5001-4-MC-001 MECANICA-PIPING MEMORIA DE CALCULO BOMBAS DE PROCESO Para Jefe de Especialidad Jefe de Proyecto Gerente de Ingeniería Cliente REV. EMITIDO PARA PREPARADO POR APROBADO POR CLIENTE FECHA COMENTARIOS CLIENTE
5001-4-MC-001
MECANICA-PIPING
MEMORIA DE CALCULO BOMBAS DE PROCESO
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ÍNDICE
1. GENERAL 4
1.1 INTRODUCCIÓN 4
1.2 UBICACIÓN 4
1.3 NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS 5
1.4 DEFINICIONES Y ABREVIATURAS 5
2. REQUERIMIENTOS GENERALES 6
2.1 UNIDADES 6
2.2 PLANOS 6
3. CALCULO DE BOMBAS CENTRIFUGAS 7
3.1 CRITERIOS DE DISEÑO 7
3.2 FORMULAS DE CÁLCULO HIDRÁULICO 7
3.3 CONDICIONES DE DISEÑO GENERAL 9
3.4 CUADRO DE RESULTADOS 13
4. ANEXOS 14
4.1 GRAFICO HR (COEFICIENTE DE CORRECCION) 14
4.2 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN REFINO 15
4.3 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN PLS 16
4.4 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ORGANICO 17
4.5 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN AGUA PROCESO 18
4.6 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN AGUA POTABLE 19
4.7 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN SOLVENTE 20
4.8 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ELECTROLITO 21
4.9 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RETENCION 22
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4.10 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ACIDO SULFURICO 23
4.11 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN PISCINA PLS 24
4.12 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN POZO SUMIDERO 25
4.13 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RECHAZO CENTRIFUGA 26
4.14 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RECEPTOR DE PULPA 27
4.15 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN LAVADOR DE CRISTALES 1 28
4.16 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN LAVADOR DE CRISTALES 2 29
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1. GENERAL
1.1 INTRODUCCIÓN
Solenor S.A ha solicitado a Mabenko Ltda. el desarrollo de una Ingeniería Conceptual y Detalle para el proyecto denominado Planta Sulfato de Cobre Pentahidratado.
La Planta SX/CX, que tiene por objeto la producción de sulfato de cobre, será construida dentro de las instalaciones de Solenor S.A. ubicadas en el Km. 28 de la Ruta CH 31, Tercera Región, Provincia y Comuna de Copiapó. La planta funcionará mediante procesos de extracción por solventes y de cristalización, con una producción nominal de 100 ton/mes de cobre.
El desarrollo de la ingeniería contempla el diseño de equipos para el proceso, estanques, layout de planta, obras civiles, cálculo estructural, galpones, proyecto eléctrico, piping y válvulas, sistema de bombeo, sistema de agitación, instrumentación y control, sistema mecánico, instalaciones auxiliares, pozos, sala de control, sala de distribución.
1.1.1 Objetivo
Desarrollar la Memoria de Cálculo de Bombas de Proceso, con el fin de que esta cumpla con todos los requerimientos de caudal y presión para el normal funcionamiento de la Planta SX/CX.
1.1.2 Alcance
El documento abarca todos los sistema de impulsión por bombas centrifugas de la Planta SX/CX.
1.2 UBICACIÓN
La Ingeniería del proyecto, se debe diseñar bajo un requerimiento de operación continua y servicio pesado sujeto a las siguientes condiciones ambientales:
Ubicación Planta
:
Camino internacional km.28, sector quebrada de paipote, Copiapó Tercera región de atacama. Ubicada en los 27º 18´ de latitud sur, con 70º 25´ de longitud oeste.
Elevación media : 291 metros sobre nivel del mar
Clima : Desértico marginal bajo, elevadas temperaturas durante el día, bajas temperaturas durante la noche.
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Temperatura : Amplitud térmica diaria de 14 grados aprox., tanto en verano como invierno.
1.3 NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS
HI Hydraulic Institute
ISO International Organization for Standardization
ASME American Society of Mechanical Engineers.
ANSI American National Standard Institute.
API American Petroleum Institute.
Bibliografía Utilizada
MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS, Claudio Mataix
TUBERIA Y FITIING HDPE, Vinilit.
