347

Caudal que circula por tubos (kg·s-1

) 19,655 70759,828 70759,828 19,656

Caudal de aire (kg·s-1

) 0,344 0,335 0,335 0,335

ΔTml 92,973 81,144 81,144 75,642

Coeficiente global de transmisión de calor (W·m

-2·K

-1)

455,130 791,437 439,528 430,807

Pérdida de carga (bar) 0,489 0,490 0,603 0,603

Diámetro externo (m) 0,031 0,023 0,023 0,023

Espesor de los tubos (m) 0,0023 0,0024 0,0024 0,0024

Diámetro interno (m) 0,025 0,0206 0,0206 0,0206

Pitch (m) 0,064 0,064 0,064 0,064

Longitud de los tubos (m) 2,438 2,438 2,438 2,438

Número de tubos 12 12 32 32

Superficie de las aletas (m2) 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025

Número de aletas/tubo 354 346 340 333

Número de tubos por haz 12 12 16 16

Número de haces 1 1 2 2

Anchura del haz (m) 0,77 0,77 0,77 0,77

Anchura del aerorrefrigerante (m) 0,87 0,87 1,68 1,68

Diámetro del ventilador (m) 1,219 1,219 1,219 1,219

Número de ventiladores 8 8 15 15

Potencia del ventilador (W) 116,367 116,367 119,844 119,844


Anexos Página 158

3.4. Diseño del intercambiador de calor de la corriente de colas

(IC-02).

En este intercambiador de calor (IC-02) se pretende reducir la

temperatura del líquido residual proveniente del reboiler del fondo de

columna para alcanzar las condiciones establecidas para su

almacenamiento.

3.4.1. Selección de un tipo de intercambiador.

Pese a la posible consideración de que es posible proyectar

aerorrefrigerantes para esta línea, se seleccionará un intercambiador de

calor de carcasas y tubos refrigerado por agua.

Esto se debe a que personal consultado de refinería desaconseja

su uso por el gran salto térmico que ha de producirse.

3.4.2 Justificación de este intercambiador.

La presencia de este intercambiador viene justificada por la

necesidad de almacenar el producto de colas.

Para ello será preciso disminuir la temperatura de la corriente

hasta un valor no inferior a los 70ºC, para evitar de esta forma que el

bifenilo pase a su estado sólido, puesto que a condiciones normales se

presenta en dicho estado. Se almacenará a 85ºC.

3.4.3. Asignación de los flujos.

El fluido refrigerante (el agua) circulará por el lado de la carcasa,

mientras que el fluido a calentar por el lado de los tubos.


Anexos Página 159


Para podre calcular el calor intercambiado entre las corrientes es

preciso definir y conocer las características de las mismas.

Es por ello que se crean la Tablas XLIX y Tabla XL, donde se

recogen las características necesarias para poder desarrollar el

dimensionamiento del intercambiador.

Tabla XLIX:

Características de la corriente que circula por los tubos.


Viscosidad (Pa·s) 2,71·10-4 9,19·10-4 5,950·10-4

Densidad (kg·m-3) 831,1 967,7 899,4

Temperatura (K) 516,7 358 437,35


WF (kg·h-1) 656,506

QV (m3·h-1) 0,730

Capacidad calorífica (kJ·kg-1·K-1) 2,02·10-2

Presión (bar) 4 1,013 2,507


Tabla L:

Características de la corriente que circula por carcasas.


Viscosidad (Pa·s) 1,002·10-3 0,719 0,860

Densidad (kg·m-3) 1011 999,8 1.005,4



WF (kg·h-1) 50.334,377

QV (m3·h-1) 50,064

Cp (kJ·K-1·kg-1) 0,042

Presión (bar) 2,289 2,289 2,289



Anexos Página 160

La determinación del calor intercambiado se hace del mismo modo

que se hizo para el intercambiador de alimentación IC-01, al igual que el

cálculo de todos los elementos de este dispositivo, por lo que

simplemente se presentaran los resultados.

𝑄 = 584,627 𝐽

𝑠

Con este calor intercambiado es posible obtener el caudal de fluido

refrigerante necesario, el cual está reflejado en la Tabla L.



características:




cuadrado.





5. Se tendrá un paso por carcasa y dos por tubos

3.4.6. Resultados del intercambiador IC-02.

Al ser el procedimiento de cálculo igual al seguido para definir

todas las dimensiones del intercambiador de calor IC-01 simplemente se

presentan los resultados definitivos en la siguiente tabla.


Anexos Página 161

Tabla LI: Características del intercambiador IC-02.

Descripción Valor Descripción Valor Incremento temperatura

en tubos (K) 158,7

Diámetro interno de los tubos (m)

0,021

Incremente temperatura en carcasa (K)

15 Pitch (m) 0,0254

Calor intercambiado (J·s-1) 584,627 Longitud de los tubos

(m) 2,438


0,182 Número de tubos 30

Caudal de agua (kg·s-1) 17,195 Pérdida de carga en

tubos (bar) 0,00185

ΔTml 115,933 Pérdida de carga en

carcasa (bar) 2,396·10-

4

Coeficiente global de transferencia de masa (W·m-2·K-1)

1.216,48 Número de placas

deflectoras 4

Diámetro externo de tubos (m) 0,023 Diámetro de placas

deflectoras (mm) 4,8

Espesor de los tubos (m) 0,0024

Espesor de los carcasa (mm) 9,5

Diámetro de carcasa (m) 0,203


Anexos Página 162

ANEXO 4: Equipos auxiliares de la columna.

4.1. Introducción.

En la columna de rectificación existen los siguientes equipos

auxiliares esenciales para su funcionamiento.

1. Condensador en la parte superior de la columna (CD-01).

2. Reboiler en la parte superior de la columna.

3. Acumulador de reflujo (botellón de reflujo) en la parte superior de

la columna.

4. Bombas de impulsión.

4.2. Diseño del condensador asociado a la columna (CD-01).

4.2.1. Selección de un tipo de condensador.

Se usará como tipo de condensador un aerorrefrigerante, en el

que se reduce la temperatura de la corriente de cabezas condensándola.

Tendrán la misma morfología que la batería de aerorrefrigerantes (AR-01-

AR-04) presentes en la línea de cabezas.


Este dispositivo es esencial para el buen funcionamiento de la

columna, ya que es el encargado de transformar la corriente de vapor

que sale de la columna en una corriente líquida mediante un intercambio

de calor con una corriente de aire. Es necesario para asegurar un reflujo,

y de esta manera poder obtener tanto el producto final, el destilado, como

el líquido que se devuelve a la torre.


Anexos Página 163


En el caso de estos dispositivos, la asignación de las corrientes

viene definida por las propias características del intercambiador. Por los

tubos circulará la corriente de vapor a condensar y por el exterior

circulará la corriente de aire para refrigerarla.


Para el cálculo del calor intercambiado entre las corrientes es

preciso definir las características de ambas, las cuales se encuentran

recogidas en las siguientes tablas.

Tabla LII: Características de la corriente que circula por los tubos.


Viscosidad (Pa·s) 8,8·10-5 1,96·10-4 1,024·10-4

Densidad (kg·m-3) 5,916 751,9 378,908

Temperatura (K) 410,6 410,4 410,5


WF (kg·h-1) 72.797,079

QV (m3·h-1) 192,123


Presión (bar) 2,413 2,413 2,413


La corriente de refrigeración de este intercambiador de calor es

una corriente de aire impulsada por ventiladores, al igual que los

aerorrefrigerantes de la línea de cabezas dimensionados anteriormente

(AR-01, AR-02, AR-03 y AR-04).

Las características de la corriente de aire que sirve como

refrigerantes están reflejadas en la Tabla XLIII.


Anexos Página 164

Tabla LIII: Características de la corriente de aire impulsada.


Viscosidad (Pa·s) 1,91·10-5 1,98·10-5 1,945·10-5

Densidad (kg·m-3) 1,165 1,109 1,137


Qmolar (kmol·h-1) 58.143,107

WF (kg·h-1) 1.683.242,952

QV (m3·h-1) 1.480.424,76


Presión (bar) 1,013 1,013 1,013


Al producirse un cambio de estado, una condensación, de la

corriente a refrigerar el calor intercambiado se calculará a través de la


𝑄 = 𝑚 𝑓 · 𝜆 [𝐴. 4.1]

Donde:

𝑚 𝑓 : Es el caudal de fluido a condensar (kg·s-1).

𝜆: Es el calor latente de la corriente (kJ·kg-1).

Por lo que el calor que se intercambia será:

𝑄 = 6,960 · 106 𝐽

𝑠

El caudal másico de aire se calcula de la misma forma que se hizo

para el intercambiador de calor de la alimentación. Por lo que

sustituyendo se llega al resultado recogido en la Tabla LIV.


Anexos Página 165

𝑚 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 467,567 𝑘𝑔

𝑠


Se adoptan las siguientes características.

1. Los tubos tendrán un diámetro interno de 1 pulgada, por ser el

valor más típico para estos dispositivos.

2. Los tubos tendrán un diámetro externo de 1,218 pulgada, por ser

el valor más típico para estos dispositivos.

3. El pitch del haz tubular será de 2,5 veces el diámetro de los tubos,

por lo que en este caso será de 2,5 pulgadas.

4. Los tubos serán aleteados y construidos de acero al carbono SA-

283, por las razones expuestas en la memoria descriptiva. Las

aletas se construirán de aluminio.

4.2.6. Resultados del condensador CD-01.

Posee la misma morfología que los aerorrefrigerantes, ya que en

esencia es un aerorrefrigerante. Se sigue el mismo procedimiento que se

estableció en el anteriormente, pero presentando las siguientes

diferencias.

1. El número de tubos mínimo calculado corresponde a 80, pero con

esta cantidad la longitud determinada de los mismos equivale a

13,171 m, valor fuera del rango establecido. Por ello, para lograr

una longitud dentro del margen establecido se estima el número

de tubos en 175.

2. Se distribuirán en 5 filas de 35 tubos cada uno con un pitch de 1

pulgada.


Anexos Página 166

Tabla LIV: Características del condensador de la columna.

Descripción Valor

Incremento de temperatura en los tubos (K)

0,2


6,960·106


20,221

Caudal de aire impulsado (kg·s-1)

467,567

ΔTml 99,807

Coeficiente global de transmisión de calor (W·m-2·K-1)

1.075,692


0,0002

Diámetro exterior de los tubos (m)

0,0191


(m) 0,002

Diámetro interior de los tubos (m)

0,0135

Pitch (m)

0,064


6,096

Número de tubos 180

Superficie de las aletas (m2)

0,0034

Número de aletas por tubos 393

Número de tubos por haz 90

Número de haces 2

Anchura del haz (m)

1,73

Anchura del dispositivo (m)

3,6

Diámetro del ventilador (m)

2,5

Número de ventiladores 18

Potencia del ventilador (W)

535,107


Anexos Página 167

4.3. Diseño del reboiler asociado a la columna (RB-01).

4.3.1. Selección del tipo de reboiler.

Como se expuso en la memoria descriptiva, el tipo de reboiler

asociado a la columna que se selecciona es un reboiler tipo Kettel. En

esencia no es más que un intercambiador de calor de carcasas y tubos,

pero con la salvedad de que en este caso el fluido que circula por los

tubos es vapor de agua a alta presión.

4.3.2. Justificación de este equipo.

Para el funcionamiento de la columna es necesario vaporizar

parcialmente el líquido que sale por la parte inferior, para recircular este

vapor a la columna de nuevo y retirar el líquido no vaporizado. Es por eso

que se considera el reboiler como una etapa más de equilibrio de la

propia columna.

Es necesaria la recirculación del vapor para que se pueda dar la

transferencia de masa entre el líquido descendente y el vapor

ascendente.


A diferencia de los intercambiadores de calor de carcasas y tubos

convencionales en estos equipos la asignación de flujos difiere. El fluido

que circula por la carcasa en este caso será el líquido proveniente de la

columna, ya que está tiene la morfología adecuada para favorecer la

separación entre el vapor y el líquido. Por lo tanto por los tubos circulará

el fluido calefactor, que en este caso corresponde a vapor.


Anexos Página 168


Para determinar el calor que se intercambia entre las corrientes es

preciso conocer sus características.

Tabla LV: Características de la corriente líquida proveniente de la torre.


Viscosidad (Pa·s) 2,8·10-4 2,71·10-4 2,75·10-4

Densidad (kg·m-3) 818,3 831,1 824,7

Temperatura (K) 429,4 516,7 473,05

Qmolar (kmol·h-1) 795,083 4,412 399,748

WF (kg·h-1) 91.196,020 656,506 45.926,263

QV (m3·h-1) 111,446 0,790 56,118

Capacidad calorífica (kJ·kg-1·K-1) 2,00·10-2 2,36·10-2 0,0218


Tabla LVI:

Características de la corriente de vapor (calefactora).


Viscosidad (Pa·s) 5,58·10-5 1,005·10-3 7,815·10-4

Densidad (kg·m-3) 26,35 884,7 771,9


Caudal mol (kmol·h-1) 2,696

Caudal mas (kg·h-1) 48,586

Caudal vol (m3·h-1) 1,844

Calor latente (kJ·kg-1) 1.639 1.656 1.647,5


La determinación del calor intercambiado entre las corrientes se

hace del mismo modo que para los intercambiadores de calor y

aerorrefrigerantes, a través de la siguiente expresión:

𝑄 = 𝑚 𝑓 · 𝐶𝑝 · ∆𝑇


Anexos Página 169

Todos los datos necesarios están recogidos en la Tabla LVI

𝑄 = 2,223 · 10−4 𝐽

𝑠

Al determinar el calor intercambiado es posible obtener el caudal

de vapor necesario para obtener este intercambio.

𝑄 = 𝑚 𝑐 · 𝜆 → 𝑚 𝑐 =𝑄

𝜆

Este caudal está recogido en la Tabla LX.

𝑚 𝑐 = 48,586 𝑘𝑔

= 0,013

𝑘𝑔

𝑠



características:




cuadrado.





5. Se tendrá un paso por carcasa y dos por tubos.


Anexos Página 170

4.3.6. Resultados del intercambiador.

El reboiler presenta una morfología extremadamente análoga a la

de un intercambiador de calor de carcasas y tubos, pero con algunos

elementos adicionales. Por ello en la siguiente tabla se presentan los

cálculos realizados para obtener las características del reboiler resumidos

y en posteriores apartados se determinaran los elementos nuevos que

presentan.

Tabla LVII:

Características del RB-01.

Descripción Valor Descripción Valor

Incremento de temperatura de la corriente por tubos

3 Espesor de la carcasa

(mm) 8,159

Incremento de temperatura de la corriente por carcasa

87,3 Diámetro de la carcasa

(m) 0,203


2,223·104 Espesor de placas

deflectoras (mm)

6,4

Caudal que circula por tubos (kg·s-1)

0,014 Diámetro interno

de los tubos (m)

0,0135

Caudal que circula por carcasa (kg·s-1)

12,757 Pitch (m)

0,0254

ΔTml 56,999 Longitud de

los tubos (m)

6,096

Coeficiente de transmisión de calor

(W·m-2·K-1) 13,260 Número de tubos 30

Diámetro externo de los tubos

(m) 0,01905

Pérdida de carga en tubos

(bar) 3,715·10-6


(mm) 2,5

Pérdida de carga en carcasa

(bar) 1,120·10-8

Número de placas deflectoras

8


Anexos Página 171

4.3.7. Elementos propios del reboiler.

4.3.7.1. Altura de la barrera.

En la carcasa del reboiler existe una barrera para acumular el

líquido no vaporizado, la cual de tener una altura de 4 pulgadas más que

el diámetro de la carcasa (0,1016 m).

𝑤 = 𝑑𝑐 + 0,1016 [𝐴. 4.2]

Donde:

𝑤 : Altura de la barrera (m).

𝑑𝑐 : Diámetro de la carcasa (m).

De manera que la barrera tendrá una altura de:

𝑤 = 0,305 𝑚 = 305 𝑚𝑚

4.3.7.2. Diámetro del reboiler.

Depende de la altura de la barrera.

𝑑𝑘 = 2,93 · 𝑤0,788 [𝐴. 4.3]

Donde:

𝑑𝑘 : Diámetro del reboiler (m).

𝑤 : Altura de la barrera (m).


Anexos Página 172

Sustituyendo se obtiene un diámetro de 1,148 m.

4.3.7.3. Cálculo del parámetro L.

Para tubos de con una longitud mayor de 4,8 metros este

parámetro vale 0,98 m.

4.4. Diseño del acumulador de reflujo (BR-01).

4.4.1. Justificación de este equipo.

Estos equipos se colocan a la salida del condensador de cabeza

para recoger el líquido condensado y evitar así que pueda volver a pasar

a vapor, lo que produciría un mal funcionamiento de la bomba posterior.

Pero su principal función es acumular una cantidad de líquido

suficiente como para asegurar el caudal de reflujo.

4.4.2. Dimensionamiento del acumulador.

Antes de proceder con el dimensionamiento, es preciso conocer

las características del producto a almacenar. Este producto corresponde

al líquido procedente del aerorrefrigerante, por lo que tendrá sus

propiedades resumidas en la siguiente tabla.


Anexos Página 173

Tabla LVIII: Características de la corriente condensada.

Propiedad Salida Propiedad Salida

Viscosidad (Pa·s) 0,001862 QV (m3·h-1) 188,3042

Densidad (kg·m-3) 744,7 Presión (bar) 2,413

Temperatura (K) 416,9


WF (kg·h-1) 70.759,83

4.4.2.1. Volumen del acumulador de reflujo.

Estos acumuladores no son más que tanques de almacenamiento

provisionales o transitorios, que han de ser capaces de almacenar el

producto durante un tiempo de 15 a 30 minutos (se estimaran 23

minutos). Teniendo en cuenta esto, el volumen será de:

𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑄𝑣 · 𝑡 = 188,304 𝑚3

· 23 𝑚𝑖𝑛 ·

1

60 𝑚𝑖𝑛

𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 72,183 𝑚3 [𝐴. 4.4]

Al ser un tanque de un tamaño superior a los 38 m3, su soporte

será una cimentación de hormigón, y en ningún momento ha de estar

lleno a más del 90%. Por lo que el volumen real será de:

𝑉′𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 =𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

0,9=

72,183

0,9= 80,203 𝑚3 [𝐴. 4.5]

Este volumen no será el definitivo ya que hay que añadirle el

volumen de los fondos calculados en el apartado 4.4.2.3.


Anexos Página 174

4.4.2.2. Tamaño óptimo del recipiente.

El tamaño óptimo del recipiente se calcula en base al diagrama de

Abakians, el cual depende de un parámetro F, el diámetro del recipiente

(en pies) y el volumen del mismo (en pies cúbicos).

Parámetro F.


𝐹 =𝑃𝐷

𝐶 · 𝑆 · 𝐸 [𝐴. 4.6]

Donde:

𝑃𝐷: Es la presión de diseño (psi).

𝐶: Es el sobreespesor de corrosión (in).

𝑆: Es la máxima tensión admisible (psi).

𝐸: Es la eficiencia de la soldadura.


posibilidades, sabiendo que el líquido entra a 2,068 bar (30 psi):


𝑃𝐷 = 1,1 · 𝑃𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 1,1 · 30 = 33 𝑝𝑠𝑖

𝑃𝐷 = 2,320 𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 4.7]



Anexos Página 175


𝑐𝑚2= 2,461 + 2 = 4,109

𝑘𝑔

𝑐𝑚2 [𝐴. 4.8]

3. 3,5 kg·cm-2.

La presión de operación corresponderá a la reflejada en [A.4.8],

4,109 kg·cm-2 (58,444 psi).

La máxima tensión admisible depende de la temperatura a la que

se opere en la línea. En este caso la máxima temperatura corresponde a

137,4ºC (279,32ºF), por lo que al ser menor a 500ºF toma un valor de

15700 psi.

El sobreespesor de corrosión depende del tiempo para el que se

vaya a proyectar el recipiente. Según la Tabla XXIV y para una pérdida

de 5 milésimas de pulgada al año:

𝐶 = 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜· 10 𝑎ñ𝑜𝑠 = 0,05 𝑖𝑛 = 0,0013 𝑚

Para una soldadura de doble cordón con una revisión por zonas el

coeficiente de soldadura toma un valor de 0,85.


𝐹 = 0,088 𝑖𝑛−1

Por lo que con el factor F recién calculado y el volumen del

recipiente estimado en [A.4.5] expresado en pies cúbicos se obtiene el

diámetro del recipiente recurriendo al diagrama de Abkians (Figura A.3

del anexo 8).

𝐷 = 7,6 𝑓𝑡 = 2,317 𝑚


Anexos Página 176

Recurriendo a los diámetros nominales de la Tabla A.II del anexo

8, el diámetro del recipiente corresponde a:

𝐷 = 2,317 𝑚 → 2,438 𝑚

Conocido el diámetro del recipiente, así como su volumen y

geometría (cilíndrica) es posible estimar la longitud del mismo:

𝐿 =𝑉′𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

𝜋 ·𝐷𝑖

2

4

[𝐴. 4.9]

Donde:

𝑉′𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 : Es el volumen de la carcasa sin tener en cuenta los

fondos (m3).

𝐷𝑖: Diámetro del recipiente (m).

De manera que la longitud del mismo será:

𝐿 = 17,181 𝑚

4.4.2.3. Dimensiones de los fondos.

Tal y como se expuso en la memoria descriptiva los acumuladores

estarán provistos de dos fondos idénticos tipo Koppler. Cuyas

dimensiones se exponen a continuación:

𝐿 = 𝐷𝑖 𝐴. 4.10


Anexos Página 177

𝑟 =𝐷𝑖

10 𝐴. 4.11

𝐻 = 0,2 · 𝐷𝑖 [𝐴. 4.12]

𝑉 = 0,1 · 𝐷𝑖3 [𝐴. 4.13]

Donde:

L: Es el radio mayor del fondo (m).

r: Es el radio menor del fondo (m).

H: Es la altura del fondo (m).

V: Es el volumen del fondo (m3).

Di: Diámetro interior (m).

El modo más correcto de calcular las dimensiones es con el

diámetro exterior, pero como este se desconoce y se presupone

ligeramente superior al interior se procederá al cálculo de las

dimensiones con el interior. Una vez calculado el espesor habrá que

considerar las dimensiones reales.

Los resultados se recogen en la siguiente tabla:

Tabla LIX:

Dimensiones de los fondos con el diámetro interior.

L (m) 2,438 H (m) 0,488

r (m) 0,244 V (m3) 1,449


Anexos Página 178

4.4.3. Diseño mecánico del acumulador.

4.4.3.1. Información previa.

Tanto la presión de diseño, la tensión máxima admisible, el

sobreespesor por corrosión y la eficacia de la soldadura se determinaron

anteriormente, adquiriendo los siguientes valores:

𝑃𝐷 = 58,444 𝑝𝑠𝑖

𝐶 = 0,05 𝑖𝑛 = 0,00127 𝑚

𝐸 = 0,85

𝑆 = 15700 𝑝𝑠𝑖

El diseño mecánico se hace en base al código ASME sección VIII

división 1. Se ha de tener en cuenta los espesores determinados por

norma y por el propio material. De manera que:


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 2,5 + 𝐶 = 2,5 + 1,27 = 3,77 𝑚𝑚 [𝐴. 4.14]


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6,27 𝑚𝑚 [𝐴. 4.15]


Anexos Página 179

4.4.3.2. Cálculo del espesor de la carcasa.

Se ha de calcular el espesor de la carcasa sujeta a presiones

internas de dos tipos, longitudinales y circunferenciales, escogiendo el

mayor de las 2.

Tensiones longitudinales.


𝑡 =𝑃𝐷 · 𝑟𝑖

2 · 𝑆 · 𝐸 + 0,4 · 𝑃𝐷 [𝐴. 4.16]

Donde:


𝑟𝑖: Radio del recipiente (in).


𝐸: Eficiencia de la soldadura.


𝑡 = 0,105 𝑖𝑛 = 2,667 𝑚𝑚

Tensiones circunferenciales.

𝑡 =𝑃𝐷 · 𝑟𝑖

· 𝐸 − 0,6 · 𝑃𝐷 [𝐴. 4.17]


Anexos Página 180


𝑡 = 0,210 𝑖𝑛 = 5,334 𝑚𝑚

Conclusión sobre espesores de la carcasa.

De estos dos espesores calculados el mayor es el debido a las

presiones circunferenciales, por lo que será a este al que se le añada el

sobreespesor por corrosión.

𝑡 𝑚𝑚 = 5,334 + 1,27 = 6,604 𝑚𝑚 [𝐴. 4.18]

4.4.3.3. Cálculo del espesor de los fondos.


𝑡 =𝑃𝐷 · 𝐿 · 𝑀

2 · 𝑆 · 𝐸 − 0,2 · 𝑃𝐷 [𝐴. 4.19]

Donde:


𝐿: Radio mayor del fondo.


𝐸: Coeficiente de soldadura

𝑀: Parámetro que depende de las dimensiones de la tapa.

El parámetro M se calcula a través de:


Anexos Página 181

𝑀 = 0,25 · 3 + 𝐿

𝑟 [𝐴. 4.20]

El cociente entre L y r ha de ser menor a 16,6, por lo que:

𝐿

𝑟=

2,438

0,2438= 10 < 16,6

Sustituyendo se obtiene tanto M como el espesor:

𝑀 = 1,541

𝑡 = 0,0089 𝑖𝑛 = 0,226 𝑚𝑚

Añadiendo el sobreespesor por corrosión:

𝑡 𝑚𝑚 = 0,226 + 1,27 = 1,496 𝑚𝑚 [𝐴. 4.21]

4.4.3.4. Conclusión sobre el espesor.

Tanto la carcasa como los fondos han de tener el mismo espesor,

y se ha de escoger el mayor teniendo en cuenta también el espesor

mínimo exigido por el material y por norma, por lo que:

Espesor calculado para los fondos.


Anexos Página 182

𝑡 𝑚𝑚 = 0,226 + 1,27 = 1,496 𝑚𝑚

Espesor calculado para la carcasa.

𝑡 𝑚𝑚 = 5,334 + 1,27 = 6,604 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 2,5 + 𝐶 = 2,5 + 1,27 = 3,77 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6,27 𝑚𝑚

De todos estos espesores el mayor es el espesor calculado para la

carcasa, por lo que éste será el elegido. Habrá que escoger el valor del

espesor comercial inmediatamente superior según la Tabla A.VI del

anexo 8.

𝑡 𝑚𝑚 = 7,08 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚

4.4.3.5. Dimensiones reales del acumulador.

No será necesario repetir el cálculo de las dimensiones de los

fondos, ya que al ser la diferencia entre el diámetro interno y externo tan

pequeñas el resultado del espesor final estaría por debajo del redondeo

último realizado a los 7,9 mm comerciales. Se resumen a continuación

las dimensiones reales.

Diámetro del acumulador.


Anexos Página 183

𝐷 = 𝐷𝑖 + 2 · 𝑡 = 2,438 + 2 · 0,0079 = 2,454 𝑚 [𝐴. 4.22]

Volumen de total.

𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉′𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 + 2 · 𝑉 = 80,204 + 2 · 1,449 = 83,102 𝑚3 [𝐴. 4.23]

Una vez conocido el volumen del acumulador se comprobará que

no se llenará más del 90%.

𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=

72,183

83,102= 0,868 < 0,90

4.4.4. Soporte del acumulador.

Según lo expuesto en la memoria descriptiva, al ser el volumen del

acumulador mayor de 38 metros cúbicos el elemento de soporte será una

estructura de hormigón.


Anexos Página 184

ANEXO 5: Equipos de almacenamiento.

5.1. Introducción.

Estos elementos se diseñan en base a la normativa API 650.

Antes de abordar el diseño de estos dispositivos se han de tener

en cuenta las siguientes consideraciones:

Los depósitos han de estar llenos al 50% en todo momento.

Se proyectaran 2 tanques para almacenamiento por corriente, y

por motivos de seguridad.

Destacar que se colocaran tanques para el almacenamiento de la

alimentación del proceso, la recepción del producto de cabeza y el

producto de cola. En total 12 tanques.

5.2. Tanques de almacenamiento de alimentación.

La mezcla utilizada como alimentación en la planta se almacena a

unas condiciones de 85ºC y a presión atmosférica.

Al depósito le llega una corriente de 772,944 kmol·h-1, y es

necesario poder almacenar producto para un periodo de 7 días. Con

estas consideraciones la masa de producto a almacenar será de:

𝑀 = 772,944 𝑘𝑚𝑜𝑙

· 92,39

𝑘𝑔

𝑘𝑚𝑜𝑙· 7𝑑í𝑎𝑠 ·

24

1 𝑑í𝑎= 11.997.262 𝑘𝑔 [𝐴. 5.1]

Teniendo en cuenta la densidad de la corriente obtenida a través

del programa informático Hysys, el volumen necesario para almacenar

esta masa será de:


Anexos Página 185

𝑉 =𝑀

𝜌=

11.997.262 𝑘𝑔

808,2 𝑘𝑔𝑚3

= 14.846,264 𝑚3 [𝐴. 5.2]

𝑉 = 14.846,264𝑚3 ·264,18 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

1 𝑚3= 3.922.085,96 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

Con este volumen útil se recurre a la Tabla A.XIV del anexo 8

basada en el código AP 650I, para determinar el volumen del tanque

normalizado. Éste será el inmediatamente superior al calculado, que es el

volumen útil que ha de tener el tanque. De manera que las dimensiones

del tanque son:

𝑉 = 4.060.000 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙 𝐷 = 120 𝑓𝑡 = 48 𝑓𝑡

𝑉 = 15.368,3095 𝑚3 𝐷 = 36,576 𝑚 = 14,630 𝑚 [𝐴. 5.2.𝑎]

Donde:

D: Diámetro.

V: Volumen.

h: Altura.

La elección del tipo de depósitos de almacenamiento se ve

justificada por el volumen que ha resultado, ya que para volúmenes

mayores de 1.000 gal el tipo de depósito más recomendado es de

tanques verticales sobre estructuras de hormigón.

La altura de estos depósitos no ha de exceder los 22 metros, ya

que en caso de incendio dificultaría su extinción en caso de incendio.

El volumen calculado en [A.5.2.a] es el volumen estándar del

tanque. Como se estableció al principio que estos tanques no podían

estar llenos más del 50% harán falta 2 tanques ocupados cada uno con

un volumen de 6.894,1861 m3, la mitad de lo que hay que almacenar.

Por motivos de seguridad estos tanques se doblan, estableciendo

un total de 4 depósitos de almacenamiento para la alimentación.


