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[Gustavo88]

Buenas noches, 

 

requiero de apoyo, para un problema en un tanque de almacenamiento de GLP, 

 

Inicialmente esta almacenado  GLP al 85% de capacidad del tanque a 60°F y 120 psi, debido a las condiciones de ambientales la temperatura puede llegar a 105°F, pero quiero saber ¿ que presión final se obtiene por el aumento de esta temperatura.?

 

Les agradezco su ayuda en formulas y/o normas. etc. gracias.  

 

Goodnight,

I require support, for a problem in a LPG storage tank,

Initially this is stored LPG at 85% tank capacity at 60 ° F and 120 psi, due to ambient conditions the temperature can reach 105 ° F, but I want to know what final pressure is obtained by increasing this temperature. ?

Thank you for your help in formulas and / or standards. etc. Thank you

[Art Montemayor]

Gustavo:

 

No sé si eres estudiante de ingeniería química o mecánica, pero supongo que eres estudiante de ingeniería química y ya has cumplido con los primeros 2 años de estudios en esa disciplina.  Es importante saber tus conocimientos para poder explicarte lo que indicas en tu pregunta, ya que se nota que ignoras lo básico de tu aplicación.

 

Estas tratando con una mezcla de propano y butano licuada y almacenada en un recipiente (“tanque de almacenamiento”) para este producto al que se da el apodo de “GLP” (Gas Licuado de Petróleo).  Esta mezcla existe como un equilibrio de vapor y liquido y la presión dentro el recipiente varia tanto según su temperatura y su composición.  Para determinar la presión de SATURACION que existe dentro un recipiente que contiene GLP en el estado licuado se requiere hacer cálculos sobre el punto de ebullición.  Esto implica el uso de la termodinámica para calcular la presión que existe cuando el sistema saturado esta en equilibrio.  No estamos aquí para hacer tus cálculos pero te adjunto un documento en el cual puedes anotar la Tabla “Approximate Vapor Pressure in psig”.  Veras que el propano puro tiene una presión de vapor de 197 psig a 110 ^oF mientras el butano puro tiene 46.1 psig a la misma temperatura.

 

Aquí en los EEUU se acostumbra desenar los recipientes para GLP para un máximo de 250-275 psig.

 

 LPG_Properties_Data.pdf   133.14KB   153 downloads

[Gustavo88]

Art Montemayor:

 

Gracias por la información, es que no sabia en cuanto a la practica, ademas, por lo general los libros de termodinamica convencional no muestra mezcla de hidrocarburos, mas adelante le estare realizando mas preguntas acerca del tema, gracias. 

[Art Montemayor]

Gustavo:

 

Aun no me has contestado mis preguntas.  No sé que ingeniería estudias, en que año estas, o cuantos cursos en ingeniería has tomado (especialmente aquellos sobre equilibrio de fases).  Sin saber esos particulares, no puedo ayudarte en lo que necesitas.  Por lo tanto voy a dedicar algunas palabras generales a lo que yo identifico como información importante que hace falta en cursos universitarios de ingeniería:

• Lamentablemente, la mayoría de estudios universitarios que tratan con la ciencia pura solo se dedican a los compuestos o elementos PUROS.  La realidad del hecho es que en la vida real jamás vas a encontrar compuestos o elementos químicos que están en el estado puro.  Somos nosotros los ingenieros que tenemos que enfrontarnos con los compuestos mixtos en la vida real.  Y para poder trabajar con dichos compuestos, tenemos que saber y dominar equilibrio de fases.  Esto incluye estudios termodinámicos que incluyen temas como los diagramas termodinámicos tipo “Mollier” o de temperatura-entropía.

• Un mezcla de hidrocarburos - como lo es el GLP - es una mezcla de gases (a condiciones ambientales) que se almacena en el estado LICUADO y saturado.  Esto se hace así porque el estado licuado contiene más masa unitaria que el estado gaseoso.  Esto es una decisión practica y de sentido común que lo hacemos los ingenieros que somos prácticos.  Un metro cubico de capacidad simplemente contiene más masa en el estado licuado que en el estado gaseoso - y se necesita menos espesor de tanque, como veras más abajo.

