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