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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSDIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE – RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJÍAS”
NÚCLEO CARACAS
OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE VAPOR Y RETORNO
DE CONDENSADO DE LA EMPRESA LAMINOVA C.A.
GUARENAS - EDO. MIRANDA
Autor: Sánchez Abreu Jesús Alberto
Caracas, Julio de 2014
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSDIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE – RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJÍAS”
NÚCLEO CARACAS
OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE VAPOR Y RETORNO
DE CONDENSADO DE LA EMPRESA LAMINOVA C.A.
GUARENAS - EDO. MIRANDA
Alumno: Jesús A. Sánchez A.
Expediente: 2008203039
Cédula: 19583594
Tutor Académico: Ing. Pedro Rodríguez
Tutor Industrial: Ing. Adolfo Sequin
Período: 2013-II
Caracas, Julio de 2014
iii
DEDICATORIA
A mi abuela Josefina Barrios por ser mi mejor amiga y ese apoyo incondicional
que me motivaba cada día a luchar por alcanzar esta meta, sé que desde allá
arriba celebras este triunfo porque es de los dos.
A mis padres Elsy Abreu y Luis Sánchez, que hicieron de mí una persona
honesta, responsable y que siempre me han brindado amor incondicional, en
especial siéntanse merecedores de este logro que es fruto de su sudor y trabajo
diario por sacarnos adelante a mi hermano y a mí.
A mi hermano “Luisito” por ser ese hermano mayor que me ha soportado desde
pequeño, por estar ahí para mí a pesar de la distancia y porque simplemente
eres mi sangre.
A mi novia Indyhana Molina por ser la mujer que me ha permitido ver lo bonito
de estar enamorado y por estar en las buenas y en las malas.
Este logro es para todos ustedes, que son las personas más importantes para
mí.
iv
AGRADECIMIENTOS
A ti DIOS por permitirme salir adelante, por librarme de todo peligro, por darme
paciencia, fuerza y mucha constancia que me permitieron alcanzar esta meta.
A mi madre por ser quien me daba ánimos de seguir adelante, por sacrificar
tantas cosas por mí y por haberme dado la vida, te amo.
A mi novia por estar ahí en la lucha continua por alcanzar esta meta tan
anhelada.
A la UNEXPO, mi universidad, que me ha permitido formarme como profesional
y que a pesar de todos sus problemas es la mejor universidad del país.
A la empresa Laminova C.A. que me ha permitido realizar mis pasantías de
grado en su planta.
A mi tutor académico Ing. Pedro Rodríguez por atenderme, colaborarme y
transmitirme sus conocimientos cada vez que lo necesite.
A mi tutor industrial Ing. Adolfo Sequin por sus consejos, por enseñarme el
día a día de la planta, por ayudarme con el informe y ser más que un tutor, un
amigo.
Al Departamento de Mantenimiento por incluirme en todos sus planes y
proyectos, por enseñarme que lo mejor en esta profesión es tener personalidad y
v
esforzarse por cada día dar lo mejor de sí, un millón de gracias a ustedes de
verdad: Juan Almirail, Norbin Huerta y Erika Méndez.
A todos mis compañeros de clase que de alguna u otra forma siempre
encontraron la manera de hacer este camino universitario más llevadero, en
especial a Luis Amario “frodo”, Edgar Quintana “bomberman”, Darling Orozco
“toten”, Gabriel Aguilar “gago”, Silverio Angulo “su apellido lo dice todo”, Gregory
Amundarain “cudebra” y Abrahán Brito “totti”, por pasar roncha en la universidad
conmigo, por estudiar hasta tarde para un parcial, por hacer las vacas para
tomar en “L´kñe” y por brindarme su amistad incondicional.
Sin el apoyo de ustedes el camino hubiera sido muy difícil, muchísimas gracias a
todos.
vi
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSDIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE – RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJÍAS”
NÚCLEO CARACAS
OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO DE LA EMPRESA LAMINOVA C.A.
Alumno: Jesús A. Sánchez A.
Tutor Académico: Ing. Pedro Rodríguez
Tutor Industrial: Ing. Adolfo Sequin
Período: 2013-II
RESUMEN
Este informe de pasantías tiene como finalidad principal optimizar la red de distribución de vapor y retorno de condensado de la empresa Laminova C.A., donde la generación de vapor se realiza mediante dos calderas pirotubulares de 500 Bhp que surten el vapor a lo largo de 150 metros de tubería para los diferentes procesos como el calentamiento de un tanque de agua de 19000 galones, hornos a vapor y fabricación de sustancias químicas en reactores. El primer objetivo es establecer un diagnóstico acerca del estado actual de las líneas de distribución de vapor y verificar el dimensionamiento de las líneas de retorno de condensado, partiendo de la evaluación de campo durante su funcionamiento regular. Para realizar dicha evaluación de campo se tomaron como técnicas e instrumentos principales la observación y la entrevista, además de la utilización de instrumentos de medición y software de dimensionamiento de tuberías y aislantes. Luego de obtener toda la información necesaria de campo se realizaron los cálculos de la demanda de vapor por equipo y se comparó con la capacidad instalada verificando que había un faltante de 150 Bhp, además de poseer grandes pérdidas de vapor producto de trampas en mal estado, falta de aislante en las tuberías, poca recuperación de condensado, fugas a lo largo de la red y sobredimensionamiento de tuberías. El total de las pérdidas asciende a 1.325.684,544 bsf al año, por lo que se propuso la sustitución de la trampas de vapor en mal estado, se planteó un método eficiente de recuperación de condensado y la compra de una caldera pirotubular de 500 Bhp, inversión que se recuperaría en un máximo de dos años.
Palabras claves: vapor, condensado, caldera, tubería, pérdida.
vii
INDICE GENERAL
pp.
PORTADA ............................................................................................................ i
TITULO ................................................................................................................ ii
DEDICATORIA ....................................................................................................iii
AGRADECIMIENTOS ........................................................................................ iv
RESUMEN ......................................................................................................... vi
INDICE GENERAL .............................................................................................vii
INDICE DE ANEXOS .........................................................................................xii
INDICE DE TABLAS ...........................................................................................xii
INDICE DE FIGURAS ....................................................................................... xiii
INTRODUCCION............................................................................................... 16
CAPITULO I ...................................................................................................... 20
IDENTIFICACION DE LA EMPRESA ........................................................... 20
1.1 Antecedentes ................................................................................... 20
1.2 Historia ............................................................................................. 21
1.3 Misión ............................................................................................... 22
1.3.1 Objetivos de la calidad ..................................................................... 22
1.3.2 Valores ............................................................................................. 23
1.4 Visión ............................................................................................... 24
1.5 Ubicación ......................................................................................... 25
1.6 Marcas y Servicios ........................................................................... 25
1.7 Estructura Organizativa de la Empresa ............................................ 27
CAPITULO II ..................................................................................................... 30
DEFINICION DEL PROYECTO. .................................................................... 30
2.1 Descripción del Proceso de Generación y Distribución de Vapor. ... 30
Suministro de agua, aire y combustible. ................................................... 31
Adición de calor......................................................................................... 31
Distribución de vapor. ............................................................................... 32
viii
2.2 Componentes del Sistema de Vapor. ............................................... 32
Caldera Pirotubular Cleaver Brooks. ......................................................... 32
Caldera Pirotubular Distral Térmica. ......................................................... 32
Manifold Principal. ..................................................................................... 33
Manifold Secundarios. ............................................................................... 33
Tanque de Condensado. ........................................................................... 34
Red de Distribución de Vapor. .................................................................. 34
Aislante térmico......................................................................................... 34
Trampas de vapor. .................................................................................... 35
2.3 Planteamiento del Problema. ........................................................... 35
2.4 Objetivos del Estudio. ...................................................................... 38
2.4.1 Objetivo General. ............................................................................. 38
2.4.2 Objetivos Específicos. ...................................................................... 38
2.5 Justificación de la investigación. ...................................................... 39
2.6 Alcance y Limitaciones. .................................................................... 40
2.7 Recursos necesarios. ....................................................................... 41
CAPITULO III .................................................................................................... 43
MARCO TEORICO. ....................................................................................... 43
3.1 Antecedentes del Problema. ............................................................ 43
3.1.1 Antecedentes Nacionales................................................................. 43
3.1.2 Antecedentes Internacionales. ......................................................... 45
3.2 Fundamentos Teóricos. ................................................................... 47
3.2.1 Bases Legales. ................................................................................. 47
3.2.1.1 Internacionales ........................................................................... 47
3.2.1.2 Nacionales ................................................................................. 68
3.2.2 Bases Teóricas. ............................................................................... 71
3.3 Definición de Términos Básicos. ...................................................... 76
Caldera ..................................................................................................... 76
Manifold .................................................................................................... 77
Trampa de vapor ....................................................................................... 78
ix
Acumulador de Vapor ............................................................................... 80
Agua .......................................................................................................... 81
Generación de Vapor ................................................................................ 82
Combustible .............................................................................................. 83
Gas natural................................................................................................ 84
Poder Calorífico ........................................................................................ 84
Vapor flash ................................................................................................ 84
Boiler HP ................................................................................................... 85
CAPITULO IV .................................................................................................... 86
MARCO METODOLOGICO. ......................................................................... 86
4.1 Diseño de la Investigación. .............................................................. 86
4.1.1 Tipo de Investigación. ...................................................................... 86
4.1.2 Técnicas e Instrumentos. ................................................................. 88
Técnica. ................................................................................................. 88
Instrumento. ........................................................................................... 89
4.2 Fuentes de Información.................................................................... 90
4.2.1 Fuentes Primarias. ........................................................................... 90
4.2.2 Fuentes Secundarias. ...................................................................... 90
4.3 Procedimiento Metodológico. ........................................................... 91
4.3.1 Recopilación de Información. ........................................................... 91
4.3.2 Diagnostico del Sistema de Vapor. .................................................. 92
4.3.3 Cálculo y Rediseño. ......................................................................... 92
1) Cálculo de la producción de vapor. ................................................. 92
2) Cálculo del consumo de vapor en los diferentes puntos de la red de
distribución. ............................................................................................ 92
3) Diseño de la red de distribución de vapor. ...................................... 95
4) Cálculo del calor generado por unidad y equipos de generación de
vapor que suplan la demanda actual. .................................................. 100
5) Cálculo del combustible necesario para las calderas. ................... 101
6) Diseño de la red de retorno de condensado. ................................ 102
x
7) Selección del material aislante. ..................................................... 108
8) Selección de mecanismos de purga. ............................................. 108
CAPITULO V ................................................................................................... 111
RESULTADOS ............................................................................................ 111
1) Cálculo de la producción de vapor. ...................................... 112
2) Cálculo del consumo de vapor en los diferentes puntos de la
red de distribución. ............................................................................... 113
3) Diseño de la red de distribución de vapor. ........................... 122
Tramo Caldera – Manifold 1. ................................................................... 122
Tramo Manifold 3 – Vits. ......................................................................... 125
Tramo Manifold 2 – Reactor Nº 2. ........................................................... 128
Tramo Manifold 2 – Reactor Nº 5. ........................................................... 131
Tramo Manifold 1 – Acumulador. ............................................................ 134
Tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3. ......................................................... 138
4) Cálculo del calor generado por unidad y equipos de generación de
vapor que suplan la demanda actual. .................................................. 143
4.1 Calor generado por unidad................................................................ 143
4.2 Generadores de vapor que suplan la demanda máxima. .................. 146
5) Cálculo del combustible necesario para las calderas. ......... 147
5.1 Calor necesario para elevar la entalpia y obtener vapor. .................. 148
5.2 Calor que debe ceder el combustible y flujo másico del mismo. ....... 149
5.3 Cálculo del flujo del aire para una combustión completa. ................. 151
5.3.1 Flujo de aire para formar carbono. .............................................. 151
5.3.2 Flujo de aire para formar hidrógeno. ........................................... 152
5.3.3 Flujo de aire total. ....................................................................... 152
5.4 Cálculo de la relación aire-combustible. ............................................ 153
6) Diseño de la red de retorno de condensado. ....................... 154
Tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3. ......................................................... 154
6.1 Cálculo de la carga de condensado en la tubería de vapor. ......... 154
Tramo Manifold 3 – Vits 1. ...................................................................... 157
xi
Tramo Manifold 3 – Vits 2. ...................................................................... 159
Tramo Manifold 2 – Reactor n° 2. ........................................................... 160
Tramo Manifold 2 – Reactor n° 5. ........................................................... 161
7) Selección del material aislante. ........................................... 168
8) Selección de mecanismos de purga. ................................... 172
Verificación de Resultados Mediante software PCT Vapor y AISLAM. 177
Tramo Calculado por los programas: Manifold 3 – Vits. .......................... 177
Tramo Calculado por los programas: Manifold 2 – Reactor N°5 ............. 182
Tramo Calculado por los programas: Manifold 2 – Reactor N°2 ............. 187
Tramo Calculado por los programas: Manifold 1 – Acumulador.............. 190
Tramo Calculado por los programas: Manifold 1 – Manifold 2 y 3. ......... 194
Análisis de pérdidas. ............................................................................ 198
Pérdidas monetarias ocasionadas por el desperdicio de condensado. ... 198
Pérdidas para el área de Planta Resina. ............................................. 199
Pérdidas para el área de Impregnación. .............................................. 200
Pérdidas monetarias ocasionadas por el desperdicio de vapor. ............. 202
Análisis de Resultados. ........................................................................ 206
Propuestas. .......................................................................................... 209
Cálculo y selección de la bomba de sello mecánico. ........................... 211
Plan de mantenimiento preventivo de calderas.................................... 217
Manual de procedimientos del plan de mantenimiento preventivo ....... 221
Programación del mantenimiento preventivo de las calderas. ............. 235
Factibilidad del Proyecto. ..................................................................... 237
Costos por construcción de la fosa de condensado. ............................... 237
Sistema de bombeo de la fosa de recolección de condensado. ............. 238
Arreglo estipulado en el Área de Impregnación (VITS 1 y 2). ................. 239
Arreglo estipulado para el Área de Planta Resina (Reactor N° 2 y 5). .... 241
CONCLUSIONES ............................................................................................ 244
RECOMENDACIONES ................................................................................... 248
GLOSARIO ...................................................................................................... 249
xii
BIBLIOGRAFIA................................................................................................ 250
INDICE DE ANEXOS
pp.
ANEXOS ......................................................................................................... 252
[ANEXO A] [Capítulo 6 (Manual de operación y mantenimiento Cleaver Brooks)]
........................................................................................................................ 253
[ANEXO B] [Tabla de Costo del Agua] ............................................................ 257
[ANEXO C] [Tabla de Costo del Vapor] ........................................................... 258
[ANEXO D] [Catálogo Aurora Pump] ............................................................... 259
[ANEXO E] [Tablas de Pérdidas en Tuberías (autor: Frank Pietersz)] ............ 262
[ANEXO F] [Hoja de Evaluación del Sistema] ................................................. 268
[ANEXO G] [Diagrama de flujo de vapor y agua] ............................................ 272
[ANEXO H] [Mantenimiento Correctivo de Calderas] ...................................... 273
[ANEXO I] [COVENIN 2217-84]....................................................................... 284
[ANEXO J] [Especificaciones Caldera Distral Térmica] ................................... 287
[ANEXO K] [Plano del sistema de vapor] ........................................................ 293
[ANEXO K (cont.)] [Sistema de recoleccion de condensado VIts] ................... 294
INDICE DE TABLAS
pp.
Tabla 1 - Velocidades máximas recomendadas para el flujo de vapor.............. 95
Tabla 2 - Tuberías de acero ASTM A-53, grado B y grado A, Schedule 40 ...... 96
Tabla 3 - Tuberías de acero ASTM A-106, grado B, Schedule 80 .................... 97
Tabla 4 - Coeficientes de dilatación.................................................................. 99
Tabla 5 - Equipos de generación de vapor. .................................................... 112
Tabla 6 - Generación de vapor por hora, día y mes. ....................................... 112
Tabla 7 - Agua Requerida por las dos calderas a máxima capacidad ............. 113
xiii
Tabla 8 - Demanda de vapor por equipo. ....................................................... 114
Tabla 9 - Consumo total de vapor. .................................................................. 121
Tabla 10 - Condiciones del tramo Caldera-Manifold 1.................................... 122
Tabla 11 - Condiciones del tramo Manifold 3-Vits ........................................... 125
Tabla 12 - Condiciones del tramo Manifold 2-Reactor n°2 .............................. 128
Tabla 13 - Condiciones del tramo Manifold 2-Reactor n°5 .............................. 131
Tabla 14 - Condiciones del tramo Manifold 1-Acumulador .............................. 134
Tabla 15 - Condiciones del tramo Manifold 1-Manifolds 2 y 3. ........................ 138
Tabla 16 - Diámetros de las tuberías de vapor. .............................................. 141
Tabla 17 – Carga de condensado producto de pérdidas. ................................ 161
Tabla 18 - Propiedades termodinámicas del agua. ......................................... 162
Tabla 19 - Condensado producto de los procesos productivos. ...................... 164
Tabla 20 - Diámetro de tuberías de recolección de condensado.................... 167
Tabla 21 - Espesor Recomendado de aislante según diámetro de tubería. .... 168
Tabla 22 - Espesor Recomendado de aislante para circulación de vapor según
diámetro de tubería. ........................................................................................ 169
Tabla 23 - Espesor Recomendado de aislante para circulación de condensado
según diámetro de tubería. .............................................................................. 169
Tabla 24 - Lista de Cotejos de las trampas de vapor ...................................... 173
Tabla 25 - Pérdidas por orificio en Trampas de Vapor .................................... 203
Tabla 26 - Pérdidas en trampas de vapor fugando.......................................... 203
Tabla 27 - Pérdidas monetarias producto del desperdicio de vapor. ............... 204
Tabla 28 - Costos de Inversión. ....................................................................... 242
INDICE DE FIGURAS
pp.
Figura 1: Ubicación de LAMINOVA CA. ............................................................ 25
Figura 4: Estructura Organizativa de la Dirección Comercial. ........................... 27
Figura 3: Estructura Organizativa General de la Empresa LAMINOVA C.A. ..... 27
xiv
Figura 4: Estructura Organizativa de la Dirección Comercial. ........................... 28
Figura 5: Estructura Organizativa del Departamento de Mantenimiento. .......... 29
Figura 6: Eolípila................................................................................................ 72
Figura 7: Denis Papín y su Marmita. ................................................................. 73
Figura 8: Máquina de Newcomen. ..................................................................... 74
Figura 9: Máquina de Vapor de Watt. ................................................................ 75
Figura 10: Caldera Pirotubular. ......................................................................... 76
Figura 11: Caldera Pirotubular de 500Bhp. ....................................................... 77
Figura 12: Manifold Sala de Calderas. .............................................................. 78
Figura 13: Trampa de Vapor Balde Invertido. .................................................... 78
Figura 14: Trampa de Vapor Balde Invertido. .................................................... 80
Figura 15: Trampa de Vapor Termodinámica. ................................................... 80
Figura 16: Acumulador de Vapor. ...................................................................... 81
Figura 17: Estados de la materia. ...................................................................... 82
Figura 18: Isometría del sistema de vapor. ..................................................... 111
Figura 19: Diagrama de Mollier. ...................................................................... 147
Figura 20: Vista Frontal de tubería y aislante del tramo Manifold1-Manifold 2 & 3.
........................................................................................................................ 154
Figura 21: Analogía Eléctrica del tramo Manifold1-Manifold 2 & 3. ................. 154
Figura 22: Vista Frontal de tubería y aislante del tramo Manifold 3-Vits 1. ...... 157
Figura 23: Analogía Eléctrica del tramo Manifold 3-Vits 1. .............................. 158
Figura 24: Tubería con aislante recomendado. ............................................... 170
Figura 25: Analogía eléctrica. .......................................................................... 170
Figura 26: Tipos de Trampas de vapor. ........................................................... 175
Figura 27: Estado de las Trampas de vapor. ................................................... 176
Figura 28: Curva del sistema de bombeo de agua caliente. ............................ 214
Figura 29: Ojo de Vidrio para chequeo de quemador. ..................................... 222
Figura 30: Desmontaje de la boquilla de inyección de combustible ................ 222
Figura 31: Limpieza del quemador. ................................................................. 223
Figura 32: Detalle de electrodos ...................................................................... 223
xv
Figura 33: Manómetro ubicado en la línea de suministro de gas. ................... 224
Figura 34: Termómetro de la chimenea. .......................................................... 225
Figura 35: Limpieza de la caldera.................................................................... 227
Figura 36: Nivel de en la agua de caldera. ...................................................... 230
Figura 37: Válvula de seguridad de accionamiento por sobrepresión. ............ 232
Figura 38: Chimenea de caldera. .................................................................... 233
Figura 39: Manómetro de presión de vapor. .................................................... 234
16
INTRODUCCION
Hablar de laminados de alta presión en Venezuela, es hablar de
Laminova C.A., ya que es una compañía dedicada a la fabricación y
comercialización de marcas como FORMICA y KORALITE, productos que
van dirigidos al sector de revestimientos para la decoración interior y el
diseño mobiliario en general. Posee más de 50 años de experiencia en el
mercado nacional y es la única empresa que fabrica estos laminados en
Venezuela, además de posicionarse bien en los mercados internacionales
por su excelente calidad.
Al ser una empresa de vanguardia y referencia, se toman muy enserio
el tener tecnología de punta y cada día mejorar los procesos productivos en
su planta de Guarenas. Desde la jefatura del departamento de
mantenimiento de Laminova C.A. nace la necesidad de llevar a cabo un
proyecto que le permitiera a la empresa conocer el estado actual de su red
de vapor y establecer un punto de partida para lograr optimizar toda la red de
distribución de vapor y las líneas de retorno de condensado.
Durante la estadía en planta se utilizaron distintos medios que
permitieron recabar la información necesaria para poder llevar a cabo la
investigación, además se planteó un procedimiento de verificación de toda la
red de distribución de vapor y retorno de condensado con el fin de detectar
sobredimensionamientos de las tuberías, que es una de las causas
17
principales de la formación de condensado y pérdida de calidad del vapor. Se
realizaron chequeos mediante una lista de cotejos que arrojo el estado actual
de muchos componentes de la red como trampas de vapor, válvulas y filtros.
Con la realización de este informe de pasantías Laminova C.A. logró
obtener información detallada sobre las causas principales del
desaprovechamiento energético que posee su planta, entre las cuales
destacan: trampas de vapor en mal estado, ausencia de aislantes en tramos
de tuberías, recolección de condensado casi nula, fugas de vapor, mala
operación de los generadores de vapor e inadecuada colocación de
accesorios. Con las causas ya detectadas se plantearon una serie de
propuestas que permitieran optimizar la red, como por ejemplo: la sustitución
de trampas de vapor, construcción de una fosa recolectora de condensado,
un plan de mantenimiento preventivo de las calderas, la sustitución de
tramos de tuberías sobredimensionados, la compra de una caldera de 500
BHp, entre otras.
Si bien es cierto que las propuestas podrían parecer costosas,
simplemente hay que adentrarse en la lectura de este informe de pasantías
para observar que las pérdidas monetarias llegan a 1.325.684,544 bsf/año y
al no corregir dichas pérdidas el monto irá aumentando ya que son variables
directamente proporcionales.
18
Para facilitar la comprensión de la investigación realizada, esta se
dividió por capítulos en los que se encontrara de manera clara y detallada la
información, quedando el contenido de cada capítulo como se muestra a
continuación:
Capítulo I: se encuentra toda la información concerniente a la
identificación de la empresa como por ejemplo: Antecedentes, Misión, Visión,
Estructura Organizativa, Objetivos de calidad, Marcas de empresa y
Ubicación de la misma.
Capítulo II: se explica detalladamente el proceso de generación de
vapor y su posterior distribución, así como también se mencionan las
especificaciones de los elementos que componen la red. Se exponen los
objetivos del proyecto, la justificación, el alcance, las limitaciones y el
planteamiento del problema.
Capítulo III: este capítulo contiene toda la base teórica que permite
llevar a cabo un proyecto de esta característica. Además se incluyen las
bases legales, tanto nacionales como internacionales y antecedentes del
estudio.
Capítulo IV: se encuentra de manera veraz, clara y precisa todo el
procedimiento metódico a utilizar, así como el tipo de investigación que se
llevara a cabo, las técnicas y los instrumentos de recolección de datos que
permiten concretar el proyecto.
19
Capítulo V: se sigue al pie de la letra todo el procedimiento estipulado
en el Capítulo IV, además de incluir las tablas, cálculos energéticos y gráficas
que permiten analizar el estado actual de la red de distribución de vapor y
retorno de condensado. También se presentan propuestas prácticas y
efectivas para la optimización de la red de vapor, se calculan los costos de
las pérdidas en bsf, se presentan los cómputos métricos y el análisis de
factibilidad del proyecto.
Luego se tienen los elementos finales del informe, dentro de los que
destacan: las conclusiones, las recomendaciones, el glosario, la bibliografía y
los anexos.
20
CAPITULO I
IDENTIFICACION DE LA EMPRESA
1.1 Antecedentes
Durante más de 50 años la empresa LAMINOVA C.A., ha trazado un
amplio recorrido en la fabricación de láminas decorativas de alta presión,
experiencia que le ha permitido imprimir un sello distintivo de calidad en sus
productos.
Cada año persigue los pasos de la vanguardia internacional en la
decoración para la satisfacción absoluta de los clientes, quienes constituyen
el epicentro del esfuerzo en LAMINOVA C.A., teniendo como recurso la
plataforma tecnológica más moderna del país y un personal altamente
capacitado.
El proyecto que nació con laminado decorativo, ahora cuenta con una
diversidad de productos que amplia nuestra participación en el mercado
nacional y ofrece más opciones a sus clientes.
21
1.2 Historia
Después de la gran receptividad que experimentó el Laminado
Decorativo en los Estados Unidos, su comercialización fue difundida en
varios países del mundo. En Venezuela, en la ciudad de Guarenas, en los
años 50 se constituyó una Empresa de carácter familiar denominada Tesaba,
la cual comercializó Laminados Decorativos de Alta Presión, por varios años
bajo la marca Formivenca.
Posteriormente, la Empresa Americana Cyanamid Co, productora
básicamente de pesticidas y productos quirúrgicos; amplía su línea de
producción al comprar la Empresa Tesaba y los derechos para la
manufactura y comercialización de la marca Formivenca, estableciendo su
razón social como Cyanamid de Venezuela C.A.; para desarrollar el comercio
de éste producto en el país. Dadas las proporciones del mercado potencial,
Cyanamid de Venezuela C.A., amplía su planta instalando en el año 1974
una prensa hidráulica de mayor capacidad. En el año 1995 cambia
nuevamente de razón social a Formica de Venezuela C.A. con la
autorización de Formica Corporation.
Recientemente, año 1999, la Empresa cambia nuevamente de razón
social, para establecerse como Laminova C.A, empresa de capital extranjero,
legalmente constituida en Venezuela. También en éste mismo año la
Empresa adquiere los derechos legales para la Manufactura y
22
comercialización de los laminados decorativos de marca Comercial Koralite.
Hasta la fecha la Empresa se ha incorporado rápidamente manteniendo un
absoluto liderazgo, demostrado con una amplia aceptación y recepción por
parte del mercado y mostrando cada vez más una gran variedad de
Laminados de diversos colores y diseños respaldada con una reconocida
garantía de calidad.
