diseÑo de sistemas de tuberÃ-as (aire comprimido y vapor) para la planta venfarpa.docx
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RESUMEN
Enestetrabajosepresentaeldiseodetressistemasdetuberas(contraincendios,airecomprimidoyvapor)paralaconstruccindeunaplantadesuerosteraputicosdelaCooperativaVENFARPA.Enlarealizacindelsistemacontraincendiossehizolaclasificacindelasreasdelaplanta,serealizladistribucintantodelsistemadealarmacomoeldeextincinyseeligieronlosequiposnecesariosparaelcorrectofuncionamientodeste,segnlasnormaspertinentes.Luegoseprocediarealizarladistribucinydiseodelsistemadeairecomprimido,paraelcualseseleccionaronloscomponentesbsicosnecesariosenlaconformacindelmismo.Finalmente,sediseelsistemadevaporteniendoencuentaloselementosquedebenintegrarlo.Entodoslossistemasserealizaronlosplanosnecesariosparalacompresineinstalacindestos.Condichosdiseossegarantizaunaoperacinsegurayadecuadadelaplanta.
INTRODUCCIN
Esunaempresaqueseencargadelsuministrodeserviciosalas distintasempresasfarmacuticasqueseencuentranenelpas.EntreunodelosserviciosqueofreceseencuentraeldeingenierayproyectosEnvistadelalaborqueestacompaapresta,laCooperativaVENFARPA,sevioenlanecesidaddesolicitarsusserviciosparaeldesarrollodeunnuevoproyectoquesellevaracaboenlaen antimano en la antigua fosforera.esteproyectoconsisteeneldiseodeunaplantaparalaproduccindesueroteraputicomediantelacualseabastecerpartedelmercadooccidentaldelpas.
Unadelasnecesidadesdedichoproyecto,esllevaracaboeldiseodelosdiversossistemasdetuberaquedebernintegrarlaplanta:Sistemacontraincendios,SistemadeairecomprimidoySistemadevapor.Enesteinformedepasantaseexplicadeformadetalladayprecisalametodologay criteriosqueseusaronparaeldiseodelossistemasdetuberaencuestin.
Finalmente,seexponenlasconclusionesqueaportaronlostemastratadosenesteinforme.
Durantelosapartadossubsiguientes,semuestrapartedelainformacinrelevanteparaeldesarrollodeestetrabajo,ascomotambinlasreferenciasbibliogrficasquefueronconsultadas.
OBJETIVOS
ObjetivosGenerales
Disearlossistemasdetuberaparaelcorrectofuncionamientodelsistemacontraincendios,sistemadeairecomprimidoysistemadevapor,eneldesarrollodelaplantadelaCooperativaVENFARPA.
ObjetivosEspecficos
Investigarsobrelasnormasnecesariasquedebentenerseencuentaparaeldiseodecadaunodelossistemas.
Estudiarlasconsideracionesdediseopertinentesparalossistemasencuestin.
Realizarlosclculosrequeridosparaeldimensionamientodelastuberasyequiposnecesarios.
Elaborareltrazadodelastuberasenbasealosplanosarquitectnicossuministrados.
Contactaralasempresasquesuministranlosserviciosrequeridos,paradeterminarloscostosqueconllevaralainstalacindelossistemasdiseados(porrazonesdeconfidencialidadestasestimacionesnofueronincluidas).
SISTEMADEAIRECOMPRIMIDO
Esunsistemamedianteelcualseproduceairebajopresinparautilizarlocomofuentedeenerganeumticaenalgunosprocesosymaquinariasindustriales.Esaenergaqueproporcionaelairecomprimidopermitedisminuirelconsumoelctricodecualquierinstalacin,proporcionandodeestamaneraunbienestarcolectivoanivelmundial,alpromoverelahorrodeenerga.
Acontinuacin,enestecaptulosedescribenlaspartesqueconformanelsistemadeairecomprimidoyserealizanlosclculospertinentesparalaseleccindestas.Envistadequelosclculosrequierenunaestimacinpreviadelconsumodeairequevaanecesitarlaplanta,enestecaptulosevereflejadaunaaproximacindetalesrequerimientosenbasealaexperienciaenelreadelencargadodelproyectoydeloscatlogosproporcionadosporalgunasdelasempresasproveedorasdelasmquinasquenecesitanelaire.
ComponentesdelSistemadeAireComprimido[16]
1.FiltrodeEntrada
Losfiltrosdeentradaseutilizanparalimpiarelaireusadoporelsistemadeairecomprimidoydeestaformagarantizarunbuenfuncionamientodelcompresor.Lafuncindelosfiltrosesevitarquelosabrasivosquehayenelairelleguenalaunidaddecompresinycausenundesgasteexcesivoenloscilindros,anillosdepistn,cojinetes,etc.Losfiltrosdeentradamscomunessonlosdelaberintoylosdepapel.
2.Compresor
Elcompresoreselelementoencargadodeconvertirelairequeseencuentraapresinatmosfrica,enaireaaltapresinmedianteelcambiodevolumen.Amedidaqueelairereducesuvolumen,aumentasupresin.
Loscompresoresseclasificanbsicamenteendostiposdeacuerdoasuprincipiodefuncionamiento:compresoresdedesplazamientopositivoycompresoresdinmicos.
CompresoresdeDesplazamientoPositivo
Loscompresoresdedesplazamientopositivosebasanenelaumentodepresinatravsdelareduccindelvolumendeairequeesintroducidoaunacmaradecompresin,medianteelmovimientodeunpistn.Sonlosmsusadosenlossistemasdeairecomprimido.Losmismosseclasificanasuvezen:
-Compresoresreciprocantes:compresoresdesimpleefectoycompresoresdedobleefecto.
-Compresoresrotativos:compresoresdetornillo,compresoresdealetas,compresoresdelbulo.
CompresoresDinmicos
Loscompresoresdinmicosaceleranelairehaciendogirarrpidamentelaspaletasdelrotor,paradeestaformaconvertirlavelocidadenpresinporexpansin.Sepuedenclasificaren:
-Compresorescentrfugos
-Compresoresaxiales
3.Post-Enfriador
Lospost-enfriadoressonbsicamenteintercambiadoresdecalordeltipocarcasa-tubo,medianteloscualesseenfraelairecomprimido,aobjetodecondensarlamayorcantidaddeaguacontenidaenelmismo.Lospost-enfriadoresutilizanaguaoairecomosistemadeenfriamientodelairecomprimidoquevaaserutilizadoenlareddetubera.
4.Secador
Elairequeseencuentraenlaatmsferacontieneunagrancantidaddehumedad,lacualalsersuccionadaycomprimidaporelcompresor,puedepasaralacondicindevaporsaturadoosobrecalentado.Alenfriarselamezcladeaire-vapor,elvaporpasaasuestadolquidoproduciendocorrosinenlastuberas,queasuvezcausafugasdeaire.Elaguaenlossistemasdeairecomprimido,diluyeyarrastraaloslubricantesdelasherramientasydelosequipos,causandoqueeldesgasteenestosseamayor.Elaguapuedetambincerrarlos
orificiosdeloscontrolesneumticos,hacindolosinoperables.Elaguaenelairecomprimidousadoenequiposparapintarconpistola,puedediluirpinturas,lacasydaarelequiporociador.Portodasestasrazonesesnecesarialainstalacindesecadoresquepermitaneliminarlosvaporescontenidosenelaire.
Existentresmtodosbsicosparaelsecadodelairecomprimido:elsecadoporrefrigeracin,secadoporabsorcinysecadoporadsorcin.
SecadoresporRefrigeracin
Enestetipodeequipos,elsecadodelaireseefectamedianteelintercambiodecalorentreunrefrigeranteyelaire.Elprincipiodefuncionamientoescomosigue:elairecalienteentraprimeramenteenunintercambiadorparabajarligeramentesutemperatura.Posteriormenteelaireseponeencontactoconelserpentnderefrigeracin,enelcualseenfraelairehastaaproximadamente2a5oC;estadisminucindelatemperaturacausaqueelvapordeaguasecondense.Elairecomprimidoquesaledelsistemaderefrigeracinrefluyeatravsdelintercambiadorantesdeiralsistema.
SecadoresporAbsorcin
Estossecadoresoperanbajounprincipioqumicomedianteelcualelvapordeaguaestransferidoaunasustanciallamadaabsorbente.Laabsorcindevapordeaguapuderealizarseconabsorbentesslidosolquidos.Losabsorbenteslquidos(cidosulfrico,glicerina,glicol,etc.)seutilizanprincipalmenteenelaireacondicionado,mientrasquelosslidos(clorurodecalcio,clorurodelitio,etc.)seaplicanenelairecomprimido.
Estossecadoressonmenosefectivosquelossecadoresporrefrigeracinenloquerespectaalpuntoderoco,sinembargo,stosposeenmayorcapacidadparamanejarvolmeneselevadosdeaire.
SecadoresporAdsorcin
Enestosequipos,elsecadodelairecomprimidoserealizaempleandounadsorbenteslidoquemedianteunprocesofsico,retieneelvapordeaguacontenidoenelaire,paraluegoeliminarloenunsegundociclodedesadsorcinalsersometidoeladsorbenteaunprocesode54
reactivacin.Estossecadoresestncompuestospordostorresquecontienencadaunasurespectivacantidaddeadsorbente.
