MEJORAMIENTO EN LA RED DE RECUPERACIÓN DE …

MEJORAMIENTO EN LA RED DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS EN LA LÍNEA UNO DE VULCANIZACIÓN DE LA COMPAÑÍA MICHELIN

COLOMBIA

JHON EDWAR BORJA AVIRAMA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA SANTIAGO DE CALI

2011

MEJORAMIENTO EN LA RED DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS EN

LA LÍNEA UNO DE VULCANIZACIÓN DE LA COMPAÑÍA MICHELIN COLOMBIA

JHON EDWAR BORJA AVIRAMA

Proyecto de grado para optar por el titulo de Ingeniero Mecánico

Director GERARDO PALENCIA SILVA

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

SANTIAGO DE CALI 2011

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Nota de aceptación:

Aprobado por el comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar por el título de Ingeniero Mecánico

NESTOR ARTURO PINCAY ______________________________ Jurado

CARLOS HERRAN DE LA CRUZ ______________________________ Jurado

GERARDO PALENCIA SILVA ______________________________ Director

Santiago de Cali, 07 Noviembre de 2011

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Dedicado a mis padres, Blanca Rubelia Avirama Fernández y Alirio Borja quienes con su apoyo y amor incondicional permitieron que este sueño universitario se hiciera realidad; siendo este un inmenso logro en la familia al cual ellos no pudieron aspirar durante su vida debido a su nivel de vida humilde, pero que atreves de mí lo han logrado. Los amo padres, todo lo que soy y seré es por ustedes.

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CONTENIDO

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GLOSARIO ......................................................................................................... 17 RESUMEN .......................................................................................................... 19 INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 20 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 21 2. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 22 3. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 23 3.1 SISTEMA DE VAPOR .................................................................................... 23 3.2 RECUPERACIÓN DE CONDENSADO .......................................................... 24 3.3 TRAMPAS DE VAPOR .................................................................................. 25 3.3.1 Clasificación Según su Ubicación. ........................................................... 25 3.3.1.1 Trampas en la red. .................................................................................. 25 3.3.1.2 Trampas de proceso ............................................................................... 25 3.3.1.3 Trampas de circuito de calentamiento .................................................. 25 3.3.2 Clasificación según su operación. ........................................................... 25 3.3.2.1 Mecánicas.. .............................................................................................. 25 3.3.2.2 Termostáticas. ......................................................................................... 26 3.3.2.3 Termodinámicas.. ................................................................................... 26 3.4 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR ...................................... 26 Conducción. ........................................................................................................ 26

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Convección.......................................................................................................... 27 Radiación. ............................................................................................................ 27 Aislantes Térmicos. ............................................................................................ 27 4. OBJETIVOS ..................................................................................................... 28 4.1 GENERAL ...................................................................................................... 28 4.2 ESPECÍFICOS ................................................................................................ 28 5. EVALUACIÓN Y ESTUDIO DEL DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS ............................... 29 5.1 REVISIÓN DE PLANOS DE DISTRIBUCIÓN DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS .............................................................. 29 5.2 DETALLADO DE LOS ELEMENTOS DE LAS LÍNEAS DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADO ................................................................ 31

6. CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA DEL SISTEMA ACTUAL DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS .............................................................. 32 7. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE LAS ETAPAS ANTERIORES PARA DETERMINACIÓN DE MEJORAS EN EL SISTEMA ........................................................................................................ 33 7.1 ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TRAMPAS DE VAPOR INSTALADAS ................................................................ 34 7.1.1 Análisis manual. ......................................................................................... 34 7.1.1.1 Análisis de la Selección de Trampas de Vapor Instaladas.. ............... 34 7.1.1.2 Análisis del dimensionamiento de Trampas de Vapor Instaladas. ........................................................................................................... 38 7.1.2 Selección y dimensionamiento mediante software. ............................... 41