1.3 Misión
“Somos una compañía dedicada a la fabricación y comercialización de
productos de alta calidad que van dirigidos al sector de revestimientos para
la decoración interior y el diseño de mobiliario en general.”
1.3.1 Objetivos de la calidad
1. “Asegurar la satisfacción de nuestros clientes en cuanto al
cumplimiento de requisitos aplicables a nuestros productos,
disponiendo además, de la flexibilidad suficiente para adaptarnos a
sus exigencias en el entorno dinámico, cambiante y competitivo de
hoy en día.
2. Incrementar el aprendizaje en el dominio de nuestros procesos de
gestión y operativos, enfocados en la cultura de autocontrol de la
calidad, con personal con la formación y la motivación suficiente para
23
conseguir la mejora de los procesos y su orientación a la satisfacción
de los clientes internos.
3. Garantizar la disponibilidad de los recursos necesarios para el
funcionamiento del proceso de manera oportuna y eficaz.
4. Planificar la incorporación de mejoras que permitan incrementar la
calidad de nuestros productos y la eficiencia de nuestros procesos.
5. Nos esforzamos en cumplir las normativas, requisitos, y legislación
nacional aplicables a nuestros procesos”.
1.3.2 Valores
Integridad: Somos un grupo de personas con ética profesional y
rectitud en nuestro proceder hacia el individuo y el ambiente fundamentados
en la honestidad, lealtad, responsabilidad, disciplina, amabilidad, valores que
nos permiten identificarnos con la organización y demostrar de manera
consistente nuestra vocación de servicio.
Innovación: Promovemos el espíritu de superación y entusiasmo
estimulando la disposición positiva y proactiva a la mejora continua, ya que
creemos que existe alguna forma de hacer las cosas de manera más
eficiente.
Trabajo en equipo: Creemos y practicamos el lema “la empresa
primero y el departamento después”. Centramos nuestra energía en la
24
cooperación, apoyo mutuo, compañerismo y relaciones interpersonales a
través de una comunicación abierta, en la cual compartimos
responsabilidades y reconocimientos.
Orientación al logro y a la excelencia: Nos establecemos metas
exigentes en la búsqueda de la excelencia, apoyándonos en la alta
capacidad de nuestra gente y sus valores.
Orientación al cliente y al consumidor: Mejoramos continuamente la
calidad de nuestros productos y el servicio a nuestros clientes externos e
internos.
1.4 Visión
“La visión de LAMINOVA es convertirnos en una organización de
clase mundial, enfocados en el mejoramiento continuo de nuestros procesos
y la incorporación de mejoras tecnológicas a nuestros equipos, la clave
fundamental de nuestro liderazgo radica en el compromiso con nuestros
clientes, trabajadores y proveedores, garantizando así, productos de altos
estándares de calidad, fabricados a través de procesos eficientes que
generen la máxima rentabilidad para nuestros accionistas y clientes, todo
esto soportado por nuestro equipo de colaboradores altamente competentes
y sinérgicos.”
25
1.5 Ubicación
LAMINOVA C.A., está ubicada en la Av. Principal de la antigua
hacienda “El Rincón”, zona industrial La Guairita, Galpón LAMINOVA,
Guarenas, Estado Miranda, ZP. 1220.
Figura 1: Ubicación de LAMINOVA CA.
(Fuente: GoogleMaps)
1.6 Marcas y Servicios
LAMINOVA es una empresa líder en la fabricación de laminados
decorativos, además de proveer servicio para el diseño de interiores,
carpintería industria y mobiliario.
LAMINOVA C.A.
4000 m2
26
Formica: es el laminado decorativo de alta presión (LDAP) líder en el
mercado venezolano desde hace más de 40 años. Los productos de esta
línea son: Formiwood, Línea Metálica, Laminado Publicitario, Bakevenca y
ColorCore.
Koralite: es una marca especializada en laminado decorativo de alta
presión (LDAP) líder en el mercado (Genérica). Esta podría decirse que es
una imitación de Formica por lo tanto más económica, y su línea de
productos son los mismos también.
Precisa: es una empresa de servicios dedicada a la elaboración de
piezas semiterminadas, hechas a la medida, para la construcción de muebles
para el hogar, la oficina y la industria. Los productos de esta línea son:
Topes de cocina. Sin empates con bordes y ángulos
redondeados, fácil limpieza.
Tableros ranurados. Tablero de MDF ranurado recubierto por
un laminado decorativo de alta presión.
Servicios que ofrece Precisa:
Elaboración de superficies frontales. Puertas y frentes de
gavetas, aplicaciones especiales
Elaboración de topes. Topes de oficina, estanterías
27
Identidad corporativa. Su logotipo o mensaje en bajo relieve
termolaminado.
Figura 4: Estructura Organizativa de la Dirección Comercial.
(Fuente: Pagina Web de LAMINOVA CA.)
1.7 Estructura Organizativa de la Empresa
La empresa LAMINOVA C.A., posee una estructura organizativa lineal,
la cual responde principalmente a una junta directiva la cual está compuesta
de la manera siguiente:
Figura 3: Estructura Organizativa General de la Empresa LAMINOVA
C.A.
(Fuente: Laminova C.A.)
JUNTA DIRECTIVA
DIRECTOR DE
ADMINISTRACIÓN Y FINANZAS
DIRECTOR COMERCIAL
28
Figura 4: Estructura Organizativa de la Dirección Comercial.
(Fuente: Laminova C.A.)
29
Figura 5: Estructura Organizativa del Departamento de Mantenimiento.
(Fuente: Laminova C.A.)
30
CAPITULO II
DEFINICION DEL PROYECTO.
2.1 Descripción del Proceso de Generación y Distribución de Vapor.
El proceso de generación de vapor de la empresa LAMINOVA C.A.,
depende actualmente de dos calderas pirotubulares con una capacidad
nominal de 500 Boiler HP. Las mismas se encuentran ubicadas en la sala de
calderas del galpón industrial, el cual posee aproximadamente 4000 m2 en su
totalidad y está ubicado en la antigua hacienda “El Rincón”, zona industrial la
Guairita, Guarenas, Edo. Miranda.
El proceso comienza con la obtención del agua proveniente de un
pozo subterráneo; dicha agua es succionada por medio de una bomba de
pozo de 10 etapas que tiene acoplado al impulsor un motor eléctrico de 15
HP. El agua extraída del pozo es pasada directamente a un tanque el cual
está acondicionado con filtros para eliminar los sólidos que esta pueda
contener. Seguidamente esta agua filtrada es enviada a un tanque
recolector, que permite contener una cantidad considerable de agua que
luego debe ser tratada químicamente en suavizadores, los cuales conviertan
el agua dura en agua suavizada.
31
La generación y posterior distribución de vapor se divide en las
siguientes etapas:
Suministro de agua, aire y combustible.
El agua tratada químicamente contenida en el tanque de
alimentación de las calderas es introducida al cuerpo de la caldera
por medio de una bomba a una presión de 220 psi, para
posteriormente ser calentada hasta su evaporación mediante un
proceso de combustión en los tubos de fuego. Proceso en el cual
interviene el aire y el combustible en una relación de 17:1, el aire
es suministrado mediante un ventilador de tiro forzado y el
combustible utilizado es el gas natural, que es suministrado
mediante tuberías a una presión entre 3 a 15 psi.
Adición de calor.
Se produce la quema del combustible en el hogar de la
caldera y las superficies de calefacción transfieren el poder
calorífico de los gases de la combustión al agua suministrada, la
cual se convertirá en vapor posteriormente con una presión de 200
psi.
32
Distribución de vapor.
El vapor producido en las dos calderas es enviado a un
manifold principal, desde el cual se distribuye para las diferentes
áreas que requieran el mismo por medio de tuberías de acero.
2.2 Componentes del Sistema de Vapor.
Los componentes principales que conforman el sistema de vapor de la
empresa LAMINOVA C.A. son:
Caldera Pirotubular Cleaver Brooks.
Dispositivo utilizado para generar vapor a una presión de 200
psi mediante un proceso de transferencia térmica, en el cual los
gases de combustión pasan por el interior de los tubos que se
encuentran rodeados por agua de tal manera que se permite el
intercambio calórico a lo largo de la superficie de contacto. Este
equipo modelo CB-LE posee una capacidad nominal de 500 BHp,
lo que se traduce en 17250 libras de vapor por hora.
Caldera Pirotubular Distral Térmica.
Dispositivo utilizado para generar vapor a una presión de 200
psi mediante un proceso de transferencia térmica, en el cual los
gases de combustión pasan por el interior de los tubos que se
encuentran rodeados por agua de tal manera que se permite el
33
intercambio calórico a lo largo de la superficie de contacto que
posee 2500 pies cuadrados. Este equipo modelo DISTRAL
HORIZONTAL 500 B.H.P. de 3 pasos, posee una capacidad
nominal de 17250 libras de vapor por hora.
Manifold Principal.
Este elemento se encarga de la recolección y posterior
distribución del vapor generado por las dos calderas pirotubulares,
por esta razón posee dos entradas de vapor (una por cada caldera
instalada) y dos salidas que permiten la entrega de vapor para los
diferentes procesos productivos que lo requieran. Se encuentra
ubicado en la sala de calderas.
Manifold Secundarios.
Estos elementos son alimentados por una de las salidas del
manifold principal, la cual distribuye el vapor hasta estos manifold
que se encuentra ubicados en un área llamada planta resina y en
el área de impregnación, en las cuales se necesita vapor para
diferentes procesos productivos que involucran reactores y hornos
a vapor.
34
Tanque de Condensado.
Es un tanque de acero al carbono, que posee una capacidad
máxima de 11000 litros de agua, revestido con un aislante térmico
para garantizar la temperatura del condensado.
Red de Distribución de Vapor.
El vapor generado por las calderas es transportado a lo largo
del galpón industrial por medio de tuberías ASTM A-106 de acero
sin costura, cedula 80, las cuales son las únicas capaces de
soportar las elevadas temperaturas y presiones a las cuales fluye
el vapor. Dentro de los componentes de la red de distribución de
vapor están las válvulas reductoras, los codos, las juntas de
expansión y los soportes.
Aislante térmico.
El empleo del material aislante a lo largo de la red de
distribución de vapor permite mantener la temperatura del vapor
que fluye por la tubería, evitando así que este se convierta en
condensado por las pérdidas generadas por radiación entre la
tubería y el medio ambiente. El componente principal utilizado en
la empresa es lana mineral, recubierta con aluminio brillante que
permite la disminución de la radiación en la superficie externa.
35
Trampas de vapor.
Son elementos mecánicos que se encuentran instalados a lo
largo de la red de distribución de vapor, los cuales contribuyen con
la extracción del condensado. Los tipos de trampas de vapor
encontrados en la empresa son de flotador y de balde invertido en
su mayoría, de las marcas Spirax Sarco y Armstrong.
2.3 Planteamiento del Problema.
Toda empresa sea pequeña, mediana o una gran industria se
preocupa ampliamente por obtener siempre los mejores niveles de
producción, rapidez y eficiencia de las maquinarias que poseen en sus naves
industriales. Esta maquinaria muchas veces es alimentada por corriente
eléctrica, pero hay ciertos procesos de fabricación de productos en los cuales
se requiere un suministro continuo de vapor y que este sea de buena calidad,
para hacer funcionar ciertas máquinas.
El equipo encargado de generar el vapor se denomina caldera, las
cuales se dividen a su vez en dos tipos: las acuotubulares y las pirotubulares,
la diferencia entre una y otra a nivel de generación de vapor, es que las
acuotubulares generan vapor sobrecalentado y las pirotubulares generan
vapor saturado.
36
Aun así teniendo las calderas, se debe buscar un medio por el cual se
lleve al lugar requerido el vapor generado por estas. Es aquí donde la red de
distribución de vapor y retorno de condensado demuestra su importancia, ya
que se encarga de llevar la cantidad de vapor requerida por los diferentes
equipos sin que existan fugas en el trayecto; así mismo se encarga de
reconducir el condensado que se produce cuando el vapor pierde presión y
consecuentemente baja su temperatura a lo largo de las tuberías.
En muchas industrias de Venezuela lamentablemente las calderas no
son sino sólo un equipo de servicio para lograr los objetivos de producción
del negocio central de cada proceso, por esta razón las empresas designan
muy poco presupuesto para el mantenimiento de estos equipos, los cuales
pasan a ocupar un plano secundario, siendo esto un grave error, ya que
según cifras del “National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors”
(NBIB), solamente en USA han habido más de quince mil accidentes en
calderas por falta de mantenimiento en los años noventa.
En la empresa LAMINOVA C.A. existe un sistema de vapor que consta
de dos calderas pirotubulares de 500 BHP, las cuales son las encargadas de
cubrir la demanda requerida por los diferentes procesos de producción entre
los cuales se involucra el calentamiento de un tanque de agua con capacidad
de 19000 galones, hornos de vapor, cocido de productos, entre otros
procesos. El incremento continuo en la demanda de los productos de la
empresa Laminova, hacen que la misma trabaje al máximo de su capacidad,
37
lo cual trae como consecuencia que si la empresa requiere realizar un
mantenimiento en las líneas de generación de vapor, la producción del
mismo (vapor) podría afectarse en un 50%, generando pérdidas de capital y
atraso en el cumplimiento de los pedidos.
Los encargados del área de mantenimiento de la empresa, saben los
riesgos potenciales que existen al no realizar los mantenimientos de los
diferentes sistemas, pero también es de su conocimiento que muchos de los
problemas actuales van más allá de un mantenimiento, ya que el sistema de
vapor instalado tiene bastante tiempo de servicio.
Actualmente problemas como el desaprovechamiento de energía,
funcionamiento inadecuado de las trampas de vapor, las pérdidas a lo largo
del sistema, entre otros, podrían tener su origen por diferentes causas, las
cuales pudieran determinarse mediante un estudio profundo del sistema de
vapor. Dicho estudio podría contribuir con el aumento de la eficiencia de
operación y los mayores ahorros posibles de vapor y recuperación de
condensado en todo el sistema de vapor, lo que se traduce en mayor
rentabilidad del negocio.
En consecuencia se realizará un estudio para la optimización de la red
de distribución de vapor y retorno de condensado, para mejorar el sistema de
vapor de la empresa LAMINOVA C.A., Guarenas, estado Miranda.
38
2.4 Objetivos del Estudio.
2.4.1 Objetivo General.
Optimizar la red de distribución de vapor y retorno de
condensado de la empresa LAMINOVA C.A., Guarenas, Edo.
Miranda.
2.4.2 Objetivos Específicos.
Diagnosticar el estado actual de la red de vapor y retorno de
condensado.
Calcular el consumo que se genera en los diferentes puntos de
la red de distribución de vapor.
Relacionar las condiciones actuales del servicio que
proporciona la red de vapor, respecto a la demanda de los
equipos instalados.
Determinar si los equipos de generación de vapor instalados
actualmente son suficientes para cubrir con la demanda.
Proponer las mejoras respectivas que requiera la red de
distribución de vapor y retorno de condensado.
39
2.5 Justificación de la investigación.
La empresa LAMINOVA C.A. dedica continuamente parte de su
recurso intelectual para obtener mejoras en todos sus sistemas productivos,
es por ello que desde el área de mantenimiento nace la idea de realizar un
proyecto que le permita a la empresa conocer si sus equipos de generación
de vapor y suministro del mismo, están funcionando correctamente.
Los aportes son del tipo económico y social, traduciéndose en
beneficio para los trabajadores, la empresa y los consumidores. Los
trabajadores se benefician ya que obtendrían un ambiente laboral más
seguro, la empresa reduciría sus gastos a nivel de mantenimiento y
aumentaría la eficiencia de operación, y a los consumidores se les
garantizaría sus pedidos a tiempo.
Con el desarrollo de esta investigación se aporta una solución efectiva
a la problemática planteada por la empresa LAMINOVA C.A. mediante la
puesta en práctica de conocimientos termodinámicos, de transferencia de
calor, mecánica de fluidos, instalaciones térmicas, entre otros, adquiridos a lo
largo de la carrera, siendo éste el último requisito para optar al título de
Ingeniero Mecánico.
También la investigación podría servirle como punto de partida a otras
personas o compañeros pasantes que se interesen en realizar estudios en
40
esta área y requieran una base que les permita comenzar o avanzar en sus
proyectos.
2.6 Alcance y Limitaciones.
Este proyecto tiene un tiempo estipulado de dieciocho semanas en
planta, la cual está ubicada en la antigua hacienda El Rincón, zona industrial
La Guairita, Guarenas, Edo. Miranda.
Se abarca el área de la optimización de una red de distribución de
vapor y retorno de condensado. Se diagnosticará el estado actual en el que
se encuentra la red de tuberías, así como también se verificará el tipo de las
trampas de vapor y su condición de operación. Dentro del diagnóstico
preliminar se añade la verificación del aislante térmico, las válvulas y los
demás componentes que comprenden la red.
También se calculará la cantidad de vapor requerida por las máquinas
de la empresa mediante un balance de masas y posterior a esto se
procederá a calcular el aprovechamiento energético para un flujo de vapor
saturado.
Se propondrá el plan de mejoras que se deben implementar en la red
de vapor, ya sea con el rediseño de alguno de sus elementos como por
ejemplo las tuberías o la sustitución de trampas de vapor, y también se
41
determinará si los equipos de generación de vapor instalados actualmente
son suficientes para cumplir con la demanda requerida. Es necesario acotar
que no se realizará ningún análisis referente a la soportería de las tuberías y
tampoco se realizará selección de elementos de dilatación.
2.7 Recursos necesarios.
Para realizar este proyecto, uno de los factores que influirán en el
desarrollo del mismo, es el factor traslado, ya que la empresa está ubicada
en la zona industrial de Guarenas, y mi domicilio actual es la ciudad de
Caracas; todo esto involucra a la parte económica, ya que debo delimitar una
gran parte de mi presupuesto para movilizarme, así como también para sacar
copias e imprimir documentos o libros que me sean de ayuda.
Entonces puedo definir como recursos necesarios los siguientes:
Recursos de Oficina: Microsoft Office, Computador de escritorio
o Laptop, Lápices, Bolígrafos, Papelería e Impresora.
Recursos técnicos: AutoCAD, Software PCTvapor v1.0, Guías
Spirax Sarco, Catálogos de trampas de vapor Armstrong,
Catálogos de calderas Distral y Clevear Brooks, Libros, Apuntes
y Normas nacionales e internacionales aplicables.
42
Recursos humanos: Asesoría del tutor académico, Asesoría del
tutor industrial, Asesoría del tutor industrial suplente y apoyo
por parte del personal que labora en la planta y en el
departamento de mantenimiento.
Recursos de seguridad: Botas de seguridad, casco, mascarilla,
lentes de seguridad, normas internas para la seguridad
industrial, entre otros.
43
CAPITULO III
MARCO TEORICO.
3.1 Antecedentes del Problema.
3.1.1 Antecedentes Nacionales.
“EVALUACION DEL SISTEMA DE GENERACION DE VAPOR DEL
LABORATORIO VARGAS S.A.”. UNEXPO, Vice-rectorado “Luis Caballero
Mejías”, Venezuela. Autor: Suarez C. Año: 1998.
Con este trabajo de grado se evaluó la factibilidad de migrar del consumo de
Gasoil a Gas y cuál sería su implicación a nivel de rendimiento en cuanto a la
producción de vapor y ahorro de dinero por su bajo costo. El autor llego a la
conclusión de que si se cambiaba de combustible la eficiencia de las
calderas disminuiría pero la producción de vapor no se vería tan afectada y el
ahorro por el bajo costo del Gas hacia que valiera la pena realizar dicho
cambio. Con esta referencia se procede a tomar en cuenta las
recomendaciones del autor de cual combustible es el más idóneo y así
obtener un punto de partida con respecto a este aspecto en el proyecto que
se lleva a cabo en la empresa Laminova C.A.
44
“REPOTENCIACION Y MEJORAMIENTO DE LA SALA DE CALDERAS.
EMPRESA SILATEX C.A.” UNEXPO, Vice-rectorado “Luis Caballero Mejías”,
Venezuela. Autor: Rojas E. Año: 1999.
“En la empresa Silatex C.A. el proceso de generación de vapor se realiza
mediante cuatro calderas pirotubulares de diferentes características técnicas,
debido a que en estos momentos esta emisión es deficiente, se hace
necesario su repotenciación”, dicha redacción da pie al estudio de los
componentes que conforman una red de vapor, y nos permite tener una idea
de que es lo que se podría encontrar a nivel industrial con respecto a las
calderas, ya que en el proyecto que se lleva a cabo se involucran dos
calderas del mismo tipo, pirotubulares. Dentro de las recomendaciones del
estudio citado el autor sugiere la instalación de instrumentos de medición que
permitan obtener resultados acordes a la realidad y que no sean netamente
teóricos, lo que puede significar que muchas empresas incurren en esta mala
práctica de instrumentación.
“EVALUACION Y ANALISIS INTEGRAL DE LAS LINEAS DE
DISTRIBUCION DE VAPOR DE LA REFINERIA DE PUERTO LA CRUZ”.
UNEXPO, Vice-rectorado “Luis Caballero Mejías”, Venezuela.
Autor: Rapalino O. Año: 2001.
45
El objetivo principal de este trabajo es mejorar de manera integral la
generación y distribución de vapor de la refinería de Pto. La Cruz, haciendo
énfasis en las estaciones de purga.
Mediante evaluaciones exhaustivas de campo y verificación del estado de
diferentes componentes de la red de vapor, el autor pudo determinar la
causa raíz de muchos de los problemas del sistema de vapor de la refinería,
así como también pudo determinar el costo de generación de un 1 kg de
vapor, lo que a la larga sirve de referencia para el estudio que se realiza en
la empresa Laminova C.A. ya que permite calcular las pérdidas monetarias
que pueda tener la empresa.
3.1.2 Antecedentes Internacionales.
“CALCULO DE SISTEMA DE VAPOR PARA LA INDUSTRIA DE
CONCENTRADO DE MARACUYA”. ESPOL, Ecuador. Autor: Alvarado J.
Año: 2001.
Este informe representa una guía práctica para el cálculo de los generadores
de vapor, la selección de los purgadores adecuados y en general al cálculo
del consumo de vapor según los equipos instalados. Con este trabajo se
puede observar la diversidad que posee el vapor como fuente principal de
energía de diferentes procesos como es en este caso la producción de
concentrados. Se pueden destacar aspectos importantes de este trabajo de
46
grado que servirán de referencia a la hora de realizar los cálculos respectivos
del consumo de vapor en las diferentes áreas de la empresa Laminova C.A.
“EVALUACION ENERGETICA A UN SISTEMA DE TRAMPEO DE VAPOR:
ALTA, MEDIA Y BAJA EN UNA PLANTA DE POLIETILENO DE ALTA
DENSIDAD”. Universidad Veracruzana, México. Autor: Coliaza S. Año: 2009.
Mediante la lectura de esta tesis se pudo constatar la importancia de
mantener las tuberías que transportan el vapor o el condensado aisladas, ya
que esto representa un ahorro de combustible. Seguidamente el autor
recomienda realizar un procedimiento que permita inspeccionar de manera
constante las trampas de vapor y así detallar las fallas que se presenten en
estas, y corregirlas a tiempo.
“ESTUDIO Y DISEÑO DEL MEJORAMIENTO DE LA RED DE
DISTRIBUCION DE VAPOR EN EL HOSPITAL NACIONAL PEDRO DE
BETHANCOURT, ANTIGUA GUATEMALA”. Universidad de San Carlos de
Guatemala, Guatemala. Autor: Cuyún N. Año: 2011.
Mediante este estudio se recopila una cantidad de información relevante que
permite establecer los aspectos de importancia a la hora de realizar el trabajo
de grado en cuestión. Se cita del estudio lo siguiente: “ Entre las causas que
por lo general, denotan mayor desgaste o falla debido a la falta de
mantenimiento son las trampas de vapor, mismas que no recibieron el debido
proceso de mantenimiento y asociado a ello, sectores de tubería que no
47
contienen material aislante, provocan en si la pérdida de energía que
actualmente se tiene”, el autor se enfoca en este fragmento en las causas
que intervienen en el proceso de desmejoramiento de la red de vapor del
hospital, dichas causas se podrían extrapolar para el estudio que se llevará a
cabo y se focalizarían para detectar estos errores en el caso de que estén
ocurriendo en la empresa Laminova C.A.
3.2 Fundamentos Teóricos.
3.2.1 Bases Legales.
3.2.1.1 Internacionales
Para efectos de sustentar este proyecto técnico se tomó en
consideración la utilización de las leyes jurídicas estipuladas en ITC MIE-AP
(Instrucción Técnicamente Complementaria) en su sección 2, donde se
delimitan las condiciones para las tuberías de conducción de vapor y de
condensado respectivamente. Se presentaran a continuación los artículos
que la comprenden:
Artículo 1.- Terminología, Definiciones y Clasificación.
1. Tuberías de vapor saturado, sobrecalentado y recalentado.
2. Tuberías de agua sobrecalentada.
48
3. Tuberías de agua caliente.
4. Tuberías de fluido térmico distinto del agua.
5. Tuberías de combustibles líquidos y gaseosos.
Artículo 2.- Campo de aplicación.
Se someterán a todas las formalidades, inspecciones técnicas y
ensayos prescritos en esta ITC y en la forma que en la misma se indica todas
las tuberías para la conducción de fluidos enumerados en el artículo anterior,
y que sin formar parte integrante de los aparatos conectados, quedan dentro
de los siguientes límites:
1. Las tuberías de instalaciones de vapor y agua sobrecalentada,
de potencia superior a 200.000 kcal/h y/o con presión efectiva
superior a 0,5 Kg-cm2.
2. Las tuberías de instalaciones de agua caliente de potencia
superior a 500.000 Kcal/h.
3. Las tuberías de instalaciones de fluido térmico de potencia
superior a 25.000 Kcal/h.
Quedan igualmente sometidos a esta ITC:
Las tuberías de combustible líquidos, así como las acometidas de
combustible gaseosos que conectan a equipos de combustión de
instalaciones incluidas en esta ITC.
Se exceptúan de la aplicación de esta ITC las tuberías de conducción
de fluidos correspondientes a: calderas que utilicen combustible nuclear,
49
instalaciones de agua caliente destinadas a usos domésticos y/o calefacción
no industrial e instalaciones integradas en refinerías de petróleo y plantas
petroquímicas.
Artículo 3.- Complemento a las Normas de Carácter General.
Las tuberías sometidas a la presente Instrucción, además de las
correspondientes prescripciones fijadas en el Reglamento de Aparatos a
Presión, cumplirán las siguientes:
1. Autorización de instalación.-La instalación de tuberías
comprendidas en esta ITC precisará la autorización previa de la
correspondiente Delegación Provincial del Ministerio de Industria y
Energía. A la solicitud se acompañará una Memoria suscrita por
Técnico titulado competente en la que conste:
1. Aparatos comprendidos en la instalación con sus características
principales.
2. Esquema general de la instalación, incluyendo accesorios o
elementos de seguridad, con sus características.
3. Empresa instaladora, con:
a. Nombre y razón social.
50
b. Número de inscripción en el Registro de Empresas
Instaladoras, según el artículo 10 del Reglamento de
Aparatos a Presión. Si la instalación de las tuberías
indicadas en esta Instrucción fuese realizada por
personal propio del usuario, previamente debería
solicitarse autorización de la Delegación Provincial del
Ministerio de Industria y Energía correspondiente,
adjuntando documentación justificativa de disponer de
personal técnico y medios apropiados.
