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N° SPCC: 385304-AT04-A

N° BISA: MC-023GP0040Y-385304-05-004

PARA EL PROYECTO:

ÁREA 3853 - TRANSPORTE SERVICIOS GENERALES

JOB No. 3853-04

Rev.Originado por: Revisado y aprobado por:

Fecha Originador Revisado por Aprobado por Fecha División Nombre Firma

A 2023/04/21 A. Sotelo V. Cortez A. Fuentes C.I.P J. Laura

C.I.P F. Santa Cruz

C.I.P A. Lastra

SOUTHERN PERU COPPER CORPORATIONINGENIERÍA DE PLANTA – OFICINA CENTRAL DE PROYECTOS

MEMORIA DE CÁLCULO DESCARGA DE ÁCIDO - LESDE

TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALA

ÍNDICE

Pág.

1 ALCANCE………………………..………………………………….………………………………………… 3

2 OBJETIVOS………………………………...……..………..……..……………………………………… 3

3 BASES DE CÁLCULO…………………...……………...………………………………..………… 3

4 MATERIALES……………………………………………....…………………...…………………………. 3

5 CONSIDERACIONES ………………………………………..………………………………..………… 3

6 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL……………………………………………………...…………… 3

7 RESULTADO………………………………..………………..…………………...…………………… 4

8 CONCLUSIONES………………………………..……………………………...……….…………… 4

9 NOTAS…………………………………….………………………..………………….…………………. 4

10 ANEXOS…………………………………..…………..……………………….……………………….. 4

PROYECTO

TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE

ILO - TOQUEPALA



ILO - TOQUEPALA

DOCUMENTO Rev.: A

385304-AT04-A IMPRESO: 2023/04/21 Hoja 2 de 11


1.0 ALCANCE

2.0 OBJETIVOS

3.0 BASE DE CÁLCULOLos cálculos están basados en la información obtenida de los siguientes documentos:

2840122-DA01-0 Condiciones Generales de sitio - Toquepala.

385304-DT01 Criterio de Diseño de Tuberías.

3853-6-1006 Diagrama de Proceso de Flujo (PFD).

3853-6-1009 Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID).

3853-6-1017 Plano Arreglo General de Tuberías - Toquepala.

- El cálculo efectuado está detallado en El Anexo I. del presente documento.

4.0 MATERIALES

5.0 CONSIDERACIONES

Tabla 5-1: Rango de caudales de operación

Mínimo Nominal Máximo

57.0 63.3 73.4

Los niveles de las instalaciones se presentan a continuación:- Nivel de succión : 3195.5 m.s.n.m.

- Nivel de descarga : 3201.8 m.s.n.m.

- Altura de succión : 0.4 m

- Altura estática : 5.9 m

PROYECTO


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El presente documento establece las consideraciones y los cálculos del dimensionamiento de la tubería para la descarga del ácido débil desde el vagón cisterna de 13 600 galones de capacidad hacia el tanque de almacenamiento 3021-TK-002 de 120 000 galones.

Determinar y dimensionar el diámetro de tubería para la descarga de ácido débil así como el caudal y presión mínima requerida del aire comprimido para la operación.

De acuerdo al Criterio de Diseño de Tuberías y los demás documentos citados, se asumen las siguientes restricciones para el dimensionamiento de :

- Para el cálculo del ADT en los sistemas de descarga se incrementa la pérdida hidráulica total en 12%.

Los materiales y accesorios utilizados en los cálculos están seleccionados de acuerdo al "Criterio de diseño de tuberías" Doc. N° 385304-DT01.

Flujo de Ácido Débil (H2SO4 al 2%)

[ m3/h ] [ m3/h ] [ m3/h ]



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DOCUMENTO Rev.: A




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Parámetros de diseño

- Presión máxima de salida : 2.0 m.c.a

- Gravedad específica : 1.0

- pH : 0.3

Datos Generales- Viscosidad cinemática : 9.96E-07 (@ 20°C)- Densidad del fluido : 1004.00

6.0 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL

Las herramientas computacionales utilizadas son las hojas de cálculos Excel.

7.0 RESULTADOS

Los resultados obtenidos en las hojas de cálculo se resumen a lo siguiente:

Tubería seleccionada

Tubería de descarga acero inoxidable 6" Schedule 40

Espesor de revestimiento No aplica -

Resultados

- 21.0 23.8

Resultados

Aire comprimido 86.2 34.0 345

8.0 CONCLUSIONES

-

-

-

9.0 NOTAS

10.0 ANEXOS

Anexo I - Hoja de Cálculo

PROYECTO

DOCUMENTO Rev.: A

m2/skg/m3

Mínimom.c.f

Nominalm.c.f

Diseñom.c.f

Altura Dinámica Total - ADT2

(Nominal: 30psi / Diseño: 34psi)

Caudal: 01 vagónscfm

Presión requeridapsi

Caudal: 04 vagonesscfm

La tubería seleccionada para el proceso de descarga será de 6" Schedule 40 y en acero inoxidable, sin espesor de revestimiento.