Enestetipodesecadoreslospuntosderocosuelenvariarentre-20Cy-80C,locualhacequeseanmuyefectivosparaclimastropicales.
5.Filtros
Enaplicacionesdondeseaimprescindibleunairetotalmentelibredeaceite,elmejormtododeeliminarelmismoesutilizandouncompresorexentodeaceite.Peronosiempreesnecesarioorentableelusodeestetipodecompresores,debidoalcostotanelevadodelosmismos.Cuandoestoesas,sedeberecurriralusodefiltrosespecialesparacontrolarestecontaminante.Entrelostiposdefiltrosqueexistenseencuentranlossiguientes:
Filtrosseparadorescermicos.
Filtrosdetipocartuchocoalescente.
6.TanqueRecibidor
Eltanquerecibidordeunsistemadeairecomprimidoeselencargadodeamortiguarlaspulsacionesysuministrarunflujocontinuodeairealsistema.Tambineselencargadodeservirdereservorioparapodersatisfacerloscambiosbruscosorepentinosdedemanda,ydeestamanera,evitarunmalfuncionamientodelcompresor.Porotraparte,sirvecomocondensadordelvaporqueseencuentraenelaire,ayudandoasenlalabordelsecador.
7.AccesoriosFinalesdeLnea
Independientementedeltipodeaplicacindelairecomprimido,existenalgunoscomponentesdentrodeunsistemaneumtico,talescomovlvulasyactuadores,querequierenunaireextremadamentelimpioyadeterminadapresin.Paralograrestoseutilizanlosaccesoriosfinalesdelneaqueconsistengeneralmentedeunfiltro,unreguladordepresinyunlubricador;loscualesgarantizanunmejorfuncionamientodelosequipos.
Losaccesoriosfinalesdelneasecolocangeneralmentecercadelequipoosistemadeairequeseesthaciendofuncionar.Acontinuacinsedescribelafuncindecadadeestosaccesorios:55
Filtro:Recogelasimpurezasyseparaelcondensadoprovenientedelalneadedistribucinenundepsito.Estecondensadosepuedeexpulsarpormediodeunapurgaautomticaomanual.Reguladordepresin:Elreguladorgarantizaunapresinconstantesinfluctuacionesaloselementosneumticos.Esteelementocumpleunafuncinmuyimportante,yaquelapresinenlarednuncaesconstanteyelusodeunapresininadecuadapuedecausareldeteriorodeloselementosneumticos.Lubricador:Algunoselementosneumticosnecesitanlubricacinparaevitardesgastedesuspartesmviles,staessuministradamedianteunlubricador.
Existendiferentesconfiguracionesdeestosaccesoriosfinalesdelnea,tododependerdelaaplicacinquevayaatenerelairecomprimidoenlainstalacin(Figura12).
Figura12.KidFiltroSeparador-ReguladordePresin
DiseodelaReddeAireComprimido
Eldiseodelaredesunodelosparmetrosmsimportantesenelsistemadeairecomprimido,yaquecualquierprdidaocadadepresinentreelcompresorylamquinaaccionadaporaire,esunaprdidairreversibleeirrecuperable.Lareddeairecomprimidoestconformadabsicamenteportuberasqueseinterconectanentres,paradistribuirelairenecesarioenunainstalacin.Latuberanosolamentetienelafuncindetransportarelaire
56
comprimidodesdelosdepsitoshastaloslugaresdeconsumo,sinotambindebemantenerlimpioelaire,debeproveerderivacionesparainstalarfiltrosyotrosequiposparaeltratamientodelaire.
Lareddeairecomprimidotambinestconformadapormangueras,vlvulasyaccesoriosquesenecesitenparalaconexindetodosloscomponentesdelsistemaneumtico.Estosconductosdeairenodebentenerfugasnicadasdepresinexcesivamentealtas.
Porotroladoesimportantemencionar,queparamejorarlaeficienciadelacorrienteenunatubera,debeexistirunaformadeflujosuave.Elmismosedenominaflujolaminar,yseproducecuandolatuberaeslosuficientementegrandeparamanejarelairequefluyeatravsdeste,aunavelocidadrelativamentebajaparaevitarturbulencias.Paralograresto,elinteriordelatuberadebeserlisoylatuberanodebecambiardedireccinmsdelonecesario.Elnmerodeaccesoriosenelconductodebereducirsealmnimoynodebenrestringirelflujo.Losflujosturbulentosdesperdicianmuchamsenergaquelosflujoslaminares,porqueproducenmayoresprdidasporfriccin[17].
Deserposible,elsistemadebedisearseenformadeanillo,demaneraquecualquierpuntooequipodemximademandadeaire,puedaseralimentadopordoscaminosdistintos.
ComponentesdelaReddeAireComprimido
Existencuatrocomponentesdentrodeunareddeairecomprimido,estosson:
TuberaPrincipal:estatuberaeslaencargadadeconducirlatotalidaddelcaudaldeairedesdelasaladecompresoreshastalasreasdeconsumo.
TuberadeDistribucin:estatuberaeslaencargadadedistribuirelairedesdelalneaprincipalhacialasdiferentesreasdeconsumo.
TuberadeServicio:sonlasqueconducenelairedesdelatuberadedistribucinhastalasherramientasneumticas.
Accesorios:sontodoslosequipos,comovlvulas,conexiones,unidadesdetratamientodeaireymanguerasrequeridasparallevarelairedesdelalneadeserviciohastaelpuntodetrabajo.
TuberaPrincipal
TuberadeDistribucin
Accesorios
TuberadeServicio
Figura13.DistribucindelSistemadeAireComprimidodelaPlantaVENFARPA
Esimportantesealarquetantolatuberaprincipalcomoladedistribucindebeninstalarseconunapendientede1:200yproveerdetrampasdeaguaenloslugaresmsbajosdelsistema.Porotrolado,lastuberasdeserviciosedebernconectarporlapartesuperiordelaslneasdedistribucinparaasimpedirelpasodeaguacondensadaalospuntosdeconsumo(Figura14).
Figura14.ConexinCorrectadelaTuberadeServicio
CapacidaddeAireRequerida
Entodareddeairecomprimidoesnecesariaunainvestigacinpreviadelacantidaddeairequevaaserusado.Estacantidaddeairedebeestarbasadaenunconocimientopreviodelosequiposquerequierendichoconsumo,denoseras,sepuedecometerelerrordesubestimar,oporelcontrario,sobrestimarlacantidaddeairenecesaria,loqueacarrearaencualquieradelosdoscasosungastoinnecesarioalahoraderealizarlainstalacin.
Paraconocerculserelcaudaldeaireconsumido,esnecesariosumarelconsumototaldeairedecadapunto.Elconsumodecadapuntoseobtienedelosmanualesy/odelaexperienciaenelusodelasmquinasoherramientasquesevayanainstalar.Elresultadoserlamximacargaterica.Paraobtenerlacargareal,lacargatericasemultiplicaporunfactordeuso(gradodeutilizacin)elcualsepuededeterminarporlaexperienciaquesetieneenlautilizacindelamquinaoherramienta.Deestamaneraseusaralasiguientefrmula[16]:
QrealQtericafu
(13)
Donde:
QrealCaudaldeairereal[l/seg]
QtericoCaudaldeaireterico[l/seg]
fuFactordeutilizacin
Paraobtenerelconsumopromediototaldelsistemaneumtico,sedebenconsiderarotrosfactoresmuyimportantescomolosonelfactordeexpansin,elfactordefugasyelfactordedesgastedelasherramientas.
Factordeexpansin:Estefactoresunincrementoquesedeberealizarsobreelconsumototaldeairecomprimidoenunsistemaneumtico.Seempleacuandolaexpansinnoesconocidaydependedelasconsideracionesoexpectativasquetengaelusuarioencuantoaexpansionesfuturas.Algunosfabricantesdesistemasdeairecomprimidorecomiendanconsiderartresaoscon10a15%deincrementoenelconsumodeaireporao[16].
Factordefugas:Lasfugasdeaire,originadasbsicamenteporlamalainstalacindelasunionesyenocasionesporlaoxidacinpresenteenlastuberas,estnpresentesentodoslossistemasdedistribucindeairecomprimido.Esporelloquenosedebeolvidardeellasparaelclculodeunainstalacinnuevaoparaunaqueyaexista.Elmargendefugasrecomendadoporlosfabricantesdesistemasdeairecomprimido,deacuerdoalascaractersticaspropiasdelsistemaeslasiguiente:
-De5%a10%ensistemascorrectamentediseados.
-30%parasistemasconpocomantenimiento.
Endefinitivaunmargendel15%puedeconsiderarseparaelfactordefugas[16].
Factordedesgastedelasherramientasomquinas:elconsumoquesedaenloscatlogosdelasherramientasomquinas,serefieregeneralmenteacuandoestnnuevas.Sinembargo,sesabequelasmismasvanatenerundesgasteprogresivoalolargodesuvidatil.Porestaraznserecomiendaqueelfactordedesgasteseade5%[16].