4. Justificación de las tuberías y sistemas de absorción de
dilataciones empleados, indicando el código o normas de
diseño elegidos.
5. Presupuesto general de la instalación.
Para instalaciones de vapor y agua sobrecalentada realizadas con
tuberías cuyo diámetro interior sea igual o menor de 50 milímetros, y
la presión máxima de servicio sea de 10 kg/centímetro cuadrado, la
anterior Memoria constará de sólo los puntos 1 y 3.
Para cualquier ampliación o modificación de una instalación
previamente autorizada se enviará a la Delegación Provincial del
Ministerio de Industria y Energía correspondiente una Memoria en la
51
que se indiquen las ampliaciones o variaciones realizadas,
justificándolas con la documentación antes citada.
2. Autorización de puesta en servicio.-Para la autorización de puesta
en servicio de tuberías incluidas en esta ITC será necesario presentar
en la correspondiente Delegación Provincial del Ministerio de Industria
y Energía una solicitud acompañada de un certificado extendido por el
instalador, en el que se haga constar:
1. Descripción y procedencia de las tuberías, válvulas y demás
elementos utilizados en la instalación.
Si hubiere elementos procedentes de importación irán
acompañados de un certificado extendido por la Administración
del país de origen o alguna Entidad de control oficialmente
reconocida en el mismo, legalizado por el representante
español en aquel país, en el que se acredite que los citados
elementos y los materiales de que están construidos son
adecuados para el tipo de fluidos, presiones y temperaturas a
que están destinados.
2. Certificado de pruebas en el lugar de emplazamiento, en el que
se describirán las mismas y su resultado, acompañándose una
copia del acta correspondiente a la prueba hidráulica, y
52
haciéndose constar que la instalación cumple las condiciones
exigidas por esta ITC y se ajusta al proyecto presentado al
solicitar la autorización de instalación.
3. Cuando proceda, se indicará el número y fecha del certificado
de calificación de los especialistas soldadores que han
efectuado los trabajos de soldadura en la instalación.
Estos certificados serán extendidos por el CENIM (Centro
Nacional de Investigaciones Metalúrgicas), por entidades
colaboradoras autorizadas para aplicación del Reglamento de
Aparatos a Presión o por centros o laboratorios reconocidos
para este fin por el Ministerio de Industria y Energía.
3. Primera prueba.-Para la realización de esta prueba bastará con la
presencia de la persona responsable de la Empresa instaladora, y los
resultados obtenidos se harán constar en la correspondiente acta.
La presión de primera prueba en las tuberías objeto de esta ITC será
la prescrita por el código de diseño o normas empleadas en el
proyecto.
Si el código de diseño o normas empleadas no prescriben un valor
determinado de la presión de prueba, esta será:
P(p)=1,5 P(d). Siendo:P(p) = presión de primera prueba.
Debiéndose comprobar en este último caso que no supera el 90 por
53
100 del límite elástico de la tubería y componentes no aislados que
constituyen la instalación.
4. Pruebas periódicas.-Todas las tuberías afectadas por esta ITC que
pudieran sufrir corrosión deberán ser sometidas cada cinco años a
una prueba de presión, siendo el valor de esta presión igual al de la
primera.
Independientemente de esta prueba de presión, para toda clase de
tuberías afectadas por esta ITC se efectuará una inspección completa
a los diez años, procediéndose en este caso a desmontar total o
parcialmente el material aislante si, a juicio del inspector, se
sospechase la existencia de defectos ocultos.
Realizada esta revisión y sustituidas las partes que ofrezcan
sospechas de envejecimiento se procederá a una prueba de presión
igual a la primera que correspondiera en su día.
Estas pruebas periódicas serán realizadas por la Empresa instaladora,
el servicio de conservación de la Empresa donde esté la instalación o
alguna Entidad colaboradora autorizada para la aplicación del
Reglamento de Aparatos a Presión , indistintamente, certificándose los
resultados obtenidos mediante la correspondiente acta, cuyo original
deberá enviarse a la Delegación Provincial del Ministerio de Industria y
Energía correspondiente junto con la fotocopia de la autorización de la
instalación.
54
5. Forma de realizar las inspecciones periódicas.-En lo que concierne
a tuberías, válvulas, grifos, manómetros y demás accesorios, se
seguirán las normas del artículo 6 de la Instrucción Técnica
Complementaria MIE-AP1 relativa a calderas, economizadores,
sobrecalentadores y recalentadores.
6. Placas.-Quedan exceptuadas de la obligación de disponer de placa
de timbre las tuberías para fluidos a presión incluidas en la presente
ITC.
Artículo 4.- Prescripciones Generales.
1. Todas las tuberías que vayan por el piso deberán colocarse en
canales cubiertos por materiales no combustibles.
2. Las instalaciones de tuberías deben ser perfectamente accesibles
para permitir la inspección de las mismas cuando se estime que
pudiera haber deterioro por el uso, así como para el recambio de
piezas, la lubricación de piezas móviles, etc.
3. Queda prohibida la instalación de conducciones de fluidos calientes
próximas a tuberías de productos combustibles con excepción de las
tuberías de calefacción por acompañamiento de productos petrolíferos
pesados.
4. En todos los casos las tuberías de conducción de productos
combustibles estarán convenientemente alejadas de chimeneas,
55
conducciones de gases calientes, etc., con el fin de garantizar que las
mismas no puedan sufrir calentamiento alguno.
5. Quedan prohibidas las reducciones bruscas de sección.
6. Toda tubería que trabaje con fluidos calientes estará diseñada para
soportar sus dilataciones mediante la colocación de los apropiados
sistemas de compensación
Artículo 5.- Prescripciones para tuberías de vapor, agua caliente y
agua sobrecalentada.
La instalación de tuberías de vapor, agua sobrecalentada y agua caliente se
realizará de acuerdo con las siguientes prescripciones:
1. Materiales.-Se utilizará tubería de acero u otro material adecuado,
según normas UNE u otra norma internacionalmente reconocida, y
cuyas características de presión y temperatura de servicio sean como
mínimo las de diseño. Para el cálculo de las redes de tuberías se
tomará como temperatura de diseño la máxima del fluido a transportar
y como presión la máxima total en la instalación, que será:
o Caso vapor: Igual a la presión de tarado de las válvulas de
seguridad instaladas en la caldera, o en el equipo reductor de
presión si existiese.
56
o Caso agua sobrecalentada: Igual a la presión de tarado de las
válvulas de seguridad de la caldera más la presión dinámica
producida por la bomba de circulación.
o Caso agua caliente: Igual a la presión estática más la presión
dinámica producida por la bomba de circulación.
En los lugares que pudieran existir vibraciones, esfuerzos mecánicos o
sea necesario para el mantenimiento del aparato, podrán utilizarse
tuberías flexibles con protección metálica, previa certificación de sus
características.
Las válvulas y accesorios de la instalación serán de materiales
adecuados a la temperatura y presión de diseño, características que
deben ser garantizadas por el fabricante o proveedor.
Las juntas utilizadas deberán ser de materiales resistentes a la acción
del agua y vapor, así como resistir la temperatura de servicio sin
modificación alguna.
2. Diámetro de la tubería.-La tubería tendrá un diámetro tal que las
velocidades máximas de circulación serán las siguientes:
o Vapor saturado: 50 m/seg.
o Vapor recalentado y sobrecalentado: 60 m/seg.
o Agua sobrecalentada y caliente: 5 m/seg.
57
3. Uniones.-Las uniones podrán realizarse por soldadura, embridadas o
roscadas. Las soldaduras de uniones de tuberías con presiones de
diseño mayores que 13 kg./cm² deberán ser realizadas por soldadores
con certificado de calificación. Las uniones embridadas serán
realizadas con bridas, según normas UNE u otra norma
internacionalmente reconocida, y cuyas características de presión y
temperatura de servicio sean como mínimo las de diseño.
4. Ensayos y pruebas.-El nivel y tipo de ensayos no destructivos (END)
a realizar en las instalaciones incluidas en esta Instrucción, así como
las condiciones de aceptación, serán los prescritos por el código o
normas de diseño utilizadas en el proyecto.
Si el código no prescribe niveles determinados en END, para
presiones superiores a 13 kg./cm², se realizará un 25 por 100 de
control no destructivo de las uniones, y las restantes se
inspeccionarán visualmente. Como condiciones de aceptación se
emplearán las de un código de diseño adecuado y reconocido
internacionalmente.
Para tuberías de vapor y agua sobrecalentada situadas en zonas
peligrosas, por su atmósfera, locales de pública concurrencia,
vibraciones, etc., se prohíben las uniones roscadas, y deberán
realizarse ensayos no destructivos del 100 por 100 de las uniones
soldadas.
58
Una vez realizada la prueba de resistencia a presión, según el artículo
3 numeral 3, se realizará una prueba de estanqueidad en las
condiciones de servicio.
5. Puesta en servicio.-Para las instalaciones de agua sobrecalentada y
caliente debe comprobarse el perfecto llenado de las mismas, por lo
que se proveerán los adecuados puntos de salida del aire contenido.
6. Instalación:
1. La instalación de tuberías y accesorios para vapor, agua
sobrecalentada y caliente, estará de acuerdo con la norma UNE
u otra norma internacionalmente reconocida.
2. Las tuberías podrán ser aéreas y subterráneas, pero en
todos los casos deberán ser accesibles, por lo que las
subterráneas serán colocadas en canales cubiertos, según
artículo 4 numeral 1, o en túneles de servicios.
3. Con el fin de eliminar al mínimo las pérdidas caloríficas,
todas las tuberías deberán estar convenientemente aisladas,
según Decreto 1490/1975.
59
4. Para evitar que los esfuerzos de dilatación graviten sobre
otros aparatos, tales como calderas, bombas o aparatos
consumidores, deberán preverse los correspondientes puntos
fijos en las tuberías con el fin de descargar totalmente de
solicitaciones a aquéllos.
5. En todos los casos los equipos de bombeo de agua
sobrecalentada, equipos consumidores, válvulas automáticas
de regulación u otros análogos, deberán ser seccionables de la
instalación con el fin de facilitar las operaciones de
mantenimiento y reparación.
6. Todos los equipos de bombeo de agua sobrecalentada y
caliente dispondrán en su lado de impulsión de un manómetro.
7. La recuperación de condensados en los que exista la
posibilidad de contaminación por aceite o grasas requerirá la
justificación ante la Delegación Provincial del Ministerio de
Industria y Energía correspondiente de los dispositivos y
tratamientos empleados para eliminar dicha contaminación y,
en caso contrario, serán evacuados.
60
8. Las instalaciones reductoras de presión en los circuitos
de vapor dispondrán de:
Manómetro con tubo sifón y grifo de tres direcciones
según artículo 11 de la Instrucción MIE-AP1, «Calderas»,
situadas antes y después de la válvula reductora.
Una válvula de seguridad después de la válvula
reductora, capaz de evacuar el caudal máximo de vapor
que permite la conducción sobre la que se encuentra y
tarado a la presión reducida máxima de servicio más un
10 por 100 como máximo.
9. Si dos o más calderas de vapor están conectadas a un
colector común, éste estará provisto del correspondiente
sistema de purga de condensados y aquéllos de una válvula de
retención que impida el paso del vapor de una a otra caldera.
10. Todo sistema de purga de condensados conectado a
tubería de retorno común estará provisto de una válvula de
seccionamiento.
11. Los colectores de vapor y agua sobrecalentada en los
que el producto de P (en kg./cm²) por V (en metros cúbicos) sea
61
mayor que 5, serán sometidos a las prescripciones generales
del Reglamento de Aparatos a Presión.
12. En las instalaciones de vapor se evitarán las bolsas, pero
en caso de existir, deberán instalarse los correspondientes
sistemas de purgas en el punto más bajo de las mismas.
13. Instalación de tuberías auxiliares para las calderas de
vapor, agua sobrecalentada y agua caliente.
i. La tubería de llegada de agua al depósito de alimentación tendrá
una sección tal que asegure la llegada del caudal necesario para el
consumo de la caldera en condiciones máximas de servicio, así
como para los servicios auxiliares de la propia caldera y de la sala
de calderas. La tubería de alimentación de agua tanto a calderas
como a depósitos, tendrá como mínimo 15 mm. de diámetro interior,
excepto para instalaciones de calderas con un PV menor o igual a
5, cuyo diámetro podrá ser menor, con un mínimo de 8 milímetros,
siempre que su longitud no sea superior a un metro.
ii. Las tuberías de vaciado de las calderas tendrán como mínimo 25
mm. de diámetro, excepto para calderas con un PV menor o igual a
cinco, cuyo diámetro podrá ser menor, con un mínimo de 10 mm.,
siempre que su longitud no sea superior a un metro.
62
iii. Todos los accesorios instalados en la tubería de llegada de agua
proveniente de una red pública serán de presión nominal PN 16, no
admitiéndose en ningún caso válvulas cuya pérdida de presión sea
superior a una longitud de tubería de su mismo diámetro y paredes
lisas igual a 600 veces dicho diámetro.
iv. La alimentación de agua a calderas mediante bombas se hará a
través de un depósito, quedando totalmente prohibido la conexión
de cualquier tipo de bomba a la red pública.
v. Aunque el depósito de alimentación o expansión sea de tipo abierto,
estará tapado y comunicado con la atmósfera con una conexión
suficiente para que en ningún caso pueda producirse presión
alguna en el mismo. En el caso de depósito de tipo abierto con
recuperación de condensados, esta conexión se producirá al
exterior. En el caso de depósito de tipo cerrado, dispondrá de un
sistema rompedor de vacío.
vi. Todo depósito de alimentación dispondrá de un rebosadero
cuya comunicación al albañal debe poder comprobarse
mediante un dispositivo apropiado que permita su inspección y
constatar el paso del agua.
vii. Los depósitos de alimentación de agua y de expansión en
circuito de agua sobrecalentada y caliente dispondrán de las
correspondientes válvulas de drenaje.
63
viii. No se permite el vaciado directo al alcantarillado de las
descargas de agua de las calderas; purgas de barros, escapes
de vapor y purgas de condensados, debiendo existir un
dispositivo intermedio con el fin de evitar vacíos y
sobrepresiones en estas redes.
ix. De existir un depósito intermedio de evacuación dispondrá de:
1. Tubo de ventilación de suficiente tamaño para evitar la
formación de sobrepresión alguna, conectado a la
atmósfera y libre de válvulas de seccionamiento.
2. Capacidad suficiente para el total de agua descargada en
purgas por todas las conexiones al mismo, en un máximo
de cuatro horas.
3. Las tapas o puertas de inspección con juntas que eviten
los escapes de vapor.
x. En la instalación de sistemas de tratamiento de agua de
alimentación a calderas deberá instalarse a la entrada del mismo
una válvula de retención si se conecta directamente a una red
pública.
Artículo 8.- Prescripciones para tuberías de combustibles gaseosos.
La instalación de tuberías de conducción de combustibles gaseosos, desde
las unidades de regulación y medida hasta los puntos de consumo, se
realizará de acuerdo con las siguientes prescripciones:
64
1. Materiales.-Se utilizarán tuberías de acero u otro material adecuado,
según normas UNE u otra norma reconocida internacionalmente, y cuyas
características de temperatura y presión de servicio sean, como mínimo,
la de diseño, así como resistente al ataque químico del gas a transportar.
El valor de la presión de diseño será igual o superior a la presión de
tarado de las válvulas de seguridad de la estación de regulación y
medida. En el caso de que no exista regulación, por alimentarse
directamente de la red de suministro, la presión de diseño será el valor de
la presión máxima de suministro, facilitada por la Compañía distribuidora.
En el caso de utilizar gases de recuperación de otras instalaciones, la
temperatura y presión de diseño será, como mínimo, igual a la de la
salida de la instalación de donde proceden los gases. En cualquier caso,
el espesor mínimo de la pared de la tubería será de dos milímetros.
Todas las válvulas, accesorios y piezas especiales serán de acero u otro
material capaz de resistir la misma temperatura y presión, así como el
posible ataque químico que la tubería sobre la que se encuentran
instalados. En cualquier caso, su presión nominal mínima será de PN 10.
2. Diámetro de la tubería.-La tubería tendrá el diámetro necesario para que
se cumplan las condiciones siguientes:
65
1. La velocidad máxima de circulación de gas será de 30 metros por
segundo.
2. La pérdida de carga a caudal máximo será tal que asegure que la
presión a la llegada en los puntos de consumo no sea inferior en
un 10 por 100 a la presión en el origen de la instalación.
3. Uniones.-Las uniones deberán realizarse mediante soldadura o por
bridas.
Las uniones no soldadas se realizarán mediante bridas según la
normativa UNE u otra norma internacionalmente reconocida, salvo en los
casos en que se requiera conexión roscada, limitándose su uso al mínimo
imprescindible por exigencias de la instalación.
4. Ensayos y pruebas.-Para tuberías situadas en zonas tales como
atmósferas peligrosas, locales de pública concurrencia, sometidas a
vibraciones, etc., se prohíben las uniones roscadas y se realizará el
control de las uniones soldadas mediante ensayos no destructivos en la
proporción del 100 por 100. En los demás casos, el control no destructivo
se realizará en un 25 por 100 de las soldaduras.
Una vez realizada la prueba de resistencia a presión, se realizará una
prueba de estanqueidad a la presión de servicio, utilizando el combustible
gaseoso y comprobándose la misma mediante agua jabonosa u otro
producto similar.
66
5. Puesta en servicio.-Cuando se proceda al llenado de gas, se hará de
manera que se evite en lo posible la formación de mezcla de aire-gas,
comprendida entre los límites de inflamabilidad del gas.
6. Instalación.-La instalación de tuberías para combustible gaseoso estará
de acuerdo con lo especificado en las normas UNE u otra norma
internacionalmente reconocida.
1. Las tuberías se instalarán, siempre que sea posible, de forma
aérea. Cuando existan conducciones paralelas con tuberías para
otros usos, la separación mínima entre superficies exteriores será
de 0,10 metros.
7. En tuberías enterradas la profundidad mínima será de 0,80 metros entre
la generatriz superior del tubo y la superficie del terreno. Las tuberías
enterradas no podrán discurrir por debajo de ningún edificio. Cuando la
tubería de gas deba cruzar otras canalizaciones ya existentes, destinadas
a otros usos, la distancia de separación en sentido vertical entre dos
generatrices contiguas será como mínimo de 0,20 metros.
El material de relleno de las zanjas estará libre de piedras y objetos
cortantes y, asimismo, la compactación del mismo se realizará de forma
que no pueda dañar la tubería.
1. Cuando excepcionalmente la tubería deba cruzar por el interior del
edificio,
67
2. todas las uniones en aquel tramo serán soldadas. Si existe una
válvula en el interior del edificio, deberá estar cerrada en un
armario estanco, construido con material incombustible y con
ventilación al exterior del edificio.
La Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) estipula
también en su sección B31-1 las consideraciones para las tuberías de vapor
y sistemas de potencia, que se encuentren en plantas industriales. De esta
norma se cita lo referente a las consideraciones de estudios de flexibilidad
donde se establece lo siguiente:
Parágrafo 119.7 A1: El sistema duplica o reemplaza una tubería
existente que trabajó satisfactoriamente.
Parágrafo 119.7 A2: Un sistema previamente analizado permite
hacerse un juicio adecuado.
Parágrafo 119.7 A3: La línea de tubería es de sección constante,
tiene solo dos anclajes y no posee restricciones de la expansión en el
campo intermedio y se diseña para operar no cíclica (menos de 7000
ciclos por año).
68
3.2.1.2 Nacionales
Para la inspección de los generadores de vapor en servicio la norma
venezolana COVENIN 2218-84, estipula los parámetros a seguir para realizar
verificaciones a las calderas. El objetivo principal de esta norma es
proporcionar el procedimiento, condiciones y criterios para realizar la
inspección. En esta norma se le indica al usuario los pasos a seguir para la
preparación de la caldera para su posterior inspección, donde en líneas
generales el usuario deberá garantizarle al inspector que trabajará en
condiciones seguras, que el equipo tenga una ventilación adecuada en todas
sus partes y que esté libre de vapores tóxicos e inflamables. A su vez se le
indica al inspector que deberá verificar toda la documentación referente al
equipo en servicio, así como exigirle al usuario que le notifique de cualquier
reparación o modificación que este le haya hecho al equipo, con el fin de
reportarlo y llevar un registro. Dentro de las obligaciones del inspector están
la realización de pruebas de control de nivel, la revisión de las alarmas por
bajo nivel de agua y de corte de combustible. El inspector tiene el deber de
ordenar cualquier corrección que crea conveniente antes de la puesta en
servicio del equipo.
Otra norma que posee vital relevancia para este estudio es la norma
COVENIN 2217-84, que en su sección 3.12.3 Tuberías de Vapor refleja lo
siguiente:
69
3.12.3.1 Toda tubería de vapor deberá ser de acero y deberá cumplir
con los requisitos establecidos en las Normas Venezolanas COVENIN 7:4-
015.
3.12.3.2 La tubería de vapor deberá ser diseñada para resistir los rangos
de presión máximos de diseño del generador de vapor, pero nunca menor de
7 Kg/cm2 (100 Lbs/pulg2).
3.12.3.3 Los ramales de la tubería de vapor a su respectiva línea
principal, se deberán conectar siempre por encima.
3.12.3.4 Toda tubería deberá tener una pendiente mínima de 0,5% en
dirección del flujo de vapor y un 1% como mínimo, si el flujo del condensado
es en dirección contraria a la del vapor.
3.12.3.7 El diámetro de la tubería utilizada para la línea de desviación
(bypass), deberá tener un máximo del 50% de la sección de la línea de alta
presión de vapor.
3.12.3.8 Las válvulas de paso instaladas en las líneas de desviación
(bypass) deberán ser de tipo globo y las válvulas de paso instaladas antes y
después de las válvulas reguladoras deberán ser de tipo de compuerta de
paso recto.
3.12.3.9 Para el drenaje de la línea de vapor, equipos, etc. se deberán
proveer de trampas debidamente colocadas y de suficiente capacidad.
3.12.3.10 Antes de cada trampa se deberán instalar filtros y en ambos
lados de la trampa, válvula de cierre, asimismo una válvula de retención
70
después de la válvula de cierre, siempre y cuando diferentes trampas
descarguen en la misma línea de condensado.
3.12.3.11 En las tuberías de vapor, se evitará el uso de niples de rosca
corrida. Los niples deberán ser del mismo material y especificaciones de la
tubería general de vapor.
3.12.3.12 Los sistemas de tuberías de vapor y condensado, deberán ser
diseñados con una flexibilidad suficiente para impedir que las expansiones
térmicas causen roturas en las tuberías, soportes y anclajes, fugas en las
juntas o daños en los equipos. Esto se lograra proveyendo cambios de
dirección en las tuberías o instalando juntas de dilatación.
3.12.3.14 Se deberá calcular en cada instalación de vapor, la dilatación
de las tuberías principales de vapor y de sus ramales, para determinar la
capacidad de la juta de dilatación, de los anclajes y su ubicación.
3.12.3.32 Las tuberías de vapor y condensado se deberán colocar lo más
alejado posible de todos los miembros estructurales no resistentes al calor. Si
el vapor tiene una temperatura mayor de 110 ºC (230 ºF), la distancia deberá
ser por lo menos 10 cm.
De la misma norma COVENIN 2217-84 y su sección 3.12.4 Sistema de
condensados se citan lo siguiente:
71
3.12.4.1 Siempre que sea posible, se deberá recolectar el condensado de las
tuberías de vapor y de los equipos, retornándolos en el circuito del generador
de vapor.
3.12.4.2 Si es necesario se usará un tanque para la recolección del
condensado, provisto con trampas de vapor y tubería de ventilación para
enfriar el condensado y bajar la presión.
3.12.4.3 Para generadores de vapor de baja presión se puede omitir el
tanque de recolección del condensado, conduciendo el condensado
directamente al tanque recolector de condensado (tanque de alimentación
del generador de vapor).
3.12.4.4 El retorno del condensado deberá ser del tipo por gravedad o por
presión, pero diseñado de tal manera, que la tubería de vapor quede
perfectamente drenada.
3.12.4.5 Las tuberías para el retorno de condensado deberá ser construidas
conforme a las prescripciones para tubería de vapor.
3.2.2 Bases Teóricas.
El principio de la utilización del vapor es atribuida a Herón de
Alejandría (siglo I d.C.), ya que el primer registro conocido de una máquina
72
de vapor yace en un manuscrito titulado Spiritalia seu Pneumatica, donde
se hace referencia a una máquina llamada la “Eolípila”. Este artefacto
mecánico consistía: “en un gran calderín metálico sellado, lleno de agua,
que se colocaba sobre el fuego. Los chorros de vapor que escapaban por
dos salientes en forma de L provocaban la rotación de la máquina”.
Figura 6: Eolípila.
(Fuente: http://www.iesfranciscoasorey.com/inventos/Imagenes)
Este invento de Herón fue utilizado como entretenimiento, pero nada
más relevante que eso. El estudio de vapor se mantuvo paralizado hasta
finales del siglo XVII, cuando el físico francés, Denis Papín (Nacimiento
1647- Muerte 1712) muestra ante la “Royal Society” de Inglaterra, en el año
de 1681, el invento de su marmita, era una especie de olla de presión, que
poseía una válvula de seguridad la cual se empleaba para regular la presión
del vapor. La marmita de Papín fue utilizada principalmente para demostrar
73
que el punto de ebullición de los líquidos aumenta con la presión que
soportan, además de servir como punto de referencia para el estudio de la
utilización de vapor a nivel industrial.
Figura 7: Denis Papín y su Marmita.
(Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Denis_Papin)
Conociendo ya las ventajas que proporcionaba el vapor, el mecánico e
inventor ingles Thomas Savery (Nacimiento 1650- Muerte 1715) creó una
máquina llamada “Máquina de Fuego” con el fin de erradicar la problemática
que se presentaba en las minas por las aguas residuales subterráneas, que
le impedía a los mineros realizar sus labores. Esta máquina funcionaba como
una especie de bomba de vacío que extraía el agua subterránea de las
74
minas. Este invento no funciono del todo bien ya que la altura máxima a la
que la máquina hacia subir el agua no permitía drenar del todo las minas.
Thomas Newcomen (Nacimiento 1663- Muerte 1729), herrero ingles
que había trabajado para Savery, pensó que podría mejorar la máquina
ideada por su jefe. La máquina de Newcomen consistía en un balancín, que
poseía acoplado a uno de sus extremos una barra rígida contrapesada que
descendía por el pozo de drenaje hasta la bomba mecánica colocada en su
interior. Esta máquina utilizaba el vapor para generar un proceso de
expansión y luego se utilizaba agua “fría” para condensar este vapor creando
una reducción volumétrica que permitía crear un vacío en una cámara
totalmente sellada. “La cámara ideada por Newcomen era un enorme cilindro
vertical abierto en su parte superior y provisto de un pistón”. En 1712 la
máquina de Newcomen estaba funcionando con éxito y se llegó a instalar en
muchas minas incluidas las profundas minas de carbón del norte de
Inglaterra en las que se llegó a extraer agua a 46 metros de profundidad.
Figura 8: Máquina de Newcomen.
(Fuente:http://inventionary.blogspot.com/2013/02/thomas-newcomen-el-inventor-de-
la.html)
75
A pesar del éxito de esta máquina ideada por Newcomen, James Watt
(Nacimiento 1736- Muerte 1819) ingeniero escocés, descubrió que dicha
máquina estaba desperdiciando alrededor de tres cuartos de la energía del
vapor calentando el pistón y el cilindro. “Watt desarrolló una cámara de
condensación separada que incrementó significativamente la eficiencia.