Anexos Página 186


En el presente apartado se seleccionará el material del recipiente,

así como se calcularán y seleccionaran los fondos y los soportes.

5.2.1.1. Material empleado.

Se seleccionará un acero inoxidable SA-285, según la Tabla A.I

del anexo 8 ya que es adecuado para recipientes a presión.


El espesor de la envolvente depende de las tensiones a las que se

someta el equipo. Se aplica la norma API 650 específica para tanques de

almacenamiento instalados en industrias petroquímicas.

Según esta normativa no se han de contemplar al mismo tiempo

las tensiones debidas a seísmos y las tensiones debidas al viento.

Debido al emplazamiento de nuestros equipos, Algeciras, y sus

condiciones climáticas, se tendrán en cuenta las tensiones debidas al

viento, puesto que las debidas a seísmos serán despreciables. En el caso

que nos ocupa, el espesor a calcular por la acción del viento será muy

pequeño en comparación con el espesor debido a la presión interna, por

lo que no se calcula.


Se calcula aplicando el método del pie, aplicable para depósitos de

almacenamiento con un diámetro máximo de 60,960 metros. Se

calcularan dos posibles espesores, uno debido a las condiciones de

diseño y otro por pruebas hidrostáticas, escogiendo el mayor de ambos.

Este espesor calculado ha de ser mayor al establecido por norma y

por exigencias del material.


Anexos Página 187

Para un tanque con un diámetro de 42,672 metros según la Tabla

LXI equivale un espesor de 6 mm.

Tabla LX: Relación entre el diámetro del tanque y

el espesor de la envolvente. (Normas API)

Diámetro del tanque (m)

Espesor de la envolvente (mm)

< 15 5

15-36 6

36-60 8

> 60 10

A este espesor es preciso añadirle el sobreespesor por corrosión,

el cual corresponde a 5 milésimas de pulgada al año para una vida media

del tanque de 10 años según la Tabla XXIV. De manera que:

𝐶 = 10 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005 𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,05 𝑖𝑛 = 1,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.3]

𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.4]

Por otro lado para aceros al carbono el espesor mínimo para el

material equivale a:

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.5]

Las máximas tensiones admisibles se calculan a través de la

Tabla LXVII obteniendo dos valores, uno para las condiciones de diseño

(Sd) y otro para las pruebas hidráulicas (Sh).


Anexos Página 188

Se obtienen los siguientes valores:

𝑆𝑑 = 137 𝑀𝑃𝑎 (1.352,085 𝑎𝑡𝑚)

𝑆 = 154 𝑀𝑃𝑎 (1.519,862)

Espesor por debido a las condiciones de diseño.


𝑡𝑑 =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆𝐷 [𝐴. 5.6]

Donde:

𝐷: Diámetro del depósito (m).

Tabla LXI: Tensiones máximas admisibles para diseño y prueba hidráulica. (Norma API 650).


Anexos Página 189

𝐻𝐿𝑖𝑞 : Altura de diseño del líquido en el tanque (m).

𝑆𝐷: Máxima tensión admisible para las condiciones de diseño (Pa).

𝐺: Densidad relativa del fluido a almacenar.

Estos parámetros se desconocen, pero se calcularan a

continuación.

Diámetro del depósito.

Se calculó anteriormente en [A.5.2.a].

𝐷 = 36,576 𝑚

Altura de diseño del líquido en el tanque (m).

Es la máxima altura del nivel del líquido en el tanque. En

condiciones normales equivale al volúmen mínimo que está ocupado. Al

haber establecido que existirán dos tanques cada uno de los cuales se

repartirá el volumen de producto a almacenar al 50 %, en cada uno habrá

7.684,157 m3. Se proyectará para que no sobrepase en ningún momento

el 50 % del tanque. De manera que:

𝐻𝐿𝑖𝑞 =𝑉𝐴𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑟

𝜋 · 𝐷2

2 [𝐴. 5.7]

Donde:

𝑉𝐴𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑟 : Será la mitad del total de producto necesario a

almacenar 6.894,186 m3.

𝐷: Diámetro del depósito.


Anexos Página 190

Por lo que sustituyendo:

𝐻′𝐿𝑖𝑞 = 6,561 𝑚

No obstante se proyectará asumiendo las peores condiciones

posibles, es decir, el tanque lleno totalmente por lo que la altura del

líquido coincidirá con la altura de la envolvente.

𝐻𝐿𝑖𝑞 = 14,630 𝑚

Densidad relativa.


𝐺 =𝜌𝐷𝐴

𝜌𝐻2𝑜 [𝐴. 5.8]

Donde:

𝜌𝐷𝐴 : Densidad del fluido a almacenar en las siguientes

condiciones: 20ºC y 1 atm (870,1 kg·m-3).

𝜌𝐻2𝑜 : Densidad del agua a las mismas condiciones que las del

fluido a almacenar (1.000 kg·m-3).


𝐺 = 0,870


Anexos Página 191

En estos momentos se está en disposición de calcular el espesor

de diseño del tanque sustituyendo en [A.5.6].

𝑡𝑑 = 0,01631 𝑚 = 16,31 𝑚𝑚

Sumándole el sobreespesor por corrosión:

𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 16,31 + 𝐶 = 16,31 + 1,27 = 17,58 𝑚𝑚 [𝐴. 5.9]

Espesor por pruebas hidrostáticas.


𝑡 =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆 [𝐴. 5.10]

Donde:

𝐷: Diámetro del depósito (m).

𝐻𝐿𝑖𝑞 : Altura de diseño del líquido en el tanque (m).

𝑆 : Máxima tensión admisible para la prueba hidráulica (Pa).

𝐺: Densidad relativa del fluido a almacenar.

Se conocen todos los parámetros ya que se calcularon

anteriormente para el espesor por las consideraciones de diseño excepto

la máxima tensión admisible que cambia. Por lo que:

𝑡 = 0,01451 𝑚 = 14,511 𝑚𝑚


Anexos Página 192


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 14,511 + 𝐶 = 14,511 + 1,27 = 15,781 𝑚𝑚 [𝐴. 5.11]

Conclusión.

Se han calculado los siguientes espesores para la carcasa del

tanque de almacenamiento, obteniendo los siguientes resultados.

Espesor mínimo por norma.

𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚

Espesor mínimo debido al material.

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor debido a las condiciones de diseño.

𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 16,31 + 𝐶 = 16,31 + 1,27 = 17,58 𝑚𝑚

Espesor debido a las pruebas hidráulicas.

𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 14,511 + 𝐶 = 14,511 + 1,27 = 15,781 𝑚𝑚

De entre todos estos el mayor es el espesor debido a las

condiciones de diseño, por lo que la envolvente tendrá este espesor.


Anexos Página 193

Recurriendo a la Tabla XVII se obtiene el espesor comercial,

seleccionando el inmediatamente superior.

𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 17,58 𝑚𝑚 → 19,1 𝑚𝑚

5.2.1.3. Espesor de fondos.

Se calcula a través de la siguiente tabla:

Tabla LXII:

Espesor mínimo de fondo plano según la norma API 650. (API 650).

Espesor nominal

(mm)

Máxima tensión admisible hidrostática (S’h) (MPa)

≤ 190 ≤ 210 ≤ 230 ≤ 250

t ≤ 19 6 6 7 9

19 < t ≤ 25 6 7 10 11

25 < t ≤ 32 6 9 12 14

32 < t ≤ 38 8 11 14 17

38 < t ≤ 45 9 13 16 19

Estos espesores están recogidos en una cimentación bien

compactada que proporcione un soporte uniforme debajo de todo el

recipiente. Depende del espesor de la carcasa calculado en el apartado

anterior y de la máxima tensión admisible que se determina en base a

este espesor a partir de la siguiente expresión:

𝑆′ =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑡 [𝐴. 5.12]

Se conocen todas las variables de esta ecuación, por lo que

sustituyendo se llega a:


Anexos Página 194

𝑆′ = 8105881,696 𝑃𝑎 = 8,106 𝑀𝑃𝑎

Por lo que con este valor de máxima tensión y el del espesor se

estima que el fondo ha de tener un espesor mínimo de 6 mm según se

puede ver en la Tabla LXIII.


𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.13]

El fondo dispondrá de una pequeña pendiente del 1 % para

facilitar el drenaje de su contenido y evitar así la estanqueidad de su

contenido.

Conclusión para espesor de fondos.

Al igual que para la carcasa se encuentran los siguientes

espesores:


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor calculado.


Anexos Página 195

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚

En este caso el mayor espesor es el calculado, por lo que

recurriendo a la Tabla A.VI del anexo 8 se obtiene el espesor comercial,


𝑡𝑓𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 7,27 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚

5.2.1.4. Estimación del espesor del fondo y la carcasa.

Una vez conocido tanto el espesor comercial de la carcasa

envolvente como del fondo es necesario aclarar que en los tanques tiene

que existir la máxima homogeneidad posible entre los espesores.

Por ello tanto la carcasa como el fondo han de tener el mismo

espesor.

Se seleccionará aquel mayor de los calculados en los dos últimos

apartados que corresponde al espesor de la envolvente ya que:

𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖 𝑎𝑙= 17,58 𝑚𝑚 → 19,1 𝑚𝑚 > 𝑡𝑓𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙

= 7,27 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚

De manera que el espesor exterior de la carcasa será:

𝐷𝑒𝑥𝑡 = 𝐷𝑖𝑛𝑡 + 2 · 𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 36,576 + 2 · 19,1 · 10−3 = 36,614 𝑚

5.2.1.5. Espesor del techo.

Si el diámetro del tanque no es mayor de 12,192 m el techo estará

autosoportado, en caso contrario requiere de apoyo. En este caso el


Anexos Página 196

techo será cónico soportado por unidades externas ya que el diámetro

del recipiente es mayor de 12,192 m.

Este tipo de techo generalmente se usa en tanques de gran

diámetro como este. Consisten en un cono formado a partir de placas

soldadas al traslape soportada por una estructura.

El espesor requerido para los techos es inferior al del resto del

recipiente, ya que no está sometido al mismo desgaste, por lo que se

puede asumir que:

𝑡𝐶𝑜𝑛𝑜 = 𝑡𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 −𝐶

2= 19,1 −

1,27

2= 18,465 𝑚𝑚 [𝐴. 5.14]

El espesor de la carcasa no se encuentra dentro del margen

asumible por el techo cónico, ya que éste ha de tener un espesor mínimo

de 4,8 mm y máximo de 12,7 mm. Por eso se asume como espesor del

techo 12,7 mm, ya que como se mencionó anteriormente no necesita

tener tanto espesor al no estar sometido a tanto desgaste.

Si no existe especificaciones propias del usuario se recomienda

que la pendiente del cono sea de 19 mm cada 305 mm, es decir, que

cada 305 mm de desplazamiento horizontal se produzca un

desplazamiento vertical de 19 mm como establece la norma API 650.

De manera que el ángulo mínimo del cono será de:

𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 19

305 = 3,564° [𝐴. 5.15]

De manera que la altura interior del cono será de:

𝐻𝑖𝐶𝑜𝑛𝑜 =𝐷

2· 𝑡𝑎𝑛 𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 =

36,576

2· tan 3,564 = 1,139 𝑚 [𝐴. 5.16]


Anexos Página 197

La altura real, teniendo en cuenta el espesor del techo será de:

𝐻𝐸𝑥𝑡 = 1,139 + 12,7 · 10−3 = 1,152 𝑚 [𝐴. 5.17]

Las columnas para soportar la estructura del techo se seleccionan

a partir de perfiles estructurales, o puede usarse tubería de acero.

Cuando se usa tubería de acero, debe proveerse ésta de drenes y

venteos; la base de la misma será provista de topes soldados al fondo

para prevenir desplazamientos laterales. Aclarar que no se entrará en el

diseño de estas estructuras.

Las uniones de la estructura deben estar debidamente

ensambladas mediante tornillos, remaches o soldadura, para evitar que

las uniones puedan tener movimientos no deseados.

Existirá una pantalla flotante interna por la presencia de benceno,

un compuesto volátil. Su espesor será el mismo que el de la carcasa para

asegurar la máxima homogeneidad posible.

5.2.1.6. Volumen total del tanque y altura real del recipiente.

Una vez estimado las dimensiones del tanque y del techo así

como sus espesores es necesario considerar el volumen real del mismo.

𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑇𝑒𝑐𝑜 + 𝑉𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 − 𝑉1 % [𝐴. 5.18]

Donde:

𝑉𝑇𝑒𝑐𝑜 : Es el volumen del cono que conforma el techo (m3).

𝑉𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 : Es el volumen de la carcasa cilíndrica (m3).

𝑉1%: Volumen a eliminar debido a la pendiente del 1 % para el

drenaje del suelo (m3).


Anexos Página 198

Volumen del techo.

Al tener el techo una geometría cónica, su volumen será:

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 𝜋 · 𝐷2

2

· 𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜

3 [𝐴. 5.19]

Donde:

𝐷: Es el diámetro del tanque 36,576 m.

𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 : Altura del cono 1,139 m.

Sustituyendo y operando se obtiene que el volumen del cono será:

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 398,919 𝑚3

Volumen del cono de drenaje.

En función del diámetro del tanque, se puede calcular la altura del

cono de drenaje sabiendo que existe una pendiente del 1 %.

𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 =1

100·𝐷𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒

2=

1

100·

36,576

2= 0,183 𝑚 [𝐴. 5.20]

Con esta altura y aplicando la expresión [A.5.19] es posible

estimar el volumen de este cono, por lo que:


Anexos Página 199

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 64,093 𝑚3

De manera que el volumen total del tanque será:

𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 15703,135 𝑚3

Altura total del tanque.

Será el resultado de sumar la altura de la envolvente y la altura

exterior del techo cónico.

𝐻𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐻𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎 + 𝐻𝐸𝑥𝑡 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 = 14,630 + 1,152 = 15,782 𝑚 [𝐴. 5.21]

5.2.2. Elementos adicionales.


Los cubetos de retención son áreas de seguridad diseñadas para

retener el volumen del tanque en caso de que se produzca una fuga.

Su geometría es un cuadrado de tamaño suficiente como para

albergar todos los tanques de almacenamiento contenidos en la misma

zona.

Según la normativa de refinería, cada equipo ha de estar separado

una cierta distancia de otro, como se recoge en la Tabla IV de la

memoria descriptiva. La distancia entre tanques de almacenamiento

será al menos la altura del tanque. Y la distancia de los tanques a la

pared del cubeto de retención será el diámetro mayor de los tanques.

En esta zona se emplazan dos tanques de las siguientes

dimensiones:


Anexos Página 200

Tabla LXIII:

Dimensiones de los depósitos.

Tanque 1 Tanque 2

Diámetro (m) 36,576 36,576

Altura (m) 15,782 15,782

La separación entre elementos según especificaciones CEPSA

será de:

La distancia entre la pared del cubeto y el tanque será al menos la

altura del tanque.

La distancia entre tanques será como mínimo el mayor diámetro

de los tanques.

Por lo que se tendrán las siguientes distancias.

Tabla LXIV:

Separación entre elementos del cubeto.

Cubeto-Tanque Tanque-Tanque Tanque-Cubeto

Distancia (m) 15,782 36,576 15,782

Sumando estas distancias se obtiene la longitud del lado del

cubeto teniendo en cuenta la presencia de 2 tanques:

𝐿 = 15,782 + 36,576 + 36,576 + 36,576 + 15,782 [𝐴. 5.22]

𝐿 = 141,292 𝑚

Al ser cuadrado, el área será:


Anexos Página 201

𝐴𝑐𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 = 𝐿2 = 19.963,429 𝑚2 [𝐴. 5.23]

El volumen necesario para el cubeto será tal que sea capaz de

albergar todo el volumen de los tanques en caso de que se produzca la

fuga del contenido.

𝑉𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 = 𝐴𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 · [𝐴. 5.24]

Donde:

𝐴𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 : Área del cubeto calculada en [A.5.23].

: Altura del cubeto (m).

La capacidad de los depósitos será el volumen mínimo del cubeto.

Este dato se calculó en [A.5.2], pero se usará el normalizado al ser el

volumen total del tanque:

𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 15.703,135 𝑚3

Al haber 2 tanques:

𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 2 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 = 31.406,27 𝑚3

En caso de que existan problemas ajenos al proceso tales como

avería aguas arriba, huelga de transportistas, necesidad de parada o

avería puntual para que la columna no se encuentre parada se necesitará

disponer de un número extra de tanques, por lo que este número se

dobla, pasando a disponer de 4 tanques:


Anexos Página 202

𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 62.812,54 𝑚3

Según la normativa, para una corriente de estas características el

cubeto ha de tener una capacidad suficiente como para albergar la

totalidad del volumen del tanque mayor más el 30% del volumen conjunto

del resto de depósito. Por lo que ha de ser capaz de contener:

𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 15.703,135 + 15.703,135 · 3 · 0,3 = 29.835,957 𝑚3

Este volumen hay que someterlo a un factor de

sobredimensionamiento del 10%. Por lo que el volumen a contener será

de:

𝑉𝑇 .𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 = 1,1 · 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32.819,552 𝑚3

Despejando de [A.5.24] se llega a la altura que ha de tener el

cubeto de retención.

=𝑉𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜

𝐴𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜=

32.819,552 𝑚3

19.963,429 𝑚2= 1,644 𝑚

Por lo que el cubeto de retención de la zona de almacenamiento

de la alimentación tendrá las siguientes dimensiones:

Tabla LXV:

Dimensiones del cubeto.

Lado

(m)

Área

(m2)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

141,292 19.963,429 32.819,552 1,644


Anexos Página 203

5.2.2.2. Otros elementos.

Escalerilla y plataformas

Elementos de mantenimiento a los que hay que complementar con

plataformas cada 30 ft (9,144 m) y jaulas en el caso de que la altura del

recipiente sea mayor de 20 ft (6,096 m) según la normativa ANSI A14.3-

1974.

El depósito de la alimentación mide 12,129 m de altura, por lo que

se ha de colocar al menos una plataforma y será necesaria la jaula de la

escalerilla.

Se colocará una plataforma a los 6,064 m de altura. Dicha

plataforma es para descansar y se encuentra desplazada

horizontalmente.

La jaula comienza a los 2,28 metros del suelo para evitar posibles

golpes en la cabeza

En la Figura A.4 del anexo 8 es posible contemplar un diagrama

de la escalerilla.

Bocas de hombre.

El número de bocas de hombre depende del diámetro del tanque.

Esta relación queda reflejada en la Tabla LXXII basada en la norma API

650.

Tabla LXVI: Número de bocas de hombre según el diámetro del tanque.

(Normas API 650).

Diámetro nominal del tanque

(m)

Número mínimo

D ≤ 61 2

61 < D ≤ 91 3

91 < D 4


Anexos Página 204

Para un diámetro de 42,672 m corresponden 2 bocas de hombre

que se colocaran una en el techo y la otra en el casco.

Según la norma consultada su tamaño ha de ser de 20 in (0,508

m), pero a tener de experiencia de operarios con los que el proyectista ha

tenido la posibilidad de hablar se recomienda aumentar su tamaño hasta

las 24 in (0,696 m).

5.3. Tanque de almacenamiento de producto de cabezas.

Por la corriente de cabeza de columna sale una mezcla de tolueno

prácticamente puro, únicamente contiene trazas de benceno y bifenilo.

Esta corriente se almacena a una presión atmosférica o ligeramente

superior a la atmosférica (por exigencias del tipo de tanque escogido

para su conservación) y a una temperatura en torno a los 87,4ºC para

evitar la solidificación del bifenilo.

Para el dimensionamiento de estos tanques si sigue el mismo

procedimiento que se siguió para los de alimentación, con las mismas

consideraciones, por lo que no se volverán a repetir continuamente.

Al depósito le llega una corriente de 768,532 kmol·h-1, y es

necesario poder almacenar producto para un periodo de 7 días. Con

estas consideraciones la masa a almacenar será de:

𝑀 = 768,532𝑘𝑚𝑜𝑙

· 92,07

𝑘𝑔


24

1 𝑑í𝑎= 11.887.468,528 𝑘𝑔 [𝐴. 5.25]

El volumen será de:

𝑉 =𝑀

𝜌=

11.887.422,1 𝑘𝑔

751,9 𝑘𝑔𝑚3

= 15.809,906 𝑚3 [𝐴. 5.26]

𝑉 = 15.809,906 𝑚3 ·264,18 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

1 𝑚3= 4.176.661,040 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙


Anexos Página 205

Acudiendo a la normativa seleccionada para la normalización de

sus dimensiones reflejada en la Tabla A.XIV del anexo 8:

𝑉 = 4.220.000 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙 𝐷 = 134 𝑓𝑡 = 40 𝑓𝑡

𝑉 = 15.973,975 𝑚3 𝐷 = 40,843 𝑚 = 12,192 𝑚 [𝐴. 5.27]


justificada por el volumen que ha resultado, ya que para valores mayores

de 1.000 gal el tipo de depósito más recomendado es de tanques

verticales sobre estructuras de hormigón.

La altura de éstos no ha de exceder los 22 metros, ya que en caso

de incendio dificultaría su extinción.


A la hora de abordar el diseño mecánico del tanque de

almacenamiento de los productos de cabezas hay que tener en cuenta

que al presentar características muy similares respecto al de alimentación

se diseñará de la misma forma.





Se calculará según la norma API 650 calculando dos espesores

uno debido a las consideraciones de diseño y otro a las pruebas

hidráulicas, escogiendo el mayor de los dos.


Anexos Página 206


Al tener las mismas dimensiones y características que el tanque de

alimentación los resultados de esta sección serán los mismos, ya que se

calcula del mismo modo. Por consiguiente simplemente se presentaran

los resultados.

Sobreespesor por corrosión.

𝐶 = 10 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005 𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,05 𝑖𝑛 = 1,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.28]


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.29]

Espesor mínimo del material.

𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.30]

Máximas tensiones admisibles.

𝑆𝑑 = 137 𝑀𝑃𝑎

𝑆 = 154 𝑀𝑃𝑎




Anexos Página 207

𝑡𝑑 =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆𝐷 [𝐴. 5.31]


continuación.


Se calculó anteriormente:

𝐷 = 40,843 𝑚


Es la máxima altura del nivel del líquido en el tanque. Cada uno de

los dos tanques tendrá ocupado un volumen de 7.986,979 m3. Se

proyectará para que no sobrepase en ningún momento el 50% del

tanque. De manera que:


𝜋 · 𝐷2

2 [𝐴. 5.32]

No obstante se sigue el mismo criterio que se impuso en el

apartado 5.2.1.2. por el cual se considera el tanque totalmente lleno

alcanzando la altura de la envolvente, por lo que:

𝐻𝐿𝑖𝑞 = 6,096 𝑚

Densidad relativa.



Anexos Página 208

𝐺 =𝜌𝐷𝐴

𝜌𝐻2𝑜 [𝐴. 5.33]

La densidad del fluido a almacenar será de 751,9 kg·m-3 y la del

agua de 1.000 kg·m-3, por lo que:

𝐺 = 0,752



𝑡𝑑 = 0,0064 𝑚 = 6,367 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 6,367 + 𝐶 = 6,367 + 1,27 = 7,637 𝑚𝑚 [𝐴. 5.34]



𝑡 =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆 [𝐴. 5.35]





Anexos Página 209

𝑡 = 0,0057 𝑚 = 5,664 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 5,664 + 𝐶 = 5,664 + 1,27 = 6,934 𝑚𝑚 [𝐴. 5.36]

Conclusión.




𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 6,367 + 𝐶 = 6,367 + 1,27 = 7,637 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 5,664 + 𝐶 = 5,664 + 1,27 = 6,934 𝑚𝑚


Anexos Página 210



Recurriendo a la Tabla A.VI del anexo 8 se obtiene el espesor comercial,


𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒 𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 7,637 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚


Se sigue el mismo procedimiento que se siguió para el espesor del

fondo de tanques de alimentación, recurriendo a la Tabla LXVII y al valor

de las máximas tensiones admisibles calculado con [A.5.37].

𝑆′ =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑡 [𝐴. 5.37]

Sustituyendo:

𝑆′ = 12.579.86.830,07 𝑃𝑎 = 125,799 𝑀𝑃𝑎



puede ver en la Tabla LXVIII.


𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.38]


Anexos Página 211

El fondo dispondrá de una pequeña pendiente del 1% para facilitar

el drenaje de su contenido y evitar así la estanqueidad de su contenido.



espesores:


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor calculado.

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


recurriendo a la Tabla XVII se obtiene el espesor comercial,




Anexos Página 212






espesor.


apartados al ser iguales:

𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 7,9 𝑚𝑚




Dado que las dimensiones que intervienen en este apartado tienen

el mismo valor que las calculadas para el tanque de alimentación tanto el

espesor del techo como el resto de parámetros no varía, de manera que

simplemente se presentarán los resultados.

𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 = 7,265 𝑚𝑚 = 0,0073 𝑚

𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 3,564°

𝐻𝑖𝐶𝑜𝑛𝑜 = 1,272 𝑚



Anexos Página 213

𝐻𝐸𝑥𝑡 = 1,272 + 7,265 · 10−3 = 1,279 𝑚 [𝐴. 5.39]

Al igual que para el tanque de alimentación estos depósitos

poseen una pantalla flotante interna. Su espesor será el mismo que el de

la carcasa para asegurar la máxima homegeneidad posible.


Se calcula a través de la expresión [A.3.29].


Como los tanques de cabezas son tanques de iguales

dimensiones a los de alimentación, solo cambia el espesor del mismo, el

volumen será idéntico ya que tanto el diámetro del tanque, la altura de la

envolvente y del techo cónico tienen el mismo valor. Por esta razón

simplemente se presentan los resultados.

Volumen del techo.

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 555,264 𝑚3


𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,204 𝑚 [𝐴. 5.41]

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 89,052 𝑚3



Anexos Página 214

𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 16.440,169 𝑚3




𝐻𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐻𝐶𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠 𝑎 + 𝐻𝐸𝑥𝑡 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 = 12,192 + 1,279 = 13,471 𝑚 [𝐴. 5.42]

5.3.2. Depósito Rundown.

Son un tipo de depósitos cuyo objetivo es el almacenamiento del

producto fabricado para realizar pruebas de calidad antes de mezclarlo

con el producto final, de manera que si la corriente no cumple las

especificaciones marcadas se desecha antes de almacenarlo de forma

definitiva.

Se escoge el mismo tipo de tanque, cilíndrico vertical de fondo

plano, pero en este caso tendrá otras dimensiones ya que es un tanque

“provisional”.

5.3.2.1. Dimensionamiento del depósito de Rundown.

Le llega la misma corriente, solo que en lugar de almacenar

producto para 7 días se ha de proyectar para hacerlo durante 2 días.

𝑀 = 768,532𝑘𝑚𝑜𝑙

· 92,39

𝑘𝑔


24

1 𝑑í𝑎

𝑀 = 3.408.224,231 𝑘𝑔 [𝐴. 5.43]


Anexos Página 215


𝑉 =𝑀

𝜌=

3.408.210,927 𝑘𝑔

751,9 𝑘𝑔𝑚3

= 4.532,816 𝑚3 [𝐴. 5.44]

𝑉 = 4.532,816 𝑚3 ·264,18 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

1 𝑚3= 1.197.479,289 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

El objetivo de este depósito no es el almacenamiento, sino el de

tener algo de producto para poder realizar pruebas a la calidad del

mismo. Es por ello que se diseño con un 10% de

sobredimensionamiento.

𝑉𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚 𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1,1 · 𝑉 = 4.986,097 𝑚3 [𝐴. 5.45]

𝑉𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1.317.227,218 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

Según la norma API 650, recurriendo a la Tabla A.XIV del anexo

8 a un tanque de este volumen le corresponden las siguientes

dimensiones normalizadas:

𝑉 = 1.380.000 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙 𝐷 = 70 𝑓𝑡 𝐻 = 48 𝑓𝑡

𝑉 = 5.223,711 𝑚3 𝐷 = 21,336 𝑚 𝐻 = 14,63 𝑚

Se comprueba el grado de sobredimensionamiento respecto al

volumen calculado en [A.5.44].

% 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =5.223,711 − 4.532,816

4.532,816· 100 = 15,24 %


Anexos Página 216

5.3.2.2. Diseño mecánico del depósito de Rundown.

A la hora de abordar el diseño mecánico del tanque de rundown

de los productos de cabezas hay que tener en cuenta que se hará de la

misma forma que los tanques de almacenamiento, pero teniendo en

cuenta la diferencia entre las dimensiones.

Material empleado.



Espesor de la envolvente.





Al no depender del tamaño del tanque, la información recogida en

esta sección permanece invariable.


𝐶 = 10 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005 𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,05 𝑖𝑛 = 1,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.46]


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.47]


Anexos Página 217


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.48]


𝑆𝑑 = 137 𝑀𝑃𝑎 (1.352,085 𝑎𝑡𝑚)

𝑆 = 154 𝑀𝑃𝑎 (1.519,862 𝑎𝑡𝑚)



𝑡𝑑 =4.900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆𝐷 [𝐴. 5.49]


continuación.


Se calculó anteriormente en el apartado 5.3.2.1.

𝐷 = 21,336 𝑚


Al ser un depósito de prueba se establece que su nivel no va a

estar nunca por encima del 90% del nivel del tanque. Teniendo en cuenta


Anexos Página 218

que lo que se tiene que almacenar respecto a la capacidad del tanque se

determina su volumen de ocupación:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =4.532,816

5.223,711· 100 = 86,77 % < 90 % [𝐴. 5.50]

La altura del nivel del líquido en el tanque se calcula de la misma

forma, con la excepción de que tanto el volumen como el diámetro son

menores.


𝜋 · 𝐷2

2 [𝐴. 5.51]

El volumen a almacenar será de 4.147,758 m3 y el diámetro

22,250 m, por lo que la altura del líquido será:

𝐻𝐿𝑖𝑞 = 6,339 𝑚


apartado 5.3.1. por el cual se considera el tanque totalmente lleno


𝐻𝐿𝑖𝑞 = 14,63 𝑚

Densidad relativa.

Es el mismo fluido almacenado a las mismas condiciones, por lo

que la densidad relativa es la misma:


Anexos Página 219

𝐺 = 0,752



𝑡𝑑 = 0,00822 𝑚 = 8,22 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 8,22 + 𝐶 = 9,490 𝑚𝑚 [𝐴. 5.50]



𝑡 =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆 [𝐴. 5.51]




𝑡 = 0,007315 𝑚 = 7,315 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 7,315 + 𝐶 = 8,585 𝑚𝑚 [𝐴. 5.52]


Anexos Página 220

Conclusión.




𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 8,22 + 𝐶 = 9,490 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 7,315 + 𝐶 = 8,585 𝑚𝑚



Recurriendo a la Tabla A.VI del anexo 8 se obtiene el espesor comercial,




Anexos Página 221

Espesor de fondos.


fondo de tanques de alimentación, recurriendo a la Tabla LXVIII y al valor


𝑆′ =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑡 [𝐴. 5.53]

Sustituyendo:

𝑆′ = 118.590.393,034 𝑃𝑎 = 118,590 𝑀𝑃𝑎



puede ver en la Tabla LXVIII.


𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.54]





espesores:


Anexos Página 222


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor calculado.

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


recurriendo a la Tabla XXVII se obtiene el espesor comercial,



Estimación del espesor del fondo y la carcasa.





espesor.

Se seleccionará aquel mayor de los calculados anteriormente que

corresponde al espesor de la envolvente ya que:


Anexos Página 223

𝑡𝑑𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙= 9,04 𝑚𝑚 → 9,5 𝑚𝑚 > 𝑡𝑓𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙

= 7,27 𝑚𝑚 → 7,9 𝑚𝑚



Espesor del techo.

Para este depósito varían las dimensiones, consecuentemente

también lo hará tanto el ángulo como la altura del cono y el espesor. Se

puede considerar como aceptable la decisión de adoptar el espesor de la

envolvente para el techo, ya que se encuentra dentro del margen

aceptable (4,8-12,7 mm). Teniendo en cuenta que el techo no está

sometido a tanto desgaste como es resto de elementos se puede reducir

el sobreespesor por corrosión, de manera que:

𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 = 𝑡𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 −𝐶

2= 9,5 −

1,27

2= 8,865 𝑚𝑚 [𝐴. 5.55]

El ángulo del cono será el mismo, ya que únicamente depende de

la pendiente establecida y se aplicará el criterio anterior de 19 mm en

vertical por cada 305 mm en horizontal. De manera que el ángulo del

cono será:

𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 3,564°

La altura del techo del dependerá tanto del diámetro como del

ángulo del cono, por lo que toma la siguiente altura:


Anexos Página 224


2· tan 𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,664 𝑚


𝐻𝐸𝑥𝑡 = 0,664 + 8,865 · 10−3 = 06731 𝑚 [𝐴. 5.56]


Se calcula a través de la expresión [A.5.57].


Volumen del techo.

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 79,133𝑚3


𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,107 𝑚 [𝐴. 5.58]

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 12,752 𝑚3


𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 5.290,092 𝑚3


Anexos Página 225








dimensiones más el depósito de rundown:

Tabla LXVII: Dimensiones de los depósitos.

Tanque 1 Tanque 2 Rundown

Diámetro (m) 40,843 40,843 21,336

Altura (m) 12,192 12,192 14,630

La separación entre elementos será de:

Tabla LXVIII: Separación entre elementos del cubeto.

Cubeto-

Tanque

Tanque-

Tanque

Tanque-

Rundown

Rundown-

Cubeto

Distancia (m) 12,192 40,843 40,843 14,630


Anexos Página 226

Sumando estas distancias se determina la longitud del lado del

cubeto largo del cubeto, ya que se dispondrán de tres tanques, dos de

almacenamiento y el de rundown.

𝑎 = 211,53 𝑚 [𝐴. 5.60]

El lado corto por el contrario solo tendrá dos tanques, ya que como

ocurre para los depósitos de alimentación habrá que doblar el número

inicial pasando de dos a cuatro más el depósito de rundown. Su

disposición en el cubeto serán dos filas, situando en la primera dos

tanques más el de rundown y en la segunda los restantes.

𝑏 = 146,913 𝑚 [𝐴. 5.61]

El cubeto por lo tanto tendrá una geometría rectangular, por lo que

su área será:

𝐴𝑐𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 = 𝑎 · 𝑏 = 31.076,507 𝑚2 [𝐴. 5.62]

El volumen necesario para el cubeto será:


Estos tanques almacenarán un producto de similares

características a las del producto de alimentación, por lo que para el

cálculo del volumen se seguirá el mismo criterio, es decir ha de ser capaz

de contener el volumen del tanque de mayor tamaño más un 30% del

volumen restante de los depósitos.

El volumen que ha de alojar el cubeto será:


Anexos Página 227

𝑉 𝐶𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 = 31.917,666 𝑚3 [𝐴. 5.64]



de:

𝑉𝑇 .𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑 = 1,1 · 𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 35.100,432 𝑚3 [𝐴. 5.65]





35.100,432 𝑚3

31.917,666 𝑚2= 1,099 𝑚


del producto de cabezas tendrá las siguientes dimensiones:

Tabla LXIX:

Dimensiones del cubeto

Lado largo

(m)

Lado corto

(m)

Área

(m2)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

211,53 146,913 31.917,666 35.100,432 1,099


Escalerilla y plataforma.

El tanque de almacenamiento mide 12,192 m de altura, por lo que

siguiendo la regla de la normativa le corresponderá al menos 1

plataforma. Finalmente se instalará una plataforma a los 8 metros y otra

en la parte superior, de acuerdo con el código.


Anexos Página 228

También será necesaria una jaula de seguridad, ya que la altura

del depósito es mayor que la establecida por la normativa para su

instalación.

Se aplica también este criterio para el depósito de rundown,

instalando los elementos a las mismas distancias, ya que la altura es

similar.

Boca de hombre.

Según la Tabla LXXII para tanques de un diámetro menor a 61 m

le corresponden dos bocas de hombre. Una se instalará en el techo y la

otra en el casco con un tamaño de 24 pulgadas.

5.4. Tanque de almacenamiento de producto de colas.

Al igual que los tanques para los productos de cabezas, estos

siguen las mismas consideraciones.

Al depósito le llega una corriente de 4,414 kmol·h-1, y es necesario

poder almacenar producto para un periodo de 7 días. Con estas

consideraciones la masa de producto a almacenar será de:

𝑀 = 4,412 𝑘𝑚𝑜𝑙

· 148,4

𝑘𝑔


24

1 𝑑í𝑎= 109.996,454 𝑘𝑔 [𝐴. 5.66]

El volumen de producto a almacenar será de:

𝑉 =𝑀

𝜌=

109.996,454 𝑘𝑔

967,7 𝑘𝑔𝑚3

= 113,668 𝑚3 [𝐴. 5.67]

𝑉 = 113,668 𝑚3 ·264,18 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

1 𝑚3= 30.028,793 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙


Anexos Página 229

Acudiendo a la normativa seleccionada para la normalización de

sus dimensiones reflejadas en la Tabla A.XIV del anexo 8:

𝑉 = 41.000 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙 𝐷 = 21 𝑓𝑡 = 16 𝑓𝑡

𝑉 = 155,197 𝑚3 𝐷 = 6,401 𝑚 = 4,877 𝑚


justificada por el volumen que ha resultado, ya que para volúmenes

mayores de 1.000 gal el tipo de depósito más recomendado es de

tanques verticales sobre estructuras de hormigón.

La altura de estos depósitos no ha de exceder los 22 metros, ya

que en caso de incendio dificultaría su extinción.


A la hora de abordar el diseño mecánico del tanque de

almacenamiento de los productos de colas hay que tener en cuenta que

al presentar características muy similares respecto al de alimentación se

diseñará de la misma forma.









Anexos Página 230


Al tener las mismas dimensiones y características que el tanque de

alimentación los resultados de esta sección serán los mismos, ya que se

calcula del mismo modo. Por consiguiente simplemente se presentaran

los resultados.


𝐶 = 10 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005 𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,05 𝑖𝑛 = 1,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.68]


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.69]


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.70]



𝑆 = 154 𝑀𝑃𝑎




Anexos Página 231

𝑡𝑑 =4.900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆𝐷 [𝐴. 5.71]


continuación.


Se calculó anteriormente en el apartado 5.4.

𝐷 = 6,401 𝑚


Es la máxima altura del nivel del líquido en el tanque. Cada uno de

los dos tanques tendrá ocupado un volumen de 56,275 m3. Se proyectará

para que no sobrepase en ningún momento el 50% del tanque. De

manera que:


𝜋 · 𝐷2

2 [𝐴. 5.72]


apartado 5.2.1.2. por el cual se considera el tanque totalmente lleno


𝐻𝐿𝑖𝑞 = 4,877 𝑚


Anexos Página 232

Densidad relativa.


𝐺 =𝜌𝐷𝐴

𝜌𝐻2𝑜 [𝐴. 5.73]

La densidad del fluido a almacenar será de 980,4 kg·m-3 y la del

agua de 1.000 kg·m-3, por lo que:

𝐺 = 0,967



𝑡𝑑 = 0,001027 𝑚 = 1,027 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 1,027 + 𝐶 = 1,027 + 1,27 = 2,297 𝑚𝑚 [𝐴. 5.74]



𝑡 =4.900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆 [𝐴. 5.75]


Anexos Página 233




𝑡 = 0,000914 𝑚 = 0,914 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 0,914 + 𝐶 = 0,914 + 1,27 = 2,184 𝑚𝑚 [𝐴. 5.76]

Conclusión.




𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 1,027 + 𝐶 = 1,027 + 1,27 = 2,297 𝑚𝑚


Anexos Página 234


𝑡 𝑚𝑚 = 0,914 + 𝐶 = 0,914 + 1,27 = 2,184 𝑚𝑚

De entre todos estos el mayor es el espesor exigido por norma,

por lo que la envolvente tendrá este espesor. Recurriendo a la Tabla VI

del anexo 8 se obtiene el espesor comercial, seleccionando el

inmediatamente superior.




fondo de tanques de alimentación, recurriendo a la Tabla LXVIII y al valor


𝑆′ =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑡 [𝐴. 5.77]

Sustituyendo:

𝑆′ = 64.442.961,178 𝑃𝑎 = 64,443 𝑀𝑃𝑎



puede ver en la Tabla LXVII.



Anexos Página 235

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.78]





espesores:


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor calculado.

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚





Anexos Página 236







espesor.


apartados, pero en este caso son iguales, por lo que el espesor toma un

valor de:





A diferencia del resto de depósitos el techo de los depósitos de

almacenamiento de los tanques de colas son techos cónicos

autosoportados. Su diseño se hará de la misma forma asumiendo las

mismas hipótesis.

El espesor del techo se asume igual al de la envolvente, ya que

está dentro del margen.

𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 = 7,9 𝑚𝑚 = 0,0079 𝑚


Anexos Página 237

La altura del cono depende del ángulo del mismo, y en este caso

varía respecto a los anteriores, ya que es autosoportado en lugar de

soportado por una estructura externa. El ángulo se calculará a través de

la siguiente expresión:

𝜃𝑐𝑜𝑛𝑜 = 𝑎𝑠𝑒𝑛 𝐷

4.800 · 𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 [𝐴. 5.79]

𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 9,712 °

Con este ángulo la altura toma un valor de:

𝐻𝑖𝐶𝑜 𝑛𝑜=

𝐷

2tan 𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,548 𝑚 [𝐴. 5.80]


𝐻𝐸𝑥𝑡 = 0,548 + 7,9 · 10−3 = 0,556 𝑚 [𝐴. 5.81]


Se calcula de la misma forma que para los tanques de cabeza y

alimentación, por lo que simplemente se presentaran los resultados.

Volumen del techo.

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 5,878 𝑚3


Anexos Página 238


𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,032 𝑚 [𝐴. 5.82]

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,343 𝑚3


𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 160,732 𝑚3





5.4.2. Depósito de Rundown.

Se diseñará del mismo modo que se hizo para los tanques de

alimentación.

5.4.2.1. Dimensionamiento del depósito de Rundown.

Le llega la misma corriente, solo que en lugar de almacenar

producto para 7 días se ha de proyectar para hacerlo durante 2 días.

𝑀 = 4,412𝑘𝑚𝑜𝑙

· 148,4

𝑘𝑔


24

1 𝑑í𝑎


Anexos Página 239

𝑀 = 31.427,558 𝑘𝑔 [𝐴. 5.84]


𝑉 =𝑀

𝜌=

31.427,558 𝑘𝑔

967,7 𝑘𝑔𝑚3

= 32,477 𝑚3 [𝐴. 5.85]

𝑉 = 32,477 𝑚3 ·264,18 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

1 𝑚3= 8.579,655 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

El objetivo de este depósito no es el almacenamiento, sino el de

tener algo de producto para poder realizar pruebas a la calidad del

mismo. Es por ello que se diseño con un 10 % de

sobredimensionamiento.

𝑉𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1,1 · 𝑉 = 35,724 𝑚3 [𝐴. 5.86]

𝑉𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 9.437,621 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙

Según la norma API 650, recurriendo a la Tabla A.VI del anexo 8

a un tanque de este volumen le corresponden las siguientes dimensiones

normalizadas:

𝑉 = 21.000 𝑈𝑆𝑔𝑎𝑙 𝐷 = 15 𝑓𝑡 𝐻 = 16 𝑓𝑡

𝑉 = 79,494 𝑚3 𝐷 = 4,572 𝑚 𝐻 = 4,877 𝑚


Anexos Página 240

5.4.2.2. Diseño mecánico del depósito de Rundown.

Material empleado.



Espesor de la envolvente.





Al no depender del tamaño del tanque sino de las propiedades del

material, la información recogida en esta sección permanece invariable.


𝐶 = 10 𝑎ñ𝑜𝑠 · 0,005 𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜= 0,05 𝑖𝑛 = 1,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.87]


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.88]


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.89]


Anexos Página 241



𝑆 = 154 𝑀𝑃𝑎



𝑡𝑑 =4.900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆𝐷 [𝐴. 5.90]


continuación.


Se calculó anteriormente en el apartado 5.4.2.

𝐷 = 4,572 𝑚


Al ser un depósito de prueba se establece que su nivel no va a

estar nunca por encima del 90% del nivel del tanque. Teniendo en cuenta

que lo que se tiene que almacenar respecto a la capacidad del tanque se

determina su volumen de ocupación:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =32,157

79,494· 100 = 40,452 % < 90 % [𝐴. 5.91]


Anexos Página 242

La altura del nivel del líquido en el tanque se calcula de la misma

forma, con la excepción de que tanto el volumen como el diámetro son

menores.


𝜋 · 𝐷2

2 [𝐴. 5.92]

Se considera el tanque totalmente lleno alcanzando la altura de la

envolvente, por lo que:

𝐻𝐿𝑖𝑞 = 4,877 𝑚

Densidad relativa.

Es el mismo fluido almacenado a las mismas condiciones, por lo

que la densidad relativa es la misma:

𝐺 = 0,9804



𝑡𝑑 = 0,000734 𝑚 = 0,734 𝑚𝑚


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 0,734 + 𝐶 = 0,734 + 1,27 = 2,004 𝑚𝑚 [𝐴. 5.93]



Anexos Página 243


𝑡 =4.900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑆 [𝐴. 5.94]




𝑡 = 0,000653 𝑚 = 0,653 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 0,653 + 𝐶 = 0,653 + 1,27 = 1,923 𝑚𝑚 [𝐴. 5.95]

Conclusión.




𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚


Anexos Página 244


𝑡𝑑 𝑚𝑚 = 0,734 + 𝐶 = 0,734 + 1,27 = 2,004 𝑚𝑚


𝑡 𝑚𝑚 = 0,653 + 𝐶 = 0,653 + 1,27 = 1,923 𝑚𝑚

De entre todos estos el mayor es el espesor exigido por el

material, por lo que la envolvente tendrá este espesor. Recurriendo a la

Tabla A.VI del anexo 8 se obtiene el espesor comercial, seleccionando

el inmediatamente superior.


Espesor de fondos.


fondo de tanques de alimentación, recurriendo a la Tabla LXVII y al valor


𝑆′ =4900 · 𝐷 · 𝐻𝐿𝑖𝑞 − 0,3 · 𝐺

𝑡 [𝐴. 5.96]

Sustituyendo:

𝑆′ = 52.276.587,797 𝑃𝑎 = 52,277 𝑀𝑃𝑎


Anexos Página 245



puede ver en la Tabla LXVII.


𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚 [𝐴. 5.97]





espesores:


𝑡min 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑚𝑚 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑚 = 5 + 𝐶 = 5 + 1,27 = 6, 27 𝑚𝑚

Espesor calculado.

𝑡𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 6 + 𝐶 = 6 + 1,27 = 7,27 𝑚𝑚


Anexos Página 246





Estimación del espesor del fondo y la carcasa.

Comparando el espesor calculado tanto para fondos como para

carcasa se observa que ambos tienen el mismo valor, por lo que el

tanque tendrá un espesor homogéneo.




Espesor del techo.

Se puede considerar como aceptable la decisión de adoptar el

espesor de la envolvente para el techo, ya que se encuentra dentro del

margen aceptable (4,8-12,7 mm). Teniendo en cuenta que el techo no

está sometido a tanto desgaste como es resto de elementos se puede

reducir el sobreespesor por corrosión, de manera que:


Anexos Página 247

𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 = 𝑡𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 −𝐶

2= 7,9 −

1,27

2= 7,265 𝑚𝑚 [𝐴. 5.98]

Al igual que el depósito de colas son techos soportados, por lo que

se calcula las características del techo como tales:

𝜃𝑐𝑜𝑛𝑜 = 𝑎𝑠𝑒𝑛 𝐷

4800 · 𝑡𝑡𝑒𝑐𝑜 [𝐴. 5.99]

𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 6,925 °

Con este ángulo la altura toma un valor de:


2tan 𝜃𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,278 𝑚 [𝐴. 5.100]


𝐻𝐸𝑥𝑡 = 0,278 + 7,9 · 10−3 = 0,286 𝑚 [𝐴. 5.101]


Volumen del techo.

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 1,521 𝑚3


𝐻𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,023 𝑚 [𝐴. 5.102]

𝑉𝐶𝑜𝑛𝑜 = 0,126 𝑚3


Anexos Página 248


𝑉𝑅𝑒𝑎𝑙 = 80,889 𝑚3








dimensiones:


dimensiones:

Tabla LXX:

Dimensiones de los depósitos.

Tanque 1 Tanque 2 Rundown

Diámetro (m) 6,401 6,401 4,572

Altura (m) 5,433 5,433 4,877

La separación entre elementos será de:


Anexos Página 249

Tabla LXXI: Separación entre elementos del cubeto.

Cubeto-

Tanque

Tanque-

Tanque

Tanque-

Rundown

Rundown-

Cubeto

Distancia (m) 5,433 6,401 6,401 4,877

Tendrán la misma disposición que el cubeto de retención de

cabezas, por lo que habrá que determinar un lado largo (a) y uno corto

(b):

𝑎 = 40,486 𝑚 [𝐴. 5.104]

𝑏 = 30,069 𝑚 [𝐴. 5.105]

Al ser rectangular, el área será:

𝐴𝑐𝑢𝑏𝑒𝑡𝑜 = 𝑎 · 𝑏 = 1.217,374 𝑚2 [𝐴. 5.106]

El volumen necesario para el cubeto será tal que sea capaz de

albergar todo el volumen de los tanques en caso de que se produzca la

fuga del contenido.


Según las características del producto, hidrocarburo clase D, de

acuerdo a su legislación no existe un límite para la cantidad de producto

que se puede albergar en los cubetos, por lo que se supondrán las

peores condiciones, es decir que ha de ser capaz de albergar la totalidad

del producto contenido en los depósitos (los 4 tanques y el de prueba).


Anexos Página 250

𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 723,817 𝑚3



de:

𝑉𝑇 .𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 = 1,1 · 𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 796,199 𝑚3 [𝐴. 5.108]





796,199 𝑚3

1.217,374 𝑚2= 0,654 𝑚


de la alimentación tendrá las siguientes dimensiones:

Tabla LXXII:

Dimensiones del cubeto.

Lado largo

(m)

Lado corto

(m)

Área

(m2)

Volumen

(m3)

Altura

(m)

40,486 30,069 1.217,374 796,199 0,654


Escalerilla y plataformas.

Se sigue la misma normativa de instalación que para el resto de

depósitos.


Anexos Página 251

En estos depósitos la altura es menor a 6 metros tanto para los

tanques de almacenamiento de producto de colas como el depósito de

rundown. Por eso únicamente se instalará una plataforma en la parte

superior del depósito.

La jaula de la escalerilla para estos tanques no es necesaria ya

que su altura no excede de los 6 metros.

Bocas de hombre.

Al tener un diámetro menor de 61 metros serán necesarias dos

escalerilla, tal y como se refleja en la Tabla LXXII.

Se colocará una en el techo y otra en el casco.


Anexos Página 252

ANEXO 6: Sistemas de tuberías y accesorios.

6.1. Consideraciones previas: Diseño de tuberías.

Para llevar el fluido de un equipo a otro se utilizan líneas de

transporte formadas por distintos elementos, como por ejemplo

conducciones, accesorios de tuberías entre otros elementos.

Son equipos de vital importancia, pues ocupan una parte

considerable de la partida económica de una planta de proceso (un tercio

aproximadamente) así como un volumen considerable (60%).

Las tuberías a presión tienen su propio código, el código ANSI

B31, formado por diferentes secciones publicadas como documentos

independientes cada una de ellas.

6.2. Líneas del proceso.

En el presente proyecto fin de carrera se distinguen varias líneas

de proceso, como son las siguientes:

Línea 1: Es la línea encargada de llevar el fluido desde el tanque

de almacenamiento a la columna.

Línea 2: Es la línea encargada de llevar el producto de cabeza,

destilado, de la columna al tanque de almacenamiento.

Línea 3: Es la línea encargada de llevar el producto de colas de la

columna al tanque de almacenamiento.

En el diseño de las líneas se trataran los siguientes aspectos:

Accesorios de la conducción.

Pérdidas de carga en la conducción.

Dimensionamiento de la conducción.


Anexos Página 253

6.3. Línea 1: Depósito-Torre.

6.3.1. Conducciones presentes en la línea.

Se localizan las siguientes conducciones:

Conducción 1: Del depósito (TA-01) a la bomba (B-01).

Conducción 2: De la bomba (B-01) al intercambiador de calor de

alimentación (IC-01).



6.3.2. Diseño de la línea de tuberías.

En primer lugar se calcula el diámetro interior de cada línea. Para

ello es necesario conocer una velocidad de circulación del fluido a través

de la conducción, la cual se obtiene a partir de la Tabla XXXVIII. El

caudal se conoce de los balances de materia a la planta.

Tabla LXXIII: Estimación de las velocidades en una planta de proceso.

(McCabe y col, 1.994).

TIPO DE FLUIDO SERVICIO VELOCIDAD (m·s-1)

Líquido poco viscoso Flujo por gravedad 0,15-0,30

Entrada de bomba 0,3-0,9

Salida de bomba 1,2-3

Línea de conducción 1,2-2,4

Liquido viscoso Entrada de bomba 0,06-0,15

Salida de bomba 0,15-0,06

Aire o gas 9-30

De manera que:

𝑄 = 𝑣 · 𝑆 [𝐴. 6.1]


Anexos Página 254

Donde:

𝑣: Velocidad de paso de fluido por la conducción (m·s-1).

𝑄: Caudal volumétrico de circulación del fluido (m3·s-1).

𝑆: Sección de la conducción (m2).

La sección de la tubería es circular, por lo que por expresiones

geométricas será:

𝑆 = 𝜋 ·𝐷2

4 [𝐴. 6.2]

Donde:

1. 𝑆: Sección de la conducción (m2).

2. 𝐷: Diámetro de la conducción (m).

Por lo que sustituyendo [A.6.2] en [A.6.1] y despejando el

diámetro:

𝐷 = 𝑄 · 4

𝜋 · 𝑣 [𝐴. 6.3]

El caudal es el que ha de llegar a la columna, 772,944 kmol·h-1,

por lo que habrá que transformar el caudal molar a caudal volumétrico.

𝑄 = 772,944 𝑘𝑚𝑜𝑙

· 92,39

𝑘𝑔

𝑘𝑚𝑜𝑙·

1 𝑚3

870,1 𝑘𝑔·

1

3.600 𝑠

𝑄 = 0,023 𝑚3

𝑠 [𝐴. 6.4]


Anexos Página 255

Sustituyendo en [A.6.3.] se obtiene:

𝐷 = 0,135 𝑚 = 4,899 𝑖𝑛

Acudiendo a las tablas de normalizado se obtiene el siguiente

diámetro externo normalizado:

𝐷𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 = 0,141 𝑚

Con este valor se determina el diámetro externo de la tubería,

pues depende del interno. Estos diámetros se encuentran normalizados

en dimensiones comerciales según se recogen en las Tablas A.X-XIII del

anexo 8.

A la hora de escoger un valor de esta tabla la elección la marca el

diámetro interno, pues el valor del externo será el inmediatamente

superior al estimado anteriormente, siendo este el global de la

conducción.

Es necesario determinar el espesor de la tubería requerido para

soportar la presión interna de la conducción

Para ello tal y como se especifica en la bibliografía consultada se

aplica el código ASME sección VIII división 1, calculándose el espesor a

través de la siguiente expresión, considerando un sobreespesor por

corrosión y la tolerancia de la fabricación:

𝑡𝑚𝑖𝑛 = 𝑃𝐷 · 𝐷0

2 · 𝑆 · 𝐸 + 𝑃𝐷 · 𝑌 + 𝐶 ·

1

1 −𝑀

100

[𝐴. 6.5]

Donde:

𝑃𝐷: Presión de diseño.


Anexos Página 256

𝐷0: Diámetro exterior de la tubería.

𝑆: Tensión máxima permisible a la temperatura de diseño.

𝐸: Eficiencia de la soldadura.

𝑌: Coeficiente que depende del material de la tubería y la

temperatura de diseño.

𝐶: Margen de corrosión.

𝑀: Tolerancia de fabricación.

Los parámetros necesarios para determinar el espesor de la línea

es necesario conocer estos parámetros.

Estos cálculos habrá que hacerlos para cada conducción presente

en la línea.


La presión de operación será la mayor


posibilidades:


𝑃𝐷 = 1,1 · 𝑃𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 [𝐴. 6.6]



𝑐𝑚2 [𝐴. 6.7]

3. 3,5 kg·cm-2.


Anexos Página 257

Tensión máxima admisible.

Depende de la temperatura de diseño y el material de la tubería.

Se selecciona como temperatura de diseño la temperatura máxima de la

línea más 20C. En esta línea la temperatura de diseño será la

correspondiente a la conducción 3. De esta manera la temperatura de

diseño máxima de la línea 1 será de:

𝑇𝐷 = 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖 ó𝑛 + 20℃

Recurriendo a la Tabla A.IX del anexo 8 y con la temperatura de

diseño se obtiene un valor de tensión máxima admisible.

Las tuberías estarán construidas de acero al carbono SA-106, ya

que según la Tabla A.I del anexo 8 es el material que mejor se adapta.

Eficiencia de la soldadura.

Si se usan tuberías lisas sin juntas de soldadura esta eficiencia

asciende a un valor de 1.

Factor Y.

Depende de la temperatura de diseño de la línea y del material de

las conducciones. Se obtiene a partir de la Tabla XXXVIII.

Margen de corrosión.

Para tuberías y recipientes un desgaste por corrosión de 0,005

pulgadas es aceptado. Equipos principales o mayores se diseñan para

que su vida sea de aproximadamente de 17 años. Por lo que el margen

de corrosión será de:


Anexos Página 258

𝐶 = 0,005𝑖𝑛

𝑎ñ𝑜· 17 𝑎ñ𝑜 = 0,085 𝑖𝑛 [𝐴. 6.8]

Tolerancia a la fabricación.

En conducciones este parámetro alcanza un valor de 12,5%, es

decir, que la tubería podría tener un espesor un 12,5% menor.

En resumen, y sustituyendo en [A.6.4] se obtiene el espesor de

cada línea. Cada una de ellas tendrá unas condiciones de presión y

temperatura.

En la siguiente tabla (Tabla LXXV) se recogen todos los valores

necesarios para el cálculo del espesor de cada conducción perteneciente

a la línea 1 del proceso que va desde el parque de tanques de

almacenamiento de producto de cabezas (TA-01) a la columna de


Tabla LXXIV: Datos necesarios para el cálculo del espesor de la conducción.

Conducción PD TD TD

S E M Y v t

(psi) (K) (°F) (m·s-1) (in)

1 43,143 358 185 20.000 1 12,5 0,4 0,6 0,134

2 58,447 358 185 20.000 1 12,5 0,4 1,6 0,109

3 58,447 410,7 279,86 20.000 1 12,5 0,4 1,6 0,109

Será necesario calcular el espesor para cada conducción. Con él y

con el diámetro externo calculado anteriormente se determina el diámetro

interno, escogiendo aquel inmediatamente superior al mínimo.

Estas tablas corresponden a Tablas A.X-XIII del anexo 8, por lo

que se obtienen las siguientes dimensiones para cada conducción de la

línea de alimentación. Los resultados se recogen en la Tabla LXXVI.


Anexos Página 259

Tabla LXXV: Diámetros de las conducciones presentes en la línea 1.

Diámetro externo Diámetro interno Espesor

Conducción in mm in mm in mm

1 10,75 273,051 10,482 266,244 0,134 3,404

2 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

3 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

Una vez definida la conducción se determina la velocidad real del

fluido que circula por el interior despejándola de la ecuación [A.6.3].

𝑣 =𝑄

𝑆=

𝑄

𝜋 ·𝐷2

4

=4 · 𝑄

𝜋 · 𝐷2

Las tres conducciones presentan un caudal constante, teniendo

como única variación el diámetro interno. Los resultados de las

velocidades se muestran en la Tabla LXXVII.

Tabla LXXVI:

Velocidades del fluido por las conducciones de la Línea 1.

Conducción Velocidad

(m·s-1)

1 0,409

2 1,575

3 1,575

Las velocidades reflejadas en la Tabla LXXIV no son más que

datos orientativos de los que partir. Una vez calculado el diámetro interno

de la conducción es preciso recalcular la velocidad para comprobar que

se encuentra dentro del rango considerado y con un valor aproximado al

supuesto.

En caso contrario se procedería a seguir un cálculo iterativo

utilizando la velocidad calculada para volver a obtener un diámetro

nominal.


Anexos Página 260

Como se ve en la Tabla LXXVII la consideración inicial de la

velocidad es aceptable al haber obtenido datos próximos a los supuestos.

Para evitar que se produzca una pérdida de temperatura a lo largo

de las conducciones estos equipos también han de ir aislados

térmicamente. Para ello se elige como aislante lana de roca, ya que

cumple los requisitos técnicos de una manera económica. A partir de la

Tabla LXXVIII se obtienen los siguientes resultados.

Tabla LXXVII: Valores de espesor de la capa de lana de roca de la Línea 1.