Finalmente,luegodeconsiderarlosfactoresanteriormentedescritos,setienelasiguientefrmula[16]:
Qtotal(fffdfe)QrealN
(14)
Donde:QtotalCaudaldeairetotalrequeridoporelsistema[l/seg]ffFactordefugas
fdFactordedesgastefeFactordeexpansinNNmerodeherramientasomquinasQrealCaudaldeairerealrequeridoporcadaherramientaomquina[l/seg]
Unavezexplicadoelprocedimientoparadeterminarelflujodeairequedebemanejarelcompresor,acontinuacinenlaTabla8semuestranlosresultadosobtenidosdela
investigacinhechaalosequiposquerequierendichoconsumoconsiderandolosfactoresanteriormentedescritos:
Tabla8.ClculodelosConsumosRealesdelosEquiposyHerramientas
EquipoCantidadCaudal Requerido (L/Min)Factor De UtilizacionCaudal Real (L/Min)
Osmosis12001200
Llenadora12501250
Autoclave pequea12661266
Autoclave grande2110011100
Lavadora1100011000
Taponadora12501250
Encajonadora15000,6300
Envolvedora11500,690
Puntos libres75250,1578,75
Consumo real total (l/min)3534,75
Consumo real total (l/seg58,91
Fugas 10%5,89
Desgastes de los equipos 5%2,95
Expansin 20%11,78
Q total (l/seg)79,53
Comosepuedeobservar,lainvestigacindelosconsumosesunpasomuyimportantealmomentodedimensionarlareddeairecomprimido.Sinlamismanoesposibleconocercuntoaireesnecesarioparaelcorrectofuncionamientodelosequiposy/oherramientas.
Unavezestimadoelconsumoaproximadodeaireenlared,esnecesariodeterminarsisedebeusarunasecadoraenelsistema.Enelcasodequesevayaacolocarsta,sedebeseguirelsiguienteprocedimientoparaestimarlaprdidadecaudalporcausadelacondensacinenlamisma[16]:
1.Sedebeestimarlatemperaturadeentradadelairealcompresor,paraluegobuscarenunatablatermodinmicalapresindesaturacinadichatemperatura.
2.Conlahumedadrelativadellugardondesevayaacolocarelcompresorylapresindesaturacinanteshallada,secalculalapresinparcialdelvaporconlasiguientefrmula[16]:
PvapPsat@THR
(15)
Donde:Pvap(16)
PvapPresinparcialdevapor[bar]
Psat@TPresindesaturacinaunatemperaturadada[bar]
HRHumedadrelativa
3.Luegoconlascondicionesdeoperacindelasecadora,sebuscaenlatablatermodinmicalapresindesaturacinalatemperaturadelpuntoderocoysecalculalapresinparcialdelvaporcomosigueacontinuacin[16]:
Psat@TPtotal
Donde:PtotalPresintotaldelamezclaaire-vapor[bar]
4.Unavezobtenidalapresinparcialdevaporenlasecadora,seprocedeacalcularelporcentajededisminucindelcaudaldelasiguientemanera[16]:
%Qtotal
PvapPatm
100
(17)
Donde:%QtotalPorcentajededisminucindelcaudal[%]PvapDiferenciadelaspresionesparcialesdevaporentrelaentradadelcompresorylasecadora[bar]PatmPresinatmosfrica[bar]
5.Finalmente,paraobtenerelcaudaltotalquedebesersuministradoporelcompresorparasatisfacerlasnecesidadesdelsistema,seutilizalasiguientefrmula[16]:
Qtotal(sec)Qtotal(1
%Qtotal100
)
(18)
Donde:Qtotal(sec)Caudaltotaldeaireconsecadora[l/seg]
QtotalCaudaltotaldeairesinsecadora[l/seg]
EnlaTabla9semuestraelclculoestimadodelaprdidadelcaudalproductodelacondensacinenlasecadora.
HumedadRelativa[%]95
TemperaturaMxima[C]35
P[bar]0,056
sat@35CPv1[bar]0,053
CondicionesdeTrabajodelaSecadoraP[bar]7,5
PuntodeRoco[C]-40
Psat@-40C[bar]0,00013
P[bar]1,73E-05
v2Q[%]5,34
Tabla9.ResultadosdelClculodelaReduccindelCaudalporCausadelaSecadora
DelaTabla9sepuedeapreciarqueelporcentajedelcaudalperdidoporcausadelasecadoraesconsiderableydebeserestimadoparaescogercorrectamenteelcompresor.Ademssepuedeobservarqueparaelclculoesnecesarioconocertantolascondicionesdetrabajodelasecadoracomolascondicionesambientalesdelsitiodondevaaestarlamisma.Portalraznesmuyimportantehacerunainvestigacinpreviaquepermitaconocertodosestosdatos.
CadasdePresinPermisibles[16]
Comosesabe,elairecomprimidoensurecorridoatravsdelosdistintostramosdetuberasyaccesorios,pierdepresindebidoalafriccinqueocurreentrestos.Por
ComponenteCadadePresin[bar]
TuberaPrincipalydeDistribucin0,07
TuberadeServicio0,03
Filtros0,3
Secadora0,3
Accesorios0,6
Total1,3
consiguiente,esnecesariodeterminarlamagnituddeestascadasdepresinparaluegoprocederconladimensindelastuberas.
Estascadasdepresinsedebenlimitarprincipalmentepordosrazones:
-Lagranmayoradeequiposyherramientasneumticasestndiseadosparatrabajarconmayorrendimientoaunapresinde6bar(87psi).
-Loscompresoresindustrialesmscomunes,comprimenairehasta7u8bar(100-115psi).
Debidoaestosdosfactoreslimitantes,setienenlassiguientescadasdepresinaceptables:
Tabla10.CadasdePresinPermisiblesenlaReddeAireComprimido
Hayquehacernotarqueesacadade1,3baressiempreycuandosedebaconsiderarunasecadora,denoseraslacadaserde1baraproximadamente.
SeleccindelCompresor
Teniendolacapacidaddeairerequeridaenelsistemaysabiendolapresinmximaalaquesevaatrabajarenlared,sepuedeelegirelcompresorquemsseadecuealosrequerimientosexigidos.Estoselograconsultandoaloscatlogosdelasempresasproveedorasdecompresores,conlocualseobtienelapresinverdaderaalaquevaatrabajarelsistemayelcaudalquevaasercomprimido.Ademsdeesto,esnecesarioestablecerlos
ModeloPresinMax.deTrabajo[bar]Capacidad[l/seg]PotenciadelMotor[HP]TipoMarca
AQ30-7,57,58840TornilloAtlasCopco
AQ37-7,57,510750TornilloAtlasCopco
*ZT37-7,57,59050UaRotativaAtlasCopco
*ZT37-8,68,68650UaRotativaAtlasCopco
IRN75H-OF8,69475TornilloIngersoll-Rand
D37H810050TornilloCompAir
requerimientosdeaireexigidos,debidoaquesielaireesdestinadoaunusofarmacuticooalimenticioendondenosetoleranpartculasdeaceite,elcompresoraelegirdebeserexentodelmismo.
Deestaforma,alconsultaravariasempresasproveedorasdeequiposcompresoresseobtuvolasiguientelista:
Tabla11.SeleccindelEquipoCompresor
DelaTabla11sepuedeconstatarquelacantidaddecompresoresquecumplenconlos*Puedentenerunsecadorintegrado
requerimientosdelsistemaadisearsonvarios,sinembargo,paralaeleccindelcompresorquesevayaaadquirirsedebeconsiderarelfactoreconmico.
Enestetrabajodepasantanosepudoobtenerelpreciodecadaunodeloscompresoresquesemuestranenlalista,slosepudoobtenereldelcompresorelegido.PerosisehaceunestudiodeductivodeloscompresoresqueseencuentranenlaTabla11,sepuedellegaralaconclusinqueelmodeloZT37-7,5AtlasCopcoeselmsconveniente.Estosediceporquealanalizarloscompresoresdelamismamarcapuedeserqueelseleccionadoseaelmscaroportenerunasecadoraincluida,peroesteaumentodelpreciopuedeseralafinalaparentedebidoaquesiseescogieraunodeloscompresoresquenoincluyenlasecadoraystahubieraquecomprarlaporseparado,podraresultarmscaro.Porsuparte,loscompresoresIngersoll-
RandyCompAirsobrepasanlosrequerimientosdelsistemaporunrangorelativamentepequeo,perosisecomparanconlosofrecidosporAtlasCopco,podranresultarmscarosporeseaumentodelascondicionesdeoperacin,ademsdequenoincluyenlasecadora.
Otroaspectoimportantedelcompresorelegidoesqueestexentodeaceite,locualtienegransignificadoparaelprocesoencuestin,yaquepornormanodebenexistirpartculasdeaceiteenelairecomprimidoqueseproduzca.Estoesunrequerimientoparticulardelprocesoalcualselevaasuministrarelaire,nosiempredebeseras.