Hasta el momento, ese fue uno de los mejores desarrollos de la historia”.
Estas mejoras realizadas por Watt permitieron al hombre entrar en una etapa
denominada Revolución Industrial en la que se consiguió un desarrollo total
de las capacidades productivas llegando a niveles nunca antes pensados.
Figura 9: Máquina de Vapor de Watt.
(Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vapor)
Gracias a estos inventos el hombre desarrolló proyectos en áreas
industriales en las que el vapor fuera su fuente principal de energía, ya que el
vapor era económico y podría sustituir la fuerza animal y manual. Es así
como el hombre tomó como bandera principal en la industria la construcción
de generadores de vapor, que con el pasar de los años se fueron
76
perfeccionando hasta concebir las Calderas de Vapor que conocemos hoy en
día.
Figura 10: Caldera Pirotubular.
(Fuente:
http://www.empresaeficiente.com/images/empresas/tecnologias/06/img_04.jpg)
3.3 Definición de Términos Básicos.
Caldera
Una caldera se puede definir como un recipiente cilíndrico en el que se
transfiere energía calórica proveniente del proceso de combustión a un
líquido, hasta llevarlo a su estado gaseoso.
Tipos de Calderas:
Caldera Acuotubular: son aquellas calderas en las que el
fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su
calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales
77
termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y
tienen gran capacidad de generación.
Calderas Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado
líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por
los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un
proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los
tubos calientes productos a la circulación de los gases de
escape.
Figura 11: Caldera Pirotubular de 500Bhp.
(Fuente: Propia)
Manifold
Un Manifold se puede definir como un recipiente hermético que
permite la recolección del vapor generado por calderas, para su posterior
distribución.
78
Figura 12: Manifold Sala de Calderas.
(Fuente: Propia)
Trampa de vapor
Una trampa de vapor se puede definir como una válvula automática
que tiene como objetivo principal drenar el vapor condensado en una tubería,
un equipo, etc., así como también desalojar los gases no condensables y el
aire. Con la instalación de las trampas de vapor se garantiza que no exista
desperdicio de vapor.
Figura 13: Trampa de Vapor Balde Invertido.
(Fuente: Propia)
79
Tipos de trampas de vapor:
Grupo termostático: este tipo detecta el vapor y el condensado
mediante la diferencia de temperatura la cual opera sobre un elemento
termostático. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del
vapor antes de ser eliminado.
Grupo mecánico: este tipo de trampas operan mecánicamente por
diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Cuando la densidad
del vapor y el condensado se hacen presente, el flotador o el balde
dependiendo del modelo, actúa sobre la válvula de salida. En la empresa
Laminova C.A. la mayoría de las trampas de vapor existente son de este
grupo y su modelo es balde invertido.
Balde Invertido: en este modelo de trampa de la familia
mecánica, la fuerza de operación la proporciona el vapor que
entra en el balde haciéndolo flotar en el condensado que llena
la trampa. El vapor contenido en el balde escapa lentamente
por el orificio superior y al mismo tiempo va condensando, si
sigue llegando vapor a la trampa permanece cerrada, pero si
entra más condensado llega un momento en que el balde ya no
puede flotar, vuelve a su posición inferior, la válvula abre y el
condensado sale.
80
Figura 14: Trampa de Vapor Balde Invertido.
(Fuente: Propia)
Grupo termodinámico: este tipo de purgadores funcionan por la
diferencia de velocidad entre el vapor y el condensado. Posee una válvula
que consiste en un disco que cierra con la alta velocidad del revaporizado y
abre con la baja velocidad del condensado. En un área de la empresa
denominada Planta Resina se encontró una trampa de vapor de este grupo.
Figura 15: Trampa de Vapor Termodinámica.
(Fuente: Propia)
Acumulador de Vapor
Un acumulador de vapor es un elemento opcional de la red de vapor,
que permite mantener un nivel considerable de agua caliente en un tanque
81
de almacenamiento que alberga grandes cantidades de agua. El acumulador
de la empresa Laminova C.A. es del tipo cascada, esto nos indica que el
agua es recirculada desde la parte baja del tanque de alimentación hasta la
parte superior y es rociada en pequeñas gotas que permiten que el vapor las
caliente, y que cuando el mismo vapor se condensa por la diferencia de
temperatura, este condensado transfiera el calor sensible a las demás
moléculas de agua.
Figura 16: Acumulador de Vapor.
(Fuente: Propia)
Agua
El agua es el recurso renovable más abundante que existe en la tierra,
está formado por dos moléculas de hidrogeno y una de oxigeno (H2O), es un
82
elemento de vital importancia para los seres vivos en todos sus niveles, ya
que interviene como medio y reactivo en una serie de fenómenos físicos y
químicos que permiten la transformación y creación de otras sustancias y
compuestos importantes para el desarrollo de la humanidad. El agua se
puede encontrar en tres estados de la materia; liquido, gaseoso y sólido.
Figura 17: Estados de la materia.
(Fuente: http://neetescuela.com/estados-de-la-materia/)
Generación de Vapor
Al suministrar energía calórica de manera continua a un fluido como el
agua, esta comienza a cambiar sus propiedades como la densidad,
produciendo una excitación en las moléculas que provoca que las fuerzas de
atracción intermolecular tiendan a cero, lo cual genera que las moléculas se
83
dispersen, es decir, “comiencen a moverse de manera desordenada
aumentando así la energía cinética contenida en ellas”.
Dicha energía es contenida por el fluido, que en este caso es el agua;
al variar el estado ya sea líquido o gaseoso el calor cambia. Cuando el agua
se encuentra en estado líquido a altas temperaturas la energía que este
posee se denomina Calor Sensible y cuando el estado es gaseoso (vapor) la
energía se denomina Calor Latente.
Calor Sensible: se podría definir al calor sensible como la
cantidad de calor que puede recibir un elemento sin que este
cambie su estructura molecular. En un fluido como el agua
podemos poseer el calor sensible hasta los 99°C.
Calor Latente: es la cantidad de energía que se invierte para
realizar el cambio de fase de un elemento. Esta energía
suministrada al elemento es contenida en el mismo hasta que
este por medio de la transferencia de calor se desprende de
ella y vuelve al estado primario de la materia. En un fluido como
el agua podemos poseer el calor latente desde los 100°C que
sería su cambio de fase liquida-gaseosa.
Combustible
Según la página web WIKIPEDIA un combustible se puede definir
como “cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma
violenta con desprendimiento de calor”.
84
Gas natural
La página web de Petróleos de Venezuela, S.A. (PDVSA), nos define
al gas natural como “una mezcla de compuestos de hidrógeno y carbono y
pequeñas cantidades de compuestos no hidrocarburos en fase gaseosa o en
solución con el petróleo crudo que hay en los yacimientos”.
Poder Calorífico
El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía
desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de
combustible. Se encuentran dos tipos de poder calorífico:
PCI: El PCI (poder calorífico inferior) es el calor de la
combustión que no aprovecha la energía de condensación del
agua.
PCS: El PCS (poder calorífico superior) es el calor que
aprovecha la energía de condensación del agua y por tanto,
con la misma cantidad de combustible, se genera más calor.
Vapor flash
Según la página web de la compañía de vapor TLV el vapor flash “es
un nombre dado al vapor que se forma a partir del condensado caliente
cuando existe una reducción en la presión”. También nos indica lo siguiente
“Vapor normal o "vivo" se genera en la caldera, o en un generador de vapor
85
por recuperación de calor - mientras que el vapor flash se genera cuando
condensado de alta temperatura/presión se expone a una gran caída de
presión tal como la descarga de una trampa de vapor”.
Boiler HP
Un Boiler HP (Bhp) es la cantidad de calor necesario para producir
15,65 kilogramos de vapor de agua en una hora, dentro de una caldera. Esta
unidad es también conocida como C.C. que se refiere a Caballos de Caldera.
86
CAPITULO IV
MARCO METODOLOGICO.
En el siguiente capítulo se expondrán los pasos seguidos para la
obtención de los resultados que se presentaran más adelante en esta
investigación, así como también se describirá el tipo de investigación
realizada.
4.1 Diseño de la Investigación.
4.1.1 Tipo de Investigación.
Este estudio se enmarco como una investigación de campo de
carácter práctico y documental, siendo a su vez un proyecto factible.
Investigación: “genéricamente, la investigación es una actividad del
hombre orientada a descubrir algo desconocido.” (Sierra Bravo, 1991, p.27).
Investigación de campo: “es aquella que consiste en la recolección de
datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde
ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el
investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes.”
(Arias Fidias, 2006, p.31).
87
Investigación práctica: “consiste en el estudio de parámetros mediante
suposiciones o simulaciones de modelos genéricos, con el fin de establecer
su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación
se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los
conocimientos se refiere.” (Arias Fidias, 2006, p.24).
Investigación documental: “es un proceso basado en la búsqueda,
recuperación, análisis, critica e interpretación de datos secundarios, es decir,
los obtenidos y registradas por otros investigadores en fuentes
documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en toda
investigación, el propósito de este diseño es el aporte de nuevos
conocimientos.” (Arias Fidias, 2006, p.27).
Es un proyecto de tipo factible ya que va en relación a su capacidad
de resultar realizable, disponiendo de los recursos necesarios y siguiendo las
etapas generales de consecución; Etapa económica que serían los recursos
financieros, Etapa técnica que se refiere a la infraestructura, recursos
humanos, recursos tecnológicos y tiempo, siendo la última etapa la
organizativa que es la capacidad de gestión del grupo para la ejecución del
proyecto.
88
4.1.2 Técnicas e Instrumentos.
Técnica.
Se entenderá por técnica, “el procedimiento o forma particular de
obtener datos o información.” (Arias Fidias, 2006, p.67).
Entre las técnicas más comunes tenemos la encuesta, la observación
y la entrevista. Para este trabajo se seleccionaron como técnicas principales
la observación y la entrevista, ya que eran las técnicas que más se
adaptaban al tipo de investigación y permitían la mayor recaudación de
información veraz y concisa.
Para describir las técnicas a utilizar tenemos que la observación “es
una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma
sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación, en función de unos
objetivos de investigación preestablecidos.” (Arias Fidias, 2006, p.69).
Como entrevista tenemos que, “más que un simple interrogatorio, es
una técnica basada en un diálogo o conversación, entre el entrevistador y el
entrevistado acerca de un tema previamente determinado, de tal manera que
el entrevistador pueda obtener la información requerida.” (Arias Fidias, 2006,
p.73).
89
Instrumento.
En este caso se entenderá por instrumento, “cualquier recurso,
dispositivo o formato (en papel o digital), que se utiliza para obtener, registrar
o almacenar información.” (Arias Fidias, 2006, p.69).
Como se mencionó antes las técnicas a utilizar serán la observación y
la entrevista, en consecuencia los instrumentos de recolección de datos son
la lista de cotejo o de chequeo, lista de frecuencia y la entrevista semi-
estructurada.
Por lista de cotejo o de chequeo se tiene que, “es un instrumento en el
que se indica la presencia o ausencia de un aspecto o conducta a ser
observada” y por lista de frecuencia, “es un instrumento que se diseña para
registrar cada vez que se presenta una conducta o comportamiento.” (Arias
Fidias, 2006, p.70 y 71).
Para la entrevista semi-estructura, existe una guía de preguntas que el
entrevistador tiene como dudas o consultas, pero a su vez el entrevistador
puede realizarle al entrevistado otras preguntas no contempladas en la guía.
Esto se debe a que una respuesta puede dar pie a una pregunta adicional, lo
que caracteriza a este instrumento como flexible.
90
4.2 Fuentes de Información.
4.2.1 Fuentes Primarias.
La información se adquiere directamente del contexto en el que se
desarrolla el proyecto, por medio de:
Reuniones con el personal vinculado en el proyecto y con
conocimientos del problema.
Presencia continua en el lugar donde se realiza el proyecto a fin de
obtener datos técnicos y preliminares.
Entrevista con personas calificadas a fin de obtener datos necesarios
para la elaboración del proyecto.
Observaciones y mediciones de variable del sistema.
4.2.2 Fuentes Secundarias.
La información se recopila mediante escritos de personas que no se
encuentran directamente relacionadas con el problema, obteniéndose a
través de:
Consultas de tipo bibliográfica audiovisual y documental, como
son: Libros de texto, Normas, catálogos, videos e Internet.
Planos arquitectónicos y estructurales.
91
4.3 Procedimiento Metodológico.
Con el diseño de la investigación ya definido, se procedió a delimitar
los pasos a seguir para la realización efectiva de dicho proyecto, siendo el
primer paso la recopilación de información, el segundo paso el diagnóstico
de la situación actual de la red de vapor, y el tercero el cálculo y rediseño de
algunos elementos que componen el sistema de vapor.
4.3.1 Recopilación de Información.
Se describieron e identificaron los elementos que componen el
sistema de generación de vapor, la red de distribución (vapor) y
la red de retorno de condensado.
Realizando recorridos en planta, se localizaron los equipos y su
ubicación exacta.
Con la ubicación de los equipos, se procedió a realizar la
isometría que corresponde al sistema de vapor.
Mediante catálogos suministrados por la empresa, se obtuvo la
capacidad de los generadores de vapor.
Con la realización de un recorrido programado, se tomaron las
mediciones de presión y temperatura de los equipos que
producen y consumen vapor.
92
4.3.2 Diagnostico del Sistema de Vapor.
Se realizó la verificación del estado de los componentes del
sistema de vapor, mediante la observación.
Seguidamente se obtuvieron las condiciones de operación del
sistema de vapor y sus elementos constitutivos.
Con el basamento teórico, el trabajo de campo realizado
(ubicación, mediciones, isometría, etc.) y las exigencias
expresadas por parte del departamento de mantenimiento, se
priorizaron las acciones a realizar según la importancia para la
empresa.
4.3.3 Cálculo y Rediseño.
1) Cálculo de la producción de vapor.
Para realizar este cálculo se utilizaron los manuales y catálogos
suministrados por el departamento de mantenimiento, permitiendo
obtener la capacidad de producción en kilogramos por hora y en libras por
hora.
2) Cálculo del consumo de vapor en los diferentes puntos de
la red de distribución.
2.1 Se determinan los equipos que demandan vapor.
93
2.2 Según las cartas maestras de los equipos, se obtienen los
consumos y la presión de trabajo. (En los casos donde no se tenía la
carta maestra del equipo se procedió a calcular el consumo estimado del
equipo mediante el caudal máximo de circulación de vapor por la tubería
instalada y por el método de calentamiento de tanques).
Caudal máximo de circulación por tubería.
Dónde:
: rango de flujo de vapor en .
: diámetro de la tubería instalada que surte vapor a la
máquina en .
: velocidad máxima del vapor en .
: volumen especifico en .
Calentamiento de tanques.
2.2.1 Calor requerido.
Dónde:
94
: calor requerido en Btu/h.
: flujo másico del producto en Lb/h.
: calor especifico del producto en .
: temperatura de suministro del producto en ºF.
: temperatura final de calentamiento en ºF.
2.2.2 Consumo de vapor.
Dónde:
: consumo de vapor en Lb/h.
: calor requerido en Btu/h.
: calor cedido por el vapor a la presión de trabajo en
Btu/Lb.
2.3 Se procede a determinar la demanda total de vapor.
2.4 Se evalúa y relaciona la generación de vapor con respecto a la
demanda total.
95
3) Diseño de la red de distribución de vapor.
En este punto, se procede a la verificación de los diámetros de las
tuberías de vapor instaladas en la planta. Se comparan las tuberías
instaladas con respecto a las calculadas, para determinar si hay
presencia de sobredimensionamiento o un sub-dimensionamiento. El
procedimiento que se explicará a continuación fue realizado por cada
tramo de tubería verificado, utilizando como base principal del diseño, el
dimensionamiento de tuberías por velocidad. Dicho procedimiento está
establecido en las publicaciones consultadas como la guía de referencia
técnica “DISTRIBUCION DEL VAPOR” de la editorial Spirax Sarco y el
manual técnico “DISEÑO Y CALCULO DE REDES DE VAPOR” de la
editorial Junta de Castilla y León.
3.1 Se selecciona una velocidad máxima de diseño de 40 m/s.
Tabla 1 - Velocidades máximas recomendadas para el flujo de vapor.
(Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, p.42)
3.2 Se seleccionó un factor de seguridad de 15% sobre los
consumos de vapor de las maquinas.
96
3.3 Cálculo de diámetro según velocidad de diseño del punto 3.1.
Dónde:
: diámetro de la tubería calculada en .
: rango de flujo de vapor en .
: velocidad máxima del vapor en .
: volumen especifico en .
3.4 Selección del material y diámetro comercial.
Tabla 2 - Tuberías de acero ASTM A-53, grado B y grado A, Schedule 40
(Fuente: www.sack.cl)
97
Tabla 3 - Tuberías de acero ASTM A-106, grado B, Schedule 80
(Fuente: www.sack.cl)
3.5 Cálculo de velocidad máxima en tubería seleccionada y
posterior verificación con respecto a la velocidad asumida en el punto 3.1.
Dónde:
: velocidad del vapor en la tubería seleccionada ( ).
: diámetro de la tubería calculada en .
: rango de flujo de vapor en .
: volumen especifico en .
98
La verificación se realiza con respecto a la velocidad máxima asumida
de 40 y la calculada anteriormente, la cual deberá ser menor que la
asumida.
3.6 Cálculo del espesor mínimo requerido y posterior verificación
con respecto al seleccionado en el punto 3.4.
cm
Dónde:
: espesor mínimo requerido en cm.
: presión de trabajo en psi.
: diámetro externo de la tubería seleccionada en cm.
S: límite de fluencia en psi.
: factor de calidad.
: coeficiente del material.
: constante de la formula en cm.
3.7 Cálculo de la presión máxima admisible y posterior verificación
con respecto a la presión de trabajo.
99
Dónde:
Padm: presión máxima admisible en psi.
S: límite de fluencia en psi.
esel: espesor de la tubería seleccionada en cm.
: constante de la formula en cm.
: diámetro externo de la tubería seleccionada en cm.
: coeficiente del material.
3.8 Cálculo de la dilatación en el tramo de tubería
Dónde:
: dilatación en tramo de tubería en mm.
L: longitud de tubería entre anclajes en m.
: diferencia de temperatura en ºC.
: coeficiente de dilatación en
.
Tabla 4 - Coeficientes de dilatación
(Fuente: Guía de Distribución de Vapor, p.33)
100
4) Cálculo del calor generado por unidad y equipos de
generación de vapor que suplan la demanda actual.
4.1 Cálculo del calor generado por unidad mediante la diferencia
de entalpias.
Dónde:
: calor generado por el equipo.
: rango de flujo de vapor en .
: diferencia de entalpia.
4.2 Cálculo de generadores de vapor que suplan la demanda
máxima actual, contemplando factores de utilización y de simultaneidad.
Dónde:
: capacidad que se requiere para cubrir la
demanda actual.
: demanda máxima de vapor con el factor de
utilización y simultaneidad.
: generación actual de vapor.
101
5) Cálculo del combustible necesario para las calderas.
Actualmente las calderas en operación utilizan como combustible el
gas natural el cual es suministrado por PDVSA Gas mediante tuberías.
5.1 Calor necesario para elevar la entalpia y obtener vapor.
Dónde:
: calor que se necesita para elevar la entalpia del punto de
entrada al punto de salida.
: entalpia del vapor en el punto de salida.
: entalpia del agua en el punto de entrada.
: caudal másico de producción de vapor de la caldera.
5.2 Calor que debe ceder el combustible y flujo másico del mismo.
Dónde:
: calor que cede el combustible.
: flujo del combustible.
: poder calorífico del combustible.
5.3 Cálculo del flujo másico del aire para una combustión completa.
5.3.1 Flujo másico de aire para formar carbono.
102
5.3.2 Flujo másico de aire para formar hidrógeno.
5.3.3 Flujo másico de aire total.
5.4 Cálculo de la relación aire-combustible.
6) Diseño de la red de retorno de condensado.
Para este diseño se tomaron las siguientes consideraciones:
a) Se planteará el diseño de la red como si circulara en su
mayoría vapor y no agua caliente.
b) La presión de trabajo de la red de condensados se fijará en
1 atmósfera.
c) Se limitará la velocidad del fluido de esta red a una
velocidad máxima recomendada de 20 m/s.
d) Se seleccionará como presión máxima de trabajo 200 psi.
e) Se selecciona un factor de seguridad de carga de
condensado que varía entre 3 y 5.
Las consideraciones delimitadas anteriormente están
basadas en la publicación “DISTRIBUCION DEL VAPOR” de la editorial
Spirax Sarco y en “DISEÑO Y CALCULO DE REDES DE VAPOR” de la
editorial Junta de Castilla y León. Se procede a realizar el diseño de la red
de condensados.
103
6.1 Cálculo de la carga de condensado en la tubería de vapor.
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
Dónde:
: flujo másico de condensado producido por
transferencia de calor de la tubería con el medio ambiente.
: calor latente del vapor.
: cantidad de calor perdido entre la tubería y el medio
ambiente.
Esta cantidad de calor perdido se expresa como:
Dónde:
: temperatura interna de la tubería.
: temperatura ambiente.
: sumatoria de todas resistencias que transmiten el
calor.
104
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la
tubería.
Dónde:
: flujo másico de condensado producido por
perdidas en la tubería en .
: peso de la tubería en .
: longitud total de la tubería de vapor en m.
: calor especifico del material de la tubería.
: diferencia entre la temperatura interna de la tubería y
la temperatura ambiente.
: calor latente del vapor.
: tiempo estimado de arranque y estabilización del
suministro de vapor en horas.
6.2 Cálculo del porcentaje de vapor flash.
Dónde:
105
: entalpía específica del líquido a la presión de la red de
vapor.
: entalpía específica del líquido a la presión de la red de
condensados.
: entalpía específica del líquido a la presión de la red de
condensados.
6.3 Cálculo de diámetro según velocidad de diseño del punto c).
Dónde:
: diámetro de la tubería calculada en .
: rango de flujo de condensado en .
: velocidad máxima del condensado en .
: volumen especifico en .
6.4 Selección del material y diámetro comercial. (consultar tabla 2)
106
6.5 Cálculo de velocidad máxima en tubería seleccionada y posterior
verificación con respecto a la velocidad asumida en el punto c).
Dónde:
: velocidad del condensado en la tubería seleccionada
( ).
: diámetro de la tubería calculada en .
: rango de flujo de condensado en .
: volumen especifico en .
La verificación se realiza con respecto a la velocidad máxima asumida
de 20 y la calculada anteriormente, la cual deberá ser menor que la
asumida.
6.6 Cálculo del espesor mínimo requerido y posterior verificación con
respecto al seleccionado en el punto 6.4.
cm
Dónde:
107
: espesor mínimo requerido en cm.
: presión de trabajo en psi.
: diámetro externo de la tubería seleccionada en cm.
S: límite de fluencia en psi.
: factor de calidad.
: coeficiente del material.
: constante de la formula en cm.
6.7 Cálculo de la presión máxima admisible y posterior verificación con
respecto a la presión de trabajo.
Dónde:
Padm: presión máxima admisible en psi.
S: límite de fluencia en psi.
esel: espesor de la tubería seleccionada en cm.
: constante de la formula en cm.
: diámetro externo de la tubería seleccionada en cm.
: coeficiente del material.
6.8 Cálculo de la dilatación en el tramo de tubería
108
Dónde:
: dilatación en tramo de tubería en mm.
L: longitud de tubería entre anclajes en m.
: diferencia de temperatura en ºC.
: coeficiente de dilatación en
.
7) Selección del material aislante.
Se selecciona como material aislante lana mineral ya que posee
una conductividad baja y permite mantener la temperatura interior de la
tubería sin que esta pierda calor por radiación al ambiente. Mediante la
tabla de espesores recomendados por el fabricante FIBERGLAS se
selecciona el espesor del aislante térmico. Se procede al cálculo de las
temperaturas entre la tubería, el aislante y el medio ambiente, según el
método de resistencias aprendido en la cátedra transferencia de calor II.
8) Selección de mecanismos de purga.
A continuación se verifican los mecanismos de purga instalados
en el sistema de vapor de la empresa, evaluando el estado de los
mismos y velando por su correcta instalación dependiendo del
requerimiento.
109
8.1 Mediante la realización de una lista de cotejo, se procede a la
observación, identificación y evaluación de las condiciones de
operación de las trampas de vapor.
8.2 Con la información plasmada en la lista de cotejos se realiza
la codificación de las trampas de vapor según su ubicación.
8.3 Se proponen los cambios de las trampas de vapor por
desgaste mecánico o la reparación de las mismas de ser necesario.
110
Lista de chequeo de las trampas de vapor.
TIPO DE TRAMPA
DE VAPOR
MARCA
SERIE
MODELO
UBICACIÓN
DIAMETRO
ESTADO DE LA TRAMPA DE
VAPOR (DESCARGA)
CODIGO
TV- # - Área
Entrada Descarga Bueno Regular Malo
111
CAPITULO V
RESULTADOS
En el presente capitulo se plasmaran los resultados obtenidos según
los pasos delimitados anteriormente.
Equipos y su ubicación.
Figura 18: Isometría del sistema de vapor.
(Fuente: Propia)
112
1) Cálculo de la producción de vapor.
Tabla 5 - Equipos de generación de vapor.
Producción de Vapor
Factores de Conversión: 33476 15,65 34,5
EQUIPO MARCA CAPACIDAD Btu/h Lts/h Lb/h
Caldera Nº 1 Cleaver Brooks 500 hp 16,738x106 7825 17250
Caldera Nº 2 Distral 500 hp 16,738x106 7825 17250
(Fuente: Propia)
Tomando como base un horario de 24 horas continuas de
trabajo, con un mes de 28 días, se obtiene la siguiente tabla de
generación de vapor por hora, día y mes:
Tabla 6 - Generación de vapor por hora, día y mes.
Generación de Vapor Total
Equipos operativos
Generación de vapor por hora
Generación de vapor por día
Generación de vapor por mes
Caldera Nº: 1 y 2 32,756x106 Btu/h 786,144 x106 Btu/día 22,01 x109 Btu/mes
Caldera Nº: 1 y 2 34500 Lb/h 828000 Lb/día 23,184 x106 Lb/mes
(Fuente: Propia)
113
Tabla 7 - Agua Requerida por las dos calderas a máxima capacidad
Agua Requerida
Equipos Operativos
Agua Requerida por hora
Agua Requerida por día
Agua Requerida por mes
Caldera Nº: 1 y 2 15650 Lts/h 375600 Lts/día 10.52 x106 Lts/mes
(Fuente: Propia)
2) Cálculo del consumo de vapor en los diferentes puntos de
la red de distribución.
Los equipos que demandan vapor en la empresa son:
3 Hornos que componen una máquina llamada VITS 1.
3 Hornos que componen una máquina llamada VITS 2.
2 Reactores: uno de melamina y uno fenólico.
2 Prensas industriales de 12 y 20 niveles respectivamente.
Con las cartas maestras de los equipos se pudo obtener el consumo
nominal de vapor de algunas máquinas:
114
Tabla 8 - Demanda de vapor por equipo.
(Fuente: Propia)
Para constatar los valores de consumo de las cartas maestras de los
hornos Vits, se procede a utilizar la formula descrita en el capítulo IV de
caudal máximo de circulación por tubería. Para realizar la verificación del
consumo se poseen los siguientes datos:
: 2”= 50 mm.