• Sucede que una mezcla de butano+propano licuada a condiciones saturadas va generar una presión de vapor que es menos que 200 psig cuando esta a temperaturas ambientales (esto lo vez en la tabla que adjunte a mi previo post).

• Ya que sabemos que no vamos a necesitar más de 200 psig, la industria de fabricacion de tanques a presión emplea planchas de acero “standard” (lo que existe en plaza) para fabricar este tipo de tanque y se encuentra que estos tanque pueden aguantar hasta 250-300 psig MAWP (Maximum Allowable Working Pressure = presión máxima de trabajo), lo que permite instalar una válvula de seguridad fijada a esas presiones.

• Por lo anterior, el resultado es que estos tanques son mas que adecuados en forma de seguridad y no hay por qué temer que existen problemas de sobre-presión.

• No olvides: el GLP existe dentro el tanque en la forma SATURADA.  Su presión de vapor varia según la temperatura que existe en el ambiente.  También se podría almacenarse el GLP a temperaturas mucho menores - lo que resultaría en tanques con un espesor menos en sus planchas de acero.  Pero ese tipo de diseño requiere aleaciones de acero que son más caras y además el tanque tuviese que ser aislado - detalles que resultan en un tanque que no es practico ni económico.  Es por eso que la industria siempre emplea tanque de acero sin aislamiento y de planchas de acero que están en plaza, son económicas, y de un espesor aceptable debido a la relativamente baja presión de vapor que rinde el GLP a temperaturas ambientales.

 

Todos estos factores sobre los cuales hablo no los vas a oír en un salón de clase en una universidad.  Esto no sucede porque tus profesores son ignorantes sobre la ingeniería.  Es cosa que los profesores no tienen la experiencia práctica en haber trabajado en la industria porque habrán tenido que pasar sus años cualificando para sus posiciones en facultades.  Por esa razón es que sigo recalcando en cada oportunidad que tengo con estudiantes de ingeniería que deberían usar su sentido común e ingenio en toda oportunidad que tengan con respeto a problemas de ingeniería.  Por eso es que nos llaman “ingenieros” - porque solucionamos problemas empleando el ingenio.

 

Ojala esto te ayude en orientarte mejor en futuros problemas.

 

[Gustavo88]

Art Montemayor:

 

Saludos, gracias por su sabias palabras y tomarse el tiempo de redactar las inquietudes acerca del GLP, me han servido de mucho.

 

Soy un estudiante de ingeniería mecánica de noveno semestre, solo he cursado materia de termodinámica y flujo de fluidos en cuestión de procesos, pero como le comenté solo a partir de libros fundamentales.

 

He preguntado principalmente porque tengo una tesis sobre diseño de GLP y la verdad he encontrado muy poco sobre diseños en la parte de procesos de esta rama, me gustaría saber si conoces de libros, blogs, normas, etc que me puedan facilitar para diseños en esta área.  

 

Muchas gracias.  

[talvi]

GUSTAVO :

Adjunto una información en los adjuntos (3) que pueden serte de ayuda cuando te enfrentes a un diseño de recipientes para almacenar LPG .

En estos archivos adjuntos no se insiste en el diseño mecánico del recipiente (Norma usualmente usada : ASME Section VIII , Divisiones 1 y 2) debido a que en anteriores hilos se había desarrollado ese tema . De todas formas las notas aclaratorias del Dr. Montemayor son suficientes para aclarar tus dudas . Espero no haber llegado tarde a este foro , y que dentro de lo posible sea útil esta información .

TALVI.

 

Attached Files

•  LPG - 1.zip   256.33KB   128 downloads
•  LPG - 2.zip   2.73MB   119 downloads
•  LPG - 3.zip   3.57MB   114 downloads

[Art Montemayor]

Gustavo:

 

Eres un dichoso al conseguir la atención de Talvi.  El señor ha llegado en el momento preciso y te deja una porción de su experto conocimiento sobre el diseño de recipientes a presión.  En lo que se trata sobre diseño de tanques, Talvi es un experto.