ClculodelaCapacidaddelTanqueRecibidor
Existenmtodosmatemticosquenospermitencalcularelvolumendeltanque,perotambinexistendistintoscriteriosquetomanenconsideracinfactoresexperimentales,talescomo:
-Paracompresoresconsistemasderegulacincarga-descargaypresioneshasta8,8bar,elvolumendeltanque(m3ft3)serundcimodelacapacidaddelcompresorenlasmismasunidadesdevolumenporminuto.Ladiferenciaentrelapresindedescargaycarganodebeserinferiora0,4bar[16].
-Paracompresoresconsistemasderegulacinarranque-parada,lacapacidaddeldepsitodebeseleccionarsedeacuerdoalconsumodeaireylacapacidaddelcompresor,demaneratalqueelcompresorhagaunmximode10arranquesporhora,enestecasolareglarecomiendaqueeltamaodeltanqueenunidadesdevolumendebesersimilaralacapacidaddelcompresorconlasmismasunidadesdevolumenporminuto.Ladiferenciadepresinrecomendadaentrearranqueyparadaes1bar[16].
Apesardequeloscriteriosantesdescritossebasanenlaexperiencia,sedebecerciorarmatemticamenteesaspremisas.Deestaformasepuedeutilizarlasiguientefrmula[16]:
V
0,25QcP1TofmaxPcdT1
(19)
Donde:VCapacidaddeltanquedeairecomprimido[m3]
3Qc[m/seg]0,0795
P1[barg]1
Pcd[barg]0,8
To[K]313
T1[K]313
PerododelCiclo[seg]30
Capacidaddel745,61
QcCaudalsuministradoporelcompresor[m3/s]1
PPresinalaentradadelcompresor[bar]T1Temperaturaalaentradadelcompresor[K]ToTemperaturadelrecibidor[K]fmaxFrecuenciamximadelcicloPcdCadadepresinentrecarga-descarga[bar]
Unavezaclaradoelprocedimientoquesedebeusarparaestimarlacapacidaddeltanquerecibidor,acontinuacinsemuestranlosresultadosobtenidosdedichoclculo:
Tabla12.ResultadosdelClculodelaCapacidaddelTanqueRecibidor
CabedestacarquelosdatospresentadosenlaTabla12,estnconsideradosparalasituacindetrabajomsdesfavorabledebidoaquelastemperaturassonbienelevadas,yestoenlarealidadnoocurreas,peroalestimarlasdeesamaneraseaseguraqueeltanquequesevayaaelegircumplaconlosrequerimientosdelsistema.
ClculodelaCapacidaddelaSecadora
Paracalcularlacapacidaddeairecomprimidoquepuedeadmitirlasecadoracuandolascondicionessondistintasalasnominales,sedebeusarlasiguientefrmula[16]:
Qnominal
QrealKc
(20)
Donde:
TemperaturadeEntrada[C]40
PuntodeRoco[C]-40
FactorKc0,74
Qreal[l/seg]88
Qnominal[l/seg]118,92
QnominalCaudalnominaldeairecomprimidoatravsdelasecadora[l/seg]
QrealCaudalrealdeairecomprimido[l/seg]
KcFactordecorreccin
ElfactordecorreccinKcseobtienedeunagrficaproporcionadaporlacompaadistribuidoradelossecadoresyvienedadoenfuncindelatemperaturadeentradaalsecadorydelatemperaturadelpuntoderoco.
Deestaforma,losresultadosparaelclculodelacapacidaddelasecadorasemuestranacontinuacinenlaTabla13.
Tabla13.ResultadosdelClculodelaCapacidaddelaSecadora
Lacapacidaddelassecadorascomercialesseencuentraenelrangodelos140l/seg,porlotanto,lasecadoranecesariaparacubrirlosrequerimientosexigidosporelsistemaencuestinpuedeserencontradaenelmercado.
DimensionamientodelaReddeTuberasdeAireComprimido
Eltamaodelatuberaparaunaaplicacindependedevariosfactores,talescomo:elcaudaldeairetransmitido,lapresindefuncionamientodelsistema,ladistanciaquerecorreelaire,elnmerodecurvaturasyaccesoriosenlosconductos.Eltamaodelainstalacinylaubicacindeloscompresoresdeterminanladistanciaquedeberecorrerelaire.Unavezconocidosestosfactores,esposiblecalculareldimetrodelatuberamediantelasiguientefrmula[16]:
Pfc1,6108QaireDtubPent
5
1,85
LT
(21)
Donde:
PfcCadadepresinporfriccindelairecomprimidoenuntramodetubera[bar]
QaireCaudaldeaire[m3/seg]
LTLongitudtotal[m]
DtubDimetrodelatubera[mm]
PentPresinalaentradadeltramodetubera[bar]
Lalongitudtotalsecalculamediantelasiguientefrmula[16]:
LTLLequiv
(22)
Donde:
LLongituddeltramodetubera[m]
LequivLongitudequivalentedebidaalosaccesorios[m]
Lacadadepresinatravsdeunaccesoriovienedadacomountramodetuberaenlnearecta.EnelApndiceXsemuestranlascadasdepresinenformadelongitudesequivalentesparadiversosaccesorios.
Unavezconocidaslasfrmulasyrequerimientosnecesariosparaeldimensionamientodelareddetuberas,acontinuacinenlaTabla14semuestranlosresultadosobtenidosparaeldiseodelsistema.
TuberaPent[barg]Qaire3[m/seg]L[m]Lequiv[m]LT[m]Dtub[mm][in]Pfc[barg]
Principal7,50,0910,515,626,150,80,02
2
Distribucin7,480,047031,4101,450,80,02
2
Servicio7,460,0233,96,919,050,03
Secador[bar]0,3
TuberaPrincipal[bar]0,02
TuberadeDistribucin[bar]0,02
TuberadeServicio[bar]0,03
CadadePresinTotal[bar]0,37
PresinFinal[bar]7,13
Tabla14.ResultadosdelDimensionamientodelasTuberasdelaReddeAireComprimido
ComosepuedeobservarenlaTabla14,lascadasdepresincumplenconlosrequerimientosdelaseccin3.2.3.Lasprdidasporcausadelosaccesoriosy/ofiltrosseconsideraronenelclculodelalongitudequivalente.EnlaTabla15semuestraconunamejorapreciacindichasprdidasdepresin.
Tabla15.CadasdePresinenlaReddeAireComprimido
Paraeldimensionamientodelastuberasfuedegranayudahaberrealizadoeldiseodeladistribucindelareden3D(ApndiceS).Estehechopermitirealizarunaestimacinbastanteprecisadelaslongitudesaconsiderareneldiseo,ademsdequetambinsepudovisualizarloslugaresquerequerandecodosotee.Deestaformasetomelpuntomslejanoapartirdelcompresor,elcualserelmsdesfavorable,ysemidienelsoftwaredediseoladistanciaderecorrido.
Elcaudaldelatuberaprincipalseobtuvodelasespecificacionesdelcompresor,debidoaqueporellavaapasardichoflujo.Paraelcaudaldelatuberadedistribucinseconsider
queibaapasarlamitaddelcaudaldelcompresor.Porltimo,elcaudalqueseestimqueibaapasarporlatuberadeserviciofueeldemayordemanda.ElmismocorrespondealalavadoracomosepuedeobservarenlaTabla8.Deestamaneraseaseguraquecualquieradelosotroscaudalescumplaconlosrequerimientosdecadadepresin.
MaterialesdelasTuberas
Losmaterialesmsusadosparalastuberasdeunareddeairecomprimidosonlossiguientes:
Acero
Aceroinoxidable
Cobre
Plstico
Lastuberasdeacerosuelenserlasmsusadas,sinembargo,cuandoexistenrequerimientosespecialesqueexijandeunairealtamentepuroyconfiable,sedeberecurriralautilizacindelaceroinoxidablecomoprimeraopcin.Encasodequeesteresultemuycostosoparalainstalacin,sepuedeconsiderarelcobrecomounaalternativa[16].
Enelsistemaquesevaainstalarsedecidiquelatuberadebeserdeaceroinoxidabledebidoalapurezadelairequeserequiereenelprocesodeproduccin.
CondicionesNecesariasparalaUbicacindelaSaladeCompresores[17]
Laubicacindeunaplantacompresoradependefundamentalmentedelascondicionesambientales,tipodeindustriaycompresor.Silascondicionesambientaleslopermiten,ellocaldebeserlomsabiertoyventiladoposibleaobjetodegarantizarlaaspiracindeunairefresco.Elpisodebeserdeltipoconcretocorrugado,coninclinacinparadesagesysuficienteespesorparapodercolocaranclajes.
Lasbasessobrelascualesvanaestarapoyadosloscompresores,dependendeltipodecompresor.Loscompresoresdeltipotornilloypaletasnooriginanvibraciones,porlocualpuedenserempernadosdirectamentesobreunabasedeconcretofirmeynivelada.Los
compresoresreciprocantesgeneranvibracionesdediversandole,porlocualdebensercolocadossobrebasesflexibles.
Enlneasgenerales,unaplantacompresoranodebeestarcercadefuentesdecalor(calderas,motoresdecombustin,etc.),nidepolvo(depsitos,caminos,procesos,etc.).