DIMENSIONAMIENTO BOMBAS CENTRIFUGAS, KSB
1.4 DEFINICIONES Y ABREVIATURAS
Las definiciones y abreviaturas que aplican a este documento son las siguientes:
MBK Mabenko Ltda.
Re Número de Reynold
Rugosidad del Material (mm)
d Diámetro Interno de la Cañeria (mm)
L Longitud de Cañería (m)
V velocidad del flujo (m/s)
g aceleración de gravedad (m/s2)
Viscosidad dinámica del fluido (kg/m s)
Factor de Fricción
K Coeficiente de pérdida de carga
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Q Caudal de fluido (m3/h)
A Área transversal de Cañería
H Rendimiento Hidráulico de bomba
2. REQUERIMIENTOS GENERALES
2.1 UNIDADES
Todas las unidades de medida que se utilicen en el desarrollo del objetivo del documento, deben estar basadas en el Sistema Internacional de medidas (SI). En informes, como en planos, siempre que ello sea posible.
Este requisito no se aplicará a documentos y/o planos de equipos o instalaciones de procedencia extranjera que están ya definidos o normalizados en unidades inglesas, aunque sí se exigirá el cumplimiento de unidades en el sistema internacional en su dimensionamiento general o de componentes en los planos de disposición.
En los cálculos podrán emplearse unidades métricas o unidades inglesas, según la práctica habitual de ingeniería en la materia correspondiente, sin embargo, los resultados deberán presentarse en unidades del sistema internacional.
2.2 PLANOS
Tabla 2.2.1 Listado de Planos que aplican al documento.
NOMBRE DEL PLANO CÓDIGO CLIENTE
Disposición General Cañerías Área CX Lamina 1 de 2 5001-4-PL-0024L1
Disposición General Cañerías Área CX Lamina 2 de 2 5001-4-PL-0024L2
Disposición General Cañerías Área TK Lamina 1 de 3 5001-4-PL-0026L1
Disposición General Cañerías Área TK Lamina 2 de 3 5001-4-PL-0026L2
Disposición General Cañerías Área TK Lamina 2 de 3 5001-4-PL-0026L3
Disposición General Cañerías de Piscinas Refino y PLS 5001-4-PL-0027
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3. CALCULO DE BOMBAS CENTRIFUGAS
3.1 CRITERIOS DE DISEÑO
El procedimiento de diseño utilizado corresponde a recomendaciones de fabricantes y literatura especializada en el cálculo y diseño de circuitos hidráulicos.
Para cañerías con flujos bombeados sin presencia o bajo contenido de sólidos en suspensión (10%), la velocidad estará en el rango de 1.0 a 2.0 m/s.
Para cañerías de ácido sulfúrico, la velocidad será igual o menor a 0.5 m/s.
Las cañerías de impulsión con Sólidos en suspensión serán diseñadas usando velocidades de al menos 1,5 m/s. y hasta un máximo de 3.0 m/s.
Los espesores de pared en cañerías de HDPE se seleccionara de acuerdo con la norma ISO 12162 y considerara la presión de trabajo, temperatura máxima de funcionamiento.
Se aplicarán factores de seguridad de 1,2 (20%) sobre las Pérdidas totales en la tubería de succión/descarga y un incremento de un 10% sobre la presión total requerida (TDH).
3.2 FORMULAS DE CÁLCULO HIDRÁULICO
3.2.1 Formulas de Altura de Impulsión (TDH)
SPgeo HHHTDH
succiondescgeo HHH arg
3.2.2 Factor de fricción (Swamee e Jain)
2
9.0Re
74.5
71.3
1log*2
1
d
f
3.2.3 Pérdida de carga primarias (Darcy-Weisbach)
g
V
d
LfH P 2
*2
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3.2.4 Pérdida de carga Secundarias
g
VKH S 2
*2
3.2.5 Coeficiente de Reynolds
dV *
Re
3.2.6 Potencia absorbida por la bomba
H
TDHQgP
*3600
***
3.2.7 NPSH disponible
succionsuccperdva
d HHg
PPNPSH
3.2.8 Altura corregida de Pulpa
CsHR
TDHTDH c *
HR factor de corrección por efecto de sólidos en la pulpa HR(d50, S, Cp) según grafico Anexo 4.1(Mac Elvain y Cave).
d50 diámetro medio de partículas a transportar [mm] S gravedad específica de los sólidos. Cs coeficiente de seguridad; 0,9 pulpa no espumosa (relaves) 0,7 pulpa espumosa (concentrados) Concentración de sólidos en peso (Cp) y en volumen (Cv).