: 40 .
: 120 psi.
: 0,2085 .
Demanda de Vapor
Equipo Consumo
unitario (Kg/h)
Cantidad Consumo total
(Kg/h)
Presión de
trabajo (Psig)
Reactor NO 2 NO 120
Horno (Vits 1) 420 3 1260 120
Horno (Vits 2) 420 3 1260 120
Prensa 2 NO 1 NO 200
Prensa 3 NO 1 NO 200
115
Se asumen estas condiciones para cada Vits, así como también este
mismo valor de consumo de vapor. Según las cartas maestras de las VITS el
consumo total de vapor es 1260 kg/h y el calculado es de 1356,083 kg/h.
Las cartas maestras de los reactores no proporcionaron el consumo
de los mismos, por lo que se procedió a calcularlo mediante ecuaciones de
calor y flujo de vapor mencionados en los puntos 2.2.1 y 2.2.2 del CAPITULO
IV.
Para el reactor fenólico (reactor Nº 5) se poseen las siguientes
condiciones de operación:
= 25 ºC = 77 ºF.
= 99 ºC = 210 ºF.
= 4250 Lts/h.
= 1 Btu/Lb ºF.
El flujo volumétrico del producto (fenol) debe ser transformado a Lb/h
para poder ser introducido en la ecuación de calor siendo la densidad del
fenol .
116
Sustituyendo valores en la ecuación de calor obtengo:
Mediante las tablas de vapor, se obtiene el valor de la entalpia del
vapor a la presión de operación que es 120 psig.
= 871,036 Btu/Lb.
Con este valor ya definido se procede a utilizar la fórmula:
Se transforma este valor de Lb/h a Kg/h de la siguiente manera:
Para el reactor que trabaja con melamina (reactor Nº 2), se realizó el
mismo procedimiento que se presentó anteriormente, pero con la variación
de las siguientes condiciones:
= 2760 Lts/h.
.
Se obtiene el valor del flujo másico en Lb/h.
117
Se sustituye en la ecuación de calor el valor anterior.
Se sustituye el valor del calor requerido para obtener el consumo.
Se transforma este valor de Lb/h a Kg/h de la siguiente manera:
Como también se desconoce el consumo de vapor de las prensas, se
procede a calcular el consumo del acumulador de vapor que es un equipo
que le suministra vapor directamente al proceso de prensado. Es decir, las
prensas dependen directamente de este equipo para poder funcionar, se
sabe qué prensa 2 posee 10 niveles de prensado y que prensa 3 posee 20
niveles de prensado, la suma del consumo de vapor de estas dos prensas
debe ser igual al consumo del acumulador.
Se entiende que la prensa 3 al poseer 20 niveles consume el doble de
lo que podría consumir la prensa 2 que posee 10 niveles. Entonces se
propone la siguiente fórmula para el cálculo del consumo de las prensas:
118
Dónde:
: consumo de vapor del acumulador en Kg/h.
: consumo de vapor de la prensa 2 en Kg/h.
: consumo de vapor de la prensa 3 en Kg/h.
Para obtener el consumo de vapor del acumulador se procede a
utilizar las mismas fórmulas usadas para los reactores, con la salvedad de
cambiar las condiciones de operación:
=25 ºC = 77 ºF.
= 99 ºC = 210 ºF.
= 19000 GPH = 71920 Lts/h.
= 1 Btu/Lb ºF.
.
= 837,952 Btu/Lb.
Se obtiene el valor del flujo másico en Lb/h.
Se sustituyen los valores en la ecuación de calor.
119
Se sustituye el valor del calor requerido para obtener el consumo.
Se transforma este valor de Lb/h a Kg/h de la siguiente manera:
Con el consumo de vapor ya definido del acumulador se procede a
realizar la relación de consumo de las prensas con respecto al acumulador,
partiendo de la condición que se planteaba anteriormente de que la prensa 3
consume el doble que prensa 2, por el hecho de que esta posee más área de
transferencia de calor y por ende más consumo de vapor.
Dónde:
=
Sustituyendo el valor de la igualación de en la ecuación
anterior de la masa del acumulador obtenemos lo siguiente
120
Realizando el despeje de de la ecuación del consumo del
acumulador se obtiene:
Sustituyendo en la ecuación de se tiene:
Y para prensa 2 obtengo el valor sustituyendo:
Con los consumos totales ya definidos por cada máquina se procede a
determinar la demanda total de vapor.
121
Tabla 9 - Consumo total de vapor.
Consumo Total de Vapor
Equipo Consumo
Reactor Nº 2 663 Kg/h
Reactor Nº 5 694 Kg/h
Prensa 2 (Acumulador) 3805 Kg/h
Prensa 3 (Acumulador) 7610 Kg/h
Hornos Vits 1 1260 Kg/h
Hornos Vits 2 1260 Kg/h
Consumo total de vapor 15292 Kg/h
(Fuente: Propia)
Los equipos de generación de vapor trabajando con una eficiencia del
100%(ideal) producen 15650 Kg/h, si este valor es comparado con el
consumo total de vapor se obtiene un excedente en la producción de vapor
de 358 Kg/h.
122
3) Diseño de la red de distribución de vapor.
Tramo Caldera – Manifold 1.
Tabla 10 - Condiciones del tramo Caldera-Manifold 1.
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 200 psi:
T.vapor = 197,67 ºC.
Calor latente = 1948,71 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2790,61 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,1334 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Caldera 7825 Kg/h 200 psi 40 m/s
123
Tabla 3
En este caso en particular se selecciona el diámetro nominal de 6”, ya
que en el mercado venezolano es mucho más fácil conseguir este tipo de
tuberías y los accesorios que llevan las mismas ya que el diámetro de 5” que
debería ser el seleccionado, no es tan comercial y los accesorios (válvulas,
bridas, juntas, etc.) no abundan en el mercado.
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
124
La velocidad del vapor por la tubería de 6” es 17,22 m/s y está
contenida en el rango de diseño planteado.
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 200 psi.
: 16,83 cm.
S: 20000 psi.
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
El espesor seleccionado de 10,97mm cumple con el mínimo requerido
de 2,56mm.
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
125
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 9 m.
= ºC.
:
.
Al ser un tramo corto, no requiere junta de expansión y este cálculo
aplica para cada tramo correspondiente a cada caldera.
Tramo Manifold 3 – Vits.
Tabla 11 - Condiciones del tramo Manifold 3-Vits
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 120 psi:
T.vapor = 176,7 ºC.
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Vits 1260 Kg/h 120 psi 40 m/s
126
Calor latente = 2025,65 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2774,27 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,2085 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
Tabla 3
127
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 120 psi.
: 6,03 cm.
S: 20000 psi.
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
128
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 12 m.
= ºC.
:
.
Al ser un tramo corto, no requiere junta de expansión y este cálculo
aplica para cada tramo correspondiente a cada VITS.
Tramo Manifold 2 – Reactor Nº 2.
Tabla 12 - Condiciones del tramo Manifold 2-Reactor n°2
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 120 psi:
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Reactor Nº 2 663 Kg/h 120 psi 40 m/s
129
T.vapor = 176,7 ºC.
Calor latente = 2025,65 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2774,27 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,2085 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
Tabla 3
130
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 120 psi.
: 4,83 cm.
S: 20000 psi.
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
131
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 12 m.
= ºC.
:
.
Al ser un tramo corto, no requiere junta de expansión.
Tramo Manifold 2 – Reactor Nº 5.
Tabla 13 - Condiciones del tramo Manifold 2-Reactor n°5
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 120psi:
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Reactor Nº 5 694 Kg/h 120 psi 40 m/s
132
T.vapor = 176,7 ºC.
Calor latente = 2025,65 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2774,27 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,2085 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
Tabla 3
133
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 120 psi.
: 4,83 cm.
S: 20000 psi.
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
134
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 12 m.
= ºC.
:
.
Al ser un tramo corto, no requiere junta de expansión.
Tramo Manifold 1 – Acumulador.
Tabla 14 - Condiciones del tramo Manifold 1-Acumulador
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 200 psi:
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Acumulador 11415 Kg/h 200 psi 40 m/s
135
T.vapor = 197,67 ºC.
Calor latente = 1948,71 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2790,61 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,1334 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
Tabla 3
136
De la misma manera como ocurrió con la selección del tramo caldera
– manifold, el cálculo arrojo una tubería de 5”, pero las tuberías de este
diámetro no son tan comunes en el mercado venezolano, ni mucho menos
sus accesorios, por esta razón se decide seleccionar una tubería de 6”.
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 200 psi.
: 16,83 cm.
S: 20000 psi.
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
137
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 32,8 m.
= ºC.
:
.
La dilatación es amplia en este tramo, la ventaja es que este no es un
tramo lineal, sino que posee accesorios, los cuales disminuyen la exposición
de la tubería a la deformación sin que la misma requiera el uso de alguna
junta.
138
Tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3.
Tabla 15 - Condiciones del tramo Manifold 1-Manifolds 2 y 3.
(Fuente: Propia)
Propiedades del vapor a 200 psi:
T.vapor = 197,67 ºC.
Calor latente = 1948,71 Kj/Kg.
Entalpía del vapor = 2790,61 Kj/Kg.
Volumen especifico del vapor = 0,1334 m3/Kg.
Factor de seguridad aplicado al flujo másico de vapor:
Aplicando la ecuación del punto 3.3 del CAPITULO IV obtenemos:
EQUIPO mv P.trabajo Vv
Manifolds 3877 Kg/h 200 psi 40 m/s
139
Tabla 3
Aplicando la ecuación del punto 3.5 del CAPITULO IV obtenemos:
Verificando:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.6 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
: 200 psi.
: 8,89 cm.
S: 20000 psi.
140
: 0,92.
: 0,4 (metales y no metales hasta 485 ºC).
: 0,165 cm.
Aplicando la ecuación del punto 3.7 del CAPITULO IV y sustituyendo
los valores obtenemos:
Sustituyendo en la ecuación del punto 3.8 del CAPITULO IV los
siguientes valores:
L= 154,71 m.
= ºC.
:
.
141
Indiferentemente de la longitud de 154,71 m, en la ecuación de
dilatación se coloca solamente la distancia de separación entre los tramos o
apoyos de la tubería, que en este caso particular es cada 30 m.
A continuación se presenta la tabla de los diámetros de las tuberías de
vapor existentes y los recomendados según los cálculos realizados.
Tabla 16 - Diámetros de las tuberías de vapor.
(Fuente: Propia)
Diámetros de las Tuberías de Vapor
LONGITUD
TRAMO FLUJO
MASICO
calculado instalado (metros)
(kg/h) (pulg.) (pulg.) 100 m TOTAL
CALDERA - MANIFOLD 1 7825 6” 6” 14,5 1,305 9
CALDERA - MANIFOLD 1 7825 6” 6” 14,5 1,305 9
MANIFOLD 1 – ACUMULADOR 11415 6” 6” 14,5 4,756 32,8
MANIFOLD 1 – MANIFOLD 2 Y 3 3877 3” 6” 10 15,471 154,71
MANIFOLD 3 – VITS 1 1260 2” 2” 28 3,27 11,67
MANIFOLD 3 – VITS 2 1260 2” 2” 28 2,94 10,5
MANIFOLD 2 – REACTOR 5 694 1 1/2” 2” 28 3,6 12,85
MANIFOLD 2 – REACTOR 2 663 1 1/2” 2” 28 3,28 11,7
CAIDA DE PRESION CADA 100m
(psi)
142
En los renglones remarcados con color rojo, se puede evidenciar un
sobredimensionamiento de las líneas que suministran el vapor, ya que los
diámetros instalados sobrepasan en gran medida los calculados
anteriormente. Los renglones de color verde indican una coincidencia entre
el diámetro calculado y el instalado, es decir, se encuentra el tramo bien
diseñado.
143
4) Cálculo del calor generado por unidad y equipos de
generación de vapor que suplan la demanda actual.
4.1 Calor generado por unidad.
Se asume un proceso a entalpia constante, en el cual se toma la
presión de operación de las calderas y se obtiene la entalpia del vapor.
a esta máxima presión de operación y mediante tablas,
se obtiene el siguiente valor de la entalpia del vapor
.
Reactor n° 5
Mediante tabla obtengo la entalpia del agua a una presión de 120 psi
que es la presión de operación, y con el rango de flujo de vapor calculado
anteriormente se procede al cálculo del calor generado por este reactor.
hf = 748,621 Kj/Kg.
mv= 694 Kg/h.
144
Reactor n° 2
Para este reactor se toman las mismas condiciones de cálculo que
para el reactor n° 5, cambiando solamente el rango de flujo de vapor el cual
es 663 Kg/h.
Vits 1
Los hornos Vits trabajan a una presión de 120 psi, que es igual a la de
los reactores, en consecuencia la entalpia del fluido es la misma, lo único
que cambia es el flujo de vapor que es: 1260 Kg/h.
Vits 2
La Vits 2 posee las mismas características de funcionamiento que la
Vits 1, por lo que no es necesario realizar el cálculo del calor generado de
145
nuevo, ya que nos arrojaría el mismo valor de . Entonces
.
Acumulador
Mediante tabla obtengo la entalpia del agua a una presión de 200 psi
que es la presión de operación, y teniendo como rango de flujo de vapor
11415 Kg/h se procede al cálculo del calor generado en el acumulador.
hf = 841,9 Kj/Kg.
Con los valores del calor generado por unidad ya calculados, se
procede a su sumatoria:
146
4.2 Generadores de vapor que suplan la demanda máxima.
Según los fabricantes de la Cleaver Brooks y Distral, la eficiencia
máxima que alcanzan sus calderas es de 80%, por lo que se hará este
cálculo suponiendo estas condiciones prácticamente ideales. Como se sabe
cada caldera es de 500 Bhp, lo que se traduce en 16738000 Btu/h.
Con el calor total generado por unidad y la capacidad total instalada
multiplicada por su máxima eficiencia, se calcula si se requiere mayor
capacidad de generación de vapor para suplir la demanda máxima.
Para poder suplir la demanda máxima de los equipos instalados, se
requiere de un generador adicional que pueda proporcionar más vapor a la
red, ya que existe un faltante de 53,953 Bhp.
147
5) Cálculo del combustible necesario para las calderas.
Al tomar la temperatura diaria del tanque de alimentación de las
calderas y al hacer un promedio de la misma, se obtiene la temperatura del
agua de alimentación, que es 70 °C a 1 atmósfera, y según las
características de operación de las calderas podemos obtener la presión y
temperatura del punto de salida del vapor de agua generado.
Figura 19: Diagrama de Mollier.
(Fuente: Propia)
Propiedades del punto de entrada:
148
El punto de entrada se encuentra en la parte del diagrama de mollier
que indica que es un líquido sub-enfriado, por lo que no se puede obtener
por tabla, sino que debe ser calculado.
Propiedades del punto de salida:
5.1 Calor necesario para elevar la entalpia y obtener vapor.
Para realizar el cálculo del calor necesario para obtener vapor, se
incluirá el porcentaje de eficiencia máximo delimitado por los fabricantes de
las calderas instaladas en planta que es de 80% como se menciona
anteriormente.
149
5.2 Calor que debe ceder el combustible y flujo másico del mismo.
El calor que debe ceder el combustible debe ser igual al calor que
necesita la caldera para generar vapor, entonces se procede a igualar las
ecuaciones del punto 5.1 y 5.2 de los respectivos calores y así obtener el
consumo de combustible.
Como se mencionó en el CAPITULO IV, el combustible que se utiliza
en la empresa LAMINOVA C.A es gas natural, el cual posee un poder
calorífico de 1000 Btu/pie3.
150
Según el Manual de Operación y servicio de la caldera Cleaver
Brooks, en su capítulo 6 (ver ANEXO A), existe una forma de calcular el
consumo de combustible diferente a la que se expuso anteriormente, que
servirá para realizar la verificación del valor arrojado de 419,954 m3/h.
En la página 6-9, se indica que la cantidad de calor requerida para alto
fuego y bajo fuego son las siguientes:
Alto fuego = 20925000 Btu/h.
Bajo fuego= 2092500 Btu/h.
Según la tabla 6-5, de la página 6-10, existen factores de corrección
dependiendo de la presión de suministro del gas, en este caso se eligió una
presión de 3 psi ya que es la menor presión a la que se podía trabajar,
siendo su factor de corrección 1,18.
151
Este valor se basa en una eficiencia ideal (100%), por lo que debe
incluirse el valor de la eficiencia de 80% sobre el valor inicial del flujo de gas,
quedando de esta manera:
Realizando la comparación de los resultados obtenidos por ambos
métodos, se obtiene una similitud de 95,7%.
5.3 Cálculo del flujo del aire para una combustión completa.
El combustible utilizado es el gas natural y el componente que lo
conforma en más de un 96% es el metano (CH4), por esta razón se trabajará
con el gas metano para calcular el aire necesario para generar la
combustión. A su vez el gas metano está conformado en un 75% de carbono
y un 25% de hidrógeno.
5.3.1 Flujo de aire para formar carbono.
Cantidad de oxigeno necesario para formar CO2.
Cantidad de nitrógeno necesaria para formar el aire.
152
Se sabe que el aire está compuesto por un 23% de oxígeno y un 77%
de nitrógeno, con el cálculo anterior ya se posee la cantidad de oxígeno y se
procede a calcular la cantidad de nitrógeno.
5.3.2 Flujo de aire para formar hidrógeno.
Cantidad de oxigeno necesario para formar H2O.
Cantidad de nitrógeno necesaria para formar el aire.
5.3.3 Flujo de aire total.
153
5.4 Cálculo de la relación aire-combustible.
Todos los ítems del punto 5 aplican para cada una de las calderas
instaladas.
154
6) Diseño de la red de retorno de condensado.
Tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3.
6.1 Cálculo de la carga de condensado en la tubería de vapor.
Figura 20: Vista Frontal de tubería y aislante del tramo Manifold1-Manifold 2 & 3.
(Fuente: Propia)
Analogía eléctrica:
Figura 21: Analogía Eléctrica del tramo Manifold1-Manifold 2 & 3.
(Fuente: Propia)
155
Resistencias térmicas:
;
;
;
Dónde:
: 1700 W/m2°K (coeficiente de transferencia de calor
convectivo dentro de la tubería para fluidos).
: 3 W/m2°K (coeficiente de transferencia de calor convectivo
fuera de la tubería para fluidos).
: 2**r0*L (área interna de la tubería).
: 2**r2*L (área externa de la tubería).
: 45 W/m°K (conductividad térmica del acero).
: 0,042 W/m°K (conductividad térmica de la lana mineral).
Sustituyendo valores en las ecuaciones de las resistencias
obtenemos:
156
Con los valores de las resistencias establecidos se calcula la cantidad
de calor perdido entre la tubería y el medio ambiente.
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
Sustituyendo estos valores en la ecuación de la carga de condensado
por pérdidas al ambiente obtengo:
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la tubería.
(según TABLA Nº 3).
157
(calor especifico del acero).
(calor latente del vapor a 200 psi).
.
La carga de condensado para la tubería de suministro de vapor del
tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3 es:
Este mismo procedimiento se aplica para cada tramo restante.
Tramo Manifold 3 – Vits 1.
Figura 22: Vista Frontal de tubería y aislante del tramo Manifold 3-Vits 1.
(Fuente: Propia)
158
Figura 23: Analogía Eléctrica del tramo Manifold 3-Vits 1.
(Fuente: Propia)
Sustituyendo los valores en las ecuaciones de las resistencias se
obtiene:
Sustituyendo la sumatoria de resistencias en la ecuación de calor:
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
159
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la tubería.
La carga total de condensado de este tramo es:
Para los demás tramos en donde la tubería instalada era de 2”, el
cálculo de la carga de condensado por perdidas de calor al medio ambiente
no variaban, ya que las condiciones son prácticamente las mismas a
diferencia de la longitud de los tramos que solo influye en el cálculo de
condensado por perdidas en la tubería.
Tramo Manifold 3 – Vits 2.
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la tubería.
160
La carga total de condensado de este tramo es:
Tramo Manifold 2 – Reactor n° 2.
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la tubería.
La carga total de condensado de este tramo es:
161
Tramo Manifold 2 – Reactor n° 5.
6.1.1 Cálculo de carga de condensado por perdida de calor al
ambiente.
6.1.2 Cálculo de carga de condensado por perdidas en la tubería.
La carga total de condensado de este tramo es:
Tabla 17 – Carga de condensado producto de pérdidas.
(Fuente: Propia)
Carga de Condensado producto de las Perdidas
ins. LONGITUD Carga de Condensado en la
tubería de suministro de vapor
(pulg.) (metros) (kg/h)
6” 154,71 370,575
2” 11,67 4,746
2” 10,5 4,246
2” 12,85 5,03
2” 11,7 4,646
Carga Total de Condensado389,243 Kg/h
MANIFOLD 2 – REACTOR 5
MANIFOLD 2 – REACTOR 2
TRAMO
MANIFOLD 1 – MANIFOLD 2 Y 3
MANIFOLD 3 – VITS 1
MANIFOLD 3 – VITS 2
162
6.2 Cálculo del porcentaje de vapor flash.
Como en la red de distribución de vapor hay dos presiones de trabajo
máximas, una de 120 psi y otra de 200 psi, se calculara el porcentaje de
vapor flash para cada caso.
Mediante la tabla que se presenta a continuación se obtendrán los
valores de las entalpias necesarias para obtener el vapor flash y la cantidad
de condensado derivado de cada proceso.
Tabla 18 - Propiedades termodinámicas del agua.
Propiedades Termodinámicas
del Agua
Presión (psi) hliq hvapor . Vol. Especificoliq. (m3/Kg)
Vol. Especificovapor (m3/Kg)
(Kj/Kg) (Kj/Kg)
14,5 505,572 2706,54 0,00106 0,88028
120 748,621 2774,27 0,0011 0,20854
200 841,905 2790,61 0,001153 0,13339
(Fuente: Propia)
Líneas de vapor de 120 psi.
Composición másica en la red de condensados:
Vapor = 0,1104 Kg de vapor / Kg de condensado.= 11,04 %
163
Agua = 0,8896 Kg de agua / Kg de condensado.= 88,96 %
Composición volumétrica en la red de condensados:
Con la realización de los cálculos de la composición volumétrica se
ratifican las consideraciones iniciales de los puntos a) y c), ya que el 99,08%
del volumen de la tubería será ocupado con vapor. En la tabla que se
presenta a continuación se exponen las máquinas que trabajan con una
presión de 120 psi y la cantidad de condensado que se forma.
164
Tabla 19 - Condensado producto de los procesos productivos.
(Fuente: Propia)
Agua caliente recuperable en una línea de condensado producto de
los procesos de producción 3448,978 Kg/h.
Vapor reutilizable en procesos que requieran menor presión 428,022
Kg/h.
Para poder calcular el diámetro de la línea principal de retorno de
condensado se debe tomar en cuenta el agua caliente recuperable y la carga
de condensado producto de las perdidas en la tubería.
6.3 Cálculo de diámetro según velocidad de diseño del punto c).
Condensado Producto de los Procesos Productivos
Equipo Condensado (88,96%)
Vits 1 1120,896 Kg/h
Vits 2 1120,896 Kg/h
Reactor n° 2 589,804 Kg/h
Reactor n° 5 617,382 Kg/h
Total 3448,978 Kg/h 428,022 Kg/h
663 Kg/h 73,196 Kg/h
694 Kg/h 76,618 Kg/h
Consumo Vapor Flash (11,04%)
1260 Kg/h 139,104 Kg/h
1260 Kg/h 139,104 Kg/h
165
El volumen específico del líquido que se utiliza es 0,00106 m3/Kg ya
que la línea de retorno principal de condensado se encuentra a 1 atmósfera.
Se selecciona el 5 como factor de seguridad propuesto en el punto e),
ya que este es el factor máximo que se podría elegir.
6.4 Selección del material y diámetro comercial. (consultar tabla 2)
6.5 Cálculo de velocidad máxima en tubería seleccionada y posterior
verificación con respecto a la velocidad asumida en el punto c).
Verificando:
6.6 Cálculo del espesor mínimo requerido y posterior verificación con
respecto al seleccionado en el punto 6.4.
166
6.7 Cálculo de la presión máxima admisible y posterior verificación con
respecto a la presión de trabajo.
6.8 Cálculo de la dilatación en el tramo de tubería
L= 30 m.
= ºC.
:
.
Se escoge la longitud como 30 metros ya que es el espacio entre
juntas recomendado. La bibliografía consultada (Spirax Sarco), no
recomienda colocar juntas ni accesorios de expansión ya que al encontrarse
167
el agua a una presión de 1 atmósfera y a una temperatura descendiente el
calor deja de influir en la dilatación de la tubería.
Para las ramificaciones correspondientes a las máquinas que
consumen vapor, se realizó el mismo cálculo y los valores obtenidos son
reflejados en la tabla que se presenta en la página siguiente.
Tabla 20 - Diámetro de tuberías de recolección de condensado.
Diámetro de tuberías de recolección de condensado
TRAMO CONDENSADO
(Kg/h) calculado
pulg
LONGITUD (metros)
LINEA DE RETORNO PRINCIPAL 3838,221 2” 160
VITS 1 – LINEA PRINCIPAL 1120,896 1” 12
VITS 2 - LINEA PRINCIPAL 1120,896 1” 12
REACTOR 5 – LINEA PRINCIPAL 617,382 3/4” 16
REACTOR 2 – LINEA PRINCIPAL 589,804 3/4” 12
(Fuente: Propia)
168
7) Selección del material aislante.
Tabla 21 - Espesor Recomendado de aislante según diámetro de
tubería.
(Fuente: FIBERGLAS)
169
Con la suposición de una temperatura ambiente igual a 25 ºC y
ubicando en la tabla una temperatura de operación de máxima de 232 ºC, se
procede a seleccionar en la columna E.S. el espesor recomendado para
cada diámetro de tubería que se desee aislar.
Según la tabla los espesores recomendados para las tuberías son:
Tabla 22 - Espesor Recomendado de aislante para circulación de vapor
según diámetro de tubería.
(Fuente: PROPIA, DERIVADO DE TABLA FIBERGLAS)
Tabla 23 - Espesor Recomendado de aislante para circulación de
condensado según diámetro de tubería.
(Fuente: PROPIA, DERIVADO DE TABLA FIBERGLAS)
Espesor Recomendado de aislante (ES)
pulg. mm pulg. mm BTU/h ft W/m ºC ºF
.3/4 19,1 1 1/2 38 53,3 51,24 41,1 106
1 25,4 2 50,8 49,7 47,78 36,4 97,5
1 1/2 38 2 50.8 57,6 55,37 36,2 97,2
2 51 2 50.8 70,2 67,49 38,3 101
3 79 2 50.8 91,6 88,06 40 104
TEMP. DE OPERACION HASTA 232 ºC (450 ºF)
Ø nominal de la tubería E.S. P.C. T.S.
Espesor Recomendado de aislante (ES)
pulg. mm pulg. mm BTU/h ft W/m ºC ºF
.3/4 19,1 1 25,4 24,2 23,27 35,4 95,8
1 25,4 1 25,4 25 24,03 34,2 93,5
1 1/2 38 1 25,4 32,5 31,24 35,3 95,6
2 51 1 25,4 38,2 36,72 35,8 96,5
3 79 1 25,4 51,6 49,61 36,8 98,2
TEMP. DE OPERACION HASTA 121 ºC (250 ºF)
Ø nominal de la tubería E.S. P.C. T.S.