Sdebeestarcercadelasfuentesdeservicio(electricidad,agua,enfriamiento,etc.)ydelasreasdeconsumo,ascomotambin,tenerlamayorcomodidadparalainspeccinymantenimiento(buenailuminacin,espacioslateralesysuperioresamplios,etc.).
SISTEMADEVAPOR
Enestecaptuloseexponenloscomponentesfundamentalesdeunsistemadevaporquevandesdelageneracindelmismoenlacaldera,pasandoluegoporelsistemadedistribucinalospuntosdeusoquelorequieren,hastallegaralsistemaderecoleccindecondensadodondevuelveainiciarseelciclo.Deestamanerasehizolaseleccindelacalderanecesariaparasatisfacerlasnecesidadesdelsistemaysedimensionaronlastuberasqueconducirnelfluidodevapor.Finalmentesedimensioneltanquedecondensadodelsistema.
QueselVapor?
Elvaporesunestadodelaguaqueseobtieneapartirdelaenergatrmicaqueseleproporcionaadicholquidomediantelatransferenciadecalor.Estaenergatrmicapuedeproducirsedevariasmaneras,peroelmtodoquenormalmenteseusaesatravsdelacombustinenunacaldera.
Elvaportieneinfinidaddeventajasquelohacenindispensablealmomentodesuministrarenerga.Estsventajasincluyenbajosnivelesdetoxicidad,fcildetransportar,altaeficiencia,grancapacidaddecalorybajoscostosencomparacinconotrostiposdeenergaalternativa.
Enlaproduccindevaporsepuedendiferenciartresetapasfundamentalesdelproceso,queson:generacin,distribucinyrecoleccindelcondensado.
GeneracindeVapor
Laetapadegeneracinenunsistemadevaporrequieredelusodelacalderacomofuentegeneradoradecalor,parasuministrarleenergaalagua,ydeestaformaproducirelvapor.Estaenergaesliberadaapartirdelacombustindealgncombustibleodelaprdidadecalorenalgnproceso.
ComponentesdelSistemadeGeneracindeVapor
1.Caldera[7]
Existendostiposbsicosdecalderas:laspirotubularesotubosdehumoylasacuatubularesotubosdeagua.Ladiferenciafundamentalentreestosdostiposdecalderaseselladodelostubosquecontengalosgasesdecombustinoelvaporgenerado.
CalderasPirotubulares:enestetipodecalderaslosgasesdecombustinpasanporelinteriordelostubosmientrasqueelaguapasaporelexterior.
CalderasAcuatubulares:enestascalderaselaguapasaporelinteriordelostubosmientrasquelosgasesdecombustinpasanporafueradelosmismos.
Ambostiposdecalderatienenvariantesensudiseoconrespectoalacolocacindelostubosdentrodelasmismas.Estasvariacionesdependendelfabricanteybsicamentesehacenparahacermseficientelatransferenciadecalorgenerada.
2.SistemasdeControl[18]
Elsistemadecontrolestdiseadoparaprotegeralacalderayasegurarsubuenfuncionamiento.Elmismoestconformadopor:
Sistemadecontroldecombustin:estesistemaseencargaderegularlamezclaaire-combustibleparagarantizarunacombustinsegurayeficiente,yasmantenerlapresindevapor.
Sistemadecontroldellamas:esunarreglodedeteccin,dispositivosdeseguridadyrelsqueseencarganderegularunallamaapropiadaenelinteriordelhorno,yquetienenlaposibilidaddesuspenderelconsumodecombustibleencasodedetectarsecualquiercondicinderiesgo.
Sistemadecontroldelniveldeagua:seencargademantenerelnivelapropiadodeaguaenlacaldera.
Sistemadecontroldepresin:regulalosequiposdecombustinparamantenerunapresinconstantedevaporenlacaldera.
3.SuministrodeAgua
Esunsistemaqueseencargadeproporcionarleaguaalacaldera.Lafuentededichaaguaprovienedeunprocesodesuavizacin,medianteelcualsoneliminadostodoslosmineralesquepuedacontenerlamisma,ademsdelcondensadoqueprovienedelsistema.Elaguaesalmacenadaentanquesderecoleccinparaasegurarunaalimentacinestablealacaldera.Elsistemadesuministrodeaguaconstadelossiguientescomponentes:
Vlvuladecontroldenivel.
Equipodepretratamiento.
Desaireador.
Bombadealimentacin.
Tanquerecolector.
4.SuministrodeAire
Esotrosistemaqueseencargadeproporcionareloxgenonecesarioparaelprocesodecombustin.Paraproveersuficienteaireparalacantidaddecombustibleusadoenlascalderasindustriales,normalmenteserequierenventiladores.
5.SuministrodeCombustible
Existendiferentestiposdecombustiblesusadosenlascalderas.Estosrequierendeunmanejoespecficodeacuerdoaltiposeleccionado.Loscombustiblesfsilescomoelcarbn,dieselygassonlosmsusados.Engeneralelsuministrodecombustibleconstadelossiguientesdispositivos[18]:
Vlvulareguladoradecombustible.
TanquedeCombustible.
Medidordeflujodecombustible.
Quemadores.
6.Purga[18]
Elsistemadepurgadelacalderaseencargaderemoverunacantidadespecficadeagua,conlafinalidaddedesecharlaspartculasslidasqueseacumulanenelfondodelacaldera.Elsistemadepurganodebeinstalarsenuncaamenosqueelfabricantelorecomiende.Estosedebeaqueparacalderasdealtapresin,especialmenteporencimade700psi(48,2bar),elaguapuedecausardeterioroenalgunaspartesdelcircuitodelacaldera.
7.VlvuladeSeguridad
Eseldispositivoencargadodedescargartodoelvapordelacalderaencasodequelapresinaumenteporencimadelpuntodediseo.Estavlvuladebecolocarselomscercaposibledelacalderaydebeestarconectadadirectamentealamisma.
4.2.2CriteriosparaelDiseodelSistemadeGeneracindeVapor[19]
Lascalderasogeneradoresdevapordeberninstalarseenlocalesdenominadossaladecalderas,ubicadasseparadamentedecualquierotroambientedetrabajo,otraedificacinyaniveldelpisodelpredio.Estasalanopodrserusadaparaningnotrofindistinto.
Elpiso,paredesytechodelasaladecalderasdeberconstruirseconmaterialesresistentesalacombustin.Deberestarconvenientementeprotegidacontraposiblescolisionescuandoporrazonesdeespaciodebaubicarseenunsitiocercanoaunestacionamientootrficodevehculos.Eltechodeberserconstruidoconmaterialesqueofrezcanlamenorresistenciaposibleaunaondaexpansiva,yporningnconceptodebernusarsetiposdelosasmacizasodelosanervada.
Lascalderassedeberncolocarsobrebasesdematerialesincombustiblequesobresalgandelniveldelpisoacabadoporlomenos10cm,peroobservandosiemprelasrecomendacionesdelfabricante.
Deberhaber,comomnimo,2mlibresentreeltechoylasvlvulasoaccesoriosmsaltosy2mlibresobrelaplataformamselevada,demaneraquesepermitalaoperacindetodoslosaparatosdeseguridadqueintegranelgenerador.Elespaciomnimoentrelasparedesdelassalasyloslateralesdelacalderadeberserde1m.El
espaciomnimoentrelasparedesdelasalaylaparteanterioryposteriordelacaldera,lodeterminarelfabricante,peroenningncasosermenora1m.Elespaciomnimoentredoscalderasserde1mentrelaspartesmssalientes.
Todoaccesoalasvlvulaselevadas,columnasdeagua,reguladoresdealimentacinyotrosaccesoriosdelacaldera,sedeberhacermedianteplataformasyescalerasconbarandas,construidasdematerialresistentealacombustinyprovistodesuperficiesantirresbalantes.Enningncasolasplataformasdebernsersoldadasalaestructuraocuerpodelacaldera.
Paraeltrazadoytendidodetuberasdentrodelasaladecalderassedebeevitar,enloposible,elpasodetuberassobrelacaldera,perodenoserposible,estsdebernestaraunaalturade2msobrelamisma.Lorecomendableesquetodaslastuberasdealimentacindeagua,combustiblesypurgavayanporelpiso,colocadasencanalescubiertospormaterialesresistentesynocombustibleseidentificadosconelcdigodecoloresestablecidosenlanormaCOVENIN253[20].
Elniveldeiluminacindebeserelptimoparaestetipodesalasyenningncasomenora300lux.
Laventilacinnaturalomecnica,debesersuficienteparaquelatemperaturainternadelasalanosea5Csuperioralatemperaturadelaireexterior.
Lasaladecalderasdebeposeerunachimeneaconlacapacidadsuficienteparadesalojartodoslosgasesdeescapeproducidosenlacaldera.Puedenconstruirseenladrilloometalydebenserporlomenos1mmsaltoqueelpuntopordondelachimeneaatraviesaeltechoyporlomenos3mmsaltoqueeltechodetodaconstruccinqueseencuentredentrodeunradiode10m.Nosedebencolocarchimeneasdemetalconunaalturamayora3msobreeltecho,sinaislamientotrmico.