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3.3 CONDICIONES DE DISEÑO GENERAL
3.3.1 General
Altura geografía : 291 msnm Temperatura Ambiental : 0-30°C Presión atmosférica : 97595.8 Pa Rugosidad () : 0.02 mm HDPE : 0.046 mm Acero Carbono
3.3.2 Bomba de Impulsión REFINO (100-BP-001/002)
Fluido : REFINO Densidad del fluido : 1170 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 2-3 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 1.77 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 4.3 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 11 m3/h
3.3.3 Bomba de Impulsión PLS (100-BP-003/004)
Fluido : PLS Densidad del fluido : 1170 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 2-3 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 1.7 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 2.9 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 11 m3/h
3.3.4 Bomba de Impulsión ORGANICO (100-BP-005/006)
Fluido : ORGANICO Densidad del fluido : 900 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 4-5 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 2 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 10 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 21 m3/h
3.3.5 Bomba de Impulsión AGUA PROCESO (100-BP-007/008)
Fluido : Agua Industrial Densidad del fluido : 1000 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 2 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 2,87 m (desde el eje de bomba)
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Caudal (Q) : 1 m3/h
3.3.6 Bomba de Impulsión AGUA POTABLE (100-BP-009/010)
Fluido : Agua Potable Densidad del fluido : 1000 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 0.5 m (mínima desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 5,6 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 5 m3/h
3.3.7 Bomba de Impulsión SOLVENTE (100-BP-011)
Fluido : SOLVENTE (isoparafinico) Densidad del fluido : 820 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1-2 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 0.5 m (mínima desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 2.6 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 1.2 m3/h
3.3.8 Bomba de Impulsión ELECTROLITO (100-BP-012/013)
Fluido : ELECTROLITO Densidad del fluido : 1200 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1-2 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 2.8 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 10.1 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 10 m3/h
3.3.9 Bomba de Impulsión RETENCION (100-BP-012/013)
Fluido : RETENCION (Refino, Electrolito, Orgánico) Densidad del fluido : 1200 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1-2 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 0.2 m (mínima desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 3 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 11 m3/h
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3.3.10 Bomba de Impulsión ACIDO SULFURICO (100-BP-012/013)
Fluido : ACIDO SULFURICO Densidad del fluido : 1.84 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 20-30 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 0.2 m (mínima desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 3 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 11 m3/h
3.3.11 Bomba de Impulsión (balsa) PISCINA PLS (100-BP-017/018)
Fluido : PLS Densidad del fluido : 1170 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 2-3 Cp Altura succión estática (Hsucción) : -1.2 m (desde la piscina) Altura de descarga (Hdescarg) : -3.5 m (desde la piscina) Caudal (Q) : 11 m3/h
3.3.12 Bomba de Impulsión POZO RECOLECTOR (100-BP-019)
Fluido : RETENCION (Derrames de Soluciones) Densidad del fluido : 1200 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 2-3 Cp Altura succión estática (Hsucción) : -1.0 m (desde el piso) Altura de descarga (Hdescarg) : 3.5 m (desde el piso) Caudal (Q) : 11 m3/h
3.3.13 Bomba de Impulsión RECHAZO CENTRIFUGA (300-BP-007/008)
Fluido : ELECTROLITO Densidad del fluido : 1200 kg/m3 Temperatura fluido : 25°C Viscosidad fluido : 1-2 Cp Altura succión estática (Hsucción) : 0.7 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 5.95 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 1.02 m3/h
3.3.14 Bomba de Impulsión RECEPTOR DE PULPA (300-BP-001/002)
Fluido : PULPA Densidad : 1500 kg/m3 Cv : 20% v/v d50 : <0.15 mm Densidad solido : 2280 Densidad liquido : 1200
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Cs : 0.9 (pulpa no espumosa) Hr : 0,91 (según Grafico Anexo 4.1) Temperatura fluido : 25°C Altura succión estática (Hsucción) : 0.7 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 4.57 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 1.02 m3/h