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7.2. ANÁLISIS DE LA ORIENTACIÓN DE LA INSTALACIÓN DE LA TRAMPA .............................................................................................................. 48 7.2.1 Tipo mecánicas. ......................................................................................... 48 7.2.2 Trampas Termodinámicas. ....................................................................... 48 7.2.3 Tipo termostáticas. ................................................................................... 48 7.3 ANÁLISIS DE LAS LÍNEAS DE RETORNO DE CONDENSADO ............... 51 7.3.1 Análisis de la línea de drenaje a la trampa. ............................................ 52 7.3.1.1 Componentes básicos de instalación.. ............................................... 53 7.3.1.2 Dimensionamiento de la tubería de drenaje a la trampa.. ................... 55 7.3.1.3 Longitud de la tubería a la trampa.. ....................................................... 61 7.3.2 Análisis de las Líneas de Drenaje desde las Trampas. ......................... 68 7.3.2.1 Componentes típicos de instalación. .................................................... 69 7.3.2.2 Dimensionamiento de la tubería desde la trampa.. ............................. 71 7.4 ANÁLISIS DE LA LÍNEA COMÚN DE RETORNO ....................................... 82 7.4.1 Diámetro de la tubería. ............................................................................. 82 7.4.1.1 Línea común Tubería de 100 mm. ......................................................... 83 7.4.1.2 Línea común Tubería de 200 mm. ........................................................ 87 7.5 ANÁLISIS DEL VAPOR FLASH .................................................................... 90 7.6 ANÁLISIS DE ACCESORIOS ....................................................................... 93 7.6.1 Válvula de Aislamiento. ............................................................................ 93 7.6.2 Válvula Check. ........................................................................................... 97 7.6.3 Filtros. ........................................................................................................ 97 7.7 ANÁLISIS DEL AISLAMIENTO DE TUBERÍAS ........................................... 98

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7.7.1 Línea de recuperación a la trampa prensa NAF-14. ............................... 99 7.7.1.1 Platos Vapórales.. ................................................................................... 99 7.7.1.2 Separador.. ........................................................................................... 100 7.7.1.3 Vejiga de Conformación. ...................................................................... 100 7.7.2 Línea de recuperación desde la trampa. ............................................... 101 7.7.2.1 Platos Vapórales y Separador. Los datos requeridos son: ............... 101 7.7.2.2 Vejiga de Conformación ....................................................................... 102 8. ASPECTOS TÉCNICOS NECESARIOS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDESADOS .......... 105 8.1 ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE TRAMPAS .......................................................................................................... 105 8.2 ANÁLISIS DE LAS LÍNEAS DE RETORNO ............................................... 108 8.3 ANÁLISIS DEL VAPOR FLASH ................................................................. 112 8.3.1 Puntos de aprovechamiento. .................................................................. 113 8.3.1.1 Duchas de los operadores de la compañía ........................................ 113 8.3.1.2 Maquina calentadora de Membranas.. ................................................ 113 8.3.2 Dimensionamiento del recipiente de recuperación de vapor flash ................................................................................................................... 114 8.4 ANÁLISIS DEL AISLAMIENTO .................................................................. 115 8.4.1 Tubería Hacia la Trampa. Se requiere lo siguiente: ............................. 115 8.4.2 Tubería Desde la Trampa. ...................................................................... 116 9. CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA ................................................... 119

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9.1 OBTENCIÓN DE LOS COSTOS ACTUALIZADOS DE AGUA, COMBUSTIBLE Y EFLUENTES ........................................................................ 119 9.2 CÁLCULO DE COSTOS DE AHORRO EN SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS ............................................................ 119 9.2.1 Condensado que no es recuperado del separador. ............................. 119 9.2.1.1 Cálculo del Costo del Combustible.. .................................................. 120 9.2.1.2 Cálculo del Costo del Agua. ................................................................ 121 9.2.1.3 Cálculo del Costo del tratamiento químico del Agua. ...................... 122 9.2.2 Reducción de pérdidas de calor en tuberías. ....................................... 122 9.2.2.1 Cálculo del Costo del Combustible. .................................................... 122 9.2.3 Vapor Flash recuperado. ......................................................................... 123 9.2.3.1 Cálculo del Costo del Agua. ................................................................. 124 9.2.3.2 Cálculo del Costo del tratamiento químico del Agua. ...................... 125 9.2.4 Cotos Totales de Ahorro ......................................................................... 125 9.3 CÁLCULO DE COSTOS DE INVERSIÓN EN SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS ............................................................ 125 9.3.1 Recuperación del condensado del separador ....................................... 125 9.3.2 Reducción de pérdidas de calor en tuberías ......................................... 126 10. CONCLUSIONES ............................................................................... 127