De acuerdo a los resultados, el aire comprimido a 86.2 scfm y a una presión de 34.0 psi deberá ser capaz de impulsar un flujo de diseño de 73.4 m3/h a un ADT de 23.8 m.c.f. para la descarga de un sólo vagón cisterna hacia el tanque de almacenamiento.

La demanda de aire comprimido para la descarga total de los 04 vagones cisterna será de 345 scfm y un tiempo estimado para la descarga de 48 min.

TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALAMEMORIA DE CÁLCULO DESCARGA DE ÁCIDO - LESDE


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Anexo I. Hoja de cálculo

PROYECTO TRANSPORTE DE ÁCIDO DÉBIL DE FUNDICIÓN A LESDE ILO - TOQUEPALA


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DOCUMENTO Rev.: A



Memoria de Cálculo

Tag del equipo: N/A

Servicio: Descarga de ácido débil (H2S04 al 2%)

1.0 INFORMACIÓN GENERAL

Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID): 3021-6-1022 Rev.: A

Arreglo General Planta-Piping: 3021-6-1023 Rev.: A

Arreglo General de Planta: 3021-1-1020 Rev.: A

Arreglo general Secciones: 3021-1-1021 Rev.: A

Flujo mínimo: 57.0 251 gpm

Flujo nominal: 63.3 279 gpm

Flujo de diseño: 73.4 323 gpm

Balance:

Fluido

H2SO4 (al 2%) 73.430 2.0 1004.0

1.1 Propiedades del Fluido

Densidad del Fluido: 1004.0

Viscosidad cinemática: 9.96E-07

Viscosidad dinámica: 0.0010 Pa.s (1.0 centipoise)

Gravedad Específica 1.004

pH: 0.3

Temperatura de operación: 20.0 °C

1.2 Condiciones del sitio

Nivel de succión: 3195.52 m.s.n.m.

Nivel del fluido en cisterna: 3195.92 m.s.n.m.

Nivel de descarga: 3201.79 m.s.n.m.

6.97 m.c.a. = 6.95 m.c.f.

Presión de vapor (p°v): 0.004 m.c.a. = 0.004 m.c.f.

Altura de descarga (Hd): 6.3 m

Altura de succión (Hs): 0.4 m

Altura estática (H): 5.9 m

Gravedad: 9.81

PROYECTO


ILO - TOQUEPALA

(m3/h)

(m3/h)

(m3/h)

Cauda (m3/h)

Presión Requerida (m.c.a)

Densidad (Kg/m3)

kg/m3

m2/s

Presión atmosférica (Patm):

m/s2



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DOCUMENTO Rev.: A




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1.3 Tabla de selección de tuberías

1.3.1 Tramo de descarga ()

Opción - (Pulg.) - (Pulg.) (Pulg.) - (Pulg.) (mm) N° 1 ACERO 4" Schedule 40 4.03 0.00 ACERO 4.03 0.05

N° 2 ACERO 6" Schedule 40 6.07 0.00 ACERO 6.07 0.05

N° 3 ACERO 8" Schedule 40 7.98 0.00 ACERO 7.98 0.05

2.0 ESQUEMA GENERAL

Fig 2.1 Esquema de descarga de ácido débil hacia tanque de almacenamiento

3.0 DATOS DE OPERACIÓN

Vagón Cisterna

Capacidad de Tanque: 13600 Gal

Volumen Vacio: 1360 Gal

12240 Gal

Air Comprimido

Presión de llenado 34.0 psig

Presión de protección 10.0 psig

Presión Condiciones Estandar 14.5 psia

Tiempo de descarga 48.0 min

PROYECTO

Material Tubería

Diámetro Nominal

Schedule / SDR

Diámetro Int. DI

Espesor Revest.

Material Revest.

Diámetro Int. Di'

Rugosidad Absoluta

V Total

V Empty

Volumen de H2SO4: V Full

P2

P1

Tiempo


Vagón cisterna Capacidad : 13600 GAL

383-TK-002 Capacidad :120 000 gal

Aire comprimido

desde compresor

El. 3201.79 m

El. 3193.66 m


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DOCUMENTO Rev.: A


4.0 CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE TUBERÍA

El cálculo del Número de Reynolds:

Donde: V: Velocidad de fluido (m/s)

Diámetro interno de la tubería (m)

v:

El cálculo de pérdidas de fricción por unidad de longitud (J), se realiza con la fórmula de Darcy:

Donde: L: Longitud total de tuberías (m)

f: Factor de fricción

g: Aceleración de la gravedad (m/s²)

El cálculo del factor de fricción (f) se realiza mediante la formula de Colebrook:

Donde: Rugosidad absoluta (m)

f: Factor de fricción

Diámetro interno de la tubería (m)

4.1 TABLA DE SELECCIÓN DE DIÁMETROS DE TUBERÍAS

4.1.1 Primer tramo de descarga

Flujo Diámetro V Re f J

Pulg. m/s - - (m/m)

Opción N° 1

Mínimo 1.927 197831 #VALUE! #VALUE!

Nominal 4" 2.141 219812 #VALUE! #VALUE!

Máximo 2.484 254982 #VALUE! #VALUE!

Opción Nº 2




Opción N° 3




El diámetro seleccionado en la descarga es: 6" pulg.