3.3.15 Bomba de Impulsión LAVADOR DE PULPA 1 (300-BP-003/004)
Fluido : PULPA Densidad : 1740 kg/m3 Cv : 30% v/v d50 : <0.15 mm Densidad solido : 2280 Densidad liquido : 1200 Cs : 0.9 (pulpa no espumosa) Hr : 0,88 (según Grafico Anexo 4.1) Temperatura fluido : 25°C Altura succión estática (Hsucción) : 3.0 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 4.57 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 1.02 m3/h
3.3.16 Bomba de Impulsión LAVADOR DE PULPA 2 (300-BP-005/006)
Fluido : PULPA Densidad : 1740 kg/m3 Cv : 40% v/v d50 : <0.15 mm Densidad solido : 2280 Densidad liquido : 1200 Cs : 0.9 (pulpa no espumosa) Hr : 0,85 (según Grafico Anexo 4.1) Temperatura fluido : 25°C Altura succión estática (Hsucción) : 3.0 m (desde el eje de bomba) Altura de descarga (Hdescarg) : 5.7 m (desde el eje de bomba) Caudal (Q) : 1.02 m3/h
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3.4 CUADRO DE RESULTADOS
Tabla 3.4.1 Cuadro de bombas, TDH y Caudales
SERVICIO CAUDAL DE DISEÑO
PRESIÓN MINIMA REQUERIDA
NPSHd SELECCIÓN DE BOMBA
Impulsión desde TK Refino
11 m3/H 13,13 mcf 11,35 m
Q= 11 m3/h TDH= 14mcf NSPHd= 11 m
Impulsión desde TK PLS
11 m3/H 8,77 mcf 11,27 m
Q= 11 m3/h TDH= 9mcf NSPHd= 11 m
Impulsión desde TK Orgánico
21 m3/H 16,56 mcf 11,32 m
Q= 21 m3/h TDH= 17mcf NSPHd= 11 m
Impulsión desde TK Agua Proceso
1 m3/H 3,98 mcf 11,67 m
Q= 1 m3/h TDH= 4mcf NSPHd= 11 m
Impulsión desde TK Agua Potable
5 m3/H 16,12 mcf 10,07 m
Q= 5 m3/h TDH= 17mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde TK Solvente
1,2 m3/H 4,42 mcf 10,07 m
Q= 1,2 m3/h TDH= 5mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde TK Electrolito
10 m3/H 22,07 mcf 12,37 m
Q= 10 m3/h TDH= 23mcf NSPHd= 12 m
Impulsión desde TK Retención
11 m3/H 6,78 mcf 9,77 m Q= 11 m3/h TDH= 7mcf NSPHd= 9 m
Impulsión desde TK Acido Sulfúrico
1 m3/H 4,27 mcf 10,24 m
Q= 1 m3/h TDH= 5mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde piscina PLS
11m3/H 8,41 mcf 10,17 m
Q= 11 m3/h TDH= 9mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde Pozo Sumidero
11m3/H 5,91 mcf 10,17 m
Q= 11 m3/h TDH= 6mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde TK Rechazo de centrifuga
1,02 m3/H 7,31 mcf 10,27 m
Q= 1,02 m3/h TDH= 8mcf NSPHd= 10 m
Impulsión desde TK Receptor Pulpa
1,25 m3/H 14,13 mcf 9,97 m Q= 1,25 m3/h TDH= 15mcf NSPHd= 9 m
Impulsión desde TK Lavador de Cristales 1
1 m3/H 8,26 mcf 12,67 m
Q= 1 m3/h TDH= 9mcf NSPHd= 12 m
Impulsión desde TK Lavador de Cristales 2
1 m3/H 18,05 mcf 12,67 m
Q= 1 m3/h TDH= 19mcf NSPHd= 12 m
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4. ANEXOS
4.1 GRAFICO HR (COEFICIENTE DE CORRECCION)
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4.2 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN REFINO
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4.3 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN PLS
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4.4 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ORGANICO
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4.5 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN AGUA PROCESO
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4.6 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN AGUA POTABLE
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4.7 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN SOLVENTE
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4.8 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ELECTROLITO
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4.9 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RETENCION
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4.10 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN ACIDO SULFURICO
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4.11 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN PISCINA PLS
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4.12 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN POZO SUMIDERO
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4.13 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RECHAZO CENTRIFUGA
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4.14 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN RECEPTOR DE PULPA
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4.15 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN LAVADOR DE CRISTALES 1
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4.16 TABLA DE CALCULO IMPULSIÓN LAVADOR DE CRISTALES 2