Conducción Aislante Total

Diámetro externo

Diámetro interno

Temperatura Espesor Diámetro externo

Conducción mm mm ºC mm mm

1 273,051 266,244 85 50 373,051

2 141,301 135,763 85 50 241,301

3 141,301 135,763 137,7 50 241,301

6.4. Línea 2: De la torre al depósito de cabeza.

6.4.1. Conducciones presentes en la línea.

En esta línea están presentes las siguientes conducciones:


condensador.

Conducción 5: Corriente líquida que va del condensador al botellón

de reflujo.


bomba (B-03).

Conducción 6.a: Corriente líquida que va del botellón de reflujo a la

bomba (B-05).


vuelta a la torre.

Conducción 7: Corriente líquida que va de la bomba a la batería de

aerorrefrigerantes.


Anexos Página 261



Conducción 9: Corriente líquida que va de la válvula de desahogo

a los tanques de almacenamiento.

A diferencia de la línea de alimentación, en esta existen caudales

diferentes como se puede comprobar en la Tabla LXXIX.

Tabla LXXVIII: Relación de caudales de la línea de cabezas.

Conducción Caudal Caudal

(kmol·h-1) (m3·s-1)

4 790,671 3,418

5 790,671 0,027

6 22,194 0,001

6.a 768,532 0,026

6.b 22,194 0,001

7 768,532 0,026

8 768,532 0,026

9 768,532 0,026


En la presente conducción existen líneas por las que el fluido que

circula es un fluido gaseoso. Esta situación únicamente se da en la

conducción número 4 que lleva el vapor de cabeza de columna al

condensador. Según la Tabla LXXIX se parten las siguientes

velocidades.


Anexos Página 262

Tabla LXXIX:

Velocidades de partida.


(m·s-1)

4 19,5

5 1,8

6 0,6

6.a 0,6

6.b 2

7 1,8

8 1,8

9 1,8

El procedimiento para dimensionar las conducciones de la línea de

cabezas es el mismo que para la línea de alimentación, por lo que se

resume el proceso en las siguientes tablas. En la Tabla LXXXI se

recogen los datos necesarios para poder estimar el espesor de la

conducción.

Tabla LXXX:

Datos de espesores de cada conducción en la línea 2.

Conducción PD (PSI) TD (K) TD (°F) S E M Y t (in)

4 58,446 410,7 279,594 20.000 1 12,5 0,4 0,131

5 58,446 410,4 279,054 20.000 1 12,5 0,4 0,109

6 58,446 410,4 279,054 20.000 1 12,5 0,4 0,109

6.a 58,446 410,4 279,054 20.000 1 12,5 0,4 0,134

6.b 58,446 410,4 279,054 20.000 1 12,5 0,4 0,113

7 87,462 410,4 279,054 20.000 1 12,5 0,4 0,134

8 58,093 358 185 20.000 1 12,5 0,4 0,109

9 43,143 358 185 20.000 1 12,5 0,4 0,109

Con estos espesores se determina el diámetro normalizado tanto

interno como externo a partir de las Tablas A.X-XIII del anexo 8.


Anexos Página 263

Tabla LXXXI: Datos de diámetros reales para cada conducción de la línea 2.



4 20 508,002 19,5 495,301 0,25 6,350

5 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

6 1,66 42,164 1,442 36,627 0,109 2,769

6.a 10,750 273,051 10,482 266,244 0,134 3,404

6.b 1,05 26,670 0,824 20,930 0,113 2,870

7 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

8 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

9 5,563 141,301 5,345 135,763 0,109 2,769

Siguiendo el mismo procedimiento que para la línea 1, se

recalculan las velocidades de circulación del fluido por cada conducción,

comprobando que no difieren mucho de los valores supuestos. Estos

datos están recogidos en la Tabla LXXXIII.

Tabla LXXXII: Valores de velocidades para las conducciones de la línea 2.

Conducción Supuesta Calculada

4 19,5 17,71

5 1,8 1,858

6 0,6 0,716

6.a 0,6 0,407

6.b 2 2,194

7 1,8 1,806

8 1,8 1,806

9 1,8 1,806

Las conducciones deberán de estar aisladas térmicamente, por lo

que recurriendo a la Tabla A.V del anexo 8 se obtiene que el espesor de

la capa de aislante equivale a los valores reunidos en la Tabla LXXXIV.


Anexos Página 264

Tabla LXXXIII: Valores de los espesores de la capa de aislante de la Línea 2.


Diámetro externo

Diámetro interno



4 508,002 495,301 137,4 50 608,002

5 141,301 135,763 137,4 50 241,301

6 42,164 36,627 137,4 50 142,164

6.a 273,051 266,244 137,4 50 241,301

6.b 26,670 20,930 137,4 50 126,670

7 141,301 135,763 137,4 50 241,301

8 141,301 135,763 85 50 241,301

9 141,301 135,763 85 50 241,301

6.5. Línea 3: De la columna al depósito de colas.

6.5.1. Definición de las conducciones.

En la presente línea se encuentran las siguientes conducciones:







Habrá que analizar 3 caudales diferentes que se producen en la

línea de colas y diferentes fases, ya que hay una conducción por la que

circula una fase de vapor, la conducción 10.5 que va del reboiler a la

torre, y el resto son corrientes líquidas.

Los diferentes caudales que circulan por la línea de cabezas se

resumen en la Tabla LXXXV.


Anexos Página 265

Tabla LXXXIV: Caudales de la línea de colas.

Conducción Caudal (kmol·h-1)

Caudal (m3·s-1)

10 795,083 0,031

10.a 790,671 4,365

11 4,412 2,188·10-4

12 4,412 2,188·10-4

13 4,412 1,879·10-4

14 4,412 1,880·10-4


En la Tabla LXXXVI se recogen las velocidades de partida para el

cálculo de las dimensiones de las conducciones.

Tabla LXXXV:

Velocidades supuestas para las conducciones.


(m·s-1)

10 1,8

10.a 19,5

11 0,6

12 2

13 1,8

14 1,8

Análogamente a la línea de cabezas y colas se calcula el espesor

y el diámetro nominal de la cada conducción, y se recogen los resultados

en la Tabla XXXVII.


Anexos Página 266

Tabla LXXXVI:

Dato de los espesores de cada conducción de la línea 3.

Conducción PD (PSI) TD (°F) S E M Y t (in)

10 58,446 313,254 20.000 1 12,5 0,4 0,109

10.b 58,446 506,66 18.900 1 12,5 0,4 0,25

11 58,446 506,66 18.900 1 12,5 0,4 0,113

12 58,446 506,66 18.900 1 12,5 0,4 0,12

13 58,446 185 20.000 1 12,5 0,4 0,12

14 43,143 185 20.000 1 12,5 0,4 0,12

De manera que los diámetros normalizados se calcularan de la

misma forma que se hizo para las otras líneas.

Finalmente, los diámetros normalizados de las líneas de la

conducción 3 o de colas se recogen en la Tabla LXVIII.

Tabla LXXXVII:

Dimensiones normalizadas de las conducciones de la línea 3.



10 6,625 168,276 6,407 162,738 0,109 2,769

10.b 24 609,602 23,5 596,902 0,25 6,350

11 1,05 26,670 0,824 20,930 0,113 2,870

12 0,675 17,145 0,423 10,744 0,12 3,048

13 0,675 17,145 0,423 10,744 0,12 3,048

14 0,405 10,287 0,423 10,744 0,12 3,048

Una vez calculados los diámetros y espesores normalizados es

preciso recalcular las velocidades, para ver si coinciden con las

supuestas.

Al igual que para el resto de líneas la comparación entre la

velocidad supuesta y la calculada se recogen en la Tabla LXXXIX.


Anexos Página 267

Tabla LXXXVIII: Velocidades recalculadas.

Conducción Supuesta Calculada

10 1,8 1,490

10.b 19,5 15,60

11 0,6 0,636

12 2 2,45

13 1,8 2,07

14 1,8 2,07

Se comprueba que las velocidades no difieren mucho.

Una vez comparadas la velocidad supuesta con la calculada es

necesario determinar el espesor de la capa de lana de roca que se usará

como material aislante de calor. La relación entre el espesor necesario y

la temperatura queda estipulada mediante la Tabla XXIX y para la línea 3

resumida en la Tabla XC.

Tabla LXXXIX: Valores de espesores de lana de roca para la línea 3.


Diámetro externo

Diámetro interno



10 168,276 162,738 156,25 80 428,276

10.b 609,602 596,902 243,7 50 709,602

11 26,670 20,930 243,7 50 126,670

12 17,145 10,744 243,7 50 117,145

13 17,145 10,744 85 50 117,145

14 10,287 10,744 85 50 110,287

6.6. Pérdida de carga en las conducciones.

Se calcularán las pérdidas de carga que sufre el fluido al atravesar

la planta de un lado a otro producidas en las conducciones y sus

accesorios, así como los equipos que atraviesa.

Se determina a partir de la fórmula de Darcy:


Anexos Página 268

𝑓 = 4𝑓 ·𝐿

𝐷·

𝑣2

2 · 𝑔 [𝐴. 6.9]

Donde:

𝑓 : Es la pérdida de carga.

4𝑓: Es el factor de fricción. Depende de la rugosidad relativa y el

número de Reynolds.

v: Es la velocidad de paso a través de las tuberías (m·s-1).

L: Es la longitud que ha de atravesar (m).

D: Es el diámetro (m).

g: Es la gravedad (m·s-2).

Los accesorios presentes en la conducción supondrán una pérdida

de carga adicional, la cual puede ser cuantificada a través del concepto

de longitud equivalente, que no es más que un tramo de tubería recta

que produzca las mismas pérdidas de carga.

De manera que la ecuación [A.6.9] sufre la siguiente modificación:

𝑓 = 4𝑓 ·𝐿 + 𝐿𝑒𝑞

𝐷·

𝑣2

2 · 𝑔 [𝐴. 6.9.𝑎]

En la Figura 13 situada en la siguiente página se puede observar

una distribución de la planta, con una representación esquemática de las

3 líneas de proceso presentes en el mismo.

La azul es la línea de alimentación, que va desde el parque de

tanques de alimentación (TA-01) a la columna (T-01).

La roja es la línea de cabezas, que va desde la columna (T-01) al

parque de tanques de cabezas (TA-02).


Anexos Página 269

Por último, la línea verde es la línea de colas, que va desde la

columna (T-01) al parque de tanques de colas (TA-03).

IC-0

1

C-0

1

IC-0

2

AR

-01,

AR

-02

, A

R-0

3,

AR

-04

,

RB

-01

BR

-01

TA

-01

TA

-02

TA

-03

141.292 mm

2000 mm

30

00

mm

30

00

mm

90

00

mm

9000 mm3000 mm

9.0

00

mm

3.0

00

mm

6.0

00

mm

9.0

00

mm

NO

TA

:

1. E

l d

iag

ram

a r

ep

rese

nta

do

no

está

a e

sca

la, se

usa

co

mo

sim

ple

re

fere

ncia

.

2. L

as m

ed

ida

s y

co

tas e

stá

n e

xp

resa

da

s e

n m

ilím

etr

os.

146.913 mm 30.069

3.0

00

mm

3.0

00

mm

1.000 mm 1.000 mm

CD

-01

Fig

ura

1

3:

Dis

trib

ució

n e

n p

lan

ta.


Anexos Página 270

6.6.1. Línea 1 (Alimentación): Del parque de tanques de alimentación

(TA-01) a la columna (T-01).

La presente línea se divide en las siguientes conducciones:

Conducción 1: Del depósito (TA-01) a la bomba (B-01).

Conducción 2: De la bomba (B-01) al intercambiador de calor de

alimentación (IC-01).



6.6.1.1. Conducción 1: Depósito-bomba.

En su camino atraviesa una serie de accesorios cada uno de los

cuales propiciará una pérdida de carga. Se recogen en la Tabla XCI.

Tabla XC:

Accesorios Conducción 1.

ACCESORIOS CANTIDAD

Válvulas de Globo 1

Válvulas de Compuerta 2

Válvulas de Retención -

Válvulas de Reducción -

Codos 90º 2

Tes 1

Reducciones -

Una vez hecho el recuento del número de accesorios, será preciso

estimar la pérdida de carga que cada uno de estos aporta a la

conducción, para lo cual se hace uso del concepto de longitud

equivalente de un accesorio.

“Se entiende por longitud equivalente a un tramo de tubería recta

que produce la misma pérdida de carga que el accesorio al que

sustituye”.


Anexos Página 271

Estos valores se recogen en la Tabla XCII.

Por lo que la longitud equivalente del conjunto se recoge en la

Tabla XCIII.

Tabla XCII:

Cálculo de la longitud equivalente de la conducción 1.

ACCESORIOS CANTIDAD LONGITUD EQUIVALENTE

Válvulas de Globo 1 93,1

Válvulas de Compuerta 2 48,768

Válvulas de Retención - -

Válvulas de Reducción - -

Codos 90º 2 12,192

Tes 1 19,812

Reducciones - -

TOTAL 173,782

Tabla XCI: Longitud equivalente de Accesorios.

(Rase H.F., 2.000).


Anexos Página 272

Como se comprueba en la Figura 13 la longitud del tramo es de 3

metros.

Para poder calcular las pérdidas de carga es preciso determinar el

factor de fricción o de Darcy. Para ello hace falta conocer el número de

Reynolds.

𝑅𝑒 =𝑣 · 𝐷 · 𝜌

𝜇 [𝐴. 6.10]

Donde:

1. 𝑣: Velocidad del fluido (m·s-1).

2. 𝐷: Diámetro de la conducción (m).

3. ρ: Densidad (kg·m-3).

4. 𝜇: Viscosidad (Pa·s).

Todos los datos se calcularon anteriormente al dimensionar la

conducción, por lo que se estima un Reynolds de:

𝑅𝑒 = 2,720 · 105

Para poder recurrir al diagrama de Moody (Figura A.I del anexo 8)

es preciso conocer la rugosidad relativa, la cual se calcula en función del

tipo de material y el diámetro de la conducción a través de la Figura 12.

Por lo que la rugosidad relativa toma un valor de:

𝜀

𝐷= 0,00016

Junto al valor de la rugosidad relativa (tomada para aceros

comerciales) y el número de Reynolds, a través del diagrama de Moody

se determina un factor de fricción de:


Anexos Página 273

4𝑓 = 0,017

Sustituyendo en [A.6.9.a] se obtienen unas pérdidas de carga de:

𝑓 = 0,091 𝑚

Se sigue el mismo procedimiento para todas las conducciones

definidas anteriormente se obtienen las pérdidas de carga para cada una

de ellas, por lo que simplemente se definirán las accesorios que

atraviesan y se presentaran los resultados de forma resumida en los

siguientes apartados.

6.6.1.2. Conducción 2: Bomba (B-01) a intercambiador de calor (IC-01).

En esta conducción se encuentran los siguientes accesorios:

Tabla XCIII: Accesorios Conducción 2.

ACCESORIOS CANTIDAD

Válvulas de Globo -

Válvulas de Compuerta -

Válvulas de Retención 2


Codos 90º 1

Codos 45º 4

Tes 1

Reducciones 1

Estos accesorios suponen una longitud equivalente de:


Anexos Página 274

Tabla XCIV: Longitud equivalente de accesorios en la conducción 2.


Válvulas de Globo - -

Válvulas de Compuerta - -

Válvulas de Retención 2 24,384


Codos 90º 2 60,096

Codos 45º 4 6,096

Tes 1 9,754

Reducciones 1 0,72

TOTAL 101,05

El número de Reynolds será:

𝑅𝑒 = 5,335 · 105

La rugosidad relativa será:

𝜀

𝐷= 0,0003

La pérdida de carga será:

𝑓 = 1,919 𝑚

6.6.1.3. Conducción 3: Intercambiador de calor (IC-01) columna de


En esta conducción se encuentran los siguientes accesorios:


Anexos Página 275

Tabla XCV: Accesorios presentes en la conducción 3.

ACCESORIOS CANTIDAD

Válvulas de Globo -

Válvulas de Compuerta -

Válvulas de Retención -


Codos 90º 3

Codos 45º -

Tes -

Reducciones -

La longitud equivalente de los accesorios será:

Tabla XCVI: Longitud equivalente de accesorios de la conducción 3.


Válvulas de Globo - -

Válvulas de Compuerta - -

Válvulas de Retención - -


Codos 90º 3 90,144

Codos 45º - -

Tes - -

Reducciones - -

TOTAL 90,144

El número de Reynolds será:

𝑅𝑒 = 8,189 · 105

La rugosidad relativa será:

𝜀

𝐷= 0,0003


Anexos Página 276

La pérdida de carga será:

𝑓 = 1,783 𝑚

6.6.2. Línea 2 (Cabezas): De la columna al parque de

almacenamiento de producto de cabezas.

En esta línea están presentes las siguientes conducciones:


condensador.

Conducción 5: Corriente líquida que va del condensador al botellón

de reflujo.


bomba (B-03).

Conducción 6.a: Corriente líquida que va del botellón de reflujo a la

bomba (B-05).


vuelta a la torre.

Conducción 7: Corriente líquida que va de la bomba a la batería de

aerorrefrigerantes.



Conducción 9: Corriente líquida que va de la válvula de desahogo

a los tanques de almacenamiento.

En la Tabla XCVIII se recoge el número de accesorios presentes

en cada conducción.

Mencionar que antes de producirse la entrada a tanque existe una

válvula de reducción que disminuye la presión hasta la atmosférica, y al

tener las mismas características que la conducción 8, salvo en la presión,

se ha decidido englobarlas para el cálculo de las pérdidas de carga.


Anexos Página 277

Tabla XCVII: Accesorios en la línea 2.

CONDUCCIÓN

ACCESORIOS 4 5 6 6.a 6.b 7 8 9

Válvulas de Globo 1 - 1 1 - - - -

Válvulas de Compuerta - - 1 1 - - 1 -

Válvulas de Retención - - - - 1 1 - -

Válvulas de Reducción - - - - - - - 1

Codos 90º 3 - 2 - 2 - 4 -

Codos 45º - - - - - - 4 -

Tes - - 1 1 1 1 - -

Reducciones - - - - - 1 - -

Los datos necesarios para obtenerlas así como las pérdidas de

carga se engloban en la Tabla XCIX.

Tabla XCVIII:

Pérdidas de carga de la Línea 2.

CONDUCCIÓN LONGITUD

EQUIVALENTE (m)

LONGITUD (m)

Re hf

4 72,237 31,326 6,048·106 39,107

5 0 3 1,007·106 0,060

6 18,208 39,326 1,158·105 0,784

6.a 115,044 3 4,263·105 0,057

6.b 4,876 30,326 2,245·105 7,448

7 22,934 9 9,805·105 0,601

8 18,136 162,972 6,992·105 3,409

6.6.3. Línea 3 (Colas): De la columna al parque de almacenamiento

del producto de colas.

En la presente línea se encuentran las siguientes conducciones:




Anexos Página 278





Se podrán encontrar los siguientes accesorios:

Tabla XCIX:

Accesorios presentes en la línea 3.

CONDUCCIÓN

ACCESORIOS 10 10.a 11 12 13 14

Válvulas de Globo - - - - 1 -

Válvulas de Compuerta - - 1 - - -

Válvulas de Retención - - - 1 - -

Válvulas de Reducción - 1 - - 1 1

Codos 90º 1 1 1 1 4 -

Codos 45º - - - - 4 -

Tes - - 1 1 - -

Reducciones - - - - - -

Siguiendo la morfología del apartado anterior, en la Tabla CI.

Tabla C:

Pérdidas de carga de la línea 3.

CONDUCCIÓN LONGITUD

EQUIVALENTE (m)

LONGITUD (m)

Re hf

10 4 9 7,328E·105 0,144

10.a 5,029 10,5 4,958·106 3,792

11 1,859 12 5,202·104 0,279

12 4,242 3 1,288·105 3,145

13 7,007 261,153 3,737·104 92,227


Anexos Página 279

Las siguientes líneas no se han considerado a la hora de

diseñarlas, puesto que no son objeto de estudio del presente proyecto fin

de carrera.

1. Líneas de abastecimiento de vapor de calefacción.

2. Línea de abastecimiento de agua de refrigeración.

3. Línea de drenaje de aguas de lluvia.

4. Líneas de drenaje de aguas contaminadas procedentes de los

parques de almacenamiento.


Anexos Página 280

ANEXO 7: Sistemas de impulsión.

En el presente anexo se discutirán las características de las

bombas que se van a colar en el proceso.

Las bombas son equipos cuya misión es la dar a un fluido la

energía necesaria para ser capaz de desplazarlo de un punto a otro del

sistema a través de conducciones.

7.1. Localización de las bombas dentro del sistema.

Será precisa la instalación de bombas en 4 puntos del sistema:

1. Conducción 1: Será la encargada de drenar el fluido del tanque de

alimentación y transportarlo a la columna.

2. Conducción 6.b: Corriente proveniente del botellón de reflujo que

es necesario reintroducir a la columna. Conforma el llamado

reflujo.

3. Conducción 6: Es la encargada de transportar el líquido desde el

acumulador de reflujo hasta los tanques de almacenamiento.

4. Conducción 11: Trata de impulsar el líquido no vaporizado en el

rebolier a la zona de almacenamiento de producto de colas.

7.2. Elección de un tipo de bomba.

Existen una gran cantidad de bombas disponibles para su

selección en el ámbito industrial, pero esta decisión se tomará de un

modo gráfico a través de la Figura 14.

En ella se relacionan la altura útil con el flujo a impulsar, y con

estos datos se realiza la selección de la bomba.


Anexos Página 281

Para poder realizar la elección del tipo de bomba será preciso

primero el cálculo de algunos parámetros característicos.

7.3. Parámetros característicos.

En el presente apartado se calcularan los siguientes aspectos

relacionados con las bombas, teniendo en cuenta que muchos de los

valores necesarios para el cálculo son conocidos.

7.3.1. Pérdidas de carga.

La bomba impulsará el fluido a través de una serie de

conducciones, lo que supondrá una pérdida de carga determinada. Estos

valores se calcularon anteriormente, por lo que ahora simplemente se

presentaran los resultados en la Tabla CII.

Figura 14: Gráfica de selección de bombas. (Greene Richard W, 1987).


Anexos Página 282

Tabla CI: Valores de las pérdidas de carga para las conducciones asociadas

a las bombas.

Bomba Conducciones asociadas Pérdida de carga

(m)

B-01 1,2 0,091

B-03 6,6.b 0,784

B-05 6.a,7,8,9 0,057

B-07 11,12,13,14 0,279

7.3.2. Carga efectiva.

Se entiende por carga efectiva a la presión efectiva o carga total

que debe aportar la bomba para elevar el fluido desde su nivel más bajo

hasta el punto de elevación más alto venciendo los desniveles, las

presiones y las resistencias que puedan existir a lo largo del tramo de

impulsión.

Se calcula a través de la ecuación de Bernoulli teniendo en cuenta

la carga debida a la diferencia de altura, presión, velocidad y la pérdida

de carga.

𝐻 =𝑃2 − 𝑃1

𝜌 · 𝑔+ 𝑧2 − 𝑧1 +

𝑣22 − 𝑣1

2

2 · 𝑔+ 𝑓 [𝐴. 7.1]

Donde:

𝑃2: Es la presión en el punto de descarga (bar).

𝑃1: Es la presión en el punto de aspiración (bar).

𝜌: Es la densidad de la corriente (kg·m-3).

𝑧2: Es la altura del punto de descarga (m).

𝑧1: Es la altura del punto de aspiración (m).

𝑣2: Es la velocidad del fluido en la conducción del punto de

descarga (m·s-1).


Anexos Página 283

𝑣1: Es la velocidad del fluido en la conducción del punto de succión

(m·s-1).

𝑓 : Es la pérdida de carga en la conducción

En la Tabla CIII se recogen los valores conocidos de los citados

anteriormente.

Tabla CII:

Datos para el cálculo de la carga efectiva de la bomba.

Bomba P2 P1 z2 z1 v2 v1 hf ρ

B-01 2,068 1,013 0,5 0,5 1,575 0,409 0,091 808,4

B-03 2,068 2,068 0,5 0,5 2,194 0,716 0,784 751,9

B-05 2,068 2,068 0,5 0,5 1,84 0,47 0,057 751,9

B-07 2,068 2,068 0,5 0,5 2,413 0,636 0,279 831,1

De manera que la carga efectiva de cada bomba será:

Tabla CIII:

Carga efectiva de cada bomba.

Bomba H


B-01 0,209 0,023

B-03 1,00 0,001

B-05 0,218 0,026

B-07 0,555 0,00022

Una vez calculada la carga efectiva y conociendo el caudal que ha

de circular para cada bomba se está en disposición de aplicar la Figura

14 y obtener el tipo de bomba. Pero antes de poder usar esta gráfica

habrá que transformar tanto la carga como el caudal a las unidades

pertinentes.


Anexos Página 284

Tabla CIV: Parámetros para determinar el tipo de bomba a usar.

Bomba H


H (ft)

Caudal (gpm)

B-01 2,037 0,023 0,686 364,557

B-03 1,00 0,001 3,280 15,850

B-05 0,218 0,026 0,715 412,108

B-07 0,555 0,0002 1,820 3,170

Por lo que según estas relaciones todas las bombas serán bombas

centrífugas.

7.3.3. Potencia de la bomba.


𝑊 = 𝑄 · 𝐻 · 𝜌 · 𝑔 [𝐴. 7.2]

Donde:

Q: Es el caudal que se ha de impulsar (m·s-1).

H: Es la carga efectiva de la bomba (m).

ρ: Es la densidad del fluido (kg·m-3).

g: Es la gravedad (m·s-2).

Todos estos parámetros se conocen, por lo que sustituyendo se

puede confeccionar la Tabla A.XXV.


Anexos Página 285

Tabla CV: Potencia de las bombas.

Bomba Potencia

(W)

B-01 38,129

B-03 7,399

B-05 41,865

B-07 0,905

7.4. Altura neta de succión positiva disponible.

Se calcula para comprobar el correcto funcionamiento del equipo y

así evitar problemas como la cavitación, la cual se evita si la carga total

media en la succión de la bomba (altura neta de succión positiva) es

mayor que la carga de presión de vapor del fluido.

En este momento es donde interviene la altura neta de succión

positiva disponible (NPSHd), el cual es un parámetro que comprueba si el

líquido se vaporiza en el punto más bajo de presión de la bomba.


𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑎 − 𝑃𝑣𝜌 · 𝑔

+𝑣𝑎

2

2 · 𝑔− 𝑓−𝑎 + 𝑧𝑎 − 𝑧𝑒 [𝐴. 7.3]

Donde:

𝑃𝑎 : Presión de aspiración de la bomba (bar).

𝑃𝑣 : Presión de vapor del fluido (bar).

𝑣𝑎 : Velocidad de aspiración de la bomba (m·s-1).

𝑧𝑎 : Altura de aspiración (m).

𝑧𝑒 : Altura en la entrada en la bomba (m).

𝑓−𝑎 : Es la pérdida de carga del tramo de aspiración (m).


Anexos Página 286

Algunos datos de esta expresión no se conocen, por lo que es

preciso calcularlos.

7.4.1. Presión de vapor.

Se obtiene a partir de la ecuación de Antoine para las condiciones

más severas de la línea.

𝐿𝑜𝑔 𝑃𝑣 = 𝐴 −𝐵

𝑇 + 𝐶 [𝐴. 7.4]

Donde:

A,B y C: Son los coeficientes de Antoine.

T: Es la temperatura a la que se han de evaluar (ºC).

Pv: Es la presión de vapor (bar).

Tanto la corriente de cabezas como de colas son muy ricas en

tolueno, por lo que se asume que la presión de vapor será un valor muy

parecido al de la presión de vapor del tolueno. Para colas ocurre lo

mismo pero con el bifenilo. Se evalúa a la temperatura de trabajo, es

decir a la que se va a almacenar el producto.

Estos datos están recogidos en la Tabla CVII presente en la

siguiente página.

Tabla CVI:

Presiones de vapor.

Línea Temperatura

(ºC)

Presión de vapor

(bar)

1 85 0,460

2 137,4 2,044

3 243,7 0,785


Anexos Página 287

7.4.2. Pérdidas de carga en el tramo de aspiración.

Es preciso determinar las pérdidas de carga de aquellos tramos de

tubería que van desde el punto de aspiración a la bomba. Se resumen en

la Tabla CVIII.

Tabla CVII: Pérdidas de carga en el punto de aspiración.

Bomba Pérdida de carga (m)

B-01 0,091

B-03 0,784

B-05 0,057

B-07 0,279

7.4.3. Presión del punto de aspiración.

Es la presión que tiene el fluido en la conducción anterior a la

bomba. Se recogen en la Tabla CIX.

Tabla CVIII:

Presiones en el punto de aspiración de cada bomba.

Bomba Conducciones asociadas Presión

(bar)

B-01 1 1,013

B-03 6 2,068

B-05 6.a 2,068

B-07 11 2,068

7.4.4. Velocidad en el punto de aspiración.

Se calcularon anteriormente, y se resumen en la Tabla CX.


Anexos Página 288

Tabla CIX: Velocidades en los puntos de aspiración de la bomba.

Bomba Conducciones asociadas Velocidad

(m·s-1)

B-01 1 0,409

B-03 6 0,716

B-05 6.a 0,47

B-07 11 0,636

7.4.5. Altura de succión positiva disponible.

Aplicando la ecuación [A.7.3] se obtienen los datos resumidos en

la Tabla CXI.

Tabla CX: Altura neta de succión positiva disponible.

Bomba Caudal (m·h-1)

NPSHd (m)

B-01 82,8 7,341

B-03 3,6 2,068

B-05 93,6 2,780

B-07 0,76 15,728

Destacar que para conseguir una altura de succión positiva

disponible aceptable se han enmarcado las bombas en pequeños

cubetos de 1 metro de profundidad, para mejorar la diferencia.

Recurriendo a catálogos y a las curvas de caracterización de las

bombas se decide implementar los siguientes modelos. Se ha de cumplir

que:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 > 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟

Las bombas se recogen en la Tabla CXII


Anexos Página 289

Tabla CXI: Bombas del proceso.

Bomba NPSHd (m) NPSHr (m) Modelo

B-01 7,341 5

Bomba centrífuga de la casa Johnson.

CombiPro n=1.500 rpm

B-03 2,068 1,5


CombiPro Monobloc n=1.000 rpm

B-05 2,780 1,7


CombiPro Monobloc n=1.000 rpm

B-07 15,728 4

Bomba centrífuga para servicio industrial de la

casa Chempump. n=1.450 rpm


Anexos Página 290

ANEXO 8: Tablas y gráficas.

Figura A. 1: Gráfica de Moody.

(Rase H.F., 2.000).


