Cálculo hidráulico de un gasoducto: métodos y métodos de cálculo + ejemplo de cálculo.

Para un funcionamiento seguro y sin problemas del suministro de gas, es necesario diseñarlo y calcularlo.Es importante seleccionar perfectamente las tuberías para redes de todo tipo de presión, asegurando un suministro estable de gas a los dispositivos.

Para garantizar que la selección de tuberías, accesorios y equipos sea lo más precisa posible, se realiza un cálculo hidráulico de la tubería. ¿Como hacerlo? Admítelo, no tienes demasiado conocimiento sobre este tema, averigüémoslo.

Le ofrecemos familiarizarse con información cuidadosamente seleccionada y procesada minuciosamente sobre las opciones para realizar cálculos hidráulicos para sistemas de gasoductos. El uso de los datos que presentamos garantizará que los dispositivos reciban combustible azul con los parámetros de presión requeridos. Los datos cuidadosamente verificados se basan en las regulaciones de la documentación reglamentaria.

El artículo describe con gran detalle los principios y esquemas para realizar cálculos. Se da un ejemplo de cómo realizar cálculos. Se utilizan aplicaciones gráficas e instrucciones en vídeo como complemento informativo útil.

Detalles del cálculo hidráulico.

Cualquier cálculo hidráulico realizado es una determinación de los parámetros del futuro gasoducto. Este trámite es obligatorio, así como una de las etapas más importantes de preparación para la construcción. El funcionamiento óptimo del gasoducto depende de la exactitud del cálculo.

Al realizar cada cálculo hidráulico se determina lo siguiente:

• necesario diámetro de la tuberíaque garantice un transporte eficiente y estable de la cantidad requerida de gas;
• ¿Será aceptable la pérdida de presión al mover el volumen requerido de combustible azul en tuberías de un diámetro determinado?

Las pérdidas de presión se producen debido a que existe resistencia hidráulica en cualquier gasoducto. Si se calcula incorrectamente, puede provocar que los consumidores no tengan suficiente gas para el funcionamiento normal en todos los modos o en los momentos de máximo consumo.

Esta tabla es el resultado de un cálculo hidráulico realizado teniendo en cuenta los valores indicados. Para realizar cálculos, deberá ingresar indicadores específicos en las columnas.

Dicha operación es un procedimiento estandarizado por el estado que se realiza de acuerdo con las fórmulas y requisitos establecidos en SP 42-101-2003.

El desarrollador está obligado a realizar los cálculos. Se toman como base los datos sobre las especificaciones técnicas del gasoducto, que puede obtener de su proveedor de gas urbano.

Gasoductos que requieren cálculos.

El estado exige que se realicen cálculos hidráulicos para todo tipo de tuberías relacionadas con el sistema de suministro de gas. Dado que los procesos que ocurren cuando el gas se mueve son siempre los mismos.

Estos gasoductos incluyen los siguientes tipos:

• baja presión;
• presión media, alta.

Los primeros están destinados al transporte de combustible a edificios residenciales, todo tipo de edificios públicos y empresas domésticas.Además, en edificios privados, de apartamentos y en casas de campo, la presión del gas no debe exceder los 3 kPa, en las empresas domésticas (no industriales) esta cifra es mayor y alcanza los 5 kPa.

El segundo tipo de gasoductos está destinado al abastecimiento de redes de todo tipo, de baja y media presión a través de puntos de control de gas, así como al suministro de gas a consumidores individuales.

Pueden ser empresas industriales, agrícolas, de diversos servicios públicos e incluso independientes o adosadas a edificios industriales. Pero en los dos últimos casos habrá importantes restricciones de presión.

Los expertos dividen condicionalmente los tipos de gasoductos enumerados anteriormente en las siguientes categorías:

• dentro de la casa, en el mercado, es decir, transportar combustible azul dentro de un edificio y entregarlo a unidades y dispositivos individuales;
• sucursales de suscriptores, utilizado para suministrar gas desde alguna red de distribución a todos los consumidores existentes;
• distribución, utilizado para suministrar gas a ciertos territorios, por ejemplo, ciudades, sus distritos individuales y empresas industriales. Su configuración varía y depende de las características del diseño. La presión dentro de la red puede ser cualquiera: baja, media, alta.

Además, se realizan cálculos hidráulicos para redes de gas con diferente número de etapas de presión, de las que existen muchas variedades.

Así, para satisfacer las necesidades, se pueden utilizar redes de dos etapas, operando con gas transportado a baja, alta presión o baja, media presión. También se han utilizado redes de tres etapas y varias de varias etapas. Es decir, todo depende únicamente de la disponibilidad de los consumidores.

La resistencia hidráulica es la razón principal por la que es necesario realizar este tipo de cálculo. Además, también depende del material de la tubería.