SeleccindelaCaldera
Laseleccindelacaldera,aligualqueenelsistemadeairecomprimido,requieredeunestudioinvestigativoencuantoalosconsumosnecesariosporlosequiposdelaplanta.Deestamanera,selogrobtenercomoresultadodedichainvestigacinlossiguientesconsumos:MarcaCleaverBrooks
ModeloICB
Potencia[HP]100
TipoPirotubular(TubosdeHumo)X
Acuatubular(TubosdeAgua)
DisposicindelosTubosVertical
HorizontalX
CapacidaddeVapor[kg/hr]1565
PresindeTrabajo[psig]150
ConsumodeCombustible[l/hr]110,5
Eficiencia[%]82
Equipomv[kg/hr]mv[lb/hr]P[barg]
DestiladorMS15059031990,778
IntercambiadordeCalor170374,7863
Tabla16.ConsumosdeVaporRequeridosporlosEquiposdelaPlanta
ComosepuedeobservarenlaTabla16,losconsumosdevaporenlaplantasonbastantebajos.Unavezobtenidosstos,seprocediabuscarlacalderaindicadaparatalesrequerimientos.
Durantelabsquedaresultbastantedifcilobtenerespecificacionestcnicascompletasdelascalderasofrecidas,sinembargo,selogrencontrarunproveedorqueofrecidichosdatosyenbaseastosfuequeseeligilacaldera.LaempresadiseadoradecalderasCleaverBrooksfuelacontactadaypormediodelamismaseobtuvieronlosdatosdelascalderasqueofrecen.
AlanalizardichascalderassellegalaconclusinqueelmodelomsindicadoeselICBde4pasos.LasespecificacionessepuedenapreciarenlaTabla17.
Tabla17.EspecificacionesTcnicasdelaCalderaCleaverBrooks[21]
Enbaseaestacalderasetrabajduranteelproyecto,inclusofuediseadabajolasdimensionesprovedasporelfabricanteconlaintencindeasegurarqueelespacioenelcualvaasercolocadacumplaconlosrequerimientosdediseoanteriormentedescritos(Figura15).Dehecho,enunprincipiohuboquehacerunamodificacinyaqueelespacioqueelarquitectohabaestimado,noerasuficienteparalasdimensionesdelacaldera.
Figura15.DistribucindelaSaladeCalderas
DistribucindelVapor
Elsistemadedistribucineslapartequepermitellevarelvapordesdelacalderahastalosdistintospuntosdeuso.Apesardequeestesistemapuedapareceralgoinsignificantealhablarenformageneraldeunsistemadevapor,enrealidad,eselencargadoderegularlaentregadelmismoytienelafuncinderesponderanteloscambiosdetemperaturaypresinrequeridos.Enconsecuencia,unbuenfuncionamientodeladistribucindevaporrequieredeundiseocuidadosoyunmantenimientoapropiado.
ComponentesdelSistemadeDistribucindeVapor
1.Tubera
Mediantelastuberassetransportaelvapordesdelacalderahastaelpuntodeusofinal.Unbuendiseodetuberascomprendeunadecuadodimensionamiento,configuracinysoportes.Lainstalacindeunatuberadedimetromayoralnecesariopuederesultarmscostosa,perogeneramenosprdidasporfriccinparauncaudaldado.Adems,reduceelruidoasociadoconelflujodevapor.Porsuparte,escogerunadedimetromenorproduceruido,aumentaelriesgodegenerarseelefectodelgolpedearieteypuedeproducirerosincomoconsecuenciadelaguacondensada.Engeneral,sedebeconsiderarelambientedondesevayaacolocarlatuberaalmomentodeescogereldimetro.
Existendosaspectosimportantesalhablardelsistemadetuberas:laflexibilidadylospuntosdedrenaje.Conrespectoalaflexibilidad,lastuberas,especialmenteenlasconexionesalosequipos,necesitanacomodarseantelasreaccionestrmicasqueocurrencuandosearrancayapagaelsistema.Adicionalmente,lastuberasdebenestarequipadasconunnmerosuficientedepuntosdedrenajeparadesviarcorrectamenteelcondensado.
Lastuberasdelsistemadedistribucinseclasificandelasiguientemanera:
Tuberaprincipal:eslaencargadadellevarelvapordesdelacalderahastacualquierlugardelaplanta.
Tuberaramificada:esunaderivacinquesehacedelatuberaprincipalmediantelacualsetransportaelvaporalequipoquelorequiera.
Figura16.SistemadeDistribucindeVapor
2.Aislante
Elaislantetrmicoproveedeunciertogradodeseguridad,ahorrodeenergaymejoraenelfuncionamientodelsistema.Entrminosdeseguridad,elaislantereducelatemperaturaexteriordelatubera,locualdisminuyeelriesgodeaccidentesporquemaduras.Elahorrodeenergavaestrechamenterelacionadoconlamejoraenelfuncionamientodelsistema.Estose
debebsicamenteaqueseevitanlasprdidasdecalor,conlocualsepuedehacerunambientedetrabajomsconfortable,yalavez,mantenerlaenergaqueseencuentraenelvaporparalospuntosdeusofinal,permitiendoasunmximoaprovechamientodelvaporgenerado.
Entrelosmaterialescomnmenteutilizadoscomoaislantesenlossistemasdedistribucindevaporseencuentraelsilicatodecalcio,lafibramineralylafibradevidrio.
3.Vlvulas[18]
Enlossistemasdedistribucindevapor,lafuncinprincipaldelasvlvulasesladeaislaralosequiposoderivaciones,pararegularelflujodevapor,yprevenirunaumentoenlapresindelsistema.Losprincipalestiposdevlvulasusadasenlossistemasdedistribucindevaporson:vlvulasdecompuerta,vlvulasglobo,vlvulascheck,vlvulasreguladorasdepresinylasvlvulasdeseguridad.Lasvlvulasdecompuerta,globoycheckseencargandeaislarelvapordelasderivacionesy/ocomponentesdelsistema.Lasvlvulasreguladorasdepresinnormalmentemantienenlascondicionesdepresinaguasabajo,regulandolacantidaddevaporquepasaporlasmismas.Estasvlvulassoncontroladasportransmisoresquemonitoreanlascondicionesaguasabajo.Lasvlvulasdeseguridadliberanlapresinparaevitarunasobrepresinenelsistema.
4.SeparadoresdeVapor
Enalgunossistemasdevapor,segeneravaporhmedo.Estevaporhmedocontieneaguaquepuedereducirlaefectividaddelsistemadevapor.Elaguaerosionaalasvlvulasreductorasdepresin,reducelatransferenciadecalorenlosintercambiadoresypuedeproducirelefectodelgolpedearieteenlastuberas.Portalesrazones,esnecesarioremoverelaguaantesdellegaralospuntosdeuso.
Losseparadoresdevaporremuevenelaguamedianteunflujocentrfugocontroladoproducidoenelinteriordestos(Figura17).Estaaccinfuerzalahumedadarrastradaalaparedexterna,dondeesremovidadelseparador.Luegoelaguaextradaesllevadaalastrampasdevaporoalatuberadedrenaje.Losseparadorespuedenserinstaladostantoenlneasverticalescomohorizontales.
Figura17.SeparadordeVapor[22]
5.Filtros
Cuandounnuevosistemadetuberasesinstalado,quedanacumuladosenelmismo,fragmentosdeobjetosutilizadosdurantesuconstruccin.Ensistemasviejosseacumulamoho,yenlugaresdondeelaguaestratada,sedimentosdecarbonato.Deestaformaesnecesarioprotegerlodispositivoscomovlvulas,medidoresytrampas,dedichosobjetosquepuedenalterarelcorrectofuncionamientodelsistema.Paraestoesquesecolocanlosfiltros(Figura18).
VapordeEntrada
VapordeSalidaMallaMetlica
Figura18.FiltrodeVapor[22]
DimensionamientodelaTuberadeDistribucindeVapor
Eneldimensionamientodelastuberasdevapor,aligualqueenotrossistemasmecnicos,sedebeverificarqueeldimetrodelamismanoproduzcaexcesivasprdidasqueimpidanobtenerlapresinrequeridaenelpuntodeuso.Ademsdeestecriteriodediseouniversal,existeotroqueseaplicaenocasiones,peroquesueleserfundamentalenlossistemasdevapor:lalimitacindelavelocidaddelfluido.
Entuberasquetransportanvaporsaturado,existeunrangodevelocidadesrazonablequevadesde25m/seghasta35m/seg[23].Enelpasado,variasplantasdeprocesostenansistemasdevaporconvelocidadesmximasdehasta60m/seg,basndoseenqueelruidonoeraunproblemadelquepreocuparse.Ellosignorabanotrosproblemasasociadosconlasaltasvelocidadesdelfluido,enespecial,laerosinqueocurraenlastuberasyaccesoriosproductodelcondensadoquesegenerabaenelinteriordelasmismas.Porestarazn,setuvoquelimitarlavelocidadmximaquepuedealcanzarelfluidodentrodelastuberas.Acontinuacinsemuestralaecuacinutilizadaparaeldimensionamientodelastuberas[23]:
Dtub39,37
4QvapVvap
(23)
Donde:
DtubDimetro[in]
QvapCaudal[m3/seg]
VvapVelocidad[m/seg]
CadadePresin[23]
Pfvap1,18106LTvgmvapDtub
5
2
(24)
Donde:
PfvapCadadepresinporfriccindelvapor[bar]
LTLongitudtotal[m]
TramoL[m]Lequiv[m]LT[m]mvap[kg/s]Vvap[m/s]vg3[m/kg]Qvap3[m/s]Dtub[in]DNuevo[in]Pfvap[bar]
Tramo1-2251,2526,250,35250,190,072,3020,10
Tramo2-310,051,050,11250,190,021,2610,03
Tramo3-410,051,050,06250,190,010,9410,01
vgVolumenespecficodelvaporsaturado[m3/kg]
mvapFlujomsicodevapor[kg/hr]
DtubDimetrodelatubera[in]
Estaecuacinsloaplicaparatramosdetuberamenoresa200m.Lalongitudtotalsecalculacomoseindicaenlaecuacin22.
Acontinuacinsemuestranlosresultadosobtenidosparaeldimensionamientodelatuberaprincipaldelsistemadevapor:
Tabla18.ResultadosdelDimensionamientodelaTuberaPrincipaldeVapor
Figura19.IdentificacindelosTramosdelSistemadeDistribucin
PuntoP[barg]
19,3
29,20
39,18
49,17
ComosepuedeobservarenlaTabla18,lalongitudderecorridodelatuberaesbastantepequea.Aunquesecalcularonlosdistintostramosporloscualesvaapasarelvapor,serecomiendaquetodalatuberaprincipalsedimensioneconeldimetromayor.Cadatramocalculadocorrespondeaunadisminucindelflujodevaporentregado,esdecir,deltramo1-2elvaporsaledelacalderaysedirigealprimerpuntodeuso,queseraeldestilador.Luegodeltramo2-3elvaporsiguedesdeelprimerpuntodeusoalsegundo,queseraelintercambiadordecalor,dondesedisminuyenuevamenteelflujodevapor.Finalmente,sedejaunpedazodetuberamuertaqueconformaraeltramo3-4dondeestaracolocadaunaestacindecondensadodelatuberaprincipal(ApndiceU).Aligualqueenelsistemadeairecomprimido,fuedegranayudahaberdiseadoelsistemadevaporenunaplataforma3D.
TambinsepuedeobservarenlaTabla18quelatuberasedimensionenbaseaunavelocidadde25m/seg,lacualestenellmiteinferiordelrangorecomendado.Adems,comosepuedeapreciar,existendosdimetrosdistintos:elprimerofueelquematemticamentearrojaronlosclculosyelsegundoeselqueseconsiguecomercialmente.Comoeldimetrocalculadoesmenoraldimetrocomercial,lavelocidadalcanzadaenelinteriordelatuberadebesermenora25m/seg.Conestoseaseguraquelasvelocidadesnosobrepasenloslmitesestablecidosencasodequeelflujomsicodebaincrementarse.
Encuantoalvolumenespecficotomado,elmismocorrespondealapresindesalidadelacaldera,locualnosiempreesas.Sinembargo,siseconsideraquedichovalornovaradrsticamentealolargodelatubera,sepodratomarcomounabuenaaproximacindelvalorreal.
EnbasealascadasdepresinregistradasenlaTabla18,acontinuacinenlaTabla19semuestralapresincorrespondienteacadapuntodeusoenlatuberaprincipal:
Tabla19.PresindelosDistintosPuntosdeUsoenlaTuberaPrincipaldeVaporRamalL[m]Lequiv[m]LT[m]mvap[kg/s]Vvap[m/s]vg3[m/kg]Qvap3[m/s]Dtub[in]DNuevo[in]VNueva[m/s]
Ramal13,50,183,680,25250,210,052,06226,56
Ramal220,12,10,05250,460,021,31119,09
LaspresionespresentadasenlaTabla19,permitendeterminarsilapresinconlacualllegaelvaporestporencimadelarequeridaenlosequipos.Alverlassepuedeconstatarqueefectivamentetienenunvalorsuperioralnecesario.
Despusdehaberdimensionadolatuberaprincipal,esnecesariodeterminarlosdimetrosdelastuberasramificadasquevanalospuntodeuso.DeestaformasemuestranlosresultadosenlaTabla20.
Tabla20.ResultadosdelDimensionamientodelasTuberasRamificadasdelSistemadeVapor
LuegodeanalizarlosresultadosdelaTabla20,aligualqueparaeldimensionamientodelatuberaprincipal,sereportandosdimetrosdistintos.Enestaoportunidadsetomundimetropordefecto,conlocualsetuvoquecalcularlanuevavelocidadmximaenelinteriordelatubera.Dichavelocidadseencuentraenelrangorecomendado.Estopermitequesepuedaescogerunatuberademenordimetro,bajandodeestamaneraloscostosdelproyecto.
Porotraparte,hayquedestacarqueelvolumenespecficodelvaporsaturadoqueseutilizencadaunodelosclculosdelaTabla20,correspondealapresinqueserequiereenlospuntosdeusorespectivos.Comolapresindelastuberasramificadasvaradrsticamentealpasarporlavlvulareductoradepresin,setomelvolumenespecficoenbasealamenorpresinquepasaraporlatubera.Deestamaneraseobtieneunvalordeldimetroqueaseguraunflujoestableenelinteriordelatuberaapesardelasvariacionesdepresin.
4.4RecoleccindeCondensado
Loscomponentesderecoleccindeunsistemadevapor,recogenydevuelvenelcondensadoalaetapadegeneracin.Elcondensado,porprovenirdelvaporgenerado,esunlquidobastantepuroquenonecesitadelpretratamientodadoalaguanormal,porloquesureciclajeesdevitalimportanciaenelproceso.Elcondensadoquenoesrecicladodebesercompensadoconelaguadesmineralizada,lacualestmuchomsfraquedichocondensado.Estopermiteunahorroconsiderabledeenerga,yaqueaumentalatemperaturadelaguaque
debesercalentadaenlacaldera,conlocualsedisminuyeelcalorquedebesertransferidoenlaetapadegeneracin.
Adicionalmente,elaguaqueprovienedelpretratamientoesgeneralmentetratadaconqumicosqueremuevenlosmineralesyestablecenciertoniveldephenelaguaparalacaldera.Reduciendolacantidaddeaguaquetienequepasarporelprocesodepretratamientosereduceelusodequmicos.Porotraparte,algunosdeesosqumicosquecontieneelcondensadosonunproblemaparaelsistemadeaguasnegras,debidoaquedebensertratadosantesdepasaralascloacasmunicipales.
ComponentesdelSistemadeRecoleccindeCondensado
1.Tubera
Latuberaderecoleccintransportaelcondensadoqueesdrenadodesdelatuberadedistribucinydelospuntosdeusodevueltaalaetapadegeneracin.Latuberadecondensadodebesercorrectamentedimensionadayaislada.Ademsdelosmismosaspectosquesesealaronparalatuberadedistribucin,enladerecoleccindecondensadosedebetenerencuentaquelaeleccindeundimetromayoralrequeridoreducelacargadelasbombasdecondensado.Tambinpermitequeeltrasladodelllamadoflashsteam(vaporrpido)seamuchomsconveniente.Elvaporrpidoseformacuandoelcondensadocalientebajopresinesliberadoaunapresinmuchomsbaja,loqueocasionaquelatemperaturacaigamuyrpidamentealpuntodeebullicinparaesapresindesalida.Elcalordesobraesutilizadoporelcondensadocomocalorlatentequehacequepartedelsere-evaporeenvapor[23].
2.TrampasdeVapor
Lastrampasdevaporsonesencialesparaunfuncionamientoadecuadodelsistemaderecoleccindecondensado.Duranteelarranque,lastrampaspermitenelpasodeaireydegrandescantidadesdecondensado.Durantelaoperacindelsistema,lastrampasdejanqueelcondensadorecolectadopasealaslneasderetorno,mientrasminimizanlasprdidasdevapor.Existenbsicamentetrestiposdetrampas:
Trampastermostticas
Trampasmecnicas
Trampastermodinmicas
Figura20.TiposdeTrampasdeVapor[22]
3.TanqueRecibidordeCondensado
Eltanquerecibidordecondensadorecibeyalmacenaelcondensado.Estetanqueusualmenteestubicadoremotamentealrededordelsistemayestconfiguradoenconjuntoconlasbombasdecondensado.Eselcomponentequecierraelciclodelsistemadevapor.
4.Accesorios
Aligualqueenelsistemadedistribucin,elsistemadecondensadorequieredevlvulasgloboydecompuerta,ademsdefiltros.