 

Si es que puedes leer el Inglés, te puedo recomendar un libro fuera de imprenta que te puede ayudar con el almacenamiento de GLP.  Yo tengo una copia de la misma 4a edición y en ella encuentras la forma como se calcula la presión de vapor de una mezcla de GLP.  Aun se pueden encontrar copias en el Internet:

 

https://www.amazon.c...SIN=B000TXZC06/

 

 

[talvi]

GUSTAVO :

El Dr. Arturo Montemayor en su respuesta del día 29 de junio en este hilo dio una buena pista para calcular la Presión de Vapor de un fluído . Citaba un texto (Handbook Butane-Propane Gases, Fourth Edition Unknown Binding – 1962 ) que lamentablemente no tengo . Otras herramientas   para poder  calcular la Presión de Vapor del LPG a varias temperaturas con elementos que pueden estar a tu alcance son las siguientes :

1. La ley de Raoult . Presiones de Vapor resultantes de mezclas de compuestos  de hidrocarburos pueden , para efectos prácticos , ser determinados a través de la Ley de Raoult , que establece que la presión parcial de cada componente es proporcional a su concentración molar dentro de la solución .
2. El NIST (National Institute of Standards and Technology) que es un portal de acceso público , da las propiedades termodinámicas de los fluídos . Podrás encontrar entre toda esa información publicada , y para tu caso específico , los coeficientes de Antoine (los Coeficientes de Antoine , A, B , C , te permiten calcular la Presión  de Vapor mediante la ecuación log10(P) =  A − (B / (T + C)) , tanto para el Propano como para el Butano para un rango de temperaturas determinadas . En base a esa información , puedes calcular la Presión de Vapor de cada compuesto  (Propano y Butano) para una temperatura específica . Y aplicando la Ley de Raoult encontrarás la Presión de Vapor del LPG (mezcla de Propano y Butano) . El NIST también ha desarrollado un Software llamado REFROP (Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties - Version 9.1(posiblemente hay nuevas versiones) para tener a la mano esa información , especialmente para ingenieros químicos y de procesos , en que para éllos se justifica esa pequeña inversión .
3. Te adjunto en una hoja de cálculo (que no he terminado de completar ) el cálculo de la Presión de Vapor de un compuesto de LPG  a una temperatura de 30°C. NOTA : mi formación como Ingeniero Mecánico, no es la más adecuada para tratar de forma autorizada y académica el tema específico .

TALVI.

Attached Files

•  Presión de Vapor LPG.xlsx   15.13KB   121 downloads

[Art Montemayor]

Gustavo:

 

Igual como nuestro amigo Talvi, yo considero este tema como uno de mayor importancia para todo ingeniero que trabaja o trata con GLPs.  El hecho que GLP es una mezcla de varios gases de hidrocarburos que existen en el estado licuado bajo presión y a temperaturas ambientales significa que este producto licuado esta en condición de saturación.

 

Identificar la presión de vapor que le corresponde a un gas licuado compuesto de solo un compuesto no es gran cosa.  La literatura y la teoría identifica este procedimiento en forma simple y con tablas de la presión de vapor a varias temperaturas.  No hay ningún problema.  Lamentablemente lo que los libros sobre la teoría no explican es que en la vida real - lo que nos concierne a nosotros los ingenieros - ¡jamás y nunca se va encontrar uno con un liquido 100% puro!  Por lo tanto es primordialmente importante el poder calcular el efecto de una composición de GLP sobre la presión que un tanque de almacenamiento tiene que sostener.

Como el genio de Talvi ha notado, la clave del calculo es la Ley de Raoult.  Y para aplicarla, se necesita la presion de vapor de cada uno de los compuestos a la temperatura indicada.

 

Considero que la materia que contiene el libro que te he recomendado es importante porque sus autores son personas que han sido lideres en la industria de GLP y, por lo tanto, han aportado detalles de la industria GLP que se basan en lo práctico y lo mas importante en su almacenamiento y distribución.  Es por eso que me he dedicado a copiar por lo menos uno de sus capítulos, Propiedades de Mezclas de GLP,  aunque aun no lo termino.  Sin embargo, he generado un cálculo de Excel que representa un ejemplo en el libro y que debe de explicarte como se puede calcular la presión de vapor dentro un tanque de GLP cuando se sabe la composición del mismo.  Los datos básicos necesarios para el cálculo se pueden conseguir de tablas sobre los compuestos puros o de databases tal como http://webbook.nist....mistry/fluid/.   El libro es del año 1962, y en ese entonces no había “spread sheets” y trabajábamos con gráficos o tablas de propiedades.