A pesar de la gran variedad de opciones para gasoductos, los cálculos hidráulicos son similares en cualquier caso. Dado que para la fabricación se utilizan elementos estructurales de materiales similares, los mismos procesos ocurren dentro de las tuberías.

Resistencia hidráulica y su papel.

Como se mencionó anteriormente, la base para el cálculo es la presencia de resistencia hidráulica en cada gasoducto.

Afecta a toda la estructura de la tubería, así como a sus partes individuales, conjuntos: tees, lugares de reducción significativa del diámetro de la tubería, válvulas de cierre y varias válvulas. Esto provoca una pérdida de presión en el gas transportado.

La resistencia hidráulica es siempre la suma de:

• resistencia lineal, es decir, que actúa a lo largo de toda la estructura;
• Resistencias locales que actúan en cada parte componente de la estructura donde cambia la velocidad de transporte del gas.

Los parámetros enumerados influyen de manera constante y significativa en las características de rendimiento de cada gasoducto. Por lo tanto, como resultado de cálculos incorrectos, se producirán pérdidas financieras adicionales e importantes debido al hecho de que será necesario rehacer el proyecto.

Reglas para realizar cálculos.

Se indicó anteriormente que el procedimiento para cualquier cálculo hidráulico está regulado por el Código de Reglas del perfil con el número 42-101–2003.

El documento indica que la principal forma de realizar el cálculo es utilizar para ello una computadora con programas especiales que permitan calcular la pérdida de presión planificada entre tramos del futuro gasoducto o el diámetro requerido de la tubería.

Cualquier cálculo hidráulico se realiza previa creación de un diagrama de cálculo que incluye los principales indicadores. Además, el usuario ingresa datos conocidos en las columnas apropiadas.

Si no existen tales programas o una persona cree que su uso es inadecuado, se pueden utilizar otros métodos permitidos por el Código de Reglas.

Que incluye:

• el cálculo utilizando las fórmulas dadas en el SP es el método de cálculo más complejo;
• El cálculo utilizando los llamados nomogramas es una opción más sencilla que el uso de fórmulas, porque no es necesario realizar ningún cálculo, ya que los datos necesarios se indican en una tabla especial y en el Código de Reglas, y solo hay que seleccionarlos. .

Cualquiera de los métodos de cálculo conduce a los mismos resultados. Por lo tanto, el gasoducto recién construido podrá garantizar el suministro oportuno e ininterrumpido de la cantidad planificada de combustible incluso durante las horas de máximo uso.

Opción de computación con PC

Realizar cálculos usando una computadora es lo que requiere menos mano de obra: todo lo que se requiere de una persona es insertar los datos necesarios en las columnas correspondientes.

Por tanto, los cálculos hidráulicos se realizan en pocos minutos, y esta operación no requiere grandes conocimientos, necesarios a la hora de utilizar fórmulas.

Para realizarlo correctamente es necesario tomar de las especificaciones técnicas los siguientes datos:

• densidad del gas;
• coeficiente de viscosidad cinética;
• temperatura del gas en su región.

Las condiciones técnicas necesarias se obtienen del departamento de gas urbano de la localidad en la que se construirá el gasoducto.En realidad, el diseño de cualquier tubería comienza con la recepción de este documento, ya que contiene todos los requisitos básicos para su diseño.

El uso de programas especiales es el método más sencillo de cálculo hidráulico, eliminando la búsqueda y estudio de fórmulas de cálculo.

A continuación, el desarrollador debe conocer el consumo de gas de cada dispositivo que se planea conectar al gasoducto. Por ejemplo, si el combustible se transportará a una casa privada, allí se utilizan con mayor frecuencia estufas para cocinar, todo tipo de calderas de calefacción y sus pasaportes siempre contienen los números necesarios.

Además, necesitará saber la cantidad de quemadores de cada estufa que se conectarán a la tubería.

En la siguiente etapa de recopilación de los datos necesarios, se selecciona información sobre la caída de presión en los lugares de instalación de cualquier equipo; podría ser un medidor, una válvula de cierre, una válvula de cierre térmico, un filtro u otros elementos. .

En este caso, es fácil encontrar los números necesarios: están contenidos en una tabla especial adjunta al pasaporte de cada producto. El diseñador debe tener en cuenta que se debe especificar la caída de presión con el consumo máximo de gas.

En la tabla especial adjunta a la ficha técnica del producto, puede encontrar información sobre la pérdida de presión al conectar dispositivos a la red.

En el siguiente paso, se recomienda averiguar cuál será la presión del combustible azul en el punto de inserción. Dicha información puede contener las condiciones técnicas de su gas urbano, un esquema previamente elaborado del futuro gasoducto.

Si la red consta de varias secciones, se deben numerar e indicar la longitud real.Además, para cada uno, todos los indicadores variables deben anotarse por separado: este es el caudal total de cualquier dispositivo que se utilizará, la caída de presión y otros valores.

Se requerirá un coeficiente de simultaneidad. Tiene en cuenta la posibilidad de trabajo conjunto de todos los consumidores de gas conectados a la red. Por ejemplo, todos los equipos de calefacción ubicados en un edificio de apartamentos o en una casa privada.

Estos datos son utilizados por un programa de cálculo hidráulico para determinar la carga máxima en cualquier sección o en todo el gasoducto.

Para cada apartamento o casa individual, no es necesario calcular el coeficiente especificado, ya que sus valores se conocen y se indican en la siguiente tabla:

Una tabla con coeficientes de simultaneidad, cuyos datos se utilizan para cualquier tipo de cálculo. Basta con seleccionar la columna correspondiente a un electrodoméstico específico y tomar el número deseado

Si en alguna instalación se planea utilizar más de dos calderas de calefacción, hornos y calentadores de agua con tanque de almacenamiento, entonces el indicador de simultaneidad siempre será 0,85. Esto es lo que deberás indicar en la columna correspondiente utilizada para el cálculo del programa.

A continuación deberás indicar diámetro de la tubería, y también necesitará sus coeficientes de rugosidad, que se utilizarán en la construcción de la tubería. Estos valores son estándar y se pueden encontrar fácilmente en el Reglamento.

Influencia del material de la tubería en el cálculo.

Para la construcción de gasoductos, se pueden utilizar tuberías hechas únicamente de ciertos materiales: acero, polietileno. En algunos casos se utilizan productos de cobre. Pronto se utilizará ampliamente estructuras metal plasticas.

Cada tubería tiene una rugosidad, lo que conduce a una resistencia lineal, lo que afecta el proceso de movimiento del gas. Además, esta cifra es significativamente mayor para los productos de acero que para los de plástico.

Hoy en día, la información necesaria sólo se puede obtener para tuberías de acero y polietileno. Como resultado, los cálculos hidráulicos y de diseño sólo pueden realizarse teniendo en cuenta sus características, como exige el Código de prácticas correspondiente. El documento también contiene los datos necesarios para el cálculo.

El coeficiente de rugosidad es siempre igual a los siguientes valores:

• para todas las tuberías de polietileno, independientemente de que sean nuevas o no, - 0,007 cm;
• para productos de acero ya usados: 0,1 cm;
• para estructuras de acero nuevas - 0,01 cm.

Para cualquier otro tipo de tubería, este indicador no está indicado en el Código de Prácticas. Por lo tanto, no deben utilizarse para la construcción de un nuevo gasoducto, ya que los especialistas de Gorgaz pueden exigir que se realicen ajustes. Y estos son nuevamente costos adicionales.

Cálculo del caudal en un área limitada.

Si el gasoducto consta de secciones separadas, el cálculo del caudal total para cada una de ellas deberá realizarse por separado. Pero esto no es difícil, ya que los cálculos requerirán números ya conocidos.

Definición de datos usando el programa.

Conociendo los indicadores iniciales, teniendo acceso a la tabla de simultaneidad y fichas técnicas de estufas y calderas, se puede iniciar el cálculo.

Para hacer esto, siga los siguientes pasos (el ejemplo se da para un gasoducto interno de baja presión):

1. El número de calderas se multiplica por la productividad de cada una de ellas.
2. El valor resultante se multiplica por el coeficiente de simultaneidad especificado mediante una tabla especial para este tipo de consumidor.
3. El número de fogones destinados a cocinar se multiplica por la productividad de cada uno de ellos.
4. El valor obtenido tras la operación anterior se multiplica por el coeficiente de simultaneidad extraído de una tabla especial.
5. Se suman las cantidades resultantes para calderas y estufas.

Se llevan a cabo manipulaciones similares para todos los tramos del gasoducto. Los datos obtenidos se ingresan en las columnas correspondientes del programa con el que se realizan los cálculos. La electrónica hace todo lo demás por sí misma.

Cálculo usando fórmulas

Este tipo de cálculo hidráulico es similar al descrito anteriormente, es decir, se requerirán los mismos datos, pero el procedimiento será largo. Dado que todo tendrá que hacerse manualmente, además, el diseñador deberá realizar una serie de operaciones intermedias para poder utilizar los valores obtenidos para el cálculo final.

También tendrá que dedicar bastante tiempo a comprender muchos conceptos y cuestiones que una persona no encuentra cuando utiliza un programa especial. La validez de lo anterior se puede verificar familiarizándose con las fórmulas a utilizar.

El cálculo mediante fórmulas es complejo y, por tanto, no accesible para todos. La imagen muestra fórmulas para calcular la caída de presión en la red de alta, media y baja presión y el coeficiente de fricción hidráulica.

En la aplicación de fórmulas, como en el caso de los cálculos hidráulicos mediante un programa especial, existen características para gasoductos de baja, media y, por supuesto, alta presión. Y vale la pena recordarlo, ya que un error siempre conlleva importantes costes financieros.

Cálculos utilizando nomogramas.

Cualquier nomograma especial es una tabla que muestra una serie de valores, al estudiarlos se pueden obtener los indicadores deseados sin realizar cálculos. En el caso de cálculos hidráulicos, el diámetro de la tubería y el espesor de sus paredes.

Los nomogramas para cálculo son una forma sencilla de obtener la información necesaria. Basta con hacer referencia a las líneas que cumplan con las características de red especificadas.

Existen nomogramas separados para productos de polietileno y acero. Al calcularlos se utilizaron datos estándar, por ejemplo, la rugosidad de las paredes internas. Por lo tanto, no tienes que preocuparte por la exactitud de la información.

Ejemplo de cálculo

Se da un ejemplo de cómo realizar cálculos hidráulicos utilizando un programa para gasoductos de baja presión. En la tabla propuesta, se resaltan en amarillo todos los datos que el diseñador debe ingresar de forma independiente.

Estos se enumeran en el párrafo anterior sobre cálculos hidráulicos por computadora. Estos son la temperatura del gas, el coeficiente de viscosidad cinética y la densidad.

En este caso, los cálculos se realizan para calderas y estufas, por lo que es necesario especificar el número exacto de quemadores, que puede ser 2 o 4. La precisión es importante, porque el programa seleccionará automáticamente el coeficiente de simultaneidad.

En la imagen, las columnas en las que el propio diseñador debe introducir los indicadores están resaltadas en amarillo. A continuación se muestra la fórmula para calcular el caudal en el sitio.

Vale la pena prestar atención a la numeración de las secciones: no se inventan de forma independiente, sino que se toman de un diagrama previamente elaborado, donde se indican números similares.

A continuación se anota la longitud real del gasoducto y la denominada longitud calculada, que es más larga. Esto sucede porque en todas las zonas donde hay resistencia local, es necesario aumentar la longitud entre un 5 y un 10%. Esto se hace para evitar una presión de gas insuficiente entre los consumidores. El programa realiza los cálculos de forma independiente.

El consumo total en metros cúbicos, para el cual se proporciona una columna separada, en cada sitio se calcula de antemano. Si el edificio es de varios apartamentos, entonces es necesario indicar el número de viviendas, partiendo del valor máximo, como se puede ver en la columna correspondiente.

Es obligatorio ingresar en la tabla todos los elementos del gasoducto, durante cuyo paso se pierde presión. El ejemplo muestra una válvula de cierre térmico, una válvula de cierre y un contador. El valor de la pérdida en cada caso se tomó del pasaporte del producto.

Con un programa puede realizar cálculos para todo tipo de gasoductos. La imagen muestra cálculos para una red de media presión.

El diámetro interior de la tubería se indica según las especificaciones técnicas, si la compañía gasista tiene algún requerimiento, o a partir de un esquema previamente elaborado. En este caso, en la mayoría de las zonas se prescribe un tamaño de 5 cm, porque la mayor parte del gasoducto discurre a lo largo de la fachada y el gas urbano local requiere que el diámetro no sea menor.

Si se familiariza aunque sea superficialmente con el ejemplo dado de cómo realizar un cálculo hidráulico, es fácil notar que, además de los valores ingresados ​​​​por una persona, hay muchos otros. Todo esto es resultado del programa, ya que luego de ingresar los números en las columnas específicas resaltadas en amarillo, se completa el trabajo de cálculo para la persona.

Es decir, el cálculo en sí se realiza con bastante rapidez, después de lo cual los datos recibidos se pueden enviar para su aprobación al departamento de gas urbano de su ciudad.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Este video permite comprender dónde comienzan los cálculos hidráulicos y de dónde obtienen los diseñadores los datos necesarios:

El siguiente vídeo muestra un ejemplo de un tipo de cálculo por computadora:

A continuación puedes ver un ejemplo de cálculo mediante un programa informático:

Para realizar un cálculo hidráulico mediante ordenador, como lo permite el Código de Reglas del perfil, basta con dedicar un poco de tiempo a familiarizarse con el programa y recopilar los datos necesarios.

Pero todo esto no tiene importancia práctica, ya que la elaboración de un proyecto es un procedimiento mucho más extenso e incluye muchas otras cuestiones. En vista de esto, la mayoría de los ciudadanos tendrán que buscar ayuda de especialistas.

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