Figura21.PartesqueConformanelSistemadeRecoleccindeCondensado
ConsideracionesdeDiseodelaTuberadeCondensado
Paraeldimensionamientodelatuberadecondensado,esmuyimportantetomarencuentalaporcindevaporrpidoqueseformaenlamismadebidoaquesteeselquevaadeterminarlamagnituddelatubera.Desafortunadamente,enelpasado,lastuberasdecondensadoerandimensionadasusandosolamenteelvolumendecondensadosintenerencuentalapresenciadevaporrpidoqueseformaenlamisma.Noeslomismoelvolumenespecficodelaguaa0psigelcualtieneunvalorde1,04x10-3m3/kg,queeldelvaporrpidoalamismapresinconunvalorde1,67m3/seg.Comoseve,elvaporocupaunespacioconsiderableconrespectoallquido,portalrazndimensionarlastuberasdecondensadocon
elvolumendeaguasolamente,esuncrasoerrordeclculoquepuedetraercomoconsecuenciatuberasdecondensadopresurizadasqueoriginanunacontrapresinenlastrampasdevapor.Deestaforma,sepuedeutilizarlasiguienteecuacinparadeterminarelporcentajedevaporrpidoqueseformaenlatubera[22]:
%VR
hf@Phf@P21
hfg@P2
100
(25)
Donde:
%VRPorcentajedevaporrpido[%]
hf@PEntalpadellquidosaturadoalapresinaguasarriba[kJ/kg]1
hf@P2Entalpadellquidosaturadoalapresinaguasabajo[kJ/kg]
hfg@P2Entalpadeevaporacinalapresinaguasabajo[kJ/kg]
Amedidaquesevayanintegrandomscondensadosdedistintosprocesos,latuberaderecoleccinsedebeirampliandoatravsdelasiguientefrmula[22]:
DRecoleccinD1D22
(26)
Donde:
DRecoleccinDimetronuevodelatuberaderecoleccindecondensado[in]
D1Dimetrodelaprimeralneadecondensado[in]
D2Dimetrodelasegundalneadecondensado[in]
Unavezmostradaslasecuacionesutilizadasparaelclculodelatuberadecondensado,acontinuacinsemuestranlosresultadosobtenidos:
Origenmcond[kg/hr]PresinAguasArribaP1[barg]PresinAguasAbajoP2[barg]hfg@P2[kJ/kg]hf@P1[kJ/kg]hf@P2[kJ/kg]VaporRpido[%]mvr[kg/hr]Dtubc[in]
DestiladorMS1505722,480,52256,66743,24419,114,36103,762
IntercambiadordeCalor13630,52256,66605,45419,18,2611,23
TuberaPrincipal171,689,30,52256,66768,85419,115,5026,611
Tabla21.ResultadosdelDimensionamientodelaTuberadeCondensadodelSistemadeVapor
PrimeroquetodohayqueaclararqueelflujomsicodecondensadoobtenidoenlaTabla21,esunaestimacinquesehizodelflujomsicodevaporenbasealasrecomendacioneshechasporunodelosfabricantesdetrampasdevapor(SpiraxSarcos).Dichoflujomsicodecondensadoseestimenun80%delflujomsicodevapor.
Unavezestimadalacantidaddecondensadoquesedeberaformar,secalculelporcentajedevaporrpidoqueseformaraenlastuberas.CondichovaporsebuscenlatablaqueseencuentraenelApndiceWeldimetrodelatuberarecomendado.Deestaformaselogrdimensionarlatuberadecondensado.
Paralaseleccindelastrampasquedeberatenerelsistema,elcriteriodeseleccinvaadependerbsicamentedelproductoqueofrezcalacompaadiseadoradelasmismas.EnestecasoseescogieronalgunastrampasdelamarcaSpiraxSarcoslascualessepuedenobservarenelApndiceY.Lomismoocurreconlasvlvulasreductorasdepresin.EnelApndiceZsemuestranalgunosclculosqueserealizaronparalaseleccindelasmismas.Estosclculosestnbasadosenlaexperienciadelaempresayslosedebenaplicarparalaseleccindelastrampasqueellosofrecendebidoaquesefundamentanengrficosespecficosdecadaproducto.
DimensionamientodelTanqueRecolector
Paraeldimensionamientodeltanquerecolectordecondensadosedebenutilizarlassiguientesfrmulas:
CaudaldeCondensado[24]
Qcondmcondvf@Patm1000
(27)
Donde:
QcondCaudaldecondensado[l/hr]
mcondFlujomsicodecondensado[kg/hr]
vf@PatmVolumenespecficodelquidosaturadoalapresinatmosfrica[m3/kg]
CaudaldeAguadeReposicin[24]
Qr(mvapmcond)vf@Patm1000
(28)
Donde:
QrCaudaldeaguadereposicin[l/hr]
mvapFlujomsicodeaguanecesarioparagenerarelvapor[kg/hr]
mcondFlujomsicodecondensado[kg/hr]
vf@PatmVolumenespecficodellquidosaturadoalapresinatmosfrica[m3/kg]
CaudaldeVaporRpido[24]
Qvrmvrvg@Patm1000
Donde:
QvrCaudaldevaporrpido[l/hr]
mvrFlujomsicodevaporrpido[m3/hr]
vg@PatmVolumenespecficodelvaporsaturadoalapresinatmosfrica[m3/kg]
TamaodelTanqueRecolectordeCondensado[24]
VT0,5t(QcondQrQvr)
(29)
(30)
TiempodeAlmacenamiento[min]30
mcond.[kg/hr]1030,08
mvr[kg/hr]141,60
3vf@0,5barg[m/kg]0,00105
3vg@0,5barg[m/kg]0,31
Qcond[l/hr]1081,58
Qr[l/hr]270,40
Qvr[l/hr]43896,69
VT[l]22624,34
Donde:
VTVolumendeltanquerecolectordecondensado[l]
QcCaudaldecondensado[l/hr]
QrCaudaldereposicindeagua[l/hr]
QvrCaudaldevaporrpido[l/hr]
tTiempodealmacenamiento[min]
EnlaTabla22semuestranlosclculosrealizadosparaeldimensionamientodeltanquerecolectordecondensado:
Tabla22.ResultadosdelDimensionamientodelTanqueRecolectordeCondensado
Aligualqueparaeldimensionamientodelatuberadecondensado,elflujomsicodecondensadoseestimenun80%delflujomsicodevaporproducidoporlacaldera.ComosepuedeverenlaTabla22,elvolumenqueocupaelvaporrpidogeneradoenlatuberadecondensadoeselquedeterminabsicamentelasdimensionesdeltanquerecolector.Deestaforma,sereafirmalodichoanteriormenteenlaseccin4.3.2.
DimetroTuberaPrincipalDDimetroTuberaDrenajed1ProfundidadTuberaDrenajed2
Hasta4d1=DMnimod2=100mm
5a8d1=100mmMnimod2=150mm
Porencimade9d1D/2Mnimod2=D
CriteriosdeDiseoparalaReddeTuberasenSistemasdeVapor
Enloposible,latuberaprincipaldebetenerunacadade1:100(1mporcada100mderecorrido)enladireccindelfluido.Estapendienteaseguraquelagravedad,ascomoelflujodevapor,ayudenaldesplazamientodelcondensadohacialospuntosdedrenajedondeesremovidosegurayeficientemente(Figura22).
Figura22.InstalacinTpicadelaTuberaPrincipaldelSistemadeVapor[22]
Latuberadedrenajesedebedisearconsuficienteespacioparaalojarelcondensadoproducidoenlatuberaprincipal.EnlaTabla23sepuedenobservaralgunasreglasparaeldiseodeestastuberas.
Tabla23.DimensionesRecomendadasparalaTuberadeDrenaje[22]
Figura23.DiseodelaTuberadeDrenaje[22]
Desernecesarialareduccindelatubera,sedebenutilizarreduccionesexcntricastalcomosemuestraenlaFigura24.
Figura24.EfectoqueProducenlasReduccionesExcntricayConcntrica[22]
Latuberaramificadaquevahacialosequiposquerequierenvapor,debederivarsedelatuberadedistribucinporencimadeestaynoporabajo(Figura25).Estoconlafinalidaddequeelcondensadonopasealosequipos.
Figura25.FormaCorrectaeIncorrectadeConectarlaTuberaRamificada[22]
CONCLUSIONES
Serealizarontodoslosclculosnecesarios paralossistemasdeairecomprimidoyvapor.
TodoslossistemasfuerondiseadosenbaseanormasNacionaleseInternacionalesqueaseguranelcorrectofuncionamientodelosmismos.
Seclasificaronlasreasdelaplantasegnelriesgoquelasmismasrepresentanalmomentodeocurriralgnincendio.Deestamanerasehizounadecuadodiseodelsistemacontraincendios.
Laestimacindelosconsumosdelossistemasdeairecomprimidoyvaporsehicieronenbasealaexperienciadelencargadodelproyecto.Algunoscatlogosdelasempresasproveedorasdelosequiposrequeridosparalaproduccindelsueroteraputicotambinfueronconsultados.
Eldiseodesistemascontraincendiosrequieredelaayudadepersonalcapacitadoenelrea.Larealizacindelosmismosesbastantecomplejayrequieredeestudiosespecializadosparasuimplementacin.
Sehizounaaproximacindeloscostosqueconllevaranlarealizacindelossistemasdiseadosenestetrabajopormediodelasempresasqueprestanlosserviciosrequeridos(contraincendios,airecomprimidoyvapor).
Laimplementacindeestassolucionespermitirgarantizarunfuncionamientoseguroyadecuadodelaplanta.
PlanoIsomtricodelSistemadeAireComprimid0
PlanoIsomtricodelSistemadeVapoR
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