Di:

Viscosidad Cinemática (m2/s)

ɛ:

Di:

m3/h

Re=VD/ν

h_f=J.L

J=f.(V^2/(2.g.D_i ))

1/√f=-2.log(ε/(3.7D_i )+251/(Re.√f))


ILO - TOQUEPALA

PROYECTO

DOCUMENTO Rev.: A


5.0 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA DEL SISTEMA

5.1 Cálculo de la pérdida de carga total en la descarga del sistema (hD)

Ítem K

Tubería 56.97 0.849 ### 72.34 #VALUE!

Tubería 63.30 0.943 ### 72.34 #VALUE!

Tubería 73.43 1.094 ### 72.34 #VALUE!

Butterfly Valve 56.97 0.849 ### 2 #VALUE!



Elbow 90° 56.97 0.849 ### 7 #VALUE!

Elbow 90° 63.30 0.943 ### 7 #VALUE!

Elbow 90° 73.43 1.094 ### 7 #VALUE!

Elbow 45° 56.97 0.849 ### 2 #VALUE!

Elbow 45° 63.30 0.943 ### 2 #VALUE!

Elbow 45° 73.43 1.094 ### 2 #VALUE!

Swing Check Valve 56.97 0.849 ### 1 #VALUE!



Strainer 56.97 0.849 ### 0 #VALUE!

Strainer 63.30 0.943 ### 0 #VALUE!

Strainer 73.43 1.094 ### 0 #VALUE!

Reducer 56.97 0.849 0.205 1 0.01

Reducer 63.30 0.943 0.205 1 0.01

Reducer 73.43 1.094 0.205 1 0.01

F. Mínimo F. Nominal F. Máximo

Pérdida de carga sin F.S.: #VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.

Pérdida de carga con F.S. de: 12% #VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.


Flujo(m3/h)

Velocidad(m/s)

J (m/m)

Coef. de flujo Cv

Cant. de accesorios

Long. de tubería (m)

Pérdida decarga (m)


ILO - TOQUEPALA

PROYECTO

DOCUMENTO Rev.: A


6.0 CÁLCULO DE LA ALTURA DINÁMICA TOTAL DEL SISTEMA

2.84 psi

1.99 m.c.f. 2.00 m.c.a. 0.20 bar

(Altura Dinámica Total)

F. Mínimo F. Nominal F. Máximo

ADT

#VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.f.

#VALUE! #VALUE! #VALUE! m.c.a.

#VALUE! #VALUE! #VALUE! PSI

#VALUE! #VALUE! #VALUE! Bar

7.0 CÁLCULOS DE LA PRESIÓN MÍNIMA Y DEMANDA DE AIRE COMPRIMIDO

7.1 Cálculo de Volumen de aire requerido para llenar un tanque de vagón cisterna:

Donde: Volumen vacio del tanque (gal)

Presión de llenado (psig)

Presión de llenado (psig)

Psia: Presión del aire condiciones estandar (psia)

Volumen de aire requerido.: Volumen requerido Cisterna Volumen.

gal scf und scf

30952 4138 4 16551

7.2 Cálculo de la presión mínima para el llenado de aire:

Donde: Head: Altura total de descarga (pies)

Sp Gr:


Presión de descarga requerida (PSALIDA):

V Empty:

V Full: Volumen de H2SO4 (gal)

P2:

P1:

Gravedad específica H2SO4

ADT=H D+hs+hd−Hs+Psalida

Scf=((V_(Empty ) (P_2-P_1 ))+(V_Full (P_2 )))/Psia

Presión de llenado=(Head (pies)x Sp Gr)/2.31


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2.31: una columna de agua de 2.31 pies ejercerá 1 psi de presión a 65°F

PROYECTO

DOCUMENTO Rev.: A


Presión requerida de llenado.:

#VALUE! pies#VALUE! m.c.f#VALUE! m.c.a Cálculo ADT del sistema#VALUE! psi#VALUE! bar

78.2 pies23.8 m.c.f23.9 m.c.a34.0 psi2.3 bar

#VALUE! #VALUE!

7.3 Cálculo de la demanda de aire:

Caudal de aire requerido.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal

Tiempo: 48 min gpm scfm und scfm

645 86 4 345

Caudal de aire inicialmente.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal

1360 Gal gpm scfm und scfm

Tiempo: 3.5 min 643 86 4 344

Caudal de aire requerido descarga.: Demanda de caudal Cisterna T. Caudal

12240 Gal gpm scfm und scfm

Tiempo: 44.5 min 645 86 4 345


ADT1

(Hedad 1)

ADT2

(Head 2) Cálculo ADT - presión mínima para el llenado de aire comprimido

Por lo tanto, si el ADT1 > ADT2 o el tiempo de descarga es demasiado largo, entonces se considerará una bomba centrífuga.

V Empty:

V Full:

Scfm=((V_(Empty ) (P_2-P_1 ))+(V_Full (P_2 )))/(Psia x(Tiempo))

ADT1/ADT2<1


ILO - TOQUEPALA

//Fin del documento.

PROYECTO

DOCUMENTO Rev.: A



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