Anexos Página 291

Tabla A. I: Selección de materiales.


PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Acero al carbono y de bajo contenido en elementos de aleación*

Forma Composición

Nominal

Especificación Aplicación

Número Grado

PL

AC

A

C SA-283 C

Calidad estructural.

Puede usarse con

limitaciones para

recipientes a presión.

C SA-285 C

Calderas para servicio

estacionario y otros

recipientes a presión

C-Si SA-515 55 Principalmente para

servicio a temperatura

media y alta

C-Si SA-515 60

C-Si SA-515 65

C-Si SA-515 70

C-Si SA-516 55 Para servicio a

temperaturas

moderadas y baja.

C-Si SA-516 60

C-Mn-Si SA-516 65

C-Mn-Si SA-516 70

BR

IDA

S

Y A

CC

. C-Mn-Si SA-105 Servicio a alta temperatura

C-Si SA-181 I Para servicio general

C-Mn SA-350

LF1 Servicio a baja

temperatura C-Mn-Si LF2

TU

BE

RIA

C-Mn SA-53 B Servicio general

C-Mn SA-106 B Servicio a alta temperatura

TO

RN

ILLE

RIA

1 Cr-1/5 Mo SA-193 B7

Servicio a alta

temperatura; tornillos

pasantes de 2 ½ pulgadas

de diámetro o menos

SA-194 2H Para tuercas para servicio

a alta temperatura

SA-307 B Tornillo de máquinas para

uso general

* Datos de los materiales de uso más frecuente tomados de las normas

ASME, secciones I y VIII


Anexos Página 292

Tabla A. II: Relación de diámetros comerciales de recipientes

de pequeña y mediana capacidad. (Megsey, E.F., 2001).

Diámetro

(in)

Diámetro

(m)

Diámetro

(in)

Diámetro

(m)

12 0,305 48 1,219

14 0,356 54 1,372

16 0,406 60 1,524

18 0,457 66 1,676

20 0,508 72 1,829

22 0,559 78 1,981

24 0,610 84 2,134

26 0,660 90 2,286

28 0,711 96 2,438

30 0,762 102 2,591

32 0,813 108 2,743

34 0,914 114 2,896

36 0,965 120 3,048

38 1,016 126 3,200

40 1,016 132 3,353

42 1,067 138 3,505

Tabla A. III: Vida media de los equipos.

(Aries y Newton 1.998).

Aparato Vida

(años) Aparato

Vida

(años)

Calderas vapor 25 Digestores 10

Edificio hormigón 50 Espesadores 5

Edificio ladrillo y acero 33 Filtros prensa 17

Motores eléctricos 14 Hornos eléctricos 20

Transformadores 15 Horno de gas 8

Bombas 20 Molinos 12

Columnas 8 Refrigerantes 17

Compresores 20 Secadores 25

Condesadores y evaporadores 17 Tamizadoras 12

Depósitos 10 Tuberias 15


Anexos Página 293

Tabla A. IV: Máxima tensión admisible (Código ASME Sección II).

Tabla A. V:

Espesores de lana de roca (Especificaciones CEPSA).

TEMPERATURA DE OPERACIÓN

(ºC)

ESPESOR

(mm)

65-75 40

75-160 50

160-180 60

180-310 80

310-450 120

450-650 150

650-750 180


Anexos Página 294

Tabla A. VI: Espesores de placas comerciales.

(Megsey, 2.000)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

Espesor

(in)

Espesor

(mm)

1/16 1,6 9/16 14,3 1 1/16 27,0

3/32 2,4 5/8 15,9 1 1/8 28,6

3/16 4,8 11/16 17,5 1 3/16 30,2

1/4 6,4 3/4 19,1 1 1/4 31,8

5/16 7,9 13/16 20,6 1 5/16 33,3

3/8 9,5 7/8 22,2 1 3/8 34,9

7/16 11,1 15/16 23,8 1 7/16 36,5

1/2 12,7 1 25,4 1 1/2 38,1

Tabla A. VII: Relación de tubos.

(Mendía Urquiola, 1.996).

Tabla A. VIII:

Longitud normalizada de los tubos para intercambiadores de calor. (Normas TEMA).

Longitud

(ft) 8 10 12 16 20

Longitud

(m) 2,438 3,048 3,658 4,877 6,096


Anexos Página 295

Tabla A. IX:

Máxima tensión admisible SA-106.

Figura A. 2: Parámetros correctores E y R

(Mendía Urquiola, 1.996)


Anexos Página 296

Tabla A. X: Características normalizadas de los tubos (I).

(Normas ANSI)


Anexos Página 297

Tabla A. XI: Características normalizadas de los tubos (II).

(Normas ANSI).


Anexos Página 298

Tabla A. XII: Características normalizadas de los tubos (III).

(Normas ANSI).


Anexos Página 299

Tabla A. XIII: Características normalizadas de los tubos (IV).

(Normas ANSI).


Anexos Página 300

Tabla A. XIV: Dimensiones normalizadas de tanques.

(Norma API 650).


Anexos Página 301

Figura A. 3: Gráfica de Abiakins. (Megsey 2.000).


Anexos Página 302

Figura A. 4: Diagrama de la escalerilla.

(Megsey, 2.001).


Anexos Página 303

ANEXO 9: Estudio Económico.

9.1. Ingreso anual neto.

La producción generada es de 61.977 toneladas al año, por lo que

asumiendo que el precio de venta del tolueno es de 592 €·t-1, por lo que

se producirá un ingreso de 36.690.384 €/año.

Como producto secundario se obtiene una corriente rica en bifenilo

(corriente de colas), la cual es susceptible de venderse, generando unos

beneficios de 3.148.077,57 € al año.

Por lo que el ingreso anual neto equivale a:

𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 39.838.461,57 €

𝑎ñ𝑜

9.2. Beneficio bruto.

Será la diferencia entre el beneficio bruto anual y el coste neto

anual.

Por lo que el beneficio bruto será de:

𝑅 = 𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 − 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑁𝑒𝑡𝑜

𝑅 = 39.838.461,57 − 763.309,432 = 39.075.153 €

𝑎ñ𝑜

9.3. Amortización.

Es la relación entre el capital fijo invertido (presupuesto de

ejecución por contrata) y el beneficio bruto.


Anexos Página 304

𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =4.251.436

39.075.153= 0,109 𝐴Ñ𝑂𝑆

Pasado este periodo, tanto el beneficio como la rentabilidad han

de aumentar.

9.4. Beneficio neto anual.

Depende del beneficio bruto anual, se calcula a través de:

𝑃 = 𝑅 − 𝑒 · 𝐼𝑓 − 𝑅 − 𝑑 · 𝐼𝑓 · 𝑡 [𝐴. 9.1. ]

Donde:

R: Es el beneficio bruto anual.

e: Es el factor de amortización expresado en €·año-1.

IF: Es el valor del capital inmovilizado. Corresponde al presupuesto de ejecución por material calculado en el Documento 4: Presupuesto. Toma un valor de 4.251.436 €.

d: Factor anual de pérdida de inmovilizado. Toma un valor

bibliográfico de 0,1 €·€año-1.

t: Término de impuestos en € por recibo. Se consideran 0,35 € por

€ recibido.

9.4.1. Factor de amortización.

Para una amortización no lineal se obtiene a partir de la expresión

[A.9.2].


Anexos Página 305

𝑒 =𝑖

exp 𝑖 · 𝑛 − 1 [𝐴. 9.2. ]

Donde:

i: Rentabilidad promedio. Toma el valor de 0,11 €·año-1.

n: Vida esperada para el proyecto. La vida media de una planta es

45 años, pero en ese tiempo el proyecto puede sufrir modificaciones, por

lo que un dato aceptable de vida para el proyecto son 5 años.

Por lo que sustituyendo se llega a un valor de amortización de 0,2

€ por cada € obtenido.

9.4.2. Beneficio neto.

Sustituyendo en [A.9.2] se llega a un beneficio neto de:

𝑃 = 24.909.864,5 €

9.5. Rentabilidad.

Es la relación entre el capital fijo invertido y el beneficio neto

obtenido.

%𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =4.251.436

24.909.864,5· 100 = 17%

Este dato de rentabilidad está por encima del considerado como

aceptable (15%) para este tipo de plantas.

DOCUMENTO 1:

Anexos a la memoria:

Catálogos

CombiProHeavy duty process pump

according to API 610, API 682, API 685

CombiPro

The reliable Pro!

Typical characteristics

•Designed according to the latest requirements of API 610

•Suitable for all common API 682 cartridge seal makes

• Seallessdesignoptioninaccordancewith API 685

•Fully integrated design of pump, motor, base plate and accessories

•All pumps come with specially designed rigid base plates in accordance with API 610

•Computer aided design of geometry of all hydraulic parts

•Outstanding hydraulic performance, verified by actual test results

•Most suitable centreline mounted, end-suction pump for chemicals and hydrocarbon duties

CombiPro is a series of horizontal centreline supported centrifugal pumps. The design of CombiPro is based on the American Petroleum Institute standard “Centrifugal Pumps For General Refinery Services”, also known as API 610. Satisfying this standard, the CombiPro meets the high level performance requested by refineries and petrochemical industries.

The CombiPro is part of the CombiSystem, a modular concept of single stage end-top centrifugal pump families, all sharing the same basic hydraulic design with a high degree of interchangeability between parts and sub-assemblies.

The seal chamber is designed to fit all types of seals, especially API 682 cartridge seals. The multifunctional pump cover and the integrated design of pump, base plate and accessories enable the use of standard constructions for all API 682 seal plans.

For seal less applications the CombiPro can be equipped with a magnetic coupling in accordance with API 685

Each CombiPro pump is mounted on a sturdy welded steel base plate with reinforced pedestals and bracket support, conforming to API 610. This reliable rigid construction extends the duty life of bearings and seal and enables trouble-free operation under severe process conditions.

Trouble-free operation under every process condition!

The CombiPro is Johnson Pump’s process pump for refineries and (petro) chemical industries. Its sturdy construction, its specially designed ‘tailor-made’ base plate and its versatility to fit a great number of seals or magnetic coupling enable trouble-free operation under every process condition, resulting in long Mean Time Between Failure and low cost of ownership.

Process Industry

Features and benefits

Two impeller types• closedimpeller• halfopen• dynamicallybalanced• clearancesaccordingtoAPI610• suitableforliquidswithsolids• easytocleanwhenpumping

sticky liquids• fullyinterchangeable

Flanges• accordingtoANSIB16.5,

300 lbs RF, 150 lbs RF• stockfinish,smoothfinish

Hydraulic performance• implementationofthelatest

hydraulic research results• improvedNPSH• excellentover-allhydraulic

performance

Impeller cap nut• positivelylockedwithstainless

steel set screw• inaccordancewithAPI610

Shaft sealing• standardisedsealchamberdesigntofitall

recognised API 682 seal configurations• weldedandflangedsealplanconnections• seallessdesignwithmagneticcoupling• allstandardisedsealchamberdesignsavaliableas

full cartridge seal

Pressure parts• designedwithacorrosion

allowance of at least 3 mm• guaranteeinganadequate

duty life for every application

Wear rings• oneinpumpcasing,oneon

impeller• securedagainstco-rotation

by means of stainless steel set screws

• replaceable• extendingpumplife

Pump casing• centrelinesupported• endsuctiontype• availablewithintegrated

cooling or heating chamber• weldedandflangeddrain

connection

Casing gasket• spiralwound• metaltometalfit• burstproof• cannotbeoverstretched

Bearing• oillubricatedbearing

construction• rollerbearingatpumpend• doublerowangularcontact

ball bearing at drive end• providingbearinglifeofover

25,000 hours• retainingradialforces• providingaxialthrust

Bearing bracket• robustdesign• optionaloil-coolingcover• largeopenings• dimpledlocationsfor

accurate vibration measurements

• longerbearinglife• maintainingoptimumservice

temperature of the lube oil• excellentaccessibilityofthe

seal environment

Bearing bracket support• reinforcedconstruction• minimisedshaftmisalignment• ensuresoptimalrigidityofthe

entire pump construction• extendingdutylifeofsealand

bearings

Pump shaft• robustdesign• minimalshaftdeflection• deflectionlessthan0.05mmat

the seal face• extendingdutylifeofsealand

bearings

Base plate• allCombiPropumpsareassembled

as complete units on a sturdy API 610 designed base plate.

• integratedweldedandfabricateddrainpandesignwithflangeddrainconnection, in stainless steel optional

• thestrongmodularconceptofthedesign enables the optimum base plate configuration for each pump/motor combination to be selected by computer and assembled from standardised components.

Coupling guard• non-sparkingdesign• meetsallsafetyrequirementsfor

rotating equipment• allrotatingpartsbetweenbearing

bracket and motor are fully protected

Impellers

Lubrication

Shaft sealing

• Aconstantleveloilerwithcageprotected sight glass ensures optimal lubrication conditions.

• Bull’s-eyesightglasswithoillevelindication allows permanent visual control of oil level and condition.

• Breatherwithmicro-filterequalizespressure differences inside the bearing bracket, but prevents water from entering into the bearing bracket.

• Provisionsaremadetomountanoptional cooling chamber to the bearing bracket to maintain the optimum service temperature of the lubricating oil.

The CombiPro is provided with 2 different types of impellers: Closed impellerProvidedwithbackvanestoensureagoodcirculationofflushingliquidand to minimise the risk of pollution of the shaft sealing environment. Renewable wear ring at suction side. Clearances between impeller and pump casing in accordance with API. Half-open impellerConsisting of a shaped front wear plate mounted in the pump casing and a front plate-less impeller running against the wear plate with narrow clearance. Easy to clean if the pumped liquid sticks to the internal of the impeller.

• StandardiseddesigntofitallrecognisedAPI682sealconfigurations: – single seal construction – dual seal construction (unpressurised and pressurised)

• InallcommonAPIconformconstructions: – pusher type – with bellows – with bellows, high temperature (>200°C)

• Allofthemavailableasfullcartridgesealsinalargevarietyofmaterials,including optional heated seal chambers

• SeallessdesigninaccordancewithAPI685

API Material combinationsS-1 Carbon steel with cast iron impeller A-8 Stainless steel 316 with stainless steel 316 impeller

S-6 Carbon steel with 12% chrome impeller D-1 22% Duplex with 22% duplex impeller

S-8 Carbon steel with stainless steel 316 impeller D-2 25% Super duplex with 25% super duplex impeller

C-6 12% Chrome with 12% chrome impeller Other material combinations as specified by customer demand

100B-400

100B-315

100B-250

100A-250

40A-125

40A-160

40A-200

40A-250

50A-315

100B-400

100B-315

100B-250

100A-250

100B-315

100B-250

40A-125

40A-160

40A-200

40A-250

100A-160

Hydraulic performance data

n =1500 rpm

n =1800 rpm

Technical data Max. working pressure 35 bar (3500 kPa)Max. capacity 350 m3/hMax. head 160 mMax. speed 3600 rpmMax. viscosity 300 mm2/sMax. temperature -30°C to +350°C

n =3000 rpm

n = 3600 rpm

Subject to alterations

Your local contact:

SPXProcessEquipmentNLB.V.Dr A.F. Philipsweg 51, P.O. Box 9NL-9400AAAssen,NETHERLANDSPhone: +31 (0)592 37 67 67. Fax: +31 (0)592 37 67 60E-Mail: [email protected]

For more information about our worldwide locations, approvals, certifications, and local representatives, please visit www.johnson-pump.com and www.spxpe.com.

SPX Corporation reserves the right to incorporate our latest design and material changes without notice or obligation.Design features, materials of construction and dimensional data, as described in this bulletin, are provided for your information only and should not be relied upon unless confirmed in writing.

Issued: 05/2008 Copyright © 2008 SPX CorporationJP-CR-EN

G Series

Chempump

Canned Motor Pumps

G SERIES

Exceptional Fugitive Emissions ContainmentChempump introduced the first hermetically sealed pump and motordesign over 50 years ago, and we’ve been improving it ever since.That’s why “Specify Chempump” has become an industry standardfor sealless canned motor pumps.

The G SERIES centrifugal pump is designed as a single seallessunit that has no stuffing box, no seals, no packing. Pumped fluidscannot leak out or be contaminated by in-leakage. No specialtools, foundation, leveling or alignment are required for installation.

Choose from more than 100 models in 30 sizes from 1 to 125 HP,capacities to 2,000 GPM and fluid temperatures of -400ºF to +1,000ºF.

Standard FeaturesAutomatic Thrust BalanceAn automatic thrust balance featureequalizes hydraulic pressuresacross the rotor and impeller,thereby eliminating axial thrust.

Precision Frontand Rear BearingsManufactured to extremely closetolerances, Chempump bearingsensure longer life and maintenance-free operation. Bearings can besupplied in materials to suit virtuallyany pumped fluid.

Oil-Filled Stator CavityThe stator winding cavity can befilled with a dielectric oil, to greatlyimprove the rate of heat dissipationfrom the motor windings and toprotect against condensationdamage. This, combined with ahigh grade of insulation, results in amotor life expectancy that exceedsNEMA standards by a wide margin.

Built-In Thermal Cut-OutMotors are protected againstexcessive heat by a built-in thermalcut-out, which must be wired intothe electrical power-source. If themotor windings reach a pre-settemperature limit, the pump willautomatically shut down beforepermanent damage can occur.

Direction ofRotation IndicatorThe direction of rotation indicator is acompact addition to the electricaljunction box that illuminates to verifycorrect direction of rotation.

Replaceable Thrust SurfacesAll G SERIES pumps are fitted witheasily replaceable thrust surfaces toprevent damage from axial thrustduring system upsets.

Compact Size

RotationIndicator

AutomaticThrust Balance

The G SERIES pump has only one moving part – a combined rotor and impeller assembly that is driven byan induction motor.

A small portion of the pumped fluid is allowed to circulate through the motor section, cooling the motor andlubricating and cooling the bearings. The circulating fluid passes through a self-cleaning filter (fitted in thedischarge neck of the pump casing) through the circulation tube to the rear of the pump. It then flows into therotor cavity (where it is isolated from the motor windings by a corrosion resistant, non-magnetic alloy liner),across the bearings, and back into the main flow.

The discharge filter contributes to extended motor and bearing life by keeping the circulating fluid free ofdamaging particles. This filter is self-cleaning because it is open at the top and bottom and is constantlywashed by the discharge flow.

Operation

ChempumpCanned Motor Pumps

Impeller

Rotation Indicator

Rotor

CirculationFilter

Bearings

ThrustSurfaces

Stator Cavity(oil-filled,dry orsolid-filled)

Bearings

Motor Windings

Circulation Tube

Leak Proof Junction Box

G SERIES PUMPS

1-5 HP Models for Fluid Temperatures up to 400ºF

An industry standard for low HP applications, Chempump’s GA, GB, GC and GVBS models providesingle-stage pumping at heads up to 180 feet. The G SERIES design is also available as aregenerative turbine pump designed for high-head, low-flow applications.


Special Application EngineeringSubmerged Service PumpsG SERIES submerged service pumpsoffer many advantages over conven-tional pumps when used in sumps inthe nuclear and chemical processingindustries. Modification for sub-merged service is simple andeconomical.

Nuclear Service PumpsChempump’s experience in nuclearservice pumps dates back to the early1950’s. G SERIES nuclear servicepumps can be provided with theA.S.M.E. “N” stamp, Class 1, 2, and 3,and are qualified for IEEE 323 service.Seismic qualification is available tomeet all requirements for nuclearenergy applications.

Slurry ServiceFor fluids with suspended solids, GSERIES slurry service pumps feature

a closure seal design that preventsprocess fluid (which contains solidparticles) from entering the motorsection. As an alternative method,Chempump offers an externalcirculation line filter for effectivehandling of fluid containingsuspended solids.

Lethal Fluid ServiceChempump can provide pumps builtto paragraph UW-2 of section VIII ofthe A.S.M.E. code.Custom-designed pumps are alsoavailable.

Canned Motor DrivesG SERIES canned motor drives areused principally in agitators, mixersand similar applications that require asealless motor. The rotor shaft isextended beyond the motor section toaccomodate agitator blades.

G SERIES pumps are available in single-stage, end-suction and two-stage designs built specifically forpumping at heads up to 700 feet. In the two-stage design, axial thrust is balanced by identical opposingimpellers and radial thrust by opposing discharge flows.

SubmergedService

Nuclear Service

Motor Drives

HIGH-TEMPERATURE PUMPS


GT and GH SERIES pumps are ideally suited for sealless handling of high-temperature fluids. ModelGT requies cooling water. Model GH operates at temperatures up to 650ºF without cooling water.

GT SERIES GH SERIES

GT SERIES

GH SERIES

G SERIES OPTIONAL FEATURES

Bearing Wear Detector• Inexpensive addition to new

pumps or simple retrofit toexisting units

• Indicates when bearings requirereplacement

• Helps prevent system downtimecaused by pump malfunction

• Adaptable for remote controloperation

• U.L. listed

Leakproof Junction Box• Designed to prevent system fluid

from leaking into the electricalconduit line in the event of amalfunction

• U.L. listed

• Simple retrofit to existing pumps

Hardened Rotor Journals• Corrosion-resistant, wear-

resistant• Can extend useful life to many

times that of other journals

Pressurized CirculationSystem• Self-contained• Improves pump’s ability to handle

liquids at or near their boiling(vapor pressure) points

• Handles such liquids asammonia, refrigerants,fluorocarbons andchlorinated hydrocarbons

Inducers• Developed to improve required

net positive suction head (NPSH)• Installs easily to simplify field

retrofit


Back Flush• Used where solids are present in

the pumped fluid or where fluidviscosities are high

• Prevents solid particles fromreaching the bearings

UL-Listed Explosion-Proof Design• Meets UL requirements for

explosion-proof operation• Can be furnished with Class 1,

Group D, Div. 1 or Class 1,Groups C and D, Div. 1certification

High-TemperatureMotor Insulation• Chempump uses motor insulation

capable of withstanding fluidtemperatures of up to 650ºFwithout cooling jackets or heatexchangers. This feature can beprovided for any G SERIES pump

• GT SERIES models can beretrofitted with high-temperatureinsulation to eliminate coolingwater requirements

Dry/Solid Filled Motor• All Chempump motors are

capable of operating without oilin the stator cavity

• Used where systemcontamination control or absolutesecondary containment is critical

Temperature Sensors• Highly sensitive temperature

monitoring of fluid in the rotorcavity

• Provides shutdown in the eventof abnormal temperature rise

• Can be used with anytemperature indication device

Heat Exchangers• For applications that require

heating or cooling of fluids beforethe fluid enters the rotor chamber


Water Jackets• Provide additional motor cooling

or heating when handling fluids atcontrolled temperatures


LeakproofJunction Box

Bearing Wear Detector

HardenedRotor Journals

PressurizedCirculation

Hydraulic CoverageThe composite performance curveabove gives approximate flow ratesand total dynamic heads forG SERIES* models, based on

20ºC water at sea level. Individual,detailed peformance curves areavailable on our website:www.chempump.com.

Support ServicesChempump gives you much morethan the most reliable pumps avail-able. We offer an unprecedentedrecord of application and engineer-ing experience, and a commitmentto providing the best aftermarketservice in the business.

Our regular pump seminars andtraining programs ensure that youget the greatest value out of yourpumps. Our factory service centersare strategically located throughoutthe country for fast turnaround ofyour service requests.

*Also applicable to GT and GH SERIES pumps.

MaterialsSteel, 316 Stainless Steel andCarpenter 20 are standardmaterials of construction. Alsoavailable are Monel, Hastelloy B orC, and other materials, as needed.

2-Year WarrantyBased on an unprecedentedapplication history of over 50years, Chempump offers a 2-yearwarranty.

959 Mearns Road Warminster, PA 18974 Phone: 215-343-6000 Fax; 267-486-1037 Website:www.chempump.com E-mail: [email protected] G Series Rev. 5 Printed in USA 8/04

DOCUMENTO 2:

Planos.


Planos. Página 1

ÍNDICE DE PLANOS.

1. PLANO 1: Columna de rectificación (T-01).

2. PLANO 2: Intercambiador de calor de la línea de alimentación

(IC-01).

3. PLANO 3: Intercambiador de calor de la línea de colas (IC-02).

4. PLANO 4: Condensador de la parte superior de la columna de

rectificación (CD-01).

5. PLANO 5: Aerorrefrigerante (AR-01) de la línea de cabezas.




9. PLANO 9: Reboiler de la parte inferior de la columna de

rectificación (RB-01).

10. PLANO 10: Parque de almacenamiento de la alimentación a la

columna (TA-01).

11. PLANO 11: Parque de almacenamiento del producto de cabeza

(TA-02).

12. PLANO 12: Parque de almacenamiento del producto de colas

(TA-03).

.

DOCUMENTO 3:

Pliego de

condiciones.

ÍNDICE.

CAPÍTULO 1: Descripción del proceso. ....................................... 7

1.1 Objeto del pliego de condiciones. .................................... 7

1.2 Objeto del proyecto.......................................................... 7

1.3 Emplazamiento. ............................................................... 7

1.4 Documentos del proyecto que definen las obras. ............ 8

1.5 Normas, reglamentos y ordenanzas para los materiales y

obras. ....................................................................................... 8

1.5.1 Normas de edificación. .............................................. 9

1.5.2 Normas UNE. .......................................................... 10

1.5.3 Normas ISO. ............................................................ 11

CAPÍTULO 2: Condiciones Generales. ...................................... 12

2.1. Condiciones generales facultativas. ............................... 12

2.1.1. Disposiciones generales. ......................................... 12

2.1.3. Interpretación técnica. .............................................. 13

2.1.4. Obligaciones y Derechos del contratista. ................. 14

2.1.5. Facultades en la dirección de obra. ......................... 16

2.1.6. Libro de órdenes. ..................................................... 17

2.1.7. Replanteo. ............................................................... 17

2.1.11. Significado de los ensayos ..................................... 20

2.1.12.- Puesta a punto y pruebas de funcionamiento ........ 20

2.1.13.- Control de Calidad y Ensayo ................................. 21

2.1.14. Partidas de alzada ................................................. 21

2.1.15. Recepción provisional de las Obras. ....................... 22

2.1.16. Periodo de garantías .............................................. 23

2.1.17. Recepción definitiva ............................................... 24

2.1.18. Documento final de la Obra ................................... 24

2.2. Condiciones Generales Económicas .............................. 24

2.2.1. Fianzas ..................................................................... 25

2.2.2. Composición de precios unitarios ............................ 25

2.2.3. Precios contradictorios ............................................. 27

2.2.4. Mejoras y modificaciones.......................................... 27

2.2.5. Revisión de Precios .................................................. 28

2.2.6. Valoración, medición y abonos de los trabajos. ....... 29

2.2.7. Penalizaciones .......................................................... 29

2.2.8. Seguros y conservación de la Obra ......................... 30

2.2.9. Condiciones de pago ............................................... 31

2.3. Condiciones Generales Legales..................................... 32

2.3.1. Disposiciones Legales. ............................................ 32

2.3.2. Contratista ............................................................... 33

2.3.3. Contrato ................................................................... 33

2.3.4. Adjudicación ............................................................ 34

2.3.5. Arbitrajes y Jurisdicción competente. ...................... 35

2.3.6. Responsabilidades del Contratista ........................... 35

2.3.7. Subcontratas ............................................................ 37

2.3.8. Accidentes de trabajo .............................................. 37

2.3.9. Rescisión de Contrato ............................................. 39

CAPÍTULO 3: Condiciones particulares. .................................... 43

3.1. Disposicones de Carácter Particular .......................... 43

3.2. Condiciones de Materiales, Equipos y Maquinaria ........ 43

3.2.1. Materiales de Construcción ..................................... 43

3.2.2. Materiales para la fabricación de equipos ................ 44

3.2.3. Equipos .................................................................... 50

3.2.4. Máquinaria ............................................................... 50

3.2. Condiciones de Ejecución .......................................... 51

3.3.1. Movimientos de Tierra ............................................. 51

3.3.2. Obras de Saneamiento ............................................... 51

3.3.3. Cimentaciones ......................................................... 52

3.3.4. Estructuras metálicas ............................................... 52

3.3.5. Albañilería ................................................................ 52

3.3.6. Cerrajería y Carpintería. .......................................... 52

3.3.7. Cubierta de edificios ................................................ 52

3.3.8. Fontanería ............................................................... 53

3.3.9. Instalaciones eléctricas ............................................ 53


Pliego de condiciones. Página 7

CAPÍTULO 1: Descripción del proceso.

1.1 Objeto del pliego de condiciones.

El presente pliego tiene por objeto la ordenación, con carácter

general, de las condiciones facultativas y económicas que han de regir en

los concursos y contratos destinados a la ejecución de los trabajos de

obra civil, siempre que expresamente se haga mención de este pliego en

los particulares de cada una de las obras.

En este último supuesto, se entiende en Contratista Adjudicatario

de la obra se compromete a aceptar íntegramente todas y cada una de

las cláusulas del presente Pliego General, a excepción de aquellas que

expresamente queden anuladas o modificadas en el Pliego Particular de

Condiciones de cada una de las obras

1.2 Objeto del proyecto.

El objeto del presente Proyecto Fin de Carrera se centra en el

diseño de una unidad de separación para obtener una corriente de

tolueno purificada a partir de una mezcla de tolueno, benceno y bifenilo.

Esta unidad se emplaza en la Refinería de Gibraltar-San Roque situada

en el término municipal de San Roque en la provincia de Cádiz.

Se pretende conseguir una producción de 70.750 kg·h-1 de tolueno

con una pureza de 99,5%.

1.3 Emplazamiento.

Ésta situada en el campo de Gibraltar de la provincia de Cádiz,

más concretamente integrada dentro de la Refinería de Gribaltar-San

Roque del grupo CEPSA.



1.4 Documentos del proyecto que definen las obras.

Los documentos que definen las obras y que la propiedad entrega

al contratista pueden ser de carácter contractual o meramente

informativo. Se entiende por documentos contractuales aquellos que

estén incorporados en el contrato y que sean de obligado cumplimiento,

excepto modificaciones debidamente autorizadas.

El presente Proyecto consta de los siguientes documentos:

Documento n°1: Memoria.

Documento n°2: Planos.

Documento n°3: Pliego de Condiciones.

Documento n°4: Presupuesto.

Son documentos contractuales los Planos, el Pliego de

Condiciones y el Presupuesto recogidos en el presente proyecto. Los

datos incluidos en la Memoria y Anexos, tienen carácter meramente

informativo.

1.5 Normas, reglamentos y ordenanzas para los materiales y

obras.

