Universidad Nacional Experimental del TáchiraVicerrectorado Académico

Decanato de DocenciaDepartamento de Ingeniería Mecánica

Trabajo de Aplicación ProfesionalPasantías Profesionales

Diseño de la red de suministro de gas para la instalación de dos Turbogeneradores a gas Solar Centaur T4500 de 2,5 MW c/u. en el Molino de Caracas CARTOVEN.

SMURFIT KAPPA CARTONES NACIONALES S.ALapso 2012 - II

Autor: Rugeles Pabón, Joseph Noel

Cédula de Identidad: V- 19.502.772

Correo electrónico: joseph_noel5@hotmail.com

Teléfono: 0416 – 0499576 / 0276 - 5141513

Tutor: Rosales Blanco, Wilber Michael

Correo electrónico: wrosales@unet.edu.ve

San Cristóbal, Abril 2015

Universidad Nacional Experimental del TáchiraVicerrectorado AcadémicoDecanato de DocenciaDepartamento de Ingeniería Mecánica Trabajo de Aplicación Profesional

Diseño de la red de suministro de gas para la instalación de dos Turbogeneradores a gas Solar Centaur T4500 de 2,5 MW c/u. en el Molino de Caracas CARTOVEN.

Autor: Joseph Noel, Rugeles PabónTutor: Wilber RosalesSan Cristóbal, Junio de 2013

RESUMEN

En el presente trabajo de aplicación profesional se realizó el diseño de la red de suministro de gas que requieren dos Turbogeneradores Solar Centaur T4500 de 2,5 MW cada uno para ser instalados en el Molino de Caracas (División de Smurfit Kappa Cartón de Venezuela, S.A). La causa que motivo este diseño fue la necesidad de garantizar el suministro de combustible (gas natural) a las turbinas, hecho que es fundamental para su funcionamiento. El objetivo del proyecto fue ofrecer las especificaciones requeridas por los componentes de la red y los planos que serían utilizados durante la fase de construcción, esto mediante un tipo de investigación descriptiva y un diseño de investigación de campo y documental. Para esto fue necesario hacer un estudio de las necesidades de la empresa y realizar la planeación metódica, determinando que la primera fase era seleccionar el compresor requerido, luego diseñar los planos tanto de los turbogeneradores como de la red existente de suministro de gas, concluyendo con el diseño de la red de gas requerida en el Molino de Caracas, que incluye el trazado más optimo de la ruta de tuberías, la selección de los diversos accesorios de la red, y las especificaciones de estos. Todo esto se realizó con el uso de bibliografía específica en diseño de redes de gas, selección y cálculo de compresores, y algunas secciones del código ASME correspondientes a tuberías de gas, accesorios y bridas, además de todos los conocimientos adquiridos en las ramas de mecánica de fluidos, resistencia de materiales, diseño mecánico y plantas de potencia.

Palabras claves: turbogenerador a gas, red de tuberías, compresor de gas, planos isométricos.

Índice general

PáginaCapítulo 1: Introducción

Identificación de la empresa................................................................................1 Descripción................................................................................................1 Reseña histórica.........................................................................................2 Misión........................................................................................................3 Visión.........................................................................................................3

Descripción del proceso productivo...........................................................3Organigrama........................................................................................................6

Identificación del área de trabajo.........................................................................7Descripción de la situación actual.......................................................................8 Identificación del problema.................................................................................8

Proyecto u oportunidad........................................................................................9 Objetivo general...................................................................................................9

Objetivos específicos...........................................................................................9 Justificación e importancia................................................................................10

Alcance..............................................................................................................10 Capítulo 2: Fundamentos Teóricos

Antecedentes......................................................................................................11Bases teóricas.....................................................................................................12

Turbogenerador a gas................................................................................12Turbina de gas...........................................................................................13

Proceso termodinámico....................................................................13Funcionamiento................................................................................13Partes y componentes principales....................................................13

Red de tuberías..........................................................................................16Tubería.............................................................................................16Tubería sin costura...........................................................................17Tubería con costura..........................................................................17Soldadura de tuberías.......................................................................17Soportes............................................................................................17Tipos de soportes.............................................................................18Estación de regulación de presión....................................................19Equipos de limpieza de gas..............................................................19Filtro de polvo..................................................................................20Separador gas-líquido......................................................................21Válvulas...........................................................................................22Especificaciones de una válvula......................................................23Válvula de compuerta......................................................................23

Válvula de globo..............................................................................24Válvula macho.................................................................................25Válvula bola.....................................................................................25Válvula mariposa.............................................................................26Brida.................................................................................................26Tipos de bridas.................................................................................27Empaquetaduras...............................................................................28