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Selección de trampas de vapor ............................................................ 34 Tabla 2. Selección de trampas de vapor ............................................................ 35 Tabla 3. Conclusión de la selección de las trampas de vapor instaladas ............................................................................................................ 36 Tabla 4. Factor de seguridad .............................................................................. 40 Tabla 5. Conclusión del dimensionamiento de las trampas de vapor instaladas ............................................................................................................ 43 Tabla 6. Conclusión de la capacidad de las Trampas ...................................... 46 Tabla 7. Conclusión de la orientación de las trampas instaladas ................... 50 Tabla 8. Conclusión de los componentes básico de instalación a la trampa .................................................................................................................. 54 Tabla 9. Sección de Anexo 19. ............................................................................ 58 Tabla 10. Conclusión del dimensionamiento de la tubería de drenaje a la trampa ........................................................................................................... 60 Tabla 11. Área de superficie nominal para tubos de acero por metro de longitud........................................................................................................... 65 Tabla 12. Conclusión de las longitudes a la trampa ......................................... 67 Tabla 13. Conclusión de los componentes básico de instalación desde la trampa ................................................................................................... 70 Tabla 14. Conclusión de la base para el cálculo de la dimensión ................... 75 Tabla 15. Diámetros requeridos conforme figura anexo 21. ............................ 78 Tabla 16. Conclusión dimensionamiento de tubería de drenaje desde la trampa ................................................................................................... 81

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Tabla 17. Tramo de línea común de retorno de condensados prensa NAF-14 ................................................................................................................. 84 Tabla 18. Cálculo de la línea común de Retorno de condensados (100 mm) .............................................................................................................. 86 Tabla 19. Tramo de línea común de Retorno de condensados Prensa NAF-14 .................................................................................................... 87 Tabla 20. Cálculo de la línea común de Retorno de condensados (200 mm) .............................................................................................................. 89 Tabla 21. Condiciones Básicas para Uso de Vapor Flash .............................. 91 Tabla 22. Conclusión de la selección de las válvulas de aislamiento instaladas ............................................................................................................ 95 Tabla 23. Calor disipado en las líneas de recuperación de condensados ..................................................................................................... 103 Tabla 24. Estado de Funcionalidad de las Trampas de Vapor ....................... 106 Tabla 25. Trampas para la línea de Platos vapórales .................................... 108 Tabla 26. Componentes a Instalar en las Líneas de Retorno ........................ 109 Tabla 27. Pérdida de calor en la tubería hacia la Trampa ............................... 110 Tabla 28. Resultados de los Chequeos de Funcionamiento Prensa NAF-18 ............................................................................................................... 112 Tabla 29. Resultado de los espesores Requeridos ......................................... 115 Tabla 30. Reducción de la Pérdida de Calor con Aislamiento ....................... 116 Tabla 31. Resultado de los espesores de Aislamiento Requeridos .............. 116 Tabla 32. Reducción de la Pérdida de Calor con Aislamiento ....................... 117

Tabla 33. Precios combustibles, agua y efluentes .......................................... 119 Tabla 34. Valores potenciales de ahorro de Retorno de los Condensados .................................................................................................... 122

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Tabla 35. Reducción de pérdidas de calor en tuberías .................................. 122 Tabla 36. Valores de ahorro obtenido por mejoras. ........................................ 125

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Esquema del sistema de vapor planta MICHELIN. ............................ 29 Figura 2. Esquema actualizado del sistema de vapor planta MICHELIN............................................................................................................. 30 Figura 3. Línea de Recuperación de Condensados Vejiga de Conformación ...................................................................................................... 33 Figura 4. Trampa en Plato Vaporal superior lado A y B ................................... 49 Figura 5. Trampa en Plato Vaporal Inferior lado A y B .................................... 49 Figura 6. Línea de retorno de condensados ...................................................... 52 Figura 7. Línea de Drenaje a la trampa .............................................................. 53 Figura 8. Cálculo diámetro de tubería a la trampa platos vapórales ............... 59 Figura 9. Cálculo diámetro de tubería a la trampa separador .......................... 59 Figura 10. Componentes típicos de instalación desde la trampa .................... 69 Figura 11. Cálculo diámetro de tubería desde la trampa (Platos Vapórales)............................................................................................................ 79 Figura 12. Cálculo diámetro de tubería desde la trampa (Separador) ............ 80 Figura 13. Esquema del Ramal de líneas de Retorno Prensa NAF-14 ............. 83 Figura 14. Ramales de las líneas de retorno de condensados Línea uno y dos ............................................................................................................. 85 Figura 15. Esquema del Ramal de líneas de Retorno Prensa NAF-14 ............. 87 Figura 16. Esquema de los Ramales de retorno de condensados .................. 88 Figura 17. Líneas de Recuperación Prensa NAF-14 y NAF-15 ......................... 98 Figura 18. Calor disipado platos vapórales ....................................................... 99