 

Considero que puedes conseguir los valores de cada uno de los compuestos puros y emplearlos el spreadsheet para hacer tus cálculos.  El ejemplo que empleo en el spread sheet es para una mezcla de GLP almacenada a 70 ^oF.

 

Ojala que esto, conjuntamente con la valiosa información de Talvi, te ayude a solucionar tu inquietud.

 

 Properties of Butane-Propane Mixtures.docx   29.96KB   94 downloads

 Calculation of LPG Mixture Vapor Pressure.xlsx   13.42KB   121 downloads

[manuelh]

Buenas tardes Ingenieros, se que no soy la persona indicada en el tema ya que era respuesta a otro compañero pero muy interesante su información y el poder disponer de conocimiento que pocas personas aun con años de experiencia poseen.

 

Y para calcular las pérdidas de presión en conducciones para baja presión puedo considerar el fluido como propano puro y aplicar las fórmulas de Pole para  baja presión y Cox para alta presión? Estoy hablando de fase Gas.

 

Gracias

 

Manuel

[Art Montemayor]

Manuel:

 

Lo que entiendo de lo que parece una pregunta tuya es lo siguiente:

 

Propones calcular las perdidas de carga para gas propano fluyendo en una tubería a “baja” presión (no defines lo que reconoces como baja presión) y “alta” presión (tampoco defines lo que significa alta presión).  Propones emplear las ecuaciones de “Pole” y de “Cox”.

 

Supongo que lo que realmente necesitas es calcular el diámetro de un tubo con el cual puedes transportar un flujo de gas propano a ciertas condiciones de pérdida de carga - ya sea la presión del gas a una presión relativamente baja or alta.  Dime si lo entiendo correctamente.

 

No tengo conocimiento de Pole o de Cox y de sus formulas.  Por favor pasanos todos los detalles y datos basicos sobre tu aplicacion.

[manuelh]

Así es Don Art, pretendo calcular el diámetro de una tubería de Gas Lp, conociendo las pérdidas máximas admisibles. 

el término alta y baja presión dejeme verificar en la Norma Oficial de México hasta cuantos psig es baja presión y hasta cuantos psig es alta.

 

Hago un spread sheet entonces y se los comparto.

 

Gracias

Manuel

[manuelh]

Buenos días Don Art.

Con respecto a su spread sheet, agregué unos comentarios con unas dudas que me gustaría usted por favor revisase haber si estoy en lo correcto. 

 

Ya que quiero conocer la presión que va a tener una mezcla de propano 60%, butano 40%, etil-mercaptano 0.0017% a una temperatura de 15°C, que en base al primer documento que envió estaría por el orden de los 60 psig.

 

 

Attached Files

•  Calculation of LPG Mixture Vapor Pressure con comentarios.xlsx   15.72KB   62 downloads

[Art Montemayor]

Manuel:

 

Lo que a mí me parece es que no has leído el documento que subí o no tienes un buen conocimiento del equilibrio de fases conjuntamente con la termodinámica requerida.  Esto no es para anotar falta en tu preparación, sino para darte un indicación en como atacar este tipo de problema práctico.

 

Te adjunto la Revisión #1 del workbook que subiste con los dos comentarios.  Allí encuentras mis comentarios sobre cómo hacer tus cálculos.

 

Otro comentario que te paso es que nunca se debe de dar una composición en porcentaje sin especificar CUÁL es su base.  Tus valores de “propano 60%, butano 40%, etil-mercaptano 0.0017% a una temperatura de 15 °C” significan nada sin saber si la unidad es masa, volumen, etc., etc.  En la ingeniería se debe de comunicar en forma específica y precisa.

 

Las presiones de vapor para el propano como para el butano licuado y saturado a 15 ^oC se encuentran fácilmente en el database que ya te indique.  El etil-mercaptano pueda que sea mas dificil encontrar, pero parece que con una composición tan baja, quizás no tenga mucho efecto en la presión de vapor total.

 

 Calculation of LPG Mixture Vapor Pressure con comentarios Rev1.xlsx   16.37KB   104 downloads