Compresor.................................................................................................30Compresor reciprocante............................................................................31Compresor rotatorio..................................................................................32Compresor de tornillo...............................................................................33Compresor de lóbulo recto........................................................................33Compresor de paleta deslizante................................................................34Eyectores...................................................................................................35Compresor centrífugo...............................................................................35Compresor axial........................................................................................36ASME.......................................................................................................37ASME B31................................................................................................37ASME B16................................................................................................38

Capítulo 3: Proceso MetódicoTipo de Investigación.........................................................................................40Diseño de la Investigación.................................................................................40Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos............................................41

Información bibliográfica.........................................................................42Entrevistas no estructuradas……………………………………………..42Observación directa……………………………………………………...42

Procedimiento metodológico.........................................………………………43Plan de Trabajo

Capítulo 4: Desarrollo y Resultados del Plan de TrabajoDesarrollo de las etapas del proyecto.................................................................47Selección del compresor requerido en CARTOVEN........................................47Elaboración del plano de los turbogeneradores.................................................59Elaboración de los planos isométricos de la red actual de suministro de gas de los turbogeneradores..........................................................................................62Diseño de la red de de suministro de gas de los turbogeneradores para su instalación en CARTOVEN...............................................................................67

Capítulo 5: Discusión y análisis de los resultadosConclusiones......................................................................................................83

Anexos........................................................................................................................86

Referencias Bibliográficas........................................................................................110Índice de Tablas y Figuras

Tabla1 Composición y propiedades del gas de suministro en CARTOVEN.......522 Caída total de presión................................................................................553 Comparación entre tipos de compresores.................................................574 Comparación entre tipos de motores para los compresores......................585 Cálculos del espesor de la tubería para los diámetros de la red................736 Schedule requerido por las tuberías y accesorios para soportar la presión

de diseño...................................................................................................747 Distancia entre soportes............................................................................748 Materiales más adecuados para las empaquetaduras................................769 Especificaciones de pernos requeridos por las uniones bridadas..............7710 Datos de bridas y pernos...........................................................................7011 Datos de las empaquetaduras....................................................................8012 Cálculos de constantes de rigidez.............................................................8013 Cálculo de torque mínimo de apriete........................................................8014 Lista de materiales requeridos..................................................................82

Figura 1 Proceso general de fabricación de la cartulina recubierta...........................6 2 Organigrama...............................................................................................7 3 Turbogeneradores Solar Centaur T4500 y Caldera de Recuperación en la

parte trasera..............................................................................................12 4 Vista en corte de la Turbina Solar Centaur T4500...................................15 5 Generador de la Turbina Solar Centaur T4500.........................................16 6 Soporte rígido con holgura lateral.............................................................18 7 Soporte rígido vertical...............................................................................18 8 Soporte tipo anclaje...................................................................................18 9 Soporte tipo pilar o durmiente..................................................................19 10 Filtros vertical y horizontal.....................................................................20 11 Vista de corte de un separador vertical.....................................................22 12 Válvula de compuerta...............................................................................24 13 Válvula de globo.......................................................................................24 14 Válvula macho..........................................................................................25 15 Válvula de bola.........................................................................................25 16 Válvula de mariposa.................................................................................26 17 Tipos de compresores...............................................................................31 18 Compresor Reciprocante de simple acción de tres etapas........................32 19 Corte de un compresor rotatorio de lóbulo helicoidal..............................33 20 Ciclo de operación de un compresor rotatorio de lóbulo recto.................34

21 Sección transversal de un compresor de paleta deslizante........................34 22 Sección transversal de un eyector.............................................................35 23 Compresor centrífugo multi-etapa............................................................36 24 Compresor de flujo axial...........................................................................37 25 Gráfico de funcionamiento de una turbina Solar Centaur T4500.............49 26 Factor de corrección por altitud................................................................50 27 Rango de aplicación de los diferentes compresores.................................56 28 Plano de la vista lateral izquierda de un Turbogenerador.........................61 29 Plano de la Estación de filtrado de gas y separación gas-líquido de la red

actual de gas..............................................................................................63 30 Plano de la continuación de la red actual y lista de accesorios del sistema

...................................................................................................................64 31 Plano de la sección de acople con las turbinas de la red actual de

suministro de gas.......................................................................................65 32 Plano en 3D de la red actual de suministro de gas....................................66 33 Plano de la red de suministro de gas para la re-instalación de los

turbogeneradores en CARTOVEN...........................................................68 34 Acumulador de gas (pulmón) para la nueva red de gas............................69 35 Compresor de gas seleccionado para la nueva red de gas........................70 36 Ubicación futura de los turbogeneradores en CARTOVEN.....................71 37 Empaquetadura de Butadieno-Estireno.....................................................76 38 Empaquetadura de Neopreno reforzada con nylon...................................77