170
El espesor recomendado para las tuberías que se desean aislar y
circule vapor es de 2” y de 1 ½“. Para las tuberías por las que circule
condensado, el espesor recomendado será de 1”. Mediante el método de
analogías de resistencias se procede a realizar el cálculo de las
temperaturas en las diferentes capas de la tubería y el medio ambiente
simulando que posee el recubrimiento del aislante.
Figura 24: Tubería con aislante recomendado.
(Fuente: Propia)
Figura 25: Analogía eléctrica.
(Fuente: Propia)
171
Sustituyendo la sumatoria de resistencias en la ecuación de calor:
Calculando las diferentes temperaturas en la tubería y los aislantes
tenemos:
172
La temperatura en la tubería aislada disminuye considerablemente
su transferencia de calor con respecto al medio ambiente y mantiene una
temperatura baja en su superficie final de tan solo 35,9°C que es
prácticamente la misma que se observa en la tabla del fabricante
(35,8°C). Este aislante nos permite mantener el calor sensible que
transporta el agua en su recorrido hasta el tanque de alimentación de las
calderas.
8) Selección de mecanismos de purga.
Luego de realizar los recorridos de planta y de haber codificado las
trampas de vapor por área, se presenta a continuación la lista de cotejos que
posee la información general del estado de operación de las mismas.
Se presenta también una breve leyenda que permitiera comprender
las abreviaturas que se utilizaron para el armado de la tabla.
TV: Trampa de vapor. PR: Planta Resina.
R: Reactor. Vits: Área de Impregnación.
LPDV: Línea Principal de Distribución de Vapor.
Cuando se delimita el estado de la trampa en bueno, regular y malo,
se hace utilizando como base la verificación de una descarga de condensado
intermitente, de los accesorios que componen la instalación de la trampa de
173
vapor (si posee filtros, uniones, válvulas, entre otros componentes) y que la
misma no posea fugas en el cabezal, cuerpo o en la tubería.
Tabla 24 - Lista de Cotejos de las trampas de vapor
(Fuente: Propia)
Lista de Chequeo de las Trampas de Vapor
MODELO UBICACIÓN CODIGO
Entrada Descarga Bueno Regular Malo TV- # - Área
Balde Invertido 883 Sala de calderas 1” 1” TV-01-manifold 1
Balde Invertido 883 Manifold 3 1” 1” TV-02- manifold 3
Balde Invertido 883 Impregnación 1” 1” TV-03-VITS1
Balde Invertido 883 Impregnación 1” 1” TV-04-VITS1
Balde Invertido 883 Impregnación 1” 1” TV-05-VITS1
Balde Invertido 800 Manifold 2 3/4” 3/4” TV-06-manifold 2
Balde Invertido 180 Reductor hacia
Manifold 2
3/4” 3/4” TV-07-PR.
Balde Invertido 814 REACTOR 6 1” 1” TV-08-R.6
Balde Invertido C581D/E REACTOR 2 1” 1” TV-09-R.2
Balde Invertido 813 REACTOR 5 1” 1” TV-10-R.5
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-11-VITS2
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-12-VITS2
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-13-VITS2
TIPO DE TRAMPA
DE VAPOR
Armstrong Serie 880
Armstrong Serie 880
DIAMETRO
Armstrong Serie 880
MARCA
Armstrong
TIPO
Serie 880
Armstrong Serie 200
Armstrong Serie 200
Armstrong Serie 200
ESTADO DE LA
TRAMPA DEVAPOR
(descarga)
Spirax Sarco Serie B3
Armstrong ¿?
Armstrong Serie 800
Armstrong Serie 800
Armstrong Serie 800
Armstrong Serie 880
174
Tabla 24 (cont.)
(Fuente: Propia)
Lista de Chequeo de las Trampas de Vapor
MODELO UBICACIÓN CODIGO
Entrada Descarga Bueno Regular Malo TV- # - Área
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-14-VITS2
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-15-VITS2
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-16-VITS2
Balde Invertido 213 Impregnación 1” 1” TV-17-VITS2
Balde Invertido 125 Diagonal al
Comedor
3/4” 3/4” TV-18-LPDV
Balde Invertido 125 Al frente del
Comedor
3/4” 3/4” TV-19-LPDV
Balde Invertido HM12 Línea principal de
Distr. de vapor
3/4” 3/4” TV-20-LPDV
Balde Invertido HM12 Línea principal de
Distr. de vapor
3/4” 3/4” TV-21-LPDV
Balde Invertido HM12 Línea principal de
Distr. de vapor
3/4” 3/4” TV-22-LPDV
Balde Invertido HM12 Línea principal de
Distr. de vapor
3/4” 3/4” TV-23-LPDV
Termodinámica 52 Reductor de presión
hacia línea de
alimentación Vits
1” 1” TV-24-LPDV
Armstrong Serie 200
Armstrong Serie 200
ESTADO DE LA
TRAMPA DEVAPOR
(descarga)
DIAMETRO
Armstrong Serie 200
Armstrong Serie 200
TIPO DE TRAMPA
DE VAPOR
Spirax Sarco Serie TD
Serie HM
Spirax Sarco Serie HM
Spirax Sarco
Spirax Sarco
Spirax Sarco
Serie HM
Spirax Sarco Serie HM
BIH
BIHSpirax Sarco
MARCA TIPO
175
De la lista de cotejos se obtienen las siguientes gráficas:
Figura 26: Tipos de Trampas de vapor.
(Fuente: Propia)
De dicha gráfica se obtiene el porcentaje de las trampas de vapor
instaladas en la planta de la empresa Laminova C.A. quedando distribuido de
la siguiente manera:
4%: equivalente a 1 trampa de vapor termodinámica.
96%: equivalente a 23 trampas de vapor balde invertido.
Estas trampas de vapor fueron inspeccionadas y revisadas de manera
continua durante el periodo de pasantías, con lo cual se pudo conocer el
estado en el cual se encontraban las mismas. Dicho estado fue plasmado en
4%
96%
Tipos de Trampas de Vapor Instaladas
TV. Termodinámica
TV. Balde Invertido
176
la lista de cotejos anterior y en un gráfico, donde se puede observar el
porcentaje de trampas que están bien, regular o mal.
Figura 27: Estado de las Trampas de vapor.
(Fuente: Propia)
La mayoría de las trampas que se encuentran en estado regular,
poseen un arreglo deficiente a nivel de accesorios, lo que lleva como
consecuencia que no se cumpla la norma COVENIN 2217-84, donde se
estipula el uso de filtros antes del conjunto de purga así como también
válvulas y complementos de desviación.
Las trampas que se encuentran en mal estado, representan pérdidas
de dinero y disminución de la eficiencia en los diferentes procesos
productivos de la empresa, ya que se poseen fisuras en el cabezal o sus
componentes internos no se activan de manera correcta permitiendo el paso
de vapor.
21%
58%
21%
Estado de las Trampas de Vapor
Bueno
Regular
Malo
177
Verificación de Resultados Mediante software PCT Vapor y AISLAM.
Con el fin de validar la información calculada en puntos anteriores, se
procedió a la utilización de los programas PCT Vapor y AISLAM. El primero
permite obtener los cálculos de diámetros, velocidades, caídas de presión y
aprovechamiento energético. El segundo calcula el espesor del aislante que
se requiere según las condiciones de operación y a su vez presenta una
gráfica de la distribución final de temperaturas.
Tramo Calculado por los programas: Manifold 3 – Vits.
a) Sistema encontrado en planta.
178
b) Diámetro de tubería de vapor calculado (parámetros delimitados para
un funcionamiento óptimo).
El diámetro que arroja el programa es 40 mm, al realizar la conversión
el valor seria 1,6 pulgadas, lo que se traduce en 2 pulgadas en un diámetro
comercial. Al realizar la comparación con respecto al diámetro calculado
manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el resultado
coincide (Consultar Tabla 16).
179
c) Diámetro de tubería de Condensado.
El diámetro que arroja el programa es 25 mm, lo que se traduce en
una pulgada en un diámetro comercial. Al realizar la comparación con
respecto al diámetro calculado manualmente y el calculado por el programa
se evidencia que el resultado coincide (Consultar Tabla 20).
180
d) Calculo del Aprovechamiento Energético.
En este proceso de calentamiento se están generando 846,4 KW de
potencia, producto del intercambio energético medido a partir de las
condiciones iniciales de entrada del vapor y de salida del condensado.
e) Calculo del espesor de aislante requerido para la tubería de suministro
de vapor.
181
El programa AISLAM arrojó que el espesor de la lana mineral deberá
ser 50,5 mm para lograr aislar correctamente la tubería de vapor de 2
pulgadas. A continuación se presenta la gráfica de distribución de
temperatura:
f) Calculo del espesor del aislante de la tubería de recolección de
condensado.
182
El programa AISLAM arrojó que el espesor de la lana mineral
deberá ser 25,6 mm para lograr aislar correctamente la tubería de
condensado de una pulgada. A continuación se presenta la gráfica de
distribución de temperatura:
Tramo Calculado por los programas: Manifold 2 – Reactor N°5
a) Sistema encontrado en Planta.
183
b) Diámetro de tubería de vapor calculado.
El diámetro que arroja el programa es 36 mm, al realizar la conversión
el valor seria 1,469 pulgadas, lo que se traduce en 1 ½ pulgada en un
diámetro comercial. Al realizar la comparación con respecto al diámetro
calculado manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el
resultado coincide (Consultar Tabla 16).
184
c) Diámetro de tubería de condensado.
El diámetro que arroja el programa es 19 mm, al realizar la conversión
el valor seria 0,748 pulgadas, lo que se traduce en ¾ de pulgada en un
diámetro comercial. Al realizar la comparación con respecto al diámetro
calculado manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el
resultado coincide (Consultar Tabla 20).
185
d) Calculo del aprovechamiento energético.
En este proceso de calentamiento se están generando 466,2 KW de
potencia, producto del intercambio energético medido a partir de las
condiciones iniciales de entrada del vapor y de salida del condensado.
e) Calculo del espesor de aislante requerido para la tubería de suministro
de vapor.
El cálculo del espesor requerido no se expone para este caso ya
que las condiciones de operación de la tubería de suministro de vapor son
idénticas a las del tramo anterior. Se toma el resultado del espesor del
tramo anterior el cual fue 50,5 mm de lana mineral para una tubería de 2
pulgadas.
186
f) Calculo del espesor del aislante de la tubería de recolección de
condensado.
El programa AISLAM arrojó que el espesor de la lana mineral
deberá ser 16 mm para lograr aislar correctamente la tubería de
condensado de ¾ de pulgada. A continuación se presenta la gráfica de
distribución de temperatura:
187
Tramo Calculado por los programas: Manifold 2 – Reactor N°2
a) Sistema encontrado en Planta.
b) Diámetro de tubería de vapor calculado.
188
El diámetro que arroja el programa es 34 mm, al realizar la conversión
el valor seria 1,338 pulgadas, lo que se traduce en 1 ½ pulgada en un
diámetro comercial. Al realizar la comparación con respecto al diámetro
calculado manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el
resultado coincide (Consultar Tabla 16).
c) Diámetro de tubería de condensado.
El diámetro que arroja el programa es 18 mm, al realizar la conversión
el valor seria 0,7 pulgadas, lo que se traduce en ¾ de pulgada en un
diámetro comercial. Al realizar la comparación con respecto al diámetro
calculado manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el
resultado coincide (Consultar Tabla 20).
189
d) Calculo del aprovechamiento energético.
En este proceso de calentamiento se están generando 445,4 KW de
potencia, producto del intercambio energético medido a partir de las
condiciones iniciales de entrada del vapor y de salida del condensado.
e) Calculo del espesor de aislante requerido para la tubería de suministro
de vapor.
El cálculo del espesor requerido no se expone para este caso ya
que las condiciones de operación de la tubería de suministro de vapor son
idénticas a las del tramo Manifold 3 – Vits. Se toma el resultado del
espesor del tramo anterior el cual fue 50,5 mm de lana mineral para una
tubería de 2 pulgadas.
190
f) Calculo del espesor del aislante de la tubería de recolección de
condensado.
Este cálculo no fue presentado ya que el valor del espesor del
aislante es idéntico al del tramo Manifold 2 – Reactor N°5. El programa
arrojo como espesor 16 mm para lograr aislar correctamente la tubería de
condensado de ¾ de pulgada.
Tramo Calculado por los programas: Manifold 1 – Acumulador.
a) Sistema encontrado en Planta.
191
b) Diámetro de tubería de vapor calculado.
El diámetro que arroja el programa es 116 mm, al realizar la
conversión el valor seria 4,567 pulgadas, lo que se traduce en 5 pulgadas,
pero para efectos de un diámetro comercial debe escogerse un diámetro de
6 pulgadas. Al realizar la comparación con respecto al diámetro calculado
manualmente y el calculado por el programa se evidencia que el resultado
coincide (Consultar Tabla 16).
192
c) Diámetro de tubería de condensado.
El diámetro que arroja el programa es 43 mm, al realizar la conversión
el valor seria 1,693 pulgadas, lo que se traduce en 2 pulgadas en un
diámetro comercial.
d) Calculo del aprovechamiento energético.
193
En este proceso de calentamiento se están generando 7723 KW de
potencia, producto del intercambio energético medido a partir de las
condiciones iniciales de entrada del vapor y de salida del condensado.
e) Calculo del espesor de aislante requerido para la tubería de suministro
de vapor.
El programa AISLAM arrojó que el espesor de la lana mineral
deberá ser 58,5 mm para lograr aislar correctamente la tubería de vapor
de 6 de pulgadas. A continuación se presenta la gráfica de distribución de
temperatura:
194
Tramo Calculado por los programas: Manifold 1 – Manifold 2 y 3.
a) Sistema encontrado en Planta.
195
b) Diámetro de tubería de vapor calculado.
El diámetro que arroja el programa es 77 mm, al realizar la conversión
el valor seria 3,031 pulgadas, lo que se traduce en 3 pulgadas para efectos
de un diámetro comercial. Al realizar la comparación con respecto al
diámetro calculado manualmente y el calculado por el programa se evidencia
que el resultado coincide (Consultar Tabla 16).
196
c) Diámetro de tubería de condensado.
El diámetro que arroja el programa es 65 mm, al realizar la conversión
el valor seria 2,559 pulgadas, lo que se traduce en 2 ½ pulgadas en un
diámetro comercial. Al comparar este resultado con el de la Tabla 20 hay una
diferencia de ½ pulgada.
197
d) Calculo del aprovechamiento energético.
En este proceso de calentamiento se están generando 2623,17723
KW de potencia, producto del intercambio energético medido a partir de las
condiciones iniciales de entrada del vapor y de salida del condensado.
e) Calculo del espesor de aislante requerido para la tubería de suministro
de vapor.
El programa AISLAM arrojó que el espesor de la lana mineral
deberá ser 58,5 mm para lograr aislar correctamente la tubería de vapor
de 6 de pulgadas. No se presentó el resultado de modo grafico ya que es
el mismo del tramo anterior.
198
Análisis de pérdidas.
Pérdidas monetarias ocasionadas por el desperdicio de condensado.
La reutilización del condensado en los procesos de generación de
vapor es un punto importante para lograr la economizarían y rentabilidad del
negocio, pero en la empresa Laminova C.A. existen áreas en las cuales
dicho fluido no se reincorpora a las líneas de condensado, lo que trae como
consecuencia perdidas de capital que se representan a continuación con la
siguiente fórmula:
Entre las áreas donde se desperdicia el condensado directamente al
alcantarillado son:
Planta Resina.
Impregnación.
Dichas áreas de producción poseen condiciones de operación
similares en cuanto a presión y el porcentaje de vapor flash, a diferencia de
los factores de utilización de los equipos y la carga de vapor que se le
suministra a los procesos. Es importante acotar que el área de Planta Resina
199
posee un factor de utilización de 40% y el área de Impregnación posee un
70% con respecto a las horas anuales de servicio.
Para poder hallar el costo anual por perdidas de condensado se deben
sumar las dos pérdidas calculadas por separado delimitadas en las formulas
anteriores.
Pérdidas para el área de Planta Resina.
Flujo de vapor
Vapor Flash
De la Tabla 19 se obtiene el vapor flash, el cual es 11,04% para los
procesos productivos de los reactores n°2 y 5 de Planta Resina.
Horas anuales de Operación
200
En la planta se trabaja por turnos rotativos que garantizan el
funcionamiento de la planta día y noche, quedando como las horas anuales
8064 hr/año.
Pérdidas para el área de Impregnación.
Flujo de vapor
Vapor Flash
201
De la Tabla 19 se obtiene el vapor flash, el cual es 11,04% para los
procesos productivos de los hornos Vits n°1 y 2 del área de Impregnación.
Horas anuales de Operación
En la planta se trabaja por turnos rotativos que garantizan el
funcionamiento de la planta día y noche, quedando como las horas anuales
8064 hr/año multiplicado por el factor de utilización de 70%.
Nota: Consultar el ANEXO B para verificar el costo de 1 litro de agua.
202
Con las respectivas perdidas estipuladas por áreas se obtienen las
pérdidas totales por no recuperar el condensado producto de los procesos
productivos:
Pérdidas monetarias ocasionadas por el desperdicio de vapor.
Existen diferentes formas de desperdiciar el vapor en una red de
distribución, una de las principales causas son trampas de vapor en mal
estado, vapor flash no reutilizado, condensado formado a lo largo de grandes
longitudes de tubería, entre otras.
Para el cálculo de vapor desperdiciado por las trampas en mal estado
tenemos:
4 trampas de vapor de 1” (25mm) que operan a 120psig.
1 trampa de vapor de 1” (25mm) que opera a 200psig.
Con la siguiente tabla se podrá obtener el valor de la perdida de vapor
por el orificio de la trampa.
203
Tabla 25 - Pérdidas por orificio en Trampas de Vapor
(Fuente: Spirax Sarco)
Tabla 26 - Pérdidas en trampas de vapor fugando.
Diámetro T.V. Presión de Op. Orificio Perdida Cantidad
Pérdida Total
1" (25 mm) 120 psi (8,6 bar) 7,5 mm 120 Kg/h 4 480 Kg/h
1" (25 mm) 200 psi (13,3 bar) 7,5 mm 200 Kg/h 1 200 Kg/h
Total del Vapor desperdiciado 680 Kg/h
(Fuente: Propia)
Con la ayuda de la Tabla 19 obtengo el valor del vapor flash
desperdiciado que es 428,022 Kg/h y con la Tabla 17 obtengo el vapor
204
perdido a lo largo de la red de distribución de vapor por líneas
sobredimensionadas o extremadamente largas, siendo 389,243 Kg/h su
valor.
Tabla 27 - Pérdidas monetarias producto del desperdicio de vapor.
(Fuente: Propia)
Como se puede observar en la Tabla 27 las perdidas por desperdicio
de vapor ascienden a 1.049.225,817 Bsf por año, lo que representa un
problema grande a nivel de costos.
Nota: Consultar el ANEXO C para verificar el costo de 1 kilogramo de
vapor.
A esta cifra se le debe sumar las pérdidas monetarias por no
recuperar el condensado en algunas áreas de la planta quedando la perdida
general de la siguiente forma:
Tiempo de Operación (h/año) 8064
Costo del vapor (bs/kg) 0,087
Tipo de pérdida Pérdida de vapor (kg/h) Pérdida monetaria (Bs/año)
Trampas en mal estado 680 476517,888
Vapor flash desaprovechado 428,022 299941,3816
Vapor que se condensa en la tuberia 389,243 272766,5475
Pérdida monetaria total 1049225,817
(Bs/año)
205
Luego del análisis de pérdidas se puede decir con propiedad que la
empresa Laminova C.A. posee grandes pérdidas de capital por el
desperdicio de vapor y la no recolección de condensado, alcanzando una
cifra exacta de 1.325.684,544 Bs/año.
206
Análisis de Resultados.
De acuerdo a los resultados obtenidos en este capítulo se puede
evidenciar el sobredimensionamiento de líneas de distribución de vapor a lo
largo de la planta. Por ejemplo, hay tuberías instaladas con un diámetro de 6
pulgadas, cuando deberían estar instalados diámetros de 3 pulgadas,
generando esto una mayor formación de volumen de condensado a causa de
las mayores pérdidas de calor, disminuyendo la calidad del vapor entregado
a los equipos debido al gran volumen de condensado formado y siendo los
costos por mantenimiento de estas tuberías sobredimensionadas mucho
mayores a los que se generarían al poseer los diámetros adecuados. De
igual forma se encontraron muchos tramos de la red de distribución de vapor
que no poseían aislante térmico generando esto mayores pérdidas de calor
por radiación al medio ambiente, ocasionando formación excesiva de
condensado en estos tramos, volviéndose imposible de purgar por las
trampas de vapor instaladas en la línea.
Luego de haber calculado las pérdidas que posee el sistema de vapor
a lo largo de la planta y la demanda total de vapor de los equipos instalados,
se obtiene que el sistema requerirá de 149,625 BHP para poder suplir la
demanda total de vapor y las pérdidas.
207
En cuanto a la transferencia de calor en las tuberías, el método de
analogía eléctrica (resistencias) arrojó que para tuberías donde el fluido de
trabajo sea vapor, el espesor requerido del aislante (lana mineral) varía entre
2 pulgadas y 1 ½ de pulgada. Para tuberías donde el fluido de trabajo sea
agua caliente (condensado) el espesor del aislante (lana mineral) deberá ser
de 1 pulgada.
El cálculo teórico del consumo de gas dio como resultado 419,584
m3/h, dicho resultado permitió obtener la eficiencia de las calderas según el
consumo promedio mensual de gas plasmado en las facturas y a su vez
estipular la producción actual de vapor que posee la empresa. Según lo
expuesto anteriormente la eficiencia de los generadores de vapor es de 49%.
Derivado de estos cálculos se obtuvo también la relación teórica de aire-
combustible (según el combustible utilizado que es gas metano) y la misma
arrojó un valor de 17,39 que indica que el proceso de combustión está dentro
de un rango lógico, ya que por cada 1 m3 de gas metano se necesitan 17 m3
de aire para que exista una combustión completa.
Según los recorridos realizados se verificaron a lo largo de la red 24
trampas de vapor de las cuales 5 están en un estado avanzado de
depreciación mecánica (fugando vapor), otras 5 están en buen estado y las
14 restantes están en un estado regular. Al hablar de un estado regular se
refiere a que dichas trampas no poseen líneas de desviación adecuadas y en
muchos casos ni siquiera las poseen, lo que dificulta realizar trabajos de
208
mantenimiento a estos componentes de purga y es por esta razón que el
proceso de depreciación mecánica de estos equipos se acelera. Además de
esto, muchas de las descargas de las trampas de vapor simplemente son
direccionadas a los alcantarillados principales de la empresa, es por esto que
se dedicó el punto 6 de este capítulo netamente al diseño de una red de
retorno de condensado que permita recolectar la mayor cantidad de agua
tratada que hoy en día se desperdicia en la planta.
209
Propuestas.
1) Construir una fosa de 1 m x 1,5 m x 2 m, la cual permita recolectar el
condensado proveniente de los hornos Vits 1 y 2 que actualmente se
está desperdiciando, generando pérdidas de dinero por ser agua
tratada.
2) Instalar una bomba de sello mecánico que permita transportar el
condensado de la fosa (propuesta en el punto anterior) hacia las
líneas de retorno de condensado principal que se encuentran
actualmente instaladas en la planta.
3) Sustituir a la brevedad posible las 5 trampas de vapor balde invertido
que se encuentran dañadas en el horno Vits 1 (prioritario) y en las
diferentes áreas.
4) Instalar las líneas de bypass adecuadas en los purgadores de las
máquinas del área de impregnación.
5) Extender las líneas de descarga de condensado de los reactores del
área de Planta Resina hasta el tanque de recuperación de
condensado ubicado a pocos metros del área.
6) Evaluar la posibilidad de comprar una caldera de 500 Bhp que permita
suplir la demanda actual cuando el consumo de vapor se encuentre en
su punto crítico.
210
7) Colocar lana mineral como material aislante a los tramos de tuberías a
lo largo de la red que se encuentren desnudos y a la intemperie.
8) Evaluar la posibilidad de sustituir los tramos de tuberías que se
encuentran sobredimensionados, sobre todo los tramos de mayor
longitud.
9) Incluir en el plan de mantenimiento anual el chequeo bimensual de las
trampas de vapor de los diferentes equipos, así como las trampas de
la línea principal.
10) Generar un plan de mantenimiento que permita verificar las calderas y
sus componentes mediante inspecciones, así como también crear un
procedimiento que permita delimitar los pasos a seguir a la hora de
realizar un mantenimiento correctivo en el hogar o los tubos de fuego
de la caldera.
11) Eliminar los tramos de la red de vapor que no surtan a ningún equipo
y mantenga las líneas presurizadas, generando pérdidas de presión y
vapor.
211
Cálculo y selección de la bomba de sello mecánico.
Se delimitan las condiciones de trabajo de la bomba y el sistema a
continuación:
Fluido de trabajo: Agua Caliente.
Temperatura de Operación: 80°C.
Presión a la succión: 65 psi = 4,57 Kg/cm2.
Presión a la descarga: 100 psi = 7 Kg/cm2.
Altura máxima: 5,5 m.
Altura hasta la bomba: 2m.
Tubería de Succión: 2”.
Tubería de Descarga: 1 ½ “.
Accesorios: válvulas de compuerta, válvulas check, codos de 90° y
TEE.
Mediante la ecuación de Bernoulli se calcula la altura dinámica para
diferentes caudales escogidos aleatoriamente y luego se procede con la
graficación de la curva del sistema.
212
Altura Estática
Caudal igual a cero.
Sustituyo los valores en la ecuación y obtengo el valor de la altura
estática del sistema. Al ser el caudal igual a cero no existen perdidas por
tramo de tuberías y tampoco existe velocidad de succión ni de descarga.
Altura Dinámica.
Caudal igual a 5 m3/h.
Tubería de Succión (2”).
La longitud aproximada de esta tubería es 3,9 metros, además posee
una válvula check, dos codos de 90° y una TEE.
Mediante las tablas del anexo N° # se obtuvieron los siguientes
valores:
Hf= 1,027
= 0,021 m
= (1,9+0,57+0,57+1,14)=4,18
213
Tubería de Succión (2”).
La longitud aproximada de esta tubería es 14 metros, además posee
una válvula check, tres válvulas de compuerta, tres codos de 90° y una TEE.
Mediante las tablas del anexo N° # se obtuvieron los siguientes
valores:
Hf= 3,522
= 0,057 m
= (2,1+0,15+0,63+0,63+2,1+0,15+0,63)=6,39
Sustituyendo en la ecuación de pérdidas por tramo de tubería y por
accesorios obtengo:
214
Se sustituyen todos los valores obtenidos en la ecuación de Bernoulli
planteada al comienzo de este cálculo y se obtiene:
Este procedimiento se repitió para caudales de 10 m3/h y 15 m3/h,
obteniendo sus respectivas alturas dinámicas, las cuales son plasmadas en
la siguiente gráfica:
Figura 28: Curva del sistema de bombeo de agua caliente.
(Fuente: Propia)
Esta curva obtenida se traza sobre las curvas de las bombas de
selección rápida de los catálogos de los fabricantes, en este caso se escogió
la marca Aurora Pump, ya que es una marca Norteamericana de gran
prestigio a la hora del bombeo de agua caliente.
215
Luego de trazar nuestra curva sobre la del catálogo de las bombas
Aurora Pump, se obtuvo la siguiente información:
Serie: 320.