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Figura 19. Calor disipado a la superficie Separador ....................................... 100 Figura 20. Calor disipado vejiga de conformación ......................................... 101 Figura 21. Calor disipado platos vapórales, vejiga de conformación y separador........................................................................................................ 102 Figura 22. Calor disipado Platos Vapórales, Vejiga de Conformación y Separador ....................................................................................................... 102 Figura 23. Esquema de calentamiento de Duchas .......................................... 113 Figura 24. Esquema de calentador de membranas ......................................... 114

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ANEXOS

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Anexo 1. Elementos típicos prensa NAF-14 .................................................... 130 Anexo 2. Elementos típicos prensa NAF-15 .................................................... 131 Anexo 3. Elementos típicos prensa NAF-16 .................................................... 132 Anexo 4. Elementos típicos prensa NAF-17 .................................................... 133 Anexo 5. Elementos típicos prensa NAF-18 .................................................... 134 Anexo 6. Elementos típicos prensa NAF-19 .................................................... 135 Anexo 7. Elementos típicos prensa NAF-20 .................................................... 136 Anexo 8. Elementos típicos prensa NAF-21 .................................................... 137 Anexo 9. Elementos típicos Instalados Prensa NAF-22 ................................. 138 Anexo 10. Elementos típicos Instalados Prensa NAF-23 ............................... 139 Anexo 11. Elementos típicos Instalados Prensa NAF-24 ............................... 140 Anexo 12. Características de trampas de vapor ............................................. 141 Anexo 13. Matriz de selección de trampas de vapor ...................................... 142 Anexo 14. Trampa BPC32Y (Trampa de Vapor Termostática) ....................... 143 Anexo 15. Trampa UFT 32 - 21 (Trampa Flotador Termostática) .................. 143 Anexo 16. Tabla de capacidad de descarga trampa L21S .............................. 144 Anexo 17. Tabla de capacidad de descarga trampa HM34 ............................. 145 Anexo 18. Valores típicos del coeficiente de transferencia de calor por convección ................................................................................................. 145 Anexo 19. Capacidad de tuberías para vapor saturado (Tubos Schedule 40) ...................................................................................................... 146

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Anexo 20. Velocidades de condensado basado en tipos de servicio ........... 146 Anexo 21. Grafico para Determinar el Tamaño de Tubería de condensados ..................................................................................................... 147 Anexo 22. Aplicaciones de los tipos de Válvulas de Aislamiento. ................ 148 Anexo 23. Tamaños típicos y rangos de operación de la válvulas de Aislamiento........................................................................................................ 148 Anexo 24. Rangos y opciones de filtros .......................................................... 149 Anexo 25. Emisividad de superficies .............................................................. 150 Anexo 26. Instalación de eliminador de aire externo en paralelo .................. 150 Anexo 27. Equipos de medición de trampas de vapor ................................... 151 Anexo 28. Grafico para Determinar el Tamaño de Tubería de condensados ..................................................................................................... 151 Anexo 29. Factores de forma en la conduccion .............................................. 152 Anexo 30. Propiedades de metales sólidos..................................................... 153 Anexo 31. Propiedades del aire a presión de 1 atm ........................................ 154 Anexo 32. Agua saturada tabla de temperaturas ............................................ 155 Anexo 33. Agua saturada tabla de presiones .................................................. 156 Anexo 34. Propiedades del agua saturada ...................................................... 157 Anexo 35. Flujo de agua atreves de tuberías de acero Schedule 40 ............ 158 Anexo 36. Informe de funcionamiento de trampas de vapor ......................... 160 Anexo 37. Tubería de acero al carbono API 5L / ASTM A53 / A106 ............... 163 Anexo 38. Pérdidas de calor para tuberías de acero sin aislamiento ........... 164 Anexo 39. Matriz de selección para válvulas de bola .................................... 165