El Pliego de Condiciones prevalecerá sobre el contenido de las

siguientes disposiciones. Las disposiciones de carácter particular de

ámbito técnico son:

Real Decreto 919/2006, 28 de Julio, por el que se aprueba el

Reglamento Técnico de distribución y utilización de combustibles

gaseosos y sus instrucciones técnicas complementarias IDG 01 A

11. Orden FOM/891/2004, de 1 de Marzo, por la que se actualizan

determinados artículos de Pliego de Prescripciones Técnicas

generales para obras de carreteras y puentes, relativos a firmes y

pavimentos.

Real Decreto 1797/2003, de 26 de Diciembre, por el que se

aprueba la instrucción para la recepción de cementos (RC-03).



Orden FOM/475/2002, de 13 de Febrero por la que se actualizan

determinados artículos del Pliego de Preinscripciones Técnicas

Generales para obra de carreteras y puentes relativos a

hormigones y aceros.

Real Decreto 2267/2004, de 3 de Diciembre, por el que se aprueba

el Reglamento de Seguridad contra incendios en los

establecimientos industriales.

Real Decreto 315/2006, de 17 de Marzo (Ref. 2006/5516), sobre la

creación del Consejo sobre la Sostenibilidad, Innovación y Calidad

de Edificación.

Real Decreto, de 10 de Marzo, sobre la protección de la salud y la

seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con

la exposición al ruido.

Ley 6/ 2001, 8 de Mayo, de modificación del Real Decreto

Legislativo 1302/1986, de 28 de Junio, de Evaluación del Impacto

Ambiental.

Real Decreto 1124/2000, de 16 de Junio, por el que se modifica el

Real Decreto 665/1992, de 12 de Mayo, sobre la protección de los

trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a

agentes cancerígenos durante el trabajo (B.O.E. núm. 145 de 17

de Junio de 2000).

Real Decreto 1299/2006, de 10 de noviembre, por el que se



notificación y registro. BOE núm. 302 de 19 de diciembre.

1.5.1 Normas de edificación.

Normas básicas de edificación (NBE).

Normas tecnológicas de Edificación (NTE).

Relativas a cimentaciones.



Relativas a estructuras de acero (EA).

Relativas a instalaciones de electricidad de puesta a tierra

(JET).

Relativas a instalaciones de electricidad de red exterior (IR).

Relativas a instalaciones de electricidad de transformadores

(IET).

Relativas a instalaciones de fontanería de abastecimiento

(IFA).

Relativas a instalaciones de salubridad de alcantarillado

(ISA).

Relativas a instalaciones de salubridad de humos y gases

(ISH).

Relativas a instalaciones de salubridad de depuración y

vertidos (ISD).

Reglamento del agua.

Instrucciones EH-91 y EP-80 para el proyecto y la ejecución de

obras de hormigón en masa o armado.

Instrucciones para la fabricación y suministro de hormigón

preparado (EHPRE-72). (OM del 10 de Mayo de 1973).

Reglamento sobre recipientes y aparatos a presión, aprobado por

el Decreto 1244/1979 de 4 de abril.

Pliego de prescripciones técnicas generales para la recepción de

cementos (RC- 93).

Normas I.N.T.A. (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial

“Esteban Terradas”) de la comisión 17 sobre pinturas, barnices,

etc.

Reglamento de la Línea Eléctrica de Alta tensión. Decreto

3151/68, de 28 de noviembre.

1.5.2 Normas UNE.

Normas UNE (Normativa de la Asociación española de

Normalización) que pueden afectar a los materiales, equipos y unidades

de obra incluidos en el Proyecto.



1.5.3 Normas ISO.

Normas ISO (Organización Internacional de Normalización) que

pueden afectar a los materiales, equipos y unidades de obra incluidos en

el Proyecto.



CAPÍTULO 2: Condiciones Generales.

2.1. Condiciones generales facultativas.

2.1.1. Disposiciones generales.

Se establecen las siguientes disposiciones generales:

Reglamento de contratación de competencias locales.

Ley, Reglamento y Pliego de contrataciones del Estado.

Pliego de Cláusulas económico-administrativas particulares.

Ley de contrato de trabajo y disposiciones vigentes que regulan las

relaciones patrón-obrero.

Ordenanza Laboral de Seguridad e Higiene en el trabajo, así como

cualquier otra que con carácter general se dicte.

En caso de contradicción entre estas disposiciones y el presente

Pliego prevalecerá lo contenido en éste.

2.1.2. Términos del pliego de condiciones

El significado de los términos desarrollados en el presente Pliego

es el siguiente:

Propiedad: Los derechos de este Proyecto pertenecen a la

Refinería del grupo Cepsa situada en el Polígono Industrial de San

Roque en el campo de Gibraltar en la provincia de Cádiz.

Dirección de Obra: Está constituida por el Titulado Superior y

Titulado Medio que designa la propiedad en su momento. Tiene la misión

de representar a la Propiedad, defender sus intereses y establecer las

relaciones contractuales con el Contratista adjudicatario de la obra del

Proyecto. Se encarga de que la obra sea una reproducción fidedigna de

lo proyectado y estipulado en este Pliego, así como con su intervención

se garantiza la inspección de materiales, el estado de los equipos, el

perfecto funcionamiento y el apoyo técnico al Contratista.



Contratista: Entidad fiscal que contrata con la Propiedad la

ejecución material de toda la obra o una parte de ella. Cuando en el

Pliego se refiere al Contratista, se refiere al Contratista general de la obra

y no a las subcontratas que este haya podido a su vez realizar. No podrá

hacer uso de la documentación del Proyecto para cualquier otro fin

diferente al desarrollo del mismo.

2.1.3. Interpretación técnica.

Corresponde exclusivamente a la Dirección Técnica, la

interpretación del Proyecto y la consiguiente expedición de órdenes

complementarias, gráficas o escritos para el desarrollo del mismo.

La Dirección Técnica podrá ordenar, antes de la ejecución de las

obras, las modificaciones de detalle del Proyecto que crea oportunas

siempre que no altere las líneas generales del de éste, no excedan la

garantía técnica y sean razonablemente aconsejadas por eventualidades

surgidas durante la ejecución de los trabajos o por mejoras que crea

conveniente introducir. Corresponde también a la Dirección Técnica

apreciar las circunstancias en las que, a instancias del Contratista, pueda

proponerse la sustitución de materiales de difícil adquisición por otros de

características similares, aunque de distinta calidad o naturaleza y fijar la

alteración de precios que en tal caso sea razonable.

Las condiciones técnicas que figuran en este Pliego de

Condiciones obligan igualmente en las obras que se realizan por contrata

y las que pudiera decidir la Propiedad durante el régimen de

administración.

El Contratista no podrá alterar ninguna parte del Proyecto ni podrá

hacer uso de los Planos y datos para distintos fines de los de esta obra.



2.1.4. Obligaciones y Derechos del contratista.

La Propiedad entregará al Contratista, libre de todo gasto, tres

copias de todos los planos necesarios para la ejecución del trabajo. En

caso de que el Contratista necesitara más copias, la Propiedad se las

entregará cargándole su coste.

Se considerará que el Contratista ha comprobado el lugar de

construcción y, si hubiera lugar, los planos, especificaciones y listas antes

de presentar su oferta, y que ha quedado conforme con las condiciones

en que habrá que ejecutarse el trabajo, inclusive en lo referente al

alcance, índole o naturaleza del mismo, posibles obstrucciones y

cualquier otra condición de una u otra forma pueda influir en el mismo.

El Contratista deberá conocer las disposiciones laborales, o de

otra índole vigente, que pueden ser de aplicación en la realización del

trabajo; la disponibilidad de mano de obra local, la disponibilidad de

materiales, las condiciones locales de transporte y alojamiento del

personal. No se admitirá ninguna reclamación del mismo por no haber

hecho anteriormente dicha comprobación. El Contratista proporcionará un

número suficiente de operarios competentes y el personal supervisor y

administrativo necesario a fin de cumplir con el programa de

construcción.

Durante todo el periodo de ejecución del trabajo, el Contratista

destacará en la obra un jefe de obra competente y tantos ayudantes

como sean necesarios para controlar o supervisar a todo su personal y

administrar adecuadamente el contrato.

El jefe de obra representará al Contratista y todas las instrucciones

relativas a la realización del trabajo dadas a aquel por escrito obligarán al

Contratista tanto como si se hubiesen dado a él directamente. El

Contratista no podrá cambiar su jefe de obra si no es bajo previa

autorización por escrito de la Propiedad.

El jefe de obra será plenamente responsable de la dirección y

organización del trabajo, como también del manejo y control del personal

del Contratista empleado para la ejecución de la obra, debiendo conocer

detalladamente las condiciones y términos del contrato.



El jefe de obra cuidará de que su personal circule por la línea de

proceso, si esto fuese necesario, según itinerarios marcados por la

Propiedad, no pudiendo seguir otros caminos, ni entrar en unidades

ajenas al trabajo, estén operativas o no.

El Contratista debe cumplir todas las reglamentaciones y órdenes,

aplicables a las prácticas de salarios y empleos y en proceder de acuerdo

con la política de la Propiedad en los asuntos que afecten a las prácticas

locales.

El Contratista mantendrá en condiciones adecuadas las facilidades

temporales relativas a los servicios higiénicos y de resguardo de sus

empleados.

El Contratista proporcionará, de forma continuada en el sitio de la

obra durante la construcción, servicios apropiados de reconocimiento y

primeros auxilios. También se tomarán las precauciones necesarias para

una rápida asistencia médica en el lugar más cercano que proporcione

dichos servicios. El incumplimiento por parte de un empleado de la

empresa Contratista de las reglas y prácticas requeridas por la Propiedad

será justificada suficientemente para su despido.

Los empleados del Contratista deben estar sujetos a identificación

y provistos de los documentos aceptados por la Propiedad para este

efecto. El Contratista mantendrá en el sitio de la obra un expediente

individual de cada persona que regularmente se emplee en la

construcción de la obra. Todos los empleados que visiten la planta deben

seguir las instrucciones relativas a seguridad e identificación, tal como si

estuvieran regularmente empleados en el sitio de la obra. Cualquiera de

los oficiales de seguridad puede, en cualquier momento, solicitar la

identificación apropiada y/o el de empleo de cualquier persona.

La propiedad notificará al Contratista la reglamentación que afecte

a visitas, accesos, entrada de automóviles en el recinto de la obra, pases

especiales y zonas prohibidas de la línea de proceso.



2.1.5. Facultades en la dirección de obra.

La Dirección de Obra es la única capacitada para la interpretación

del Proyecto y para la proposición de órdenes complementarias que

faciliten la ejecución del mismo.

La Dirección de Obra podrá ordenar, antes de la ejecución de las

obras, las modificaciones de detalle del Proyecto que crea oportunas

siempre que no altere las líneas generales de éste, no exceda la garantía

técnica y sean razonables aconsejadas por eventualidades surgidas

durante la ejecución de los trabajos o por mejoras que crea conveniente

introducir.

Todas las alteraciones técnicas o presupuestarias derivadas de

estas posibles modificaciones serán aceptadas por el Contratista.

Cualquier modificación del Proyecto propuesta por el Contratista deberá

ser previamente aprobada por la Dirección de Obra, que la evaluará

antes de su aprobación o desaprobación, aceptando el primero la

resolución adoptada.

Los materiales necesarios para la ejecución de las obras serán

suministrados en su totalidad por el Contratista y deberán ser

reconocidos antes de su puesta en obra por la Dirección de Obra, sin

cuya aprobación no podrán utilizarse en la misma; a tales efectos el

Contratista someterá al examen de la Dirección de Obra, al menos dos

muestras del material que se trate, reservándose éste el derecho a

desechar aquellos que no reúnan las condiciones que, a su juicio, deba

reunir el material a utilizar. Los materiales rechazados serán retirados en

el plazo más breve. Las muestras de los materiales que hayan sido

aceptados serán conservadas juntamente con los certificados de los

análisis y ensayos a efectos de posteriores comparaciones y contrastes.

Si en criterio de la Dirección de Obra, alguna unidad de obra

estuviera defectuosamente ejecutada, el Contratista estará obligado a

demolerla y a ejecutarla nuevamente cuantas veces sean necesarias

hasta que merezca la conformidad de la Dirección de Obra; estos

aumentos de trabajo no le concederán derecho a percibir indemnización

alguna, y ello aún en el caso que las condiciones de mala ejecución de

las obras se hubieren detectado con posterioridad a la recepción



provisional. Tampoco el supuesto de mala ejecución podrá repercutir en

los plazos parciales o en el total de la ejecución de la obra.

2.1.6. Libro de órdenes.

Con objeto de que en todo momento se pueda tener un

conocimiento exacto de la ejecución e incidencias de la obra, existirá en

ella, en todo momento mientras dure su ejecución, el libro de órdenes, en

el que se reflejarán las visitas realizadas por la Dirección de la Obra, las

incidencias surgidas y en general todos aquellos datos que sirvan para

determinar con certeza si el Contratista ha cumplido los plazos y fases de

ejecución previstas para la realización del proyecto. Las anotaciones en

el libro de órdenes darán fe a efectos de determinar eventuales causas

de resolución y demás incidencias del contrato. Cuando el Contratista no

estuviese conforme, podrá alegar en su defensa todas aquellas razones y

circunstancias que avalen su postura, aportando las pruebas que estime

pertinentes.

2.1.7. Replanteo.

La Dirección de Obra procederá al replanteo de las obras en

presencia del Contratista, marcando convenientemente sobre el terreno

todos los puntos de referencia necesarios para su ejecución. De esta

operación se extenderá un acta, por triplicado, o diligencia en el libro de

órdenes, que deberá ser suscrita por la Dirección de Obra, y por la

contrata, dejando constancia de la buena realización del replanteo y su

concordancia con el terreno, o por el contrario, variarlo si es preciso y

redactar un Proyecto reformado. En el primer caso, podrán iniciarse las

obras, mientras que en el segundo se dará conocimiento a la Propiedad.

Ésta, tomará la resolución que proceda y se la comunicará al Contratista,

al objeto de la prórroga del plazo y de la posibilidad de rescisión del

contrato. El Contratista facilitará todos los medios precisos para la

materialización de los replanteos, que serán a su cargo, asumiendo la

responsabilidad del mantenimiento de las señales o datos que se fijen

sobre el terreno para su cálculo.



2.1.8. Ejecución de las Obras.

El Contratista dará comienzo a las obras dentro de los siete días

siguientes a la formalización del contrato, salvo que dicha fecha quedara

expresamente determinada en el mismo. La fecha de comienzo así fijada

contará a efectos de plazos de ejecución y de revisión de precios en el

supuesto de que tal revisión se hubiese pactado.

Junto a su oferta económica, el Contratista presentará un

calendario de los trabajos a ejecutar en el que se precisará el tiempo

necesario para ejecutar la totalidad de la obra y de cada una de sus

correspondientes partes.

El plazo en el que el Contratista se compromete a ejecutar las

obras objeto de este proyecto quedará fijado en el contrato y su

incumplimiento se entenderá como una rescisión unilateral e injustificada

del mismo. A efectos del cómputo de ejecución, la Dirección de Obra

extenderá en el libro de órdenes diligencia haciendo constar el día en que

se inician los trabajos, conforme a lo señalado en el artículo precedente.

Deberían descontarse en dichos plazos los días de parada

debidos a fuerza mayor que impidan el normal desarrollo de los trabajos

siempre que así lo estime conveniente la Dirección de Obra.

Siempre que cualquier parte de la obra se complete, quedando

lista para operar la Propiedad puede tomar posesión de tal servicio para

su utilización. Sin embargo, la posesión u operación de cualquier parte

determinada de la obra no constituirá necesariamente una aceptación por

parte de la Propiedad. El Contratista estará obligado a completar las

partes no terminadas de dichos servicios, haciéndose responsable de

errores u omisiones descubiertas después de la utilización por parte de la

Propiedad, tal como si el citado servicio no hubiese sido puesto en

operación.

El Contratista deberá someter a la aprobación de la Dirección

Técnica antes del comienzo de las obras un programa con

especificaciones de plazos parciales y fechas de terminación de las

distintas unidades de obra, compatibles con el plazo total de ejecución.



Este plan, una vez aprobado por la Propiedad, se incorporará al

Pliego de Condiciones y adquirirá, por tanto, carácter contractual.

La aceptación del plan de obra no implica exención alguna de

responsabilidades para el Contratista en caso de incumplimiento de los

plazos parciales o totales convenidos.

2.1.9. Condiciones generales del suministro de equipos

Los equipos se ajustarán a las condiciones especificadas

desarrolladas para cada uno de ellos en sus correspondientes Hojas de

Especificaciones, siendo los materiales a utilizar en la fabricación del

equipo aprobados por la Dirección Técnica. Los diseños de detalle

referentes al equipo en el transcurso de la obra, serán desarrollados por

el Contratista, y deben ser aprobados por la Dirección técnica

previamente al suministro.

Los materiales utilizados en la fabricación del equipo deben estar

aprobados y definidos por la Dirección técnica, especialmente aquellos

que estén en contacto con el material a inspeccionar.

La adquisición de los equipos deberá ser documentada por el

Contratista tras la instalación del equipo y el perfecto funcionamiento de

éste. La entrega quedará documentada mediante un informe de

recepción firmado por el Contratista y por la Dirección Técnica.

Si durante la instalación o recepción del equipo se define algún

detalle sobre las capacidades del equipo que no estaba definida en el

Proyecto, deberá ser estudiada por el Contratista y la Dirección Técnica,

debiendo introducirse en el Proyecto final las conclusiones de este

estudio y los costes originados cubiertos por la Propiedad.

2.1.10. Contradicciones entre Pliegos y Normas.

El presente Pliego de Condiciones ha sido redactado de acuerdo

con las disposiciones oficiales vigentes. En casos excepcionales se

justifican posibles discrepancias, prevaleciendo lo incluido en el Pliego

sobre cualquier otra disposición.



Las omisiones en planos y Pliego de Condiciones o las

descripciones erróneas de los detalles de la obra que deben ser

subsanados, para que pueda llevarse a cabo en espíritu o intención

expuesto en los planos y el Pliego de Condiciones o que, por uso y

costumbres, deben ser realizados, no solo no exima al Contratista de la

obligación de ejecutar estos detalles u obra omitidos erróneamente sino

que por el contrario, deberán ser ejecutados como si se hubiera

completado y correctamente especificados en los planos y Pliego de

Condiciones.

2.1.11. Significado de los ensayos

Los ensayos durante la ejecución de la obra son meros

antecedentes de la recepción. Estos ensayos no liberan al Contratista

para subsanar, reponer o reparar los equipos e instalaciones que no

pasen el reconocimiento final.

El Contratista estará obligado a facilitar a la Dirección Técnica la

labor de realización de ensayos e inspecciones.

Independientemente de la Dirección Técnica de las obras, la

propiedad podrá inspeccionar en cualquier momento la buena marcha de

las obras, así como la adecuación de las mismas a las estipulaciones del

contrato y adoptar cuantas decisiones considere procedentes en garantía

de su correcta ejecución.

2.1.12.- Puesta a punto y pruebas de funcionamiento

Aquellos elementos de la instalación que, por naturaleza y forma

de sus condiciones, no tienen necesidad de poner en servicio al conjunto

de la instalación serán objeto de prueba tan pronto como se hayan

acabado.

Antes de verificar la recepción provisional, se someterán las obras

a pruebas de resistencia, estabilidad e impermeabilidad. De igual modo el

Contratista procederá a la puesta a punto de la instalación, verificándose

pruebas generales de su funcionamiento y efectividad de tratamiento.



Estas pruebas se efectuarán a pleno caudal de la instalación o de

la parte de la misma a la que afecte la prueba. Se comprobará el buen

comportamiento en la totalidad de las instalaciones y mecanismos de la

instalación.

2.1.13.- Control de Calidad y Ensayo

Cuando lo estime oportuno la Dirección de Obra ordenará realizar

las pruebas y ensayos, análisis y extracción de muestras, que sean

necesarias para comprobar que las unidades de obra y sus materiales

componentes están en las condiciones exigibles y cumplen con lo

establecido en este Pliego. Las pruebas y ensayos se harán bajo su

inspección.

El Contratista deberá, por su cuenta, suministrar a los laboratorios

de control de calidad homologados una cantidad suficiente de material a

ensayar, y abonar todos los gastos que estas pruebas generen.

Ninguna parte de la obra será enterrada de manera que sea

inaccesible sin que previamente haya sido inspeccionada y aceptada por

la Propiedad. El Contratista corregirá, a su costa, cualquier obra que a su

juicio de la representación de la Propiedad no haya superado la

inspección o pruebas.

La Propiedad podrá ordenar la discusión, y en este caso el

Contratista estará obligado a dejar al descubierto dicha parte de la obra.

Si se comprueba que tal trabajo está ejecutando de acuerdo con los

documentos del contrato, la Propiedad abonará el costo de las

inspecciones y el de la restitución de la obra al estado en que se

encontraba. En el caso que se compruebe que tal trabajo no está de

acuerdo con los documentos del contrato, el Contratista pagará tales

gastos.

2.1.14. Partidas de alzada

Para la ejecución material de las partidas alzadas deberá

obtenerse la previa aprobación de la Dirección de Obra. A tal efecto,

antes de proceder a la ejecución, se someterá a su consideración el

detalle desglosando del importe de las mismas y si resultase conforme

podrán realizarse.



2.1.15. Recepción provisional de las Obras.

Terminado el periodo de la prueba de funcionamiento con

resultado satisfactorio se procederá a la recepción provisional de la forma

que dispone de la legislación vigente. Para ello deberán haberse

cumplido las condiciones siguientes:

Resultado satisfactorio de las pruebas realizadas.

Cumplimiento de todas las obligaciones contenidas en el contrato

o en acuerdos posteriores.

En el acto de recepción estarán presentes: la persona en quien

delegue la Entidad Promotora de las obras, la Dirección de Obra de las

mismas y el Contratista, levantándose acta del mismo. El Acta de

Recepción contendrá necesariamente los siguientes documentos:

Relación de problemas de funcionamiento pendientes de resolver

si diera el caso.

Relación de los puntos que deben ser estudiados o vigilados

especialmente durante el periodo de garantía.

Protocolo de las pruebas de rendimiento y funcionamiento a

realizar durante el periodo de garantía.

En el caso de que las obras no se hallaran en estado de ser

recibidas, se hará constar así en el acta, con medición de las

circunstancias o defectos que lo impidan, dándose las instrucciones

precisas y detalladas por la Dirección de Obra al Contratista a efectos de

subsanar los defectos observados, fijándose plazo para efectuarlo, a

cuyo vencimiento se realizará una nueva inspección para la recepción

provisional de las obras. Si el Contratista no subsanase los defectos

encontrados se producirá la rescisión del contrato, con pérdida de las

retenciones practicadas a no ser que la Propiedad juzgue oportuno

conceder un nuevo e improrrogable plazo.

El plazo de garantía comenzará a contarse a partir de la fecha de

la recepción provisional positiva de la obra.



En la recepción provisional, el Contratista deberá presentar las

autorizaciones de los organismos oficiales para el uso y puesta en

servicio de las instalaciones que así lo requieran, no se realizará la

recepción provisional ni, como es lógico la definitiva, si no se cumple este

requisito.

2.1.16. Periodo de garantías

El Contratista garantiza en general todas las obras que ejecute, así

como los materiales empleados en ellas y su correcta manipulación.

El plazo de garantía será de doce meses, a no ser que se

especifique otro periodo en el Proyecto de detalle, durante el cual el

Contratista corregirá los defectos observados, eliminará y volverá a

ejecutar las obras rechazadas y reparará los desperfectos que se

produzcan, todo ello a su cargo y sin derecho de indemnización alguna.

En caso de que el Contratista no cumpliera con esta obligación, las

reparaciones serán ejecutadas por la Propiedad con cargo a las

retenciones.

Junto con la recepción final de los equipos se entregará una lista

de repuestos, precio y lugares de adquisición recomendados de los

mismos. El Contratista podrá contratar con la Propiedad un contrato de

mantenimiento preventivo o de asistencia en caso de avería, que cubra el

periodo de garantía y el tiempo posterior a éste.

Para poder decidir sobre las cuentas pendientes de resolver o que

surjan durante el periodo de garantía o en la ejecución de pruebas,

incluyendo naturalmente las reparaciones, modificaciones o sustituciones

que se presenten, el Contratista queda obligado a mantener un

representante con capacidad y obligación de firmar las actas que se

vayan levantando.

El Contratista garantiza a la Propiedad contra toda reclamación de

terceras personas que tuvieran su origen en el incumplimiento de sus

obligaciones económicas o de las disposiciones legales relacionadas con

la obra. Una vez aprobada la recepción y liquidación definitiva, la

Propiedad devolverá, en su caso, las cantidades retenidas al Contratista

en las certificaciones.



2.1.17. Recepción definitiva

Dentro del mes siguiente al cumplimiento del plazo de garantía, se

procederá a la recepción definitiva de las obras.

Si las obras se encontrasen en las condiciones debidas, se

procederá a su recepción definitiva, de la que se levantará acta, en virtud

de lo cual el Contratista quedará relevado de toda responsabilidad.

El Acta de Recepción Definitiva de las obras se efectuará después

de terminado el periodo de garantía en la forma que dispone la

legislación vigente. En dicho acta deberán quedar resueltas todas las

cuestiones que en el Acta de Recepción Provisional quedaron pendientes

del funcionamiento durante el periodo de garantía.

2.1.18. Documento final de la Obra

El Contratista entregará a la Dirección de Obra, antes de la

Recepción definitiva, tres ejemplares del documento elaborado como final

de obra. Dicho documento deberá recoger todas las incidencias

acaecidas en la obra desde su inicio hasta su finalización, así como

aquellas modificaciones que durante el transcurso de la misma hayan

tenido lugar. Del mismo modo, quedarán perfectamente reflejadas,

mediante la documentación gráfica correspondiente, la ubicación final de

todas las instalaciones para que, de este modo se facilite cualquier

trabajo de reparación o modificación que resulte necesario llevar a cabo

con posterioridad.

2.2. Condiciones Generales Económicas

Todas las unidades de obra se medirán y abonarán por su

volumen, superficie, longitud y peso. Si el Contratista construye mayor

volumen del que corresponde en los dibujos que figuran en los planos o

en sus reformas autorizadas, no se abonará este exceso, pero si este

resultara perjudicial, a juicio de la Dirección Técnica, se verá obligado a

demolerlo de forma gratuita y a rehacerlo con las dimensiones debidas.



Serán de cuenta del Contratista las obras auxiliares que para la

realización de los trabajos sean necesarios o que la Dirección de Obra

estime imprescindibles, y no tendrá derecho a retribución especial,

considerándose incluidos estos gastos en los precios de la obra.

Serán también de cuenta del Contratista los útiles y herramientas

necesarios para la ejecución de las obras, y los medios auxiliares

reunirán las condiciones de seguridad indispensables para el personal,

siendo el Contratista directamente el responsable de los accidentes o

desperfectos que se pudiera ocasionar.

Las mejoras de obra que voluntariamente efectúe el Contratista en

atención a una calidad superior a la exigida en el Proyecto, o cualquier

modificación que el mismo introdujera sin la conformidad de la Dirección

de Obra por escrito, no serán abonadas. En ningún caso el Contratista

tendrá derecho a reclamación por motivos de insuficiencia de precio o

falta de explicación.

2.2.1. Fianzas

El Contratista prestará fianza que se corresponderá con un

depósito previo, en metálico o valores, o aval bancario, por importe del

5% del precio total de contrata.

La fianza retenida será devuelta al Contratista en un plazo que no

excederá de treinta días, una vez firmada el Acta de Recepción Definitiva

de la obra, siempre y cuando no existan penalizaciones de algún tipo por

incumplimiento de algún apartado del contrato, en cuyo caso se

descontará de la fianza el valor de los mismos devolviendo el resto al

Contratista en ese mismo plazo. La Propiedad podrá exigir que el

Contratista le acredite la liquidación y finiquito de sus deudas causadas

por la ejecución de la obra, tales como salarios, suministros,

subcontratos, etc.

2.2.2. Composición de precios unitarios

Todos los precios unitarios se entienden valorados para cada

partida totalmente terminada y, en el caso de equipos y maquinaria



funcionando, están comprendidos en ella la parte proporcional de costes

de puesta a punto, permisos, boletines, licencias, tasas, suministros para

pruebas, etc.

El cálculo de los precios de las distintas unidades de obra es el

resultado de sumar las siguientes partidas:

Materiales, expresando las cantidades que en cada unidad de obra

se precisen de cada uno de ellos y su precio unitario respectivo de

origen.

Mano de obra por categorías dentro de cada oficio, expresando el

número de horas invertidas por cada operario en la ejecución de

cada unidad de obra y los jornales horarios correspondientes.

Transporte de materiales, desde el punto de origen al pie de la

obra, expresando el precio del transporte de unidades.

Tanto por ciento de medios auxiliares y de seguridad sobre la

suma de conceptos anteriores en las unidades de obra que se

precisen.

Tanto por ciento de seguros sociales y cargas vigentes sobre el

costo de la mano de obra, especificando en documento aparte, la

cuantía de cada concepto del seguro o carga.

Tanto por ciento de gastos generales, sobre la suma de conceptos

anteriores.

Tanto por ciento de beneficio industrial del contratista, aplicando a

la suma total de los conceptos anteriores.

Se denominará Precio de Ejecución Material (P.E.M.) al resultado

obtenido por la suma de los anteriores conceptos, a excepción del

beneficio industrial.

La suma de todas las cantidades que importan las siete partidas

se entiende que es el precio unitario contratado (Precio de Ejecución por

Contrata).



Todas las partidas que intervienen en el presupuesto tendrán su

precio unitario descompuesto descrito de forma completa, de manera que

queden precisadas y determinada cualitativa y cuantitativamente todas

las características técnicas importantes de cada unidad a ejecutar

(también sus prestaciones en el caso de equipos), y su precio final estará

escrito en letras, expresado en euros con dos decimales.

2.2.3. Precios contradictorios

Si ocurriese algún caso excepcional e imprevisto en el que fuese

necesaria la determinación de precios contradictorios entre la Propiedad

y el Contratista, estos precios deberán aprobarse por la Propiedad a la

vista de la propuesta de la Dirección de Obra y de las observaciones del

Contratista.

Si éste no aceptase los precios aprobados quedará exonerado de

ejecutar las nuevas unidades.

Las unidades de obra con PC, se introducirán al final de las

partidas existentes en cada capítulo, definiéndose expresamente con

dichas siglas y que van aprobadas por la Administración, se entenderán

incorporados a todos los efectos, a los cuadros de precios de proyecto

base del contrato.

2.2.4. Mejoras y modificaciones

Cualquier modificación en las unidades de obra que suponga la

realización de distinto número de aquellas, en más o menos de las

figuradas en el estado de mediciones y presupuesto, deberá ser conocida

y aprobada previamente a su ejecución por la Dirección de Obra,

haciéndose constar en el libro de órdenes tanto la autorización como la

comprobación posterior de su ejecución.

En caso de no obtener esa autorización, el Contratista no tendrá

derecho bajo ningún concepto al abono de las unidades de obra que

hubiese ejecutado de más respecto a las figuradas en el proyecto.



2.2.5. Revisión de Precios

Para poder en un momento dado discernir con la mayor

aproximación acerca de las posibles revisiones de precios que puedan

presentarse durante la obras como consecuencia de un aumento oficial

autorizado, o en el caso de una posible rescisión del contrato, los

contratistas de los distintos gremios presentarán juntamente con su

presupuesto de unidades de obra otra hoja firmada con los siguientes

datos:

Porcentaje de mano de obra, de materias, de gastos generales y

de beneficio industrial que suponen estos conceptos con relación

al importe total del presupuesto de contrata de cada gremio.

Los precios de las distintas unidades y su descomposición con el

fin de aclarar más aún cualquier duda que pudiera surgir en el

caso de una liquidación parcial de obra o de revisión de precios.

Plazo de ejecución de obra contratada.

Las propuestas de los distintos gremios se presentarán en sobre

cerrado por duplicado a la Dirección de Obra.

Para realizar la revisión de precios se usarán los últimos índices

oficiales de revisión de precios que hayan sido aprobados por la

Comisión Delegada de Asuntos Económicos y que hayan sido publicados

en el BOE.

Las fórmulas polinómicas con estructuras de costos en la

actualidad autorizadas y por consiguiente utilizadas en las revisiones de

contratos, son las derivadas del Decreto Ley 2/1964 de 4 de Febrero, por

el que se modifica el 16/1963, de 10 de Octubre, sobre inclusión de

cláusulas de revisión en los contratos de grados y Organismos

Autónomos (BOE 6/2/64).

Las fórmulas actualmente aplicables: de la 1 a la 39 del Decreto

3650/1970 de 19 de Diciembre (B.O.E 29/12/ 70) y de la 40 a la 48 del

Real Decreto 2167/1981 de 20 de agosto (B.O.E de 24/9/81).

Estas 48 fórmulas tipos, sirven para la revisión de 76 clases de

obras, usando las que sean necesarias para cada trabajo.



2.2.6. Valoración, medición y abonos de los trabajos.

Las valoraciones de las unidades de obra que figuren en el

presente Proyecto se efectuarán multiplicando el número de aquellas por

el precio unitario asignado a las mismas en el Presupuesto.

En el precio unitario a que alude el párrafo anterior se considera

incluidos los gastos de transporte de materiales, las indemnizaciones o

pagos que hayan de hacerse por cualquier concepto, así como todo tipo

de impuestos fiscales que graven los materiales, ya sea de origen estatal,

autonómico o municipal, y también las cargas sociales.

Igualmente, serán de cuenta del Contratista los honorarios, las

tasas y demás gravámenes que se originen por inspecciones, aprobación

y comprobación de las instalaciones con que esté dotado el local.

En el precio de cada unidad de obra están comprendidos los

costes de todos los materiales, accesorios y operaciones necesarias para

dejar la obra terminada y en disposición de ser recibida.

2.2.7. Penalizaciones

Si finalizado el plazo de ejecución de las obras, éstas no hubieren

terminado sin motivo justificado por parte de la contrata, se aplicarán los

siguientes recargos a imputar al Contratista desde fecha de finalización

de las obras:

Por día natural de retraso un 0.1% de la fianza, hasta el día 30.

A partir del día 31 hasta el día 60 la penalización por día natural de

retraso será de un 0.5% del valor al que ascienda la fianza.

Pasados estos plazos se rescindirá el contrato quedando obligado

el Contratista a responder por daños y perjuicios a esta entidad. De igual

manera se actuará en caso de que se dé incumplimiento del contrato por

parte del Contratista.



2.2.8. Seguros y conservación de la Obra

El Contratista y otros contratistas o subcontratados, empleados en

el área de trabajo, procederán en todo momento en función de los

mejores intereses de la Propiedad y protegerán en toda su capacidad la

propiedad, equipo y herramientas de este último.

El Contratista será considerado como el contratista principal, y

será responsable del trabajo y acciones de todas las otras firmas

contratadas o subcontratadas empleadas por el mismo.

El Contratista notificará inmediatamente a la Propiedad de

cualquier práctica peligrosa por otros contratistas no empleados por ella

misma. En ausencia del representante autorizado de la Propiedad, el

Contratista actuará por criterio propio para prevenir o evitar por parte de

terceras personas cualquier acción que pudiera resultar en perjuicio de la

Propiedad o poner en peligro el personal o la obra.

Durante la ejecución del trabajo, el Contratista será enteramente

responsable de los daños que se pudieran ocasionar en personas o

cosas, a terceros y/o a la Propiedad. El Contratista mantendrá en vigor, y

a su costa, durante el período de construcción y de pruebas, los

siguientes seguros:

De accidentes de trabajo y demás seguros sociales de su

personal, según la legislación vigente.

De daños que puedan sufrir las obras provisionales realizadas

durante el periodo de construcción y de pruebas, incluyéndose la

cobertura de riesgos catastróficos.

Seguro obligatorio de vehículos a motor, propio o contratados que

intervengan en los trabajos de construcción a todo riesgo, con

garantía de responsabilidad civil limitada.

El Contratista se compromete a mostrar a la Propiedad los seguros

que cubren los límites antes citados.

El Contratista exigirá, en nombre de la Propiedad, que formalicen y

mantengan en vigor a su costa durante el periodo de construcción y de

prueba los mismos seguros antes mencionados.



El Contratista mantendrá libre a la Propiedad de todas las

reclamaciones por siniestros indemnizables, sobre la base de riesgos

cubiertos por los seguros indicados, aunque estos no hubieran sido

mantenidos en vigor por el Contratista y/o subcontratados durante el

periodo de construcción y de pruebas. El Contratista acreditará el

cumplimiento de lo establecido en este punto ante la Propiedad y la

Dirección de Obra con antelación al comienzo de las obras.

2.2.9. Condiciones de pago

Los pagos se harán mensualmente por el 100 % del importe de la

certificación aprobada respecto a unidades de obra completadas

correspondiente al mes anterior.

Las cantidades retenidas serán reintegradas por la Propiedad al

Contratista una vez cumplido el plazo de garantía, siempre que no se

haya observado ningún defecto en la ejecución de los trabajos realizados,

mala calidad de los materiales utilizados y se haya firmado el acta de

recepción definitiva.

Las certificaciones se presentarán mensualmente a la

representación de la Propiedad por triplicado y en forma aceptable por la

misma. En cada certificación constará por separado el importe de los

trabajos realizados. Las certificaciones reflejan el total acumulado del

trabajo realizado hasta finales del mes anterior y se presentarán a la

representación de la Propiedad en los primeros diez días de cada mes

para la comprobación de las mismas.

Al finalizar el trabajo el Contratista presentará una última

certificación con carácter definitivo en la que haga constar que renuncia a

toda reclamación por omisión de cantidades de trabajo no certificadas

con anterioridad y que todos los precios aplicados a las unidades de

trabajo realizadas son conformes.



2.3. Condiciones Generales Legales

2.3.1. Disposiciones Legales.

Se disponen de las siguientes:

Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo y Plan

Nacional de Higiene y Seguridad del Trabajo (O.M. 9-III.71).

Comité de Seguridad e Higiene en el Trabajo (Decreto 432/71 11-

III-71).

Reglamento de Seguridad e Higiene en la Industrias de la

Construcción (O.M. 20-V-52).

Reglamento de los Servicios Médicos de Empresa (O.M. 21-IX-

59).

Ordenanza de Trabajo de Construcción, Vidrio y Cerámica (O.M.

28-VIII-70).

Reglamento Electrotécnico de Líneas Baja Tensión (O.M. 20-IX-

73).

Reglamento de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tensión (O.M.

28-XI-68).

Convenio Colectivo Provincial del Sector de la Construcción y

Estatuto de los Trabajadores.

Obligatoriedad de la Inclusión de un Estudio de Seguridad e

Higiene en el Trabajo de los Proyectos de Edificación (R.D.

555/1986, 21-II-86).

Las normas que estén en vigor en el momento.

También es de cumplimiento obligado cuanto la Dirección de Obra

dicte encaminado a garantizar la seguridad de los obreros y de la obra en

general.



2.3.2. Contratista

El Contratista deberá acreditar su capacidad técnica para la

realización de la obra ante la

Propiedad mediante la información que se detalla a continuación:

1. Lista de obras realizadas:

Lista de obras construidas durante los últimos cinco años,

en las que la empresa haya sido Contratista único o

miembro de un consorcio con intervención significativa en el

mismo, indicando ubicación, costo y tipo de contrato, plazo

contractual, tiempo de ejecución real, etc.

Información documentada sobre la ejecución en los últimos

cinco años, de obras similares en características y

magnitud, si las hubiera, en las cuales haya sido Contratista

único o miembro de un consorcio donde haya ejercido

participación principal. En cada caso se mencionará el plazo

contractual y si se ha cumplido con el mismo, debidamente

certificado.

2. Lista de equipamiento y maquinarias: a afectar a estas obras, con

indicación de sus características, estado de conservación, tiempo

de uso y de vida útil.

3. Personal a emplear: nómina, currículo y calificación del personal

directivo y de conducción de la empresa.

Esta documentación debe ser de conformidad de la Propiedad y

constituirá una razón para la denegación de la obra.

2.3.3. Contrato

El contrato se firmará dentro de los diez días de notificada la

adjudicación.



A partir de la firma del contrato, la Propiedad podrá extender la

Orden de Inicio de Obra correspondiente.

Firmado el contrato, el Contratista no podrá transferirlo ni cederlo,

en todo o en parte, a otra persona o entidad, ni asociarse para su

cumplimiento sin autorización previa y por escrito de la Propiedad.

En el caso de que el Contratista no disponga del equipamiento

propio necesario para realizar los servicios objeto del contrato, deberá

presentar indefectiblemente, previo a la firma del contrato,

documentaciones que acrediten el contrato de alquiler del mismo.

2.3.4. Adjudicación

La forma de adjudicación será mediante subasta cerrada. Las

ofertas serán evaluadas sobre la base de las condiciones legales,

técnicas, económicas y financieras establecidas en las mismas.

A los efectos de formular el ordenamiento prioritario de las ofertas

con vistas a la adjudicación, se considerarán los siguientes aspectos:

Documentación técnica.

Condiciones económica-financieras.

Precio final.

Tiempo de ejecución de la obra.

La Propiedad adjudicará el contrato a la oferta más adecuada a

sus necesidades siempre que cumplan con las condiciones del Pliego de

Condiciones.

Se establece un rango razonable de precio de oferta, que estará

comprendido entre el 10 y el 25 % del precio estimado para la ejecución

de la obra. Las ofertas que se encuentren por debajo del límite inferior de

este rango serán consideradas de riesgo de ejecución.

La Propiedad se reserva el derecho de rechazar algunas o todas

las ofertas, incluida la de menor precio ofertado si las mismas, a su

exclusivo juicio, no se ajustan a las condiciones del presente Pliego. Para

poder adjudicar la licitación se deberá contar con tres ofertas válidas

entre las que se determine la que sea más baja.



En caso de que entre las ofertas adjudicables apareciesen algunas

iguales en precio y condiciones, se procederá a una nueva licitación

limitada al precio, por propuesta cerrada, entre dichos ofertantes

exclusivamente, señalándose al efecto día y hora dentro de un plazo que

no exceda de una semana. La adjudicación será notificada al ofertante

adjudicatario dejando establecidas las condiciones bajo las que haya sido

adoptada, y de igual manera será también notificada a todos los

ofertantes no adjudicatarios.

2.3.5. Arbitrajes y Jurisdicción competente.

Como se ha indicado anteriormente la Propiedad designará una

Dirección Técnica, a la que el Contratista comunicará por escrito el

nombre del delegado del Contratista o jefe de obra (nombramiento que

deberá ser aprobado por la Dirección Técnica).

Cualquier cuestión que surja entre las partes sobre la

interpretación o cumplimiento del presente contrato, y no sea posible

llegar a un acuerdo entre la Propiedad y el Contratista, será sometida a

un arbitraje de equidad con arreglo a las normas que regulen este tipo de

procedimiento.

En los contratos con firmas nacionales, se acatará el arbitraje de la

Cámara de Comercio e Industria Española, basándose en la Ley 60/2003

de 23 de Diciembre (BOE 309 de 26 de Diciembre de 2003, sección 1,

pág. 46097 a 46109). Con las firmas extranjeras se usarán las normas de

arbitraje de la Cámara de Comercio de París.

2.3.6. Responsabilidades del Contratista

En la ejecución de las obras que se hayan contratado, el

Contratista será el único responsable, no teniendo derecho a

indemnización alguna por el mayor precio a que pudieran resultarle, ni

por las erradas maniobras que cometiese durante la construcción, siendo

de su cuenta y riesgo e independiente de la inspección de la Dirección de

Obra.



El Contratista también será el responsable del pago de los salarios

y de los materiales necesarios para el desarrollo de la obra, así como de

la buena calidad de los trabajos realizados.

Asimismo será el único responsable ante los Tribunales de la

situación tanto legal como laboral del personal, así como de los

accidentes que se produjeran durante la realización de la obra y que

sobrevinieran por inexperiencia o descuido.

Si el Contratista causase algún desperfecto en las propiedades

colindantes tendrá que restaurarlas por su cuenta, dejándolas en el

estado en que las encontró al comienzo de la obra.

Por lo tanto será de cuenta del Contratista la recuperación de

cualquier daño, o indemnización por él, que puedan ocasionar sus

instalaciones, construcciones auxiliares y demás operaciones realizadas

por el Contratista para la realización de la obra en propiedades

particulares.

Las multas y fianza, que también serán por cuenta del Contratista,

se estipularán tras la firma del Programa de Trabajo, y se aplicarán con

rigurosidad según la cantidad que se estipule.

El Contratista proporcionará a la Dirección técnica o a sus

auxiliares toda clase de facilidades para el replanteo, reconocimiento,

mediciones, pruebas de materiales e inspecciones visuales de la

ejecución de todas las unidades de obra, con objeto de comprobar el

cumplimiento de las condiciones exigibles en el presente Pliego.

El Contratista será el único responsable por el pago de todos los

impuestos, derechos, tasas, contribuciones y cargas sociales previstos

por las Leyes del País donde se ejecute la obra, por lo que tiene la

obligación de ser conocedor de las mismas. Se considera que todos los

precios consignados en la oferta cubren los pagos de los mismos sin

excepción alguna. La Propiedad podrá exigir que el Contratista presente

los comprobantes de pagos de impuestos, derechos, tasas,

contribuciones y cargas sociales, constituyendo el incumplimiento de esta

cláusula causa de rescisión del contrato.



2.3.7. Subcontratas

El Contratista no subcontratará ni se asociará a terceros para la

ejecución del trabajo sin aprobación previa por escrito de la Propiedad.

Esta aprobación no eximirá al Contratista de sus responsabilidades ni de

sus obligaciones derivadas del contrato.

La Dirección Técnica de Obra podrá rechazar a aquellos

subcontratistas de los que existen antecedentes de mala ejecución,

incumplimiento de las especificaciones de proyecto, retraso en la

ejecución de los trabajos o por cualquier otra causa debidamente

justificada.

Los subcontratados, asociados, agentes, etc., contratados por el

Contratista para el trabajo serán considerados a todos los efectos como

empleados del Contratista.

El Contratista deberá asegurarse de que todos sus

subcontratados, asociados, agentes, etc., empleados en el trabajo,

cumplen con los términos del contrato como si fueran sus empleados,

siendo único responsable de cualquier fallo o negligencia causada por

aquellos.

2.3.8. Accidentes de trabajo

El Contratista cumplirá estrictamente y hará cumplir a su personal

las disposiciones de la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el

trabajo (BOE 188 de 7de Agosto de 1997, sec. 1, pág. 24063 a 24070),

así como las normas de seguridad de la Propiedad, ya sean generales o

particulares.

El Contratista designará un miembro de su organización en la obra

cuya obligación será la de velar por la prevención de accidentes y el

cumplimiento de las normas que regulen la materia. El nombre y cargo de

la persona que se designe será comunicado por el Contratista a la

Propiedad antes de comenzar el trabajo.

Por lo tanto el Contratista deberá equipar a su personal de los

elementos de protección adecuados al trabajo que realicen, obligatorios

según la Reglamentación en vigor de Higiene y Seguridad en el Trabajo.



Estos medios de protección personal para los trabajadores serán

homologados por el Servicio Social de Seguridad e Higiene en el Trabajo.

Todas las herramientas y equipos del Contratista serán adecuadas

para el trabajo y no afectarán a la seguridad ni a los elementos de

protección personal. Si las herramientas fueran inadecuadas o

peligrosas, a juicio de la representación de la Propiedad, deberán ser

sustituidas por otras a cargo del Contratista.

El Contratista adoptará cuantas medidas sean necesarias para

evitar la caída de operarios, desprendimiento de herramientas y

materiales que puedan poner en peligro la integridad física de alguna

persona, siendo el responsable de los daños ocasionados si llegan a

concurrir. En caso de incumplimiento de las normas de seguridad o de las

dictadas por las autoridades competentes, ya sean generales o

particulares de la Propiedad, la Propiedad se reserva el derecho a ejercer

cualquiera de las siguientes acciones:

Expulsión del complejo, de la persona, o personas, que las hayan

incumplido.

Suspensión de la ejecución de los trabajos mientras no se asegure

el total cumplimiento. Esta suspensión no será justificativa para

ampliar el plazo de ejecución establecido.

Imposición de multas al Contratista, hasta un importe equivalente

al beneficio del contrato correspondiente a las obras que estuviera

ejecutando, para lo cual este porcentaje deberá constar

explícitamente en su oferta.

Rescisión del contrato, ejecutando las acciones correspondientes

por indemnización de daños y perjuicios.

En caso de accidentes o peligro inminente, en el que exista riesgo

para las vidas de las personas, para la obra en curso, para otras obras ya

ejecutadas o para las propiedades colindantes, se autorizará al

Contratista para actuar a discreción en cuanto sea necesario para

prevenir las pérdidas o daños que pudieran producirse, debiendo ejecutar

tales órdenes inmediatamente. Las compensaciones que el Contratista



reclame como consecuencia de estos trabajos de emergencia se fijarán

de común acuerdo o mediante arbitraje.

El Contratista será el único y exclusivo responsable, durante la

ejecución de los trabajos, de todos los accidentes que puedan sufrir sus

operarios o causados por él a otras personas, entidades o cosas,

asumiendo todas las responsabilidades ajenas a la legislación vigente

sobre accidentes de trabajo, daños a las cosas, propiedades de terceros,

etc. Si se presupone un diagnóstico superior al leve en accidente de

trabajo, el Contratista, o su representante, deberá personarse en las

oficinas de personal de la Propiedad para comunicar tal circunstancia y

facilitar los datos personales del accidentado, tipo de accidente ocurrido,

lugar, causa y cuantos datos aclaratorios sean necesarios.

El Contratista informará a la Propiedad con la máxima urgencia de

cualquier dificultad de tipo laboral que surja entre él y sus trabajadores, a

fin de que, por parte de la Propiedad puedan adoptarse las medidas

oportunas con relación al caso que se trate.

2.3.9. Rescisión de Contrato

Cuando, a juicio de la Propiedad, el incumplimiento por parte del

Contratista de alguna de las cláusulas contractuales establecidas en

cualquier medida, extensión o modalidad, siempre que a juicio de la

Dirección Técnica sea por descuido inexcusable o mala fe manifiesta,

pudiera ocasionar graves trastornos en la realización de las obras, en el

cumplimiento de los plazos, o en su aspecto económico, la Propiedad

podrá decidir la resolución de las obras, con las generalidades a que

hubiera lugar. Así mismo podrá proceder a la resolución con la pérdida de

la fianza, de producirse alguno de los siguientes casos:

1. Muerte o incapacidad del Contratista.

2. Quiebra o incapacidad económica del Contratista. En caso de

quiebra del Contratista se hará un concurso entre los acreedores

del mismo. El contrato quedará rescindido, a no ser que los

sindicatos correspondientes ofrezcan llevar a cabo la obra bajo las

condiciones estipuladas en este convenio y en los documentos

adicionales. La empresa contratante podrá admitir o rechazar el



ofrecimiento sin que en este último caso tenga derecho a

indemnización alguna. Igualmente quedará rescindido el contrato

cuando el contratista no cumpla las obligaciones contraídas en el

contrato.

3. La disolución por cualquier causa de la sociedad. Alteraciones del

contrato por alguna de las siguientes causas:

Modificación del proyecto de tal forma que represente

alteraciones fundamentales del mismo a juicio de la

Dirección Técnica, y en cualquier caso siempre que la

variación del presupuesto de contrata, como consecuencia

de estas modificaciones, represente alrededor del 25%

como mínimo del importe actual.

Modificación de las unidades de obra en número superior al

50% del total.

Cuando se cumpla el plazo final de las obras y falte por

ejecutar más del 20% del presupuesto de obra. La

imposición de las multas establecidas por los retrasos no

obligará a la Propiedad a la prórroga del mismo, siendo

potestativo por su parte elegir ante la resolución o la

continuidad del contrato.

4. Cuando no se hubiera realizado el montaje de las instalaciones y

unidades auxiliares o no se hubiera aportado la maquinaria

relacionada en la oferta o su equivalente en potencia o capacidad

en los plazos previstos con un margen del 25%; o en el caso de

que el Contratista sustituya maquinaria sin autorización.

5. Cuando transcurrido un tiempo de tres meses consecutivos y

considerados conjuntamente, no se alcanzase un 50% del

programa aprobado para la obra.

6. La suspensión de la obra una vez comenzada, siempre que el

plazo de suspensión haya excedido de un mes, y en todo caso

siempre que por causas ajenas a la contrata no se dé comienzo a

la obra dentro del plazo de 60 días, contados a partir de la



adjudicación, en cuyo caso la devolución de la fianza será

automática.

7. En caso de rescisión del contrato con el Contratista por causas de

fuerza mayor se abonará al mismo tiempo el importe de la obra

ejecutada y valoración de los materiales que haya hecho acopio de

la misma.

8. La inobservancia del plan cronológico de la obra y en especial del

plazo de ejecución y terminación total de la misma.

En caso de cancelación, la Propiedad tendrá derecho a estar

inmediatamente en posesión de los pedidos en curso y de la parte o

partes de la obra que la Propiedad seleccione, junto con los materiales y

herramientas, bien sean de la parte contratante o del Contratista, y

completar el trabajo. El Contratista será razonablemente pagado por el

alquiler que haya sido convenido con la Propiedad por el uso de las

herramientas del Contratista, o si este lo prefiere, puede retirar dichas

herramientas siempre y cuando:

El retiro de tales herramientas no afecte a la terminación de las

obras.

La propiedad esté de acuerdo con dicho retiro.

El coste del retiro vaya a cuentas del Contratista.

Las herramientas del Contratista, empleadas por la empresa

contratante para la terminación de la obra, serán desmanteladas,

cargadas y si es el caso, preparadas para el embarque por la Propiedad.

Todos los costes derivados después de que las herramientas sean

cargadas al transporte o abandonen los dominios de la Propiedad, serán

por cuenta del Contratista, independientemente de que sean manejadas,

movidas o embarcadas por el Contratista o por la Propiedad.

Todos los materiales o equipos que estén bajo pedido en el

momento de la cancelación serán manejados hasta su entrega y

facturación indistintamente por la Propiedad o por la empresa contratada,

según se decida en el tiempo de cancelación del contrato.

El Contratista será reembolsado por todas las facturas que deba o hayan

sido pagadas después de la cancelación, de acuerdo con las condiciones

aplicables a lo gastado más el porcentaje. Cuando la Propiedad así lo



solicite, el Contratista le transferirá todos los pedidos abiertos o pedidos

cuyos materiales no hayan sido entregados. En tal caso, el vendedor será

informado de la transferencia por el Contratista y cambiará de manera

correspondiente su procedimiento de facturación.

En el caso de que dichas facturas sean remitidas al Contratista,

para su pago, entre las dos partes habrá de llegarse a un acuerdo mutuo

con respecto al método más satisfactorio de manejo.

Siempre que el Contratista sea requerido para procesar y facturar

dichas facturas deberá ser reembolsado por tales costes más el

porcentaje especificado.

En el caso de que la cancelación de este convenio se deba a la

decisión de la Propiedad para no continuar la obra, o por otras causas

fuera de control con respecto a la conclusión de la obra, todos los

convenios que aquí figuran serán aplicados con las siguientes

especificaciones:

El Contratista procederá inmediatamente a cancelar todas las

órdenes de compra de materiales o equipos entregados, avisando

a cada vendedor de la intención de cancelar dichas órdenes. El

vendedor avisará de los cargos de cancelación y, de existir éstos,

él deberá notificar detalladamente tales cargos al Contratista. Éste

avisará entonces inmediatamente a la Propiedad de dichos cargos

y solicitará una declaración de aceptación de la Propiedad.

La Propiedad reembolsará al vendedor todos los costes

mencionados, bien sean costes de cancelación del vendedor u

otros costes resultantes de la cancelación.

En general, la Propiedad rescatará cualquier envío sobre el que la

cancelación sea del 100% del precio de compra, aunque el

Contratista avisará a la Propiedad de dichos pagos antes de que el

vendedor sea notificado para continuar.



CAPÍTULO 3: Condiciones particulares.

Las condiciones particulares o prescripciones técnicas particulares

son aquellas en las que se hace una descripción de los materiales,

equipos y obras que van a realizarse en el proyecto, así como la forma de

ejecución de las mismas.

También se indicarán en ellas, las obligaciones de orden técnico

que correspondan al Contratista y al Director Técnico o Ingeniero.

Así, según lo expuesto en el párrafo anterior, el objeto de estudio

de las condiciones particulares será las condiciones de materiales,

equipos y maquinaria y por otra parte las condiciones de ejecución de

obras.

3.1. Disposicones de Carácter Particular

Las disposiciones de carácter particular y de ámbito técnico son:

Normativa de la Asociación Española de Normalización (AENOR).

Normas Tecnológicas de Edificación:

Instalaciones de fontanería. Abastecimiento (IFA).

Instalaciones de salubridad. Alcantarillado (ISA).

Instalaciones eléctricas. Puesta a tierra (JET).

3.2. Condiciones de Materiales, Equipos y Maquinaria

3.2.1. Materiales de Construcción

Todos los materiales que se empleen en la construcción, han de

cumplir las normas que se encuentran en el catálogo de normas UNE de

1992. Para aquellos materiales en los que no haya nada especificado, se

seguirán las instrucciones de la Dirección Técnica, y en cualquier caso

serán de la mejor calidad entre los de su clase.



Además estos materiales podrán ser sometidos a pruebas o

análisis por cuenta de la contrata que se crean necesarios para acreditar

su calidad; aquel material que a juicio de la Dirección Técnica no reúna

las condiciones exigidas será rechazado (Tabla 1).

Tabla I:

Normas a verificar por los materiales de construcción. Normas UNE 1.992

3.2.2. Materiales para la fabricación de equipos

El material a utilizar en la fabricación de los equipos es el que se

especifique en el anexo correspondiente al diseño de cada uno de los

equipos.

Los materiales utilizados en los equipos de la instalación son

aceros al carbono SA-285, SA-106 y SA.163. Las diferentes normas a las

que están sujetos los materiales para la fabricación de los equipos y

ensayos de estos materiales son:

UNE 7183:1964 Método de ensayo para determinar la uniformidad de los

recubrimientos galvanizados, aplicados a los materiales manufacturados

de hierro y acero.

UNE-EN ISO 1461:1999 Recubrimientos galvanizados en caliente sobre

productos acabados de hierro y acero. Especificaciones y métodos de

ensayo. (ISO 1461:1999).



UNE-EN 10257-1:1998 Alambres de acero no aleado recubiertos de cinc

o aleaciones de cinc para armado de cables para el transporte de energía

o cables para telecomunicaciones. Parte 1: Cables terrestres.

UNE-EN 10257-1:1998 Alambres de acero no aleado recubiertos de cinc

o aleaciones de cinc para armado de cables para el transporte de energía

o cables para telecomunicaciones. Parte 1: Cables terrestres.

UNE 37505:1989 Recubrimientos galvanizados en caliente sobre tubos

de acero. Características y métodos de ensayo.

UNE-EN ISO 1461:1999 Recubrimientos galvanizados en caliente sobre

productos acabados de hierro y acero. Especificaciones y métodos de

ensayo. (ISO 1461:1999).

UNE-EN 12502-3:2005 Protección de materiales metálicos contra la

corrosión. Recomendaciones para la evaluación del riesgo de corrosión

en sistemas de distribución y almacenamiento de agua. Parte 3: Factores

que influyen para materiales férreos galvanizados en caliente.

UNE 37553:1973 Recubrimientos electrolíticos de cinc y cadmio sobre

tortillería con rosca métrica de perfil triangular ISO.

UNE 112017:1992 Recubrimientos metálicos. Medición del espesor.

Métodos por espectrometría de rayos X.

UNE-EN ISO 4516:2002 Recubrimientos metálicos y otros recubrimientos

no orgánicos. Ensayos de microdureza Vickers y Knoop. (ISO

4516:2002).

UNE-EN 12540:2001 Protección de metales contra la corrosión.

Recubrimientos electrolíticos de níquel, níquel más cromo, cobre más

níquel y cobre más níquel más cromo.

UNE 112022:1993 Recubrimientos metálicos. Recubrimientos

electrolíticos de cromo. Ensayo de corrosión electrolítica (ensayo, etc ).

UNE 112036:1993 Recubrimientos metálicos. Depósitos electrolíticos de

cinc sobre hierro o acero.

UNE-EN 12330:2001 Protección contra la corrosión de metales.

Recubrimientos electrolíticos de cadmio sobre hierro o acero.



UNE-EN ISO 6158:2005 Recubrimientos metálicos. Recubrimientos

electrolíticos de cromo para fines industriales. (ISO 6158:2004)

UNE 112039:1994 Recubrimientos de aleación de estaño-níquel.

Especificaciones y métodos de ensayo.

UNE 112040:1994 Recubrimiento electrolítico de aleación estaño-plomo.

Especificaciones y métodos de ensayo.

UNE 112041:1994 Recubrimiento metálico. Depósitos electrolíticos de

estaño. Especificaciones y métodos de ensayo.

UNE-EN 12476:2001 Recubrimientos de conversión fosfatantes de

metales. Método de especificación de requisitos.

UNE-EN 582:1994 Proyección térmica. Medida de la adherencia por

ensayo de tracción. (Versión oficial en UNE 112051:1994).

UNE-EN ISO 2063:2005 Proyección térmica. Recubrimientos metálicos y

otros recubrimientos inorgánicos. Cinc, aluminio y sus aleaciones (ISO

2063:2005).

UNE-EN ISO 10289:2001 Métodos de ensayo de corrosión de

recubrimientos metálicos y no orgánicos sobre sustratos metálicos.

Clasificación de probetas y piezas de protección sometidas a ensayos de

corrosión. (ISO 10289:1999).


no orgánicos. Definiciones y principios concernientes a la medida del

espesor. (ISO 2064:1996).

UNE-EN ISO 2177:2005 Recubrimientos metálicos. Medida del espesor.

Método culombimétrico por disolución anódica. (ISO 2177:2003).

UNE-EN ISO 2178-1996 Recubrimientos metálicos no magnéticos sobre

metal base magnético. Medida del espesor. Método magnético (ISO

2361:1982).

UNE-EN ISO 21787:2007 Válvulas industriales. Válvulas de globo de

materiales termoplásticos (ISO 21787:2006).

UNE-EN ISO 2819:1996 Recubrimientos metálicos sobre base metálica.

Depósitos electrolíticos y depósitos por vía química. Lista de los

diferentes métodos de ensayo de adherencia (ISO 2819:1980).



UNE-EN ISO 3892:2002 Recubrimientos de conversión sobre materiales

metálicos. Determinación de la masa de recubrimiento por unidad de

superficie. Métodos gravimétricos. (ISO 3892:2000).

UNE-EN ISO 4518:1986 Recubrimiento metálicos. Medición del espesor.

Métodoperfilométrico (ISO 4518:1980).

UNE-EN ISO 10289:2001 Métodos de ensayo de corrosión de

recubrimientos metálicos y no orgánicos sobre sustratos metálicos.

Clasificación de probetas y piezas de protección sometidas a ensayos de

corrosión. (ISO 10289:1999).

UNE-EN ISO 4543:1996 Recubrimiento metálicos y otros recubrimientos

no orgánicos. Directrices generales para los ensayos de corrosión

aplicables a condiciones de almacenamiento (ISO 4543:1981).


no orgánicos. Ensayo al dióxido de azufre con condensación general de

humedad. (ISO 6988:1985).

UNE-EN ISO 7384:1996 Ensayos de corrosión en atmósfera artificial.

Prescripciones generales. (ISO 7384:1986).

UNE-EN ISO 7441:1996 Corrosión de los metales y aleaciones. Ensayos

de corrosión bimetálica mediante ensayos de corrosión en medio exterior.

(ISO 7441:1984).

UNE-EN ISO 7539-1:1996 Corrosión de metales y aleaciones. Ensayo de

corrosión bajo tensión. Parte 1: guía general de métodos de ensayo (ISO

7539-1:1987).

UNE-EN ISO 7539-2:1996 Corrosión de metales y aleaciones. Ensayos

de corrosión bajo tensión. Parte 2: preparación y utilización de probetas

para ensayos de flexión. (ISO 7539-2:1987).



dobladas en U. (ISO 7539- 3:1989).



para ensayos de tracción uniaxial. (ISO 7539-4:1989).




de corrosión bajo tensión. Parte 5: preparación y uso de probetas con

forma de anillo en C (ISO 7539-6:1989).


de corrosión bajo tensión. Parte 6: preparación y uso de probetas

prefiguradas para ensayos bajo carga constante o desplazamiento

constante (ISO 7539-6:1989).


de corrosión bajo tensión. Parte 7: Ensayo a baja velocidad de

deformación. (ISO 7539-7:2005).

UNE-EN ISO 8401:1996 Recubrimientos metálicos. Revisión de los

métodos de determinación de la ductilidad. (ISO 8401:1986).

UNE-EN 10289:2001 Métodos de ensayo de corrosión de recubrimientos

metálicos y no orgánicos sobre sustratos metálicos. Clasificación de

probetas y piezas de protección sometidas a ensayos de corrosión. (ISO

10289:1999).

UNE-EN ISO 8565:1996 Metales y aleaciones. Ensayos de corrosión

atmosférica. Requisitos generales para realizar ensayos in situ. (ISO

8565:1992).

UNE-EN ISO 9220:1996 Recubrimientos metálicos. Medida del espesor

del recubrimiento. Método de microscopía electrónica de barrido. (ISO

9220:1988).

UNE-EN ISO 10062:1996 Ensayos de corrosión en atmósferas artificiales

con muy bajas concentraciones de gases contaminantes.(ISO

10062:1991).

UNE 92102:1998 Materiales aislamiento térmico. Lana de vidrio.

Definiciones, clasificación y características.

UNE 92201:1989 Materiales aislantes térmicos. Determinación de la

conductividad térmica. Técnica de la placa calefactora con anillo de

guarda y doble placa refrigerante.

UNE 92208:1999 Materiales aislantes térmicos. Productos de lana de

vidrio/o roca. Determinación de la cantidad de vidrio y aglomerante

orgánico.



UNE 92209:1989 Materiales aislantes térmicos. Productos de fibra de

vidrio/ o roca. Determinación de las dimensiones.

UNE-EN 13469:2002 Productos aislantes térmicos para equipos de

edificación e instalaciones industriales. Determinación de las propiedades

de transmisión de vapor de agua en coquillas aislantes preformadas.

UNE 92227:1989 Materiales aislantes térmicos. Determinación de la

absorción de agua por el método de vacío.

UNE-EN 13467:2002 Productos aislantes térmicos para equipos de

edificación e instalaciones industriales. Determinación de las

dimensiones, rectangularidad y linealidad de coquillas aislantes

preformadas.

UNE-EN ISO 7345:1987 Aislamiento térmico. Magnitudes físicas y

definiciones. (ISO 8497:1987).

UNE-EN ISO 8497:1997 Aislamiento térmico. Determinación de las

propiedades relativas a la transmisión de calor en régimen estacionario

en los aislamientos térmicos para tuberías (ISO 8497:1994).

UNE-EN ISO 9251:1996 Aislamiento térmico Condiciones de transmisión

térmica y propiedades de los materiales. Vocabulario (ISO 9251:1987).

UNE-EN ISO 9346:1996 Aislamiento térmico. Transferencia de masa.

Magnitudes físicas y definiciones (ISO 9346:1987).

UNE-EN 12329:2001 Protección contra la corrosión de los metales.

Recubrimientos electrolíticos de cinc sobre hierro o acero.

UNE-EN 12330:2001 Protección contra la corrosión de metales.

Recubrimientos electrolíticos de cadmio sobre hierro o acero.

UNE-EN ISO 1463:2005 Recubrimientos metálicos y capas de óxido.

Medida del espesor. Método de corte micrográfico (ISO 1463:2003)

UNE-EN ISO 2361:1996 Recubrimientos electrolíticos de níquel sobre

base metálica magnética y no magnética. Medición del espesor. Método

magnético. (ISO 2361:1982).


no orgánicos. Medida del espesor. Método basado en el principio de

Fizeau de interferometría de haz múltiple. (ISO 3868:1976).



UNE-EN ISO 12241:1999 Aislamiento térmico para equipos de

edificación e instalaciones industriales. Método de cálculo. (ISO

12241:1998).

UNE-EN ISO 8990:1997 Determinación de las propiedades de

transmisión térmica en régimen estacionario. Métodos de la caja caliente

guardada y calibrada (ISO 8990:1994).

3.2.3. Equipos

Las normas a las que se encuentran sujetos todos los equipos se

encuentran también en el Catálogo de Normas UNE de 1992, en la

siguiente tabla se muestran el número de normas clasificadas por su

naturaleza y la localización de las mismas en dicho catálogo:

Tabla II:

Normas que han de cumplir los equipos. Normas UNE 1.992.

3.2.4. Máquinaria

Las normas que debe cumplir la maquinaria es la que se refleja en

la Tabla III.



Tabla III: Normas a cumplir por la maquinaria.

Normas UNE 1.992.

3.2. Condiciones de Ejecución

Las condiciones de ejecución, condiciones funcionales de los

materiales y equipos industriales, control de la ejecución, seguridad en el

trabajo, medición, valoración y mantenimiento serán establecidos en las

normas NBE y NTE, así como las correspondientes si procede a equipos,

materiales o maquinaria. Se considerarán:

3.3.1. Movimientos de Tierra

Aquí se incluyen los terraplenes para dar al terreno la rasante de

explanación y excavaciones de zanjas y pozos.

La excavación se ajustará a las dimensiones que figuren en los

planos o a lo que indique el ingeniero.

3.3.2. Obras de Saneamiento

Se incluyen los sistemas de captación y conducción de aguas del

subsuelo para protección de la obra contra la humedad y las redes de

evacuación de aguas pluviales y residuos, desde los puntos donde se

cogen hasta la red de alcantarillados, pozos de filtración o equipos de

depuración.



3.3.3. Cimentaciones

Se incluyen las operaciones de eliminación de troncos, raíces de

árboles y otros obstáculos que se encuentren en dicha zona, según

normas NBE y NTE. Las zanjas de cimentación se excavarán hasta una

profundidad especificada en los planos; en cualquier caso debe estar

aprobada por el Ingeniero antes de colocar el hormigón o ladrillo.

3.3.4. Estructuras metálicas

Se incluyen las operaciones relacionadas con el diseño,

fabricación y montaje de acero para estructuras, según normas NBE,

NTE y las especificadas para materiales.

3.3.5. Albañilería

Se incluyen aquí las instalaciones en los puntos señalados por los

planos, de los bloques de hormigón, ladrillo, piedra y revestimientos de

suelos, escaleras y techos.

3.3.6. Cerrajería y Carpintería.

Se incluyen todos los trabajos relacionados con la instalación de

puertas, ventanas y demás elementos de carpintería general y de taller

de construcción de edificios. En la cerrajería, se incluyen las operaciones

relacionadas con ajustes para obtener un acabado perfecto.

3.3.7. Cubierta de edificios

Se incluye todo lo relacionado con la impermeabilización y el

aislamiento de cubiertas de edificios. Debido a posibles inclinaciones, los

aislamientos serán grapados, para evitar deslizamiento o movimientos

inesperados.



3.3.8. Fontanería

Se indican las operaciones de abastecimiento y distribución de

agua.

3.3.9. Instalaciones eléctricas

Se incluyen las operaciones relacionadas con la distribución del

alumbrado.

3.3.10. Calefacción y Ventilación

Incluyen las instalaciones de ventilación, calefacción y

refrigeración.

3.3.11. Instalaciones de Protección contra Incendios

Se indican las instalaciones de protección contra fuegos y

pararrayos.

3.3.12.- Pinturas y vidrieras

Se indican las operaciones de acabado de pinturas y de las

superficies exteriores del edificio, incluyendo la pintura protectora de las

superficies metálicas.

En las vidrieras se incluyen las operaciones relacionadas con su

instalación. Las dimensiones se especifican en los planos.

3.3.13. Otras instalaciones no específicas

Si en el transcurso fuese necesario ejecutar alguna clase de obra

no regulada en el pliego, el Contratista quedará obligado a ejecutarla con

arreglo a las instrucciones que reciba del ingeniero, quien a su vez

cumplirá la normativa vigente. El Contratista no tendrá derecho a

reclamación ninguna.

Noviembre 2.010

DOCUMENTO 4: Presupuesto.

ÍNDICE.

�

CAPÍTULO 1: Introducción. ............................................................ 4�

CAPÍTULO 2: Estado de las mediciones. ....................................... 5�

2.1. Unidades de proceso. ......................................................... 5�

2.2. Aislamiento de equipos y conducciones. ............................ 8�

2.3. Presupuestos parciales. ...................................................... 9�

2.4. Presupuesto de ejecución material (P.E.M.). .................... 14�

2.5. Presupuesto de ejecución por contrata (P.E.C.). .............. 14�

CAPÍTULO 3: Costes generales. .................................................. 15�

3.1. Costes de fabricación......................................................... 15�

3.1.1. Costes de materia prima. ............................................ 15�

3.1.2. Coste de mano de obra directa. .................................. 15�

3.1.3. Costes de mano de obra indirecta. .............................. 16�

3.1.4. Honorarios del proyectista y dirección de montaje. ..... 16�

3.1.5. Servicios generales. .................................................... 16�

3.2. Costes de gestión. ............................................................. 18�

3.2.1. Gastos comerciales. .................................................... 18�

3.3. Costes netos totales........................................................... 18�

CAPÍTULO 5: Resumen. .............................................................. 19�


Presupuesto� Página 4

CAPÍTULO 1: Introducción.

En el presente documento se desarrollará el presupuesto general de ejecución del proyecto. Para ello se han de tener en cuenta los siguientes factores.

Coste de materia prima: El presente proyecto fin de carrera es una parte de un proceso global, cuya alimentación es la corriente de colas de una columna desbencenizadora anterior, por lo que el coste de la materia prima es nulo.

Destino del producto: Como se ha mencionado a lo largo de la memoria con el tolueno purificado se pueden hacer dos cosas, reintroducirlo de nuevo al proceso (con el consiguiente ahorro en materia prima) o venderlo a la planta petroquímica cercana. Para tener una aproximación del beneficio que se podría generar se ha optado por la segunda situación.

Gastos de personal: No se tendrán en cuenta el gasto de personal de gerencia y oficinas, pues se considera como personal ya instaurado en la planta donde va a estar integrado este proceso. No se incluyen a los operarios, puesto que éstos forman ya parte de la plantilla de la planta.

Costes de inmovilizado: Se desglosa en las siguientes partidas presupuestarias, maquinaria y equipos, tuberías, válvulas, instrumentos de medición y control, aislamientos y gastos de montaje e instalación de equipos.

En el presente documento se calcularan los siguientes aspectos económicos:

1. Presupuesto de ejecución material (PEM): Calculando el beneficio industrial y gastos generales y el presupuesto de ejecución por contrata (PEC).

2. Gasto anual de funcionamiento del proceso.



CAPÍTULO 2: Estado de las mediciones.

Los requisitos básicos que debe cumplir un estado de mediciones son los siguientes:

1. Definir y determinar las unidades de cada partida o unidad de obra.

2. Incluir el número de unidades y definir las características, modelos, tipos y dimensiones de cada partida de obra o elemento del objeto del Proyecto.

3. Utilizar el concepto de partida alzada cuando la unidad no sea fácilmente desglosable.

4. Contener un listado completo de las partidas de obra. 5. Subdividir según las partes más significativas del Proyecto. 6. Servir de base para la realización del presupuesto.

En base a estos requisitos, y estructurándose en los siguientes puntos, se elabora el estado de mediciones propuesto para el presente Proyecto:

1. Unidades de proceso. 2. Equipos auxiliares. 3. Bombas y compresores. 4. Válvulas y accesorios. 5. Tuberías. 6. Control e instrumentación. 7. Aislamiento. 8. Gastos de instalación y montaje de equipos.

2.1. Unidades de proceso.

En la Tabla I se muestra un compendio de las diferentes unidades presentes en la planta así como de los precios asignados a las mismas.



Tabla I: Compendio de precios y unidades de la línea.

UNIDAD CANTIDAD Intercambiador de calor de carcasa y tubos 1-2 cuya carcasa es de acero SA-285 con un diámetro de carcasa de 0,203 m y tubos hechos de acero SA-106 con un diámetro interno de 0,0135 m y 2,438 m de longitud.

1

Columna de rectificación de 2,743 m de diámetro. Tiene 25 platos de acero SA-285, al igual que la carcasa, y un espaciamiento de 0,6 m.

1

Condensador aerorrefrigerante con 176 tubos de acero SA-106 distribuidos en 2 bancos de tubos. El aire lo impulsan ventiladores de 2,5 m de diámetro. Las aletas serán de aluminio

1

Batería de aerrorefrigerantes (compuesta por 4) para conseguir un salto térmico de 137,7 ºC a 85ºC. Los tubos serán de acero SA-106 y las aletas de aluminio.

1

Intercambiador de calor tipo AKT (Reboiler). Carcasa construida de acero al carbono SA-285 de 0,203 m de diámetro. Tubos de acero al carbono SA-106 de 0,0135 m de diámetro interior.

1

Intercambiador de calor de carcasa y tubos 1-2 cuya carcasa es de acero SA-285 con un diámetro de carcasa de 0,203 m y tubos hechos de acero SA-106 con un diámetro interno de 0,0135 m y 2,438 m de longitud.

1

Acumulador de reflujo de acero al carbono SA-285 de 17,1816 m de longitud y 2,438 m de diámetro.

1

Tanque de almacenamiento de 36,576 m de diámetro y altura de 15,782 m de diámetro y una carcasa de 19,1 mm de espesor

4


4


4

Tanque de rundown de 22,250 m de diámetro y una altura de 15,332 m con una carcasa de 9,5 mm de espesor.

1

Tanque de rundown de 4,572 m de diámetro y una altura de 5,782 m con una carcasa de 7,9 mm de espesor.

1



Estas son las unidades principales del proceso, se tendrán otros equipos auxiliares que también habrá que cuantificar.

Bombas.

Tabla II: Compendio de bombas.

UNIDAD CANTIDAD

Bomba centrífuga de la casa Johnson. CombiPro n=1.500 rpm 2

Bomba centrífuga de la casa Johnson. CombiPro Monobloc n=1.000 rpm 4

Bomba centrífuga para servicio industrial de la casa SIHI. n=1.450 rpm 2

Válvulas y accesorios.

Tabla III: Válvulas y accesorios.

DN 1/8 DN 3/8 DN 3/4 DN 1 1/4 DN 5 DN 6 DN 10 DN 20 DN 24 Válvulas de

Globo - 1 - 1 - 2 1 -

Válvulas de Compuerta - - 1 1 1 - 3 - -

Válvulas de Retención - 1 1 - 3 - - - -

Válvulas de Reducción 1 1 - - 1 - - - 1

Codos 90º - 5 3 2 9 1 2 3 1 Codos 45º - 4 - - 8 - - - -

Tes - 1 2 1 2 - 2 - -

Reducciones - - - - 2 - - - -



Conducciones.

Tabla IV: Conducciones.

Diámetro tubería Longitud (m) Diámetro tubería Longitud (m)

DN 1/8 3 DN 6 9

DN 3/8 39,108 DN 10 6

DN 3/4 42,326 DN 20 31,326

DN 1 1/4 39,326 DN 24 10,5

DN 5 36,18

2.2. Aislamiento de equipos y conducciones.

El material aislante para toda la planta de proceso será lana de roca, cuyo espesor varía dependiendo de la temperatura de trabajo. Como se vio en la memoria cada equipo tendrá los siguientes espesores.

Tabla V: Material aislante.

DESCRIPCIÓN LONGITUD (m)

Capa de lana de roca de 50 mm de espesor con chapa de aluminio. 3


Las conducciones también deberán de ir debidamente aisladas para evitar una pérdida de calor al transportar el fluido.



Tabla VI: Material aislante para equipos.






2.3. Presupuestos parciales.

En el presente apartado se muestran los precios de cada unidad que se instalará en la planta.

Tabla VII: Precios de las diferentes unidades (I).

UNIDAD CANTIDAD PRECIO

UNITARIO (€)

PRECIO GLOBAL

(€) Intercambiador de calor de carcasa y tubos 1-2 cuya carcasa es de acero SA-285 con un diámetro de carcasa de 0,203 m y tubos hechos de acero SA-106 con un diámetro interno de 0,0135 m y 2,438 m de longitud.

1 19.440 19.440

Columna de rectificación de 2,743 m de diámetro. Tiene 25 platos de acero SA-285, al igual que la carcasa, y un espaciamiento de 0,6 m.

1 100.987 100.987

Condensador aerorrefrigerante con 176 tubos de acero SA-106 distribuidos en 2 bancos de tubos. El aire lo impulsan ventiladores de 2,5 m de diámetro. Las aletas serán de aluminio

1 40.000 40.000



Tabla VIII: Precio equipos (II).

UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNITARIO (€)

PRECIO GLOBAL

(€) Batería de aerrorefrigerantes (compuesta por 4) para conseguir un salto térmico de 137,7 ºC a 85ºC. Los tubos serán de acero SA-106 y las aletas de aluminio.

1 204.000 204.000

Intercambiador de calor tipo AKT (Reboiler). Carcasa construida de acero al carbono SA-285 de 0,203 m de diámetro. Tubos de acero al carbono SA-106 de 0,0135 m de diámetro interior.

1 10.000 10.000

Intercambiador de calor de carcasa y tubos 1-2 cuya carcasa es de acero SA-285 con un diámetro de carcasa de 0,203 m y tubos hechos de acero SA-106 con un diámetro interno de 0,0135 m y 2,438 m de longitud.

1 18.360 18.360

Acumulador de reflujo de acero al carbono SA-285 de 17,1816 m de longitud y 2,438 m de diámetro.

1 69.287 69.287


4 163.692 654.768


4 163.600 654.400


4 56.352 225.408

TOTAL (€) 1.996.650

En lo que respecta a las unidades secundarias del proceso. También habrá que analizar la partida presupuestaria necesaria para:

1. Bombas. 2. Válvulas y accesorios. 3. Tuberías. 4. Instrumentos de control.



Bombas.

Tabla IX: Precio de Bombas.


UNITARIO (€)

PRECIO GLOBAL

(€) Bomba de impulsión Combibloc

modelo 125-125 de 6 polos y 50 Hz. 2 10.000 20.000

Bomba de impulsión Combichem modelo 25-125 de 1500 rpm. 2 20.000 40.000

Bomba de impulsión Combipro modelo 100A-160 de 1500 rpm 2 180.000 360.000

Bomba de impulsión Combipro modelo 40A-125 de 1500 rpm 2 75.000 150.000

TOTAL (€) 570.000

Válvulas.

Tabla X: Precio Válvulas.


UNITARIO (€)

PRECIO GLOBAL

(€) Válvula de globo de acero al carbono SA-106 DN 3/8 1 80 80 Válvula de globo de acero al carbono SA-106 DN 1 ¼ 1 2.00 200 Válvula de globo de acero al carbono SA-106 DN 10 2 1.200 2.400 Válvula de globo de acero al carbono SA-106 DN 20 1 1.900 1.900 Válvula de compuerta de acero al carbono SA-106 DN ¾ 1 24 24 Válvula de compuerta de acero al carbono SA-106 DN 1/4 1 40 40 Válvula de compuerta de acero al carbono SA-106 DN 5 1 60 60 Válvula de compuerta de acero al carbono SA-106 DN 10 3 90 270 Válvula de retención de acero al carbono SA-106 DN 3/8 1 5 5 Válvula de retención de acero al carbono SA-106 DN ¾ 1 12 12 Válvula de retención de acero al carbono SA-106 DN 3 1 30 30



Válvula de reducción de acero al carbono SA-106 DN 1/8 1 1.250 1.250 Válvula de reducción de acero al carbono SA-106 DN 3/8 1 1.400 1.400 Válvula de reducción de acero al carbono SA-106 DN 5 1 1.730 1.730 Válvula de reducción de acero al carbono SA-106 DN 24 1 2.440 2.440 Codo de 90º DN 3/8 5 40 200 Codo de 90º DN ¾ 3 55 165 Codo de 90º DN 1 ¼ 2 74 148 Codo de 90º DN 5 9 114,4 1.029,6 Codo de 90º DN 6 1 120,4 120,4 Codo de 90º DN 10 2 315,6 631,2 Codo de 90º DN 20 3 625,5 1.876,5 Codo de 90º DN 24 1 785,3 785,3 Codo 45º DN 3/8 4 32,7 130,8 Codo 45º DN 5 8 107,8 862,4 Te DN 3/8 1 15 15 Te DN ¾ 2 23,4 46,8 Te DN ¼ 1 43,6 43,6 Te DN 5 2 146,38 292,76 Te DN 10 2 246,87 493,74

TOTAL (€) 18.682,1

Conducciones.

Tabla XI: Tuberías.

Diámetro tubería

Longitud (m)

Precio Unitario (€·m-1)

Precio Total

DN 1/8 3 1,4 4,2 DN 3/8 39,108 2,2 86,0 DN 3/4 42,326 4,7 198,9

DN 1 1/4 39,326 6,6 259,6 DN 5 36,18 30 1085,4 DN 6 9 36 324,0 DN 10 6 43 258,0 DN 20 31,326 79 2474,8 DN 24 10,5 178,9 1878,5

Total (€) 6.569,3



Aislante de equipos.

Tabla XII: Material aislante equipos.

DESCRIPCIÓN SUPERFICIE (m2)

PRECIO UNITARIO

(€/m)

PRECIO GLOBAL

(€) Capa de lana de roca de 80 mm de espesor con chapa de aluminio. 65,867 6,27 412,992

TOTAL (€) 412,992

Aislante para conducciones.

Tabla XIII: Material aislante para conducciones.


PRECIO UNITARIO

(€/m)

PRECIO GLOBAL

(€) Capa de lana de roca de 30 mm

de espesor con chapa de aluminio. 24 4,02 96,48

Capa de lana de roca de 50 mm de espesor con chapa de aluminio. 75,9 5,58

Capa de lana de roca de 40 mm de espesor con chapa de aluminio. 501,876 4,68 2.348,780

Capa de lana de roca de 80 mm de espesor con chapa de aluminio. 24 23,304 559,296

TOTAL (€) 3.602,592



2.4. Presupuesto de ejecución material (P.E.M.).

Tabla XIV: Presupuesto de ejecución material.

PARTIDAS CANTIDAD (€) Unidades principales 1.996.650 Unidades auxiliares 570.000 Válvulas y accesorios 18.682,1 Tuberías 6.569,3 Aislamiento 3.602,592

P.E.M. 2.595.504

2.5. Presupuesto de ejecución por contrata (P.E.C.).

Tabla XV: Presupuesto de ejecución por contrata.

CONCEPTO CANTIDAD (€) P.E.M. 2.595.504 Gastos generales (13 %) 337.797,2 Beneficio industrial (6 %) 155.906,4 Obra civil (26,8%) 695.595 I.V.A. (16 %) 415.750,4

P.E.C.(€) 4.251.436



CAPÍTULO 3: Costes generales.

Se determina como la suma de los costes de fabricación y de gestión de la línea de proceso, obteniendo así los costes de producción.

Costes de fabricación.

Se consideran los siguientes:

1. Materias primas. 2. Mano de obra directa. 3. Mano de obra indirecta. 4. Honorarios de proyecto y dirección de montaje. 5. Servicios generales.

Costes de gestión.

Se consideran:

1. Costes de gerencia. 2. Costes de obra civil. 3. Gastos comerciales.

3.1. Costes de fabricación.

3.1.1. Costes de materia prima.

Como se ha mencionado a lo largo del presente proyecto, tanto en la memoria como en los anexos, la alimentación de materia prima es una mezcla procedente de una unidad anterior. Al ser un proceso encadenado, la alimentación no supondrá coste alguno.

3.1.2. Coste de mano de obra directa.

Será el coste derivado de los salarios de operarios, técnicos y otros profesionales. Como se mencionó en la introducción esta partida



presupuestaria no se tendrá en cuenta puesto que ya forman parte del personal de la planta.

3.1.3. Costes de mano de obra indirecta.

Del mismo modo que para la mano de obra directa, se establece la siguiente relación para esta mano de obra. Se sigue el mismo criterio, por lo que no se contempla esta partida.

3.1.4. Honorarios del proyectista y dirección de montaje.

Se compone de los siguientes elementos proyecto, dirección de obra y gestión de compra de equipos. Será el 7% del presupuesto de ejecución por contrata (P.E.C.).

� � �� €

3.1.5. Servicios generales.

Corresponden al agua de refrigeración, vapor de calefacción y electricidad.

Agua.

El precio del agua del término municipal donde se va a instalar es de 0,69 €·m-3. Solo se requerirá agua de refrigeración en el intercambiador de calor IC-02 de la corriente de colas, donde se requiere un caudal de 61,569 m3·h-1.

��

��

�

��

��

��

�

��



Vapor.

Se requiere en las unidades de intercambio de calor de alimentación (IC-01) y el reboiler, con un caudal total de 132,756 kg·h-1. Se calcula a través de:

� !"#$ � � � %�&� ��'( ��

Donde:

1. �) Consumo de vapor de agua (kg3·año-1). 2. %�&) Poder calorífico del vapor (411 kcal·kg-1). 3. ��'( �) Coste del kWh de electricidad consumido para generar

ese vapor de agua (0,112 €·kWh-1).

De manera que el consumo será de 61.958,995 €·año-1.

Electricidad.

Para calcular la electricidad necesaria se considera la consumida por los ventiladores de los aerorrefrigerantes y las bombas.

Tabla XVI: Potencia de bombas.

Bomba Potencia (W)

B-01 38,129 B-03 7,399 B-05 41,865 B-07 0,905 Total 88,30

Este será el consumo total de las bombas, el de los ventiladores será de 11.429,586 W·h-1. Sumando ambas se obtiene un consumo de



329.309,59 W·h-1. Si funcionan durante 334 días al año, coste del consumo será de:

� � ��

��

Por lo que los costes de los servicios generales son de:

� � ��

��

3.2. Costes de gestión.

3.2.1. Gastos comerciales.

Corresponden al 4% de la partida del coste de fabricación, por lo que:

� � ��

��

No se consideran los costes de gerencia al estar el proceso integrado dentro de la refinería.

3.3. Costes netos totales.

Será la suma de los costes de fabricación y gestión:

� � � ��

��



CAPÍTULO 5: Resumen.

Para poder hacer funcionar la planta se han de asumir los siguientes costes:

Costes de Inmovilizado.

CONCEPTO CANTIDAD (€) P.E.M. 2.595.504 Gastos generales (13 %) 337.797,2 Beneficio industrial (6 %) 155.906,4 Obra civil (26,8%) 695.595 I.V.A. (16 %) 415.750,4

P.E.C.(€) 4.251.436

Costes de arranque de la planta.

Ascienden a la cifra de:

� � � ��

��

PRESUPUESTO……...……………………………………………5.014.746 €

El PRESUPUESTO del proyecto Diseño de una columna de rectificación para la purificación de Tolueno asciende a una cantidad total de “CINCO MILLONES CATORCEMIL SETECIENTOSCUARENTA Y SEIS euros”. Noviembre 2.010 Fdo: Ignacio Gutiérrez Gamero

diseño de una columna de rectificación para la purificación del tolueno a partir de una mezcla de...

Documents