Modelo: 323.
Posición de la bomba: vertical.
Potencia requerida del motor: 3 HP.
Caudal máximo de Operación: 9,5 m3/h.
Altura máxima de bombeo: 32 m.
NPSH requerido: 2 m.
Nota: Consultar el ANEXO D para más información sobre el catálogo
de las bombas Aurora Pump y la bomba seleccionada en este trabajo.
Se realiza el cálculo del NPSH disponible del sistema para asegurar
que la bomba no presente el fenómeno de cavitación.
La presión de vaporización a 80 °C es 0,483 Kg/cm2.
Las pérdidas representadas por el tramo de tubería y
accesorios en la succión es 0,4946 m.
216
La condición que se debe cumplir para decir con propiedad que no se
presentara el fenómeno de cavitación en la succión es que el NPSH
disponible sea mayor que el NPSH requerido.
Es notable que no se presentara el fenómeno de cavitación en la
bomba seleccionada para cumplir con la propuesta realizada anteriormente.
En el caso de que la fosa no posee ningún elemento que permita
mantenerse sellada, y la presión que se encuentre en dicha fosa sea la
atmosférica, se garantiza que el fenómeno de cavitación no se presentara ya
que al realizar el cálculo del NPSH disponible con la presión de trabajo igual
a la atmosférica se obtiene que:
Cumpliéndose la siguiente condición:
217
Plan de mantenimiento preventivo de calderas.
Cumpliendo con el punto 10 de las propuestas realizadas en este
trabajo de grado, se presenta un plan de mantenimiento que permita mejorar
las condiciones de las calderas mediante chequeos y revisiones rutinarias.
Dicho plan es un compendio de información que parte de lo estipulado en los
manuales de las calderas Cleaver Brooks y Distral Térmica, así como
también de lo recopilado en el campo de trabajo por los operadores de estos
equipos.
Para optimizar los generadores de vapor de la empresa Laminova
C.A. es vital aplicar mejores rutinas de mantenimiento. Estas rutinas son
semanales, mensuales, trimestrales, semestrales y anuales.
Rutinas Semanales.
Niveles de operación en el control de nivel de agua.
Válvula de purga de nivel de agua
Revisión de la línea de alimentación de combustible.
Filtros de la línea de alimentación de combustible.
Limpieza del tanque principal de agua.
Revisión de la secuencia de operación del sistema de distribución de
agua.
218
Revisión del funcionamiento de bombas y motores para distribución de
agua.
Rutinas Mensuales.
Revisión de boquillas del quemador.
Chequeo del quemador.
Combustión del Quemador.
Fugas de agua, vapor y gases de combustión.
Electrodos de ignición.
Aisladores de electrodos de ignición.
Cables de ignición.
Tubo de nivel de agua.
Revisión del prensaestopas.
Accesorios de tubería.
Limpieza del ventilador.
Capsulas de mercurio del McDonnell.
Válvulas en general.
Empaques y sellado hermético en el tanque de condensados.
Bridas y uniones en el sistema de tubería y accesorios del tanque de
condensados.
219
Revisión de empaquetaduras de bombas de alimentación de agua a la
caldera.
Revisión de iluminación en el cuarto de calderas.
Rutinas Trimestrales.
Limpieza del cuerpo del quemador.
Revisión del piloto de gas.
Revisión de terminales en el sistema eléctrico.
Limpieza en el control programador.
Control de presión de vapor.
Revisión de termostatos.
Válvula de seguridad.
Aisladores de electrodos de ignición.
Control en el cebado de bombas.
Anclajes, juntas y cimentación de las bombas de alimentación de agua
y alimentación a la caldera.
Rutinas Semestrales.
Temperatura de cojinetes de las bombas del sistema de alimentación
de agua.
220
Lubricación de cojinetes de bombas de agua.
Limpieza interior de la caldera del lado de agua.
Limpieza interior de la caldera del lado de fuego.
Conexiones de la línea de alimentación.
Revisión del material refractario.
Revisión de empaques de cuerpo de la caldera.
Revisión de pernos y tuercas de puertas de la caldera.
Alineación de motor y bomba del sistema de agua.
Limpieza del tanque de condensados.
Chequeo de válvulas selenoide.
Lubricación del motor ventilador.
Chequeo de temperatura de cojinetes en el sistema de aire.
Fajas de transmisión en el sistema de aire.
Iluminación y ventilación.
Pintura y limpieza.
Rutinas Anuales.
Revisión de columna del McDonnell.
Revisión del impulsor.
Fugas en tubos de la caldera.
Alineación de motor y bomba en el sistema de combustible.
221
Revisión de la bomba de tanque principal a tanque de diario.
Vibración de ventilador del sistema de aire y motor.
Limpieza de platinos en el sistema eléctrico.
Revisión del aislante térmico de la tubería.
Termómetros.
Manómetros.
Limpieza de chimenea.
Condiciones de seguridad en el cuarto de las calderas.
Manual de procedimientos del plan de mantenimiento preventivo
Para lograr cumplir con el plan de mantenimiento preventivo de las
calderas en la empresa Laminova C.A. es sumamente importante dejar claro
cuáles son los pasos a seguir por el personal a la hora de realizar las rutinas
de trabajo.
Debe verificarse el funcionamiento del quemador; para chequear el
quemador, debe verse a través del ojo de vidrio, situado en la parte trasera
de la caldera, se comprueba si este está encendido; se revisan
cuidadosamente las líneas de combustible, a efecto de corregir cualquier
fuga que pudiese existir.
222
Figura 29: Ojo de Vidrio para chequeo de quemador.
(Fuente: Google imágenes.)
Revisión de boquillas: desmontar la boquilla y desarmarla
cuidadosamente para poder limpiar el filtro; la limpieza se debe de realizar
con diésel o tinner.
Figura 30: Desmontaje de la boquilla de inyección de combustible
(Fuente: Google imágenes.)
223
Limpieza del quemador: esta puede hacerse con tinner o diésel, en
todas sus partes tanto internas como externas; como se presenta en la
figura.
Figura 31: Limpieza del quemador.
(Fuente: Google imágenes.)
Limpieza de electrodos: desmontarlos con cuidado para evitar
quebraduras en el aislante, si esta tuviera grietas o rajaduras, cambiarlas de
inmediato.
Figura 32: Detalle de electrodos
(Fuente: Manual de operación Cleaver Brooks. Pag. 26.)
224
Revisión de aisladores de ignición: revisar el estado de las porcelanas
y cambiarlas si estas se encontraran con quebraduras o rajaduras.
Revisión de cables de ignición: comprobar el estado del o los cables
de ignición con un multímetro colocado para medir continuidad.
Revisión de piloto de gas: revisar que no existan fugas y limpiar la
salida de conducción con un trapo seco, comprobar que la presión de gas
sea la correcta (varía entre 15 y 25 psi); esta presión se lee en el manómetro
que se encuentra en la línea de conducción, entre el regulador de gas de la
caldera y el quemador; de no ser así, ajustar el regulador antes mencionado
hasta la presión que se encuentre dentro del rango indicado.
Figura 33: Manómetro ubicado en la línea de suministro de gas.
(Fuente: Propia.)
225
Fotocelda: limpiarla con un trapo seco únicamente. Se debe realizar
pruebas para determinar el buen funcionamiento de la misma. Para esto
poner la caldera en funcionamiento y cuando esté trabajando normal, es
decir, cuando la llama se encuentre estabilizada, desmontar la fotocelda y
taparla con la mano, en ese momento la caldera desconectara todo el
sistema eléctrico por falla de llama. Si no lo hiciera, revisar las conexiones y
cables de la fotocelda al quemador.
Combustión: para saber si existe buena combustión, se puede analizar
observando la temperatura de la chimenea; esta debe de marcar una
temperatura entre los intervalos 250 °C y 300 °C.
Figura 34: Termómetro de la chimenea.
(Fuente: Propia.)
Limpieza del lado de agua: dejar que la caldera se enfríe y retirar toda
el agua; quitar las tapas, realizar la inspección respectiva y lavar con agua a
presión, conectando una manguera a la bomba de alimentación por algún
226
otro medio con suficiente presión para poder limpiar, tratando de evacuar
todos los sólidos, lodos, incrustaciones, sedimentos y partículas sólidas que
contenga. Los sedimentos descienden al domo o a un anillo colector; pueden
ser eliminados por medio de la purga periódica. Si se vuelven pastosos, son
expulsados por lavado con la ayuda de manguera y agua a alta presión
durante los días de parada, de otra manera tendrán que ser sacados por
pedazos.
Las incrustaciones que se forman en las superficies en contacto con el
fuego, son mucho más difíciles de quitar. Si la incrustación se encuentra en
la superficie exterior de los tubos, la limpieza puede hacerse calentándola
cuidadosamente estando vacía, rociando después los tubos con agua fría. La
incrustación que se encuentra dentro de los tubos, tendrá que desprenderse
por rimado con equipo especial.
Limpiar los registros y las tapas, colocándoles empaquetaduras
nuevas y asegurándose que todas las tapas queden centradas en los
registros, ajustándolas adecuadamente para evitar cualquier fuga. Proceder
a llenar la caldera verificando los niveles alto y bajo de operación. Se
contrata personal especializado cuando dentro de la caldera se observa
alguna falla en la cual los encargados no poseen conocimientos para
solventarla.
227
Fugas en los tubos de fuego: para cuando sucede esto es necesario
cambiarlos y contratar a personal especializado para que realice dicho
reemplazo bajo el cumplimiento de las normas nacionales como la COVENIN
2262-91.
Limpieza del lado de fuego: desmontar el quemador, quitar los tornillos
y las tapaderas, y con una varilla que contenga cerdas de acero en uno de
sus extremos, limpiar todo el hollín.
Figura 35: Limpieza de la caldera.
(Fuente: Propia)
Conexiones y líneas de alimentación de agua: revisar válvulas y
tuberías en mal estado y cambiarlas cuando presenten un estado de
deterioro, oxidación y picaduras.
228
Revisión de material refractario: revisar que el refractario de las
puertas y las tapaderas estén en buen estado; si presentan grietas biselarlas
profundamente a todo lo largo y rellenarlas con el material respectivo.
Cambio de empaque: cambiar la empaquetadura vieja o deteriorada
por una nueva luego de realizar una apertura de las puertas.
Pernos y tuercas: antes de cerrar la caldera aplicarles grafito para
evitar que se peguen por la temperatura.
Fugas de agua, vapor o gases de combustión: después de la
operación de la caldera asegurarse de que no existan fugas de agua y gases
de combustión por las tortugas y puertas; si existen, corregirlas
inmediatamente.
Revisar la línea de alimentación: corregir inmediatamente cualquier
fuga que se observe a lo largo de toda la línea desde el tanque principal
hasta el quemador, ajustando conexiones, cambiando empaques, tubos o
accesorios, según sea el caso.
Limpieza de filtro de alimentación: desmontar los filtros en la línea de
alimentación y remover la suciedad que tenga la malla.
Fajas de transmisión: revisar que tengan la tensión adecuada la que
no debe de exceder de holgura de ¼”; si esta llegara a exceder de esta
medida, ajustar los tornillos para que mejore la tensión.
229
Alineación de bomba de motor: revisar la alineación; si por el contrario
estuviese desalineada, entonces se deben desenroscar los tornillos de
sujeción a la base y alinearla, luego apretar los tornillos.
Revisión de bomba de tanque de principal a tanque diario: revisar las
fajas de transmisión y realizar ajustes.
Revisión de válvulas solenoides: desmontar la bobina, destapar el
vástago, y luego remover la suciedad, para después armarla correctamente.
Limpieza de malla del ventilador: revisar que no exista mota y
suciedad que impida la succión del aire de la atmósfera, limpiar la malla con
una brocha y con algún solvente.
Lubricación de motor de ventilación: si el motor tuviese entradas para
inyectarle grasa, entonces engrasarlo según el cronograma de actividades, y
realizar el cambio de grasa y aceite, respectivamente.
Temperatura de cojinete: comprobar la temperatura, de la siguiente
manera: colocar la mano en donde estos van instalados, si no soporta dejar
la mano más de 10 segundos por la alta temperatura, investigue la causa;
puede que tengan exceso de grasa, estén faltos de ella o requieran
reemplazo.
Vibraciones del motor ventilador: revisar que el motor se encuentre
bien asegurado a la base y el castigador del ventilador esté atornillado
correctamente; de no ser así, ajustarlos correctamente.
230
Control de nivel de agua: es importante revisar el nivel de agua para
evitar que el panel de control emita una señal equivoca y se pare la caldera
en este caso.
Figura 36: Nivel de en la agua de caldera.
(Fuente: Propia)
Tubo de nivel: revisar que no existan fugas en las tuercas del tubo; de
ser así ajustar las tuercas, y si aún persisten dichas fugas, es necesario
cambiar empaques.
Niveles de operación: comprobar los niveles de operación; si estos no
coinciden, es necesario ajustar las cápsulas de mercurio en el McDonnell;
siempre tener precaución para no provocar un corto circuito.
Limpieza del flotador: limpiar el flotador y verificar si no existen
picaduras, y si existiesen, reemplazarlo inmediatamente.
231
Diagrama del flotador: revisar si no existen picaduras y si existiesen,
reemplazarlo por uno nuevo.
Columna de McDonnell: desmontar y limpiarlo internamente, para
evitar que el flotador quedase trabado.
Válvula de purga de nivel: al iniciar la jornada, cuando la caldera
alcance la primera carga de vapor, abrir y cerrar la válvula de purga del tubo
de nivel; luego abrir la válvula de purga de McDonnell; en el momento que la
bomba de agua empiece a funcionar, cerrarla; esperar que se establezca el
nivel de agua y proceder de la misma forma con las válvulas de purga de
superficie y de fondo; luego abrir la válvula principal de vapor para
proporcionarlo a los servicios que lo requieran. Durante la jornada repetir la
operación dos veces más, procurando que la última sea al final de la misma y
que no trabaje más la caldera.
Revisar termostato y conectadores: destapar y limpiar el interior.
Revisar terminales: revisar que las conexiones estén bien apretadas,
ajustando bien los tornillos de cada terminal que se encuentra en el panel de
control de la caldera.
Limpieza de platinos: se limpian con un pedazo de tela lo más fina
posible y se les aplica líquido limpiador de contactos.
Revisar fusibles: revisar que estén bien apretados y limpiarlos si estos
están sucios; si ya no funcionan, reemplazarlos por nuevos.
Limpiar el programador: desmontarlo y ver que todas las terminales
estén bien atornilladas y limpias. Para la limpieza de los platinos del
232
temporizador del programador, frotarlos suavemente con un pedazo de trapo
y aplicarles líquido limpiador de platinos; al colocar el control programador,
asegurarse de que quede bien sujeto para evitar falsos contactos y un mal
funcionamiento de la caldera. Por tratarse de un equipo electrónico
generalmente cuando se trata de fallos de tipo electrónicos, se contrata a
una empresa especializada para reparar la falla, pues se trata del cerebro de
la caldera.
Limpiar el presostato: desmontar y limpiar el interior con una brocha y
ver que las cápsulas de mercurio no estén rajadas; si lo están, reemplazarlas
por nuevas.
Revisar cápsulas de mercurio: limpiar el interior del cabezal con una
brocha y ver que las cápsulas de mercurio no estén rajadas; si lo están
reemplazarlas por nuevas, cuidando de conectarlas de nuevo.
Válvulas de seguridad: accionar periódicamente las válvulas de
seguridad, para evitar que los asientos se peguen y se corra el riesgo que
por una sobrepresión no se disparen. Hacerlo tres veces por semana.
Figura 37: Válvula de seguridad de accionamiento por sobrepresión.
(Fuente: Propia)
233
Termómetros: desmontar todos los termómetros que se encuentren en
el sistema, remover la suciedad del bulbo sensor y colocarlos de nuevo,
aplicándoles teflón para evitar fugas. Para la chimenea consultar con el
mecánico de calderas encargado, para que haga las pruebas
correspondientes con un termómetro patrón.
Válvulas en general: ver que no existan fugas en los vástagos de las
válvulas de compuerta, de globo, de retención, etc. Si existe, ajustar
adecuadamente el prensaestopas; cambiar la estopa si esta ya no sirve y en
caso necesario, reemplazar la válvula por una nueva.
Limpieza de la chimenea: hasta donde se pueda, limpiar la chimenea
en la parte interior para evitar posibles acumulaciones de hollín que podrán
dañarla, revisar que no existan filtraciones de agua; si existen, corregirlas
inmediatamente. En la figura # se ve la parte exterior de la chimenea de una
de las calderas de la empresa.
Figura 38: Chimenea de caldera.
(Fuente: Propia)
234
Pintura en general: verificar que la pintura de la caldera se mantenga
siempre igual; si existen daños corregirlos lo más pronto posible.
Manómetros: para revisión de los manómetros solo se puede realizar
con un manómetro patrón, y ver si todavía coincide; de lo contrario es
necesario cambiarlo.
Figura 39: Manómetro de presión de vapor.
(Fuente: Propia)
235
Programación del mantenimiento preventivo de las calderas.
ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS SEMANAS
Nombre de la Operación 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1 Chequeo del quemador
2 Revisión de las boquillas
3 Limpieza del quemador
4 Limpieza de electrodos
5
Revisión de aisladores de
ignición
6 Revisión de cables de ignición
7 Revisión del Piloto de gas
8 Revisión de Fotocelda
9 Chequeo de la Combustión
10 Limpieza del lado del agua
11 Limpieza del lado de fuego
12 Revisión de los tubos de fuego
13
Revision de Conexiones y
líneas de alimentación
14 Revisión de material refractario
15 Cambio de empacaduras
16 Revision de tuercas y pernos
17
Chequeo de tuberias de gas,
agua y vapor
18
Revision de linea de
alimentacion
19
Limpieza de filtros de
alimentación
20 Alineación de bomba y motor
236
Continuación de la programación del Plan de mantenimiento Preventivo de las Calderas
21 Revisión de bomba
22 Revision de valvulas selenoides
23 Limpieza de malla del ventilador
24 Lubricación del motor ventilador
25
Medición de temperatura de
cojinetes
26
Chequeo de la Vibración del
motor ventilador
27 Revisión del tubo de nivel
28
Chequeo de niveles de
Operación
29
Revisión de la Columna
McDonnell
30
Chequeo de Válvula de purga
de nivel
31 Revisión de terminales
32 Limpieza de platinos
33 Revisión de fusibles
34 Limpieza del Programador
35 Limpieza del Presostato
36
Revisión de termostatos y
contactores
37
Chequeo de Válvulas de
Seguridad
38
Revisión de Termómetros de
chimenea
39 Revisión de Válvulas en general
40 Limpieza de la Chimenea
41 Retocar Pintura general
42 Revisión de Manómetros
237
Factibilidad del Proyecto.
Es sumamente importante que las propuestas presentadas puedan
llevarse a cabo para lograr la optimización real de la red de distribución de
vapor y retorno de condensado, pero no es un secreto para nadie que las
inversiones a realizar deben estar sustentadas por una recuperación a corto
plazo del dinero invertido. Se presentaran los cómputos métricos que nos
permiten establecer un monto estimado de cuanto deberá ser la inversión.
Costos por construcción de la fosa de condensado.
Construcción de la Fosa
Material o Cantidad Costo unitario Total
Mano de Obra (m,gal,unid.) (Bsf/m o Bsf/un) (Bsf)
Cemento 10 100 1000
Arena 1,5 900 1350
Cabilla 15 200 3000
Pletina 8 100 800
Maquinaria 1 10000 10000
Piedra 1 350 350
Sika 1 460 460
Mano de Obra 1 64500 64500
Costo Total en Bsf 81460
238
Sistema de bombeo de la fosa de recolección de condensado.
Material Estimado para el Sistema de bombeo de la fosa
Componentes necesarios para el arreglo Totalizado Costo Total
Accesorios Cantidad Diámetro Bsf/pieza Bsf
Válvula de retención 1 2" 1 2600 2600
Vávula de Compuerta 3 1 1/2" 3 1500 4500
Válvula de retención 1 1 1/2" 1 2400 2400
Unión Universal 6 1 1/2" 6 384 2304
Codos de 90º 3 1 1/2" 3 1400 4200
Tee 1 2" 1 792 792
Codos de 90º 2 2" 2 1650 3300
Bomba de sello mecanico 1 2" - 1 1/2" 1 21000 21000
Costo total (Bsf) 41096
En total : 1 sistema de bombeo
3 valvulas de compuerta, 2 valvulas de retencion, 6 uniones universales,
5 codos de 90º y 1 TEE.
Carcteristicas:
1 Las valvulas sin importar el tipo deberan ser capaces de soportar 150 psi.
2 La tuberia debera ser del modelo ASTM A-53 (Sch 40)
Tuberia (APROXIMADO):
1 Aproxidamente se utilizaran 4 m de tuberia de 2" para la succión.
2 Se utilizaran 16 m de tuberia de 1 1/2" para realizar la conexión a la tubería principal de
retorno de condensado instalada.
Tubería Schedule Diametro Cantidad (m) Costo (bsf/m) Total (bsf)
ASTM A-53 40 2" 4 450 1800
ASTM A-53 40 1 1/2" 16 395 6320
Costo total (Bsf) 8120
239
Arreglo estipulado en el Área de Impregnación (VITS 1 y 2).
Material Estimado para el Arreglo (VITS 1)
Por cada trampa de vapor Totalizado Costo Total
Accesorios Cantidad Diámetro Bsf/pieza Bsf
Filtros 1 1" ó 3/4" 3 2115 6345
Válvula de Globo 1 1" ó 3/4" 3 2675 8025
Vávula de Compuerta 2 1" ó 3/4" 6 1250 7500
Válvula de retención 1 1" ó 3/4" 3 2200 6600
Unión Universal 2 1" ó 3/4" 6 319 1914
Codos de 90º 3 1" ó 3/4" 9 1400 12600
Tee 2 1" ó 3/4" 6 680 4080
Costo total (Bsf) 47064
En total son: 3 trampas de vapor
3 filtros, 3 valvulas de globo, 6 valvulas de compuerta, 3 valvulas de retencion,
6 uniones universales, 9codos de 90º y 6 TEE.
Carcteristicas:
1 Las valvulas sin importar el tipo deberan ser capaces de soportar 150 psi.
2 La tuberia debera ser del modelo ASTM A-53 (Sch 40)
3 Se debera colocar en su mayoria accesorios de un solo diametro, se sugiere
utilizar de 1" tanto para los accesorios como para la tuberia.
Tuberia (APROXIMADO):
1 Aproxidamente se utilizaran 2 m de tuberia de 1" por cada arreglo.
(6 m en total)
2 Se utilizaran 16 m de tuberia de 1 1/2" para realizar la conexión a la fosa.
Tubería Schedule Diametro Cantidad (m) Costo (bsf/m) Total (bsf)
ASTM A-53 40 1" 6 355 2130
ASTM A-53 40 1 1/2" 16 395 6320
Costo total (Bsf) 8450
240
Para realizar estos arreglos en el Área de Impregnación se debe
incluir el costo de la mano de obra que se estipula sea 87000 Bsf en total.
Material Estimado para el Arreglo (VITS 2)
Por cada trampa de vapor Totalizado Costo Total
Accesorios Cantidad Diámetro Bsf/pieza Bsf
Filtros 1 1" ó 3/4" 8 2115 16920
Válvula de Globo 1 1" ó 3/4" 8 2675 21400
Vávula de Compuerta 2 1" ó 3/4" 16 1250 20000
Válvula de retención 1 1" ó 3/4" 8 2200 17600
Unión Universal 2 1" ó 3/4" 16 319 5104
Codos de 90º 3 1" ó 3/4" 24 1400 33600
Tee 2 1" ó 3/4" 16 680 10880
Costo total (Bsf) 125504
En total son: 8 trampas de vapor
8 filtros, 8 valvulas de globo, 16 valvulas de compuerta, 8 valvulas de retencion,
16 uniones universales, 24 codos de 90º y 16 TEE.
Carcteristicas:
1 Las valvulas sin importar el tipo deberan ser capaces de soportar 150 psi.
2 La tuberia debera ser del modelo ASTM A-53 (Sch 40)
3 Se debera colocar en su mayoria accesorios de un solo diametro, se sugiere
utilizar de 1" tanto para los accesorios como para la tuberia.
Tuberia (APROXIMADO):
1 Aproxidamente se utilizaran 2 m de tuberia de 1" por cada arreglo.
(16 m en total)
2 Se utilizaran 12 m de tuberia de 1 1/2" para realizar la conexión a la fosa.
Tubería Schedule Diametro Cantidad (m) Costo (bsf/m) Total (bsf)
ASTM A-53 40 1" 16 355 5680
ASTM A-53 40 1 1/2" 12 395 4740
Costo total (Bsf) 10420
241
Arreglo estipulado para el Área de Planta Resina (Reactor N° 2 y 5).
Luego de realizar los cómputos métricos se presenta una tabla donde
se refleja el costo total de la inversión a realizar, así como también el
porcentaje de la mejora que aporta cada inversión.
Material Estimado para recuperar condensado de los Reactores
Por cada Reactor Totalizado Costo Total
Accesorios Cantidad Diámetro Bsf/pieza Bsf
Válvula de retención 1 1" ó 3/4" 2 2200 4400
Unión Universal 2 1" ó 3/4" 4 319 1276
Codos de 90º 2 1" ó 3/4" 4 1400 5600
Costo total (Bsf) 11276
En total son: 2 Reactores
2 valvulas de retencion, 4 uniones universales, 4 codos de 90º.
Carcteristicas:
1 Las valvulas sin importar el tipo deberan ser capaces de soportar 150 psi.
2 La tuberia debera ser del modelo ASTM A-53 (Sch 40)
3 Se debera colocar en su mayoria accesorios de un solo diametro, se sugiere
utilizar de 3/4" tanto para los accesorios como para la tuberia.
Tuberia (APROXIMADO):
1 Aproxidamente se utilizaran 10 m de tuberia de 3/4" por cada arreglo.
Tubería Schedule Diametro Cantidad (m) Costo (bsf/m) Total (bsf)
ASTM A-53 (Reactor 5) 40 3/4" 10 300 3000
ASTM A-53 (Reactor 2) 40 3/4" 10 300 3000
Costo total (Bsf) 6000
242
Tabla 28 - Costos de Inversión.
Gatos totales para optimizar la Red
Descripción de la Inversión Costo Prioridad % de
Mejora
Construcción de Fosa recolectora de condensado 81460 Media 6,45%
Sistema de bombeo de condensado de la Fosa 49216 Media 6,45%
Sustitución de 5 trampas de vapor dañadas 85000 Alta 18,00%
Instalación de líneas de Bypass en los hornos VITS 278438 Alta 17,00%
Recuperación de condensado de Planta Resina 17276 Baja 7,94%
Colocación de Aislante Térmico en tramos desnudos 32300 Baja 3,00%
Colocación de una nueva Caldera de 500 Bhp 2500000 Media 36,16%
Eliminación de tramos viejos de tuberías de vapor 34500 Baja 5,00%
Costo Total de la inversión (Bsf) 3078190
(Fuente: Propia)
El costo total de la inversión para mejorar en 100% la red de
distribución de vapor y retorno de condensado es de 3.078.190 Bsf. Para
saber en cuento tiempo se recuperaría dicha inversión se utiliza la siguiente
fórmula:
243
Conociendo la situación país por la que atravesamos en estos
momentos y la cantidad de inconvenientes a la hora de realizar
importaciones, creo conveniente dejar a un lado la colocación inmediata de la
caldera por lo que representa esta en cuanto a costo. Mientras esta situación
mejora, se podrían llevar a cabo las demás propuestas que si bien es cierto
representan un bajo porcentaje individual de mejora a la red, al realizarlas
todas este número aumenta a 63,84%, el cual creo que sería un gran aporte
y ahorro de dinero a corto plazo.
El costo por mejorar la red en un 63,84% es de 578.190 Bsf y la
inversión se vería recuperada en:
El tiempo en el que se recupera la inversión es relativamente corto, lo
que hace que este proyecto sea factible llevarlo a cabo. Se estima que para
el tercer año luego de haber realizado las mejoras, la empresa se ahorre el
millón y medio de bolívares que desperdicia a causa de las pérdidas de
condensado y vapor, además de esto se eliminaría el problema de demanda
de vapor con la nueva caldera instalada.
244
CONCLUSIONES
El estudio realizado a la red de distribución de vapor y retorno de
condensado de la empresa Laminova C.A. refleja de una manera clara, veraz
y precisa el estado actual del sistema. Como se pudo verificar en los
capítulos previos de este trabajo, la red de vapor posee serios problemas
que le impiden operar dentro de un rango de eficiencia aceptable,
sumándose a esto que la capacidad de generación instalada no cubre de
manera satisfactoria la demanda de vapor cuando todos los equipos operan
simultáneamente.
La recuperación de condensados es un punto vital en un sistema
térmico de generación de vapor, ya que la energía contenida en el
condensado puede ser reutilizada en las calderas, pero en la empresa
Laminova C.A. la red de retorno de condensados no funciona
adecuadamente, ya que solo se recupera el condensado proveniente de una
máquina, siendo desechado el resto de condensado al sistema de
alcantarillado, convirtiéndose esto en pérdidas de recursos financieros, malas
prácticas técnicas de ingeniería y daños medioambientales.
La información recaba en este estudio y las propuestas señaladas en
el CAPITULO V, resultan de gran importancia para la posterior toma de
decisiones que permitan optimizar la red de distribución de vapor y retorno
de condensado de manera definitiva. Para lograr dicho cometido es
245
importante que se lleven a cabo todas las propuestas planteadas y se tomen
en consideración las conclusiones puntuales que nacieron de este estudio.
Los generadores de vapor instalados actualmente no son capaces de
suplir la demanda total de vapor, sino que por el contrario hay un
faltante de 150 Bhp, esto impide que la empresa trabaje de manera
simultánea con todos los equipos que posee o en su defecto, si se
decide operar todas las maquinas al mismo tiempo, la presión de
trabajo disminuye hasta hacerla inservible para realizar los procesos
de manufactura. Por esta razón se propuso la compra de una caldera
nueva que trabaje en las horas donde el consumo sea más elevado y
permita mantener la presión de trabajo adecuada, además de esto el
Código Nacional de Calderas recomienda que el generador de vapor
que se tenga para esta fin, sea de igual capacidad que los instalados,
lo que trae como beneficio la alternabilidad de los generadores con el
fin de realizar los mantenimientos preventivos programados sin afectar
la producción en la empresa y suplir la demanda de vapor en las horas
de mayor consumo.
Luego de realizar los cálculos pertinentes del consumo total de vapor
en las diferentes áreas de la planta, se obtuvo como resultado que se
requieren 15292 Kg/h para poder llevar a cabo todos los procesos
productivos en las horas de mayor producción y donde el factor de
utilización era 100%.
246
Existen tramos de tuberías que se encuentran sobredimensionados
como por ejemplo el Tramo Manifold 1 – Manifold 2 y 3, este
sobrediseño produce una mayor condensación del vapor que circula
por esta tubería, disminuye la entrega de calor y la calidad del vapor.
Si se realizara el cambio de tubería en la red de distribución de vapor
de los Manifold, la emisión de condensado por perdidas en la tubería y
el medio ambientes se verían disminuidas en 54%.
Actualmente la red de retorno de condensados de la empresa no está
funcionando de manera correcta, por lo que se procedió al cálculo de
la misma. La mayoría de las descargas se están efectuando al drenaje
principal, lo que se traduce en pérdidas de dinero ya está agua es
tratada previamente antes de ir a la caldera y ser evaporada. Es de
suma importancia que se reactive la red de retorno de condensados
para así disminuir las pérdidas de dinero por tratamiento de agua y
consumo de combustible.
Se pudo evidenciar que muchas de las trampas de vapor instaladas
actualmente se encuentran en malas condiciones ya que las mismas
descargan “vapor vivo” o poseen fugas en diferentes componentes del
sistema de purga, impidiendo una descarga adecuada.
La eficiencia de los generadores instalados ronda en un 49% y la
producción mensual de vapor asciende a 5.115.371,52 kg de vapor, lo
247
que se traduce en un consumo promedio diario de 182.691,8 litros de
agua.
Las causas principales de las perdidas monetarias del sistema de
vapor de la empresa Laminova C.A. son: las trampas de vapor en mal
estado, la poca recuperación de condensado y las fugas de vapor a lo
largo de la red.
Dentro de las propuestas finales que se plasmaron en este informe
figuran las siguientes: construcción de una fosa recolectora de
condensado con su respectivo sistema de bombeo, la sustitución de
las 5 trampas de vapor que se encuentran en mal estado, la
instalación de líneas de desviación en las trampas de vapor utilizando
como referencia la norma COVENIN 2217-84, la eliminación de los
tramos deteriorados y fuera de servicio que aun se mantengan
presurizados por la red, entre otras mejoras.
Los costos de inversión no son representativos comparados con la
optimización de la red de vapor y sus mejoras, las cuales generarían
ahorros sustanciales a corto plazo, disminuyendo las paradas por
mantenimientos correctivos, gastos por repuestos, gastos en mano de
obra y el ahorro de combustible. A su vez mejoraría la rentabilidad del
negocio con ahorros sustanciales de aproximadamente 1.325.684,544
Bsf al año, con la implementación de todas las propuestas realizas en
este trabajo al tercer año de haberlas ejecutado.
248
RECOMENDACIONES
1. Programar capacitaciones para el personal que incluyan su respectivo
material de apoyo para cada participante, los cuales pueden ser
costeados con los ahorros anuales que se obtendrían al mejorar el
sistema..
2. No despreciar las fugas de vapor por muy pequeña que sea la fisura
en la tubería y corregirla de inmediato.
3. Se recomienda revisar el dimensionamiento de las botas colectoras y
su respectivo sistema de purga.
4. Para evitar las fugas en las válvulas se recomienda sustituir todas
aquellas que sean del tipo “paso rápido”, por válvulas de globo con
asiento reforzado, para alta temperatura y de fácil apertura.
5. La instrumentación de toda la planta esta en malas condiciones, ya
que se posee un déficit de instrumentos de medición y esto impide
que las medidas de cualquier tipo que se realicen no sean óptimas.
6. Se recomienda a los estudiantes de ingeniería y los ingenieros que
trabajan en diferentes áreas, utilizar los diferentes software y
herramientas modernas de cálculo, que le ayuden a optimizar los
tiempos operativos y de logística, y así entregar a las futuras
generaciones, técnicas innovadoras sobre la utilización del vapor y
aprovechar mucho más sus ventajas.
249
GLOSARIO
BTU: es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de
una libra de agua en un grado Fahrenheit.
By-Pass: es una tubería paralela al sistema de purga que permite
realizar el desahogo de las líneas de condensado.
Condensado: agua formada a la misma temperatura del vapor por
efecto de la transferencia entre el vapor, la tubería y el medio en el
que se encuentre.
Conducción: es el calor transferido a través de un sólido, debido a un
gradiente de temperatura, sin desplazamiento apreciable de
partículas.
Convección: es el calor transferido por mezcla de una parte de fluido
con otra. El movimiento de líquido o gas puede producirse por
diferencia de densidades por temperatura o por el movimiento por
medios mecánicos.
Flash: vapor formado por el condensado descargado a baja presión.
Purga: extracción de agua a la temperatura y presión de la caldera.
Radiación: es la transmisión de calor en ondas desde un cuerpo a
otro.
Trampa de vapor: válvula automática capaz de diferenciar el vapor
del condensado automáticamente y drenarlo.
250
BIBLIOGRAFIA
Cengel, Yunus. (2006). Termodinámica (4ta ed.). Monterrey, México:
McGraw Hill.
Holman J.P. (1998). Transferencia de calos (8va ed.). España:
McGraw Hill.
Incropera Frank. (1999). Fundamentos de transferencia de calor (4ta
ed.). México: Prentice.
Spirax Sarco. (2009). Guía de referencia técnica. Distribución del
vapor (PDF.). Madrid, España.
Spirax Sarco. (2009). Guía de referencia técnica. Calderas y
accesorios (PDF.). Madrid, España.
Cleaver Brooks. (2008). Sistemas de alimentación de caldera y
Recuperación de condensado (PDF.). Milwaukee, Usa.
Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. (2007). Guía
técnica de mantenimiento de instalaciones térmicas. (PDF.). Madrid,
España: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
Villanueva Tomás. (2009). Manual técnico. Diseño y cálculo de redes
de vapor. (PDF.). Junta de Castilla y León, España: Impresiones
Sorles. LEÓN.
Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. (1999). Sistemas
de Tubería para transporte y distribución de gas. (ed. 1999). Usa.
251
Norma Venezolana. (1991). Generadores de vapor. Reparaciones y
alteraciones. (COVENIN 2262-91). Caracas, Venezuela.
Norma Venezolana. (1984). Generadores de vapor. Instalación.
(COVENIN 2217-84). Caracas, Venezuela.
Norma Venezolana. (1984). Generadores de vapor. En servicio.
Inspección. (COVENIN 2218-84). Caracas, Venezuela.
Armstrong International. (2006). Trampas de vapor y equipos para
trazas de vapor. (Catalogo S326). Monterrey, México.
MetroGas. (2012). Calculando el costo de generación del vapor.
(PDF.). Chile: www.metrogas.cl
MetroGas. (2012). Retorno de condensado. (PDF.). Chile:
www.metrogas.cl
Programa PCT 1.0 Vapor
Programa AISLAM
www.tlv.com
www.google.com
252
ANEXOS
253
[ANEXO A] [Capítulo 6 (Manual de operación y mantenimiento Cleaver
Brooks)]
254
[ANEXO A (cont.)]
255
[ANEXO A (cont.)]
256
[ANEXO A (cont.)]
257
[ANEXO B] [Tabla de Costo del Agua]
Costo del Agua
Cantidad de agua Requerida (lts/h) 7612,16
Procedencia del Agua Pozo Profundo
Tipo de Extracción Bomba
Horas de Operación (h) 24
Dias Al mes (d) 28
Insumos que participan en los costos
Insumo Nº Descripción Cantidad Unidad Costo (Bs/mes)
1 Tratamiento del Agua-Químicos 868860,03 Bs/año 72405,0025
2 Extracción de Agua (pozo profundo) Aproximado lts/hr 5000
Costos total de insumos 77405,0025
Agua Requerida al mes (Lts/mes) 5115371,52
Costo del Agua (Bs/Lts) 0,015131844
Insumo N°1: Se obtuvo del presupuesto anual de mantenimiento de la empresa
Insumo N°2: Insumo aproximado y estipulado por el pasante según otros trabajos de grado
258
[ANEXO C] [Tabla de Costo del Vapor]
Costo del Vapor
Cantidad de vapor producido (kg/h) 7612,16
Eficiencia de la caldera (%) 48,64
Potencia de los generadores (Bhp) 1000
Presión de trabajo de la caldera (psi) 200
Tipo de combustible Gas
Horas de Operación (h) 24
Dias Al mes (d) 28
Insumos que participan en los costos
Insumo Nº Descripción Cantidad Unidad Costo (Bs/mes)
1 Gas consumido 328210,56 m3 31278,466
2 Tratamiento del Agua-Químicos 868860,03 Bs/año 72405,0025
3 Extracción de Agua (pozo profundo) Aproximado lts/hr 5000
4 Energía Eléctrica Aproximado kw 16400
5 Mano de obra (Outsoursing) 1 Serv. 112436,66
6 Mtto. del sistema de Vapor 1076700 Bs/año 89725
7 Gastos Administrativos (Dpto. Mtto) 80000 Bs/mes 80000
8 Depreciación Mecánica de Equipos 300000 Bs/año 25000
9 Otros Equipos 150000 Bs/año 12500
Costos total de insumos 444745,1285
Vapor Real producido (Kg/mes) 5115371,52
Costo del Vapor (Bs/kg) 0,086942879
Insumo N°1: Se obtuvo realizando promedio de la facturacion mensual de la empresa.
Insumos N° 2, 6, 7, 8, y 9 : Se obtuvo del presupuesto anual de mantenimiento de la empresa.
Insumo N°5: Se obtuvo de las facturas del Outsoursing (Calderas Vilca).
Insumo N° 3 y 4: Insumos aproximados y estipulados por el pasante según otros trabajos de grado.
259
[ANEXO D] [Catálogo Aurora Pump]
260
[ANEXO D (cont.)]
261
[ANEXO D (cont.)]
262
[ANEXO E] [Tablas de Pérdidas en Tuberías (autor: Frank Pietersz)]
263
[ANEXO E (cont.)]
264
[ANEXO E (cont.)]
265
[ANEXO E (cont.)]
266
[ANEXO E (cont.)]
267
[ANEXO E (cont.)]
268
[ANEXO F] [Hoja de Evaluación del Sistema]
HOJA DE EVALUACION DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO
Empresa : LAMINOVA C.A Planta : Guarenas Area : Impregnación Fecha : Junio de 2014
DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR
Presión Diámetro Instalado (pulg) Diámetro Calculado (pulg) Flujo másico Longitud de Tubería (m) Vel. Del Vapor
(psi) 2" 4" 6" 8" 10" 2" 4" 6" 8" Otros (Kg/h) L< 20 20 < L < 50 L > 50 (m/s)
14,5
50
120 X X X 2520 X 35,32
200
SISTEMAS DE PURGA EN LAS LINEAS DE ALIMENTACION
Existen puntos de purga Si X No N/A Distancia entre puntos de purga (m) Condiciones de pozo de goteo
Posee pozo de goteo Si X No N/A (10-30) (30-50) (50-100) bota 1 1/2"
Fugas de Vapor Si X No N/A X tubería 2"
Estaciones de trampeo Si No X N/A Estado de válvula Abierta X Cerrada
FENOMENO DE DILATACION EN LAS TUBERIAS
Accesorios de dilatación Material de Tubería Temperaturas °C Longitud de tuberías entre:
Fuelle Lira Curva dil. Acero Sueve Acero inox. Acero aleado Amb. 30 Soporte Anclajes
Junta deslizante No posee X X Vapor 176,7 8 mts 8 mts
ACCESORIOS PROTECCION DE LA TUBERIA LINEA DE RETORNO DE CONDENSADO OBSERVACIONES
Accesorio Si No N/A Posee Aislante la tubería Si
Filtro X Si No Material Diámetro Long. Material No
Válvulas X B R M
Tramo de tubería X
Trampa de vapor X X 2 1/2" 40
Union Universal X
Goma
espuma
Aislante
Tuberia Sch
40 de acero
aleado
Existen fugas en
diferentes
accesorios del área
y solo se recupera
condensado de un
Horno Vits.
269
[ANEXO F (cont.)]
HOJA DE EVALUACION DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO
Empresa : LAMINOVA C.A. Planta : Guarenas Area : Planta Resina Fecha : Junio de 2014
DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR
Presión Diámetro Instalado (pulg) Diámetro Calculado (pulg) Flujo másico Longitud de Tubería (m) Vel. Del Vapor
(psi) 2" 4" 6" 8" 10" 2" 4" 6" 8" Otros (Kg/h) L< 20 20 < L < 50 L > 50 (m/s)
14,5
50
120 X X 1 1/2" 1357 X 18,75
200
SISTEMAS DE PURGA EN LAS LINEAS DE ALIMENTACION
Existen puntos de purga Si X No N/A Distancia entre puntos de purga (m) Condiciones de pozo de goteo
Posee pozo de goteo Si No N/A X (10-30) (30-50) (50-100) bota
Fugas de Vapor Si X No N/A NO tubería
Estaciones de trampeo Si X No N/A Estado de válvula Abierta NO Cerrada NO
FENOMENO DE DILATACION EN LAS TUBERIAS
Accesorios de dilatación Material de Tubería Temperaturas °C Longitud de tuberías entre:
Fuelle Lira Curva dil. Acero Sueve Acero inox. Acero aleado Amb. 30 Soporte Anclajes
Junta deslizante No posee X X Vapor 176,7 8 mts 8 mts
ACCESORIOS PROTECCION DE LA TUBERIA LINEA DE RETORNO DE CONDENSADO OBSERVACIONES
Accesorio Si No N/A Posee Aislante la tubería Si
Filtro X Si No Material Diámetro Long. Material No
Válvulas X B R M
Tramo de tubería X
Trampa de vapor X X X
Union Universal X
En esta área no existe
recuperación de
condensado, el mismo es
desechado al
alcantarillado, La tuberia
esta sobrediseñada.
Goma
espuma
Aislante
270
[ANEXO F (cont.)]
HOJA DE EVALUACION DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO
Empresa : LAMINOVA C.A Planta : Guarenas Area : Acumulador Fecha : Junio de 2014
DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR
Presión Diámetro Instalado (pulg) Diámetro Calculado (pulg) Flujo másico Longitud de Tubería (m) Vel. Del Vapor
(psi) 2" 4" 6" 8" 10" 2" 4" 6" 8" Otros (Kg/h) L< 20 20 < L < 50 L > 50 (m/s)
14,5
50
120
200 X X X 11415 X 25,12
SISTEMAS DE PURGA EN LAS LINEAS DE ALIMENTACION
Existen puntos de purga Si X No N/A Distancia entre puntos de purga (m) Condiciones de pozo de goteo
Posee pozo de goteo Si X No N/A (10-30) (30-50) (50-100) bota 4"
Fugas de Vapor Si No X N/A X tubería 6"
Estaciones de trampeo Si X No N/A Estado de válvula Abierta X Cerrada
FENOMENO DE DILATACION EN LAS TUBERIAS
Accesorios de dilatación Material de Tubería Temperaturas °C Longitud de tuberías entre:
Fuelle Lira Curva dil. Acero Sueve Acero inox. Acero aleado Amb. 30 Soporte Anclajes
Junta deslizante No posee X X Vapor 197,67 15 mts 15 mts
ACCESORIOS PROTECCION DE LA TUBERIA LINEA DE RETORNO DE CONDENSADO OBSERVACIONES
Accesorio Si No N/A Posee Aislante la tubería Si
Filtro X Si No Material Diámetro Long. Material No
Válvulas X B R M
Tramo de tubería X
Trampa de vapor X X 2 1/2" 40
Union Universal X
Tuberia Sch
40 de acero
aleado
En la tubería de
retorno de
condensado se
presenta golpe de
ariete se recomienda
colocar valvula check.
Goma
espuma
Aislante
271
[ANEXO F (cont.)]
HOJA DE EVALUACION DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO
Empresa : LAMINOVA C.A Planta : Guarenas Area : Tramo Manifold 1 - Manifold 2 y 3 Fecha : Junio de 2014
DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR
Presión Diámetro Instalado (pulg) Diámetro Calculado (pulg) Flujo másico Longitud de Tubería (m) Vel. Del Vapor
(psi) 2" 4" 6" 8" 10" 2" 4" 6" 8" Otros (Kg/h) L< 20 20 < L < 50 L > 50 (m/s)
14,5
50
120
200 X X 3" 3877 X 8,5
SISTEMAS DE PURGA EN LAS LINEAS DE ALIMENTACION
Existen puntos de purga Si X No N/A Distancia entre puntos de purga (m) Condiciones de pozo de goteo
Posee pozo de goteo Si X No N/A (10-30) (30-50) (50-100) bota 4"
Fugas de Vapor Si No X N/A X tubería 6"
Estaciones de trampeo Si X No N/A Estado de válvula Abierta X Cerrada
FENOMENO DE DILATACION EN LAS TUBERIAS
Accesorios de dilatación Material de Tubería Temperaturas °C Longitud de tuberías entre:
Fuelle Lira Curva dil. Acero Sueve Acero inox. Acero aleado Amb. 30 Soporte Anclajes
Junta deslizante No posee X X Vapor 197,67 30 mts 10 mts
ACCESORIOS PROTECCION DE LA TUBERIA LINEA DE RETORNO DE CONDENSADO OBSERVACIONES
Accesorio Si No N/A Posee Aislante la tubería Si
Filtro X Si No Material Diámetro Long. Material No
Válvulas X B R M
Tramo de tubería X
Trampa de vapor X X 2 1/2" 80
Union Universal X
Es el tramo más largo de
la red y la velocidad de
suministro de vapor es
muy baja, la tuberia esta
sobredimensionada. Se
debe verificar los puntos
de purga.
Goma
espuma
Aislante
Tuberia Sch
40 de acero
aleado
272
[ANEXO G] [Diagrama de flujo de vapor y agua]
273
[ANEXO H] [Mantenimiento Correctivo de Calderas]
Para lograr implementar un procedimiento ajustado a las grandes
exigencias que implica tener un generador de vapor en condiciones idóneas
se toma como baluarte principal las siguientes normas nacionales y códigos
internacionales:
Norma COVENIN 2262-91.
ASTM A192.
ASME B3.1 (Pressure Piping).
ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE.
Es muy importante tener en cuenta las diferencias que existen entre
las tuberías con y sin costura. Se hace énfasis en este punto porque los
tubos de fuego que se instalen en las calderas deben ser sin costura ya que
las costuras siempre serán una posible zona de la tubería sujeta a fallas, por
la estructura transformada en sus extremos producto de la temperatura
generada por el proceso de soldadura. La composición de estas tuberías
deben poseer un bajo contenido de Azufre ya que este compuesto es un
gran estimulante de la corrosión en un ambiente amargo. Para evitar este
fenómeno de corrosión los fabricantes de los tubos de fuego deben adicionar
un componente extra que es el Manganeso (Mn) que contrarresta la
fragilidad en caliente que genera el propio azufre.
274
[ANEXO H (cont.)]
En la planta de la empresa Laminova C.A. se ha venido presentando una
situación muy atípica en cuanto a la calidad de los tubos de la caldera marca
CLEAVER BROOKS, ya que los mismos pierden su hermeticidad o se
fisuran, condición que no debería ocurrir porque este es un equipo
relativamente NUEVO con respecto a la caldera DISTRAL que según
informaciones de los calderistas tiene más de 20 años en operación y no ha
presentado este tipo de problemas tan seguido. Esto ha llevado a plantear
este procedimiento que les permita verificar si los trabajos que se le realizan
a la caldera cuando presenta este tipo de fallas son los correctos y si los
mismos están apegados a las normas. Es por esto que se toma de la norma
COVENIN 2262-91 específicamente en la sección 11 y sus distintos
parágrafos el cómo se debería realizar correctamente el reexpandido de un
tubo recién instalado.
11.1 cuando se observen fallas de hermeticidad de los tubos con las placas;
se debe proceder a reexpandir o reemplazar el tubo.
11.2 Para efectuar un reexpandido, se debe tomar en cuenta las siguientes
condiciones:
11.2.1 El tubo debe estar exento de fisuras y que conserve su
configuración geométrica.
11.2.2 Los límites de expansión deben ceñirse a la siguiente fórmula:
275
[ANEXO H (cont.)]
D2 = D1 + (DH – De) + 0,0012*DH
Dónde:
D1: Diámetro interno del tubo.
D2: Diámetro interno del tubo después de expandido.
DH: Diámetro del agujero del tubo en la placa o en el domo.
De: Diámetro exterior.
Nota:
DH – De = 0,79 mm (1/32 pulg) como máximo para generadores de
vapor acuotubulares y pirotubulares cuya placa este expuesta a mayor
temperatura.
DH – De = 1,59 mm (1/16 pulg) como máximo para generadores de
vapor pirotubulares cuya placa este expuesta a menor temperatura.
11.3 Reemplazo de tubos.
11.3.1 El agujero del tubo en la placa o en el domo, no debe estar
ovalado más de la medida DH-De descrito anteriormente.
11.3.2 En generadores de vapor tipo acuotubular, cuando los tubos de
agua estén excesivamente combados, no se debe tratar de enderezar
dichos tubos en sitio.
276
[ANEXO H (cont.)]
Estos deberán ser reemplazados total oparcialmente. La máxima
desviación permisible será de 5 cm en 3,6 m de longitud.
11.3.3 En tubos de agua, cuando se forma abombamientos contiguos,
se debe reemplazar el tubo o la sección dañada.
11.3.4 Si en un abombamiento fuga agua o se determina una
tendencia apreciable de estiramiento de material o existe la posibilidad
que se acumule incrustaciones dentro de esta sección, se deberá
reemplazar el tubo o la parte afectada.
11.3.5 En los generadores de vapor pirotubulares, donde se ha
reexpandido varias veces un tubo en su extremo rebordeado y todavía
fuga agua, se podrá eliminar esta situación provisionalmente
introduciendo un casquillo hecho del mismo material del tubo de
fuego, con un espesor equivalente al tubo y con una longitud igual a
tres veces el espesor de la placa. El borde interno del casquillo dentro
del tubo debe ser biselado. El borde externo del casquillo deberá ser
expandido y rebordeado después que esté en su posición. El número
de tubos a encasquillar no debe ser mayor del 10% del total de tubos
del generador de vapor. No deben montarse dos casquillos en tubos
adyacentes. No se debe utilizar soldadura de sello sin previa
autorización del Ministerio del Trabajo.
277
[ANEXO H (cont.)]
11.3.6 Se deberá reemplazar el tubo de fuego o agua de un generador
de vapor cuando se observen picaduras o huecos aislados o escasos
en donde el espesor de la pared del tubo de esos huecos sea menor
del 50%.
11.3.7 Cuando se observe picaduras o huecos concentrados en una
misma zona en tubos de fuego o de agua, se deberá reemplazar el
tubo.
11.3.8 Se podrá taponear hasta el 10% del número de tubo de agua
de un generador de vapor del tipo acuotubular.
11.3.9 No se podrá taponear ningún tubo de fuego de un generador de
vapor del tipo pirotubular por de soldadura.
11.3.10 Cuando los orificios de las placas de tubos se excedan en
diámetro a lo contemplado en el punto 11.2, se podrá usar la técnica
de casquillo exterior. Siempre y cuando se recalcule y se compruebe
la eficiencia de los ligamentos.
11.3.11 La colocación de los casquillos exteriores se hará según
figuras anexas.
278
[ANEXO H (cont.)]
279
[ANEXO H (cont.)]
280
[ANEXO H (cont.)]
281
[ANEXO H (cont.)]
282
[ANEXO H (cont.)]
283
[ANEXO H (cont.)]
284
[ANEXO I] [COVENIN 2217-84]
285
[ANEXO I (cont.)]
286
[ANEXO I (cont.)]
Arreglo sugerido por Norma Venezolana. “Figura 9, pág. 46”.
287
[ANEXO J] [Especificaciones Caldera Distral Térmica]
288
[ANEXO J (cont.)]
289
[ANEXO J (cont.)]
290
[ANEXO J (cont.)]
291
[ANEXO J (cont.)]
292
[ANEXO J (cont.)]
293
[ANEXO K] [Plano del sistema de vapor]
294
[ANEXO K (cont.)] [Sistema de recoleccion de condensado VIts]