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GLOSARIO

AISLAMIENTO TERMICO: es un material usado para establecer una barrera al paso del calor entre dos medios, impidiendo que entre o salga calor del sistema. CALDERA: es una máquina industrial que sirve para producir vapor, cuya presión se usa para mover una turbina u otras aplicaciones. CONDUCTIVIDAD TERMICA: capacidad de los materiales para conducir el calor. DESARROLLO SOSTENIBLE: es el proceso en el cual las políticas económicas, fiscales, comerciales, agrícolas, de energía, industriales, y otras, están diseñadas para lograr un desarrollo que sea sostenible en materia económica, social y ecológica. DIAGRAMA DE PARETO: también llamado curva 80-20 o distribución A-B-C, es una gráfica para organizar datos de forma que estos queden en orden descendente, de izquierda a derecha y separados por barras y con ello establecer un orden de prioridades en la toma de decisiones dentro de una organización. EFICIENCIA ENERGETICA: es el consumo inteligente de la energía eliminando los consumos innecesarios o seleccionando equipos más apropiados para reducir el costo de la energía. FACTOR DE SEGURIDAD: es un índice de la seguridad para evitar la falla, el cual es aplicado a la capacidad máxima de un sistema sobre sus requerimientos. FLUIDO: es un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil; el término engloba a los líquidos y los gases. FLUJO VOLUMETRICO: es el volumen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. GOLPE DE ARIETE: es el choque violento que se produce sobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente provocando grandes variaciones de presión en muy poco tiempo. GRAFICO DE CONTROL: es una herramienta estadística utilizada para evaluar la estabilidad de un proceso. INTERCAMBIADOR DE CALOR: es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

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LINEA DE DRENAJE DE CONDENSADOS: es la red de tuberías encargada del transporte de los condensados que son drenados del sistema de vapor. NUMERO DE NUSSELT: es un número adimensional que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido fluye. PLATO VAPORAL: es la parte dentro de la prensa de vulcanización encargada del calentamiento de los moldes por convección, mediante el constante flujo de vapor en su interior. PRESIÓN MANOMETRICA: es la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. PRENSA DE VULCANIZACIÓN: es una maquina encargada de transformar el caucho de un material pegajoso y flexible en otro no pegajoso, menos flexible y de larga duración. SEPARADOR DE VAPOR/FASE: es un dispositivo con una serie de pantallas, placas u otros dispositivos a través de los cuales pasa el vapor con el fin de separar la humedad (gotas de agua) que el vapor arrastra en suspensión. TEMPERATURA DE SATURACIÓN: es la temperatura en la cual un liquido con una pasa de un estado a otro de acuerdo a la presión en que se encuentra. Por ejemplo la temperatura de saturación del agua a una presión atmosférica normal (760 mmcHg) es de 100°C. TRANSFERENCIA DE CALOR: es el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. TRAMPA DE VAPOR: es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor. VEJIGA DE CONFORMACIÓN: es una membrana encargada de realizar presión contra el molde al caucho de fabricación de llantas, durante el proceso de vulcanización. VAPOR SATURADO: es el estado donde las presiones y temperaturas del vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_absoluta

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

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RESUMEN Este proyecto evalúa el diseño y funcionamiento del sistema actual de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización de la línea uno de la compañía MICHELIN Colombia, realizando evaluación y estudio de la información de elementos y planos que cuenta el departamento de ingeniería de la compañía. Realizando caracterización energética, utilizando la metodología elaborada por la unidad de planeación minero energética de Colombia (UPME), el instituto colombiano para el desarrollo de la ciencia y la tecnología. “Francisco José de Caldas” (Colciencias), la universidad Autónoma de Occidente (Grupo de investigación en energías) y la universidad del atlántico (Grupo de gestión eficiente de energía). Realizando análisis de elementos instalados como lo son tuberías, válvulas, filtros, trampas y aislamiento con respecto a su dimensión y selección, mediante métodos manuales y el empleo de software, permitiendo con ello obtener los más precisos resultados. Todo lo anterior con el fin de definir los puntos de ahorro más representativos para posteriormente plantear alternativas de mejora que permitan obtener un uso más eficiente de la energía térmica empleada y dando a conocer los alcances de ahorro que se obtendrían de ser implementadas estas mejoras mediante un análisis termo-económico.

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INTRODUCCIÓN Michelin Colombia es una compañía multinacional cuya actividad económica es la fabricación de llantas radiales de auto y camioneta, llantas convencionales de auto, camioneta, camión, agrícolas y de trabajos públicos. La cual para su producción requiere del uso del vapor para diferentes procesos. Es por ello que MICHELIN Colombia, impulsa el desarrollo de este proyecto de mejoramiento de la red de condesados, en donde, se presenta a nivel conceptual el análisis de los aspectos técnicos, y económicos necesarios en la red de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización, para obtener una mejor eficiencia, de la actualmente dispuesta y de este modo resolver problemas de índole económico y ambiental asociados a este. Con la implementación de los aspectos técnicos propuesto en este documento podremos darle a conocer a la alta gerencia la cantidad de energía que estaríamos ahorrando, y a su vez mostrarle cuánto dinero ahorraría la empresa anualmente y en cuanto tiempo recuperaría la inversión. Por otro lado, mostrar lo valioso del sistema de condensado para cualquier industria, ya que, antes era catalogado como un modesto subproducto de la distribución de vapor, pero que en estos últimos años, debido a la conciencia energética y la percepción del medio ambiente se ha logrado dar a conocer su gran importancia.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Todo proceso térmico donde se utiliza vapor como fluido calefactor produce o forma condensado. La presencia de éste en el circuito de vapor baja el rendimiento térmico de la instalación, avería elementos del circuito y aunque este condensado debe ser desalojado de la red de distribución a la salida de los equipos de consumo, es recomendable recuperarlo para disminuir el consumo de agua y de combustible del sistema así como los costos debidos al agua tratada, siendo por ello necesario evaluarlo, realizando análisis y cálculos que permitan obtener la mejor eficiencia del sistema. Por ello la compañía MICHELIN Colombia, requiere un mejoramiento en la red de recuperación de condensados del vapor saturado de la línea uno de vulcanización, comprendiendo la determinación de pendientes de tubería, reducciones de diámetro de tuberías, selección de tipos de trampas y bombas hidráulicas, minimización de inyección de energía del vapor a la línea de condesados, para evitar la aparición de graves problemas de funcionamiento de la red, como lo son los golpes de ariete, elevada contrapresión, cavitación de la bomba de alimentación de la caldera entre otros. Y con ello obtener la mejor eficiencia del sistema, reduciendo costos financieros asociados a este. Y acercando la compañía cada día más a una producción basada en desarrollo sostenible.

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2. JUSTIFICACIÓN

En estos últimos años, la conciencia energética y la percepción medioambiental han transformado el sistema de condensado de un modesto subproducto de la distribución de vapor a un recurso muy valioso para cualquier industria. Por tal motivo MICHELIN Colombia requiere un mejoramiento en la red de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización, y con ello lograr incrementar la eficiencia de este, permitiendo contribuir a la solución de problemas, tales como: económico, en cuanto a la disminución del consumo de combustible del sistema de vapor , los costos debidos al agua tratada, los costos variables de la generación de vapor que está asociado al costo del producto que se realiza, las averías de los elementos del circuito y por otro lado reducir el impacto ambiental que genera este tipo de actividad económica. A su vez, la realización de este proyecto permitirá el cumplimiento de un objetivo principal a nivel académico, el cual es, la aplicación de los conocimientos adquiridos durante mi formación académica en situaciones específicas que requieren de mi competencia profesional en los diferentes campos de la ingeniería mecánica.

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3. MARCO TEÓRICO Para el desarrollo del siguiente trabajo se tendrán en cuenta diferentes temáticas de ingeniería mecánica, las cuales nos proporcionan claridad conceptual y un correcto procedimiento en el análisis matemático.

3.1 SISTEMA DE VAPOR

“Un sistema de vapor inicialmente es generado en una caldera a partir de la utilización de un combustible, generalmente un derivado del petróleo o biomasa, como medio aportante de energía, para transformar el agua en vapor a determinada presión y temperatura. Luego de ser generado y debido a su presión puede ser transportado al equipo o proceso consumidor sin necesidad de utilizar algún medio mecánico por ejemplo una bomba”1. En el punto de consumo puede ser utilizado para transferir energía en forma de calor en algún proceso de calentamiento. Esta transferencia de calor (calor latente) se basa en la liberación de energía debido al cambio de fase del vapor de agua a agua líquida (condensado). El vapor también puede ser utilizado para generar trabajo, aprovechando la presión del vapor generado en la caldera para producir movimiento. Para el primer caso la aplicación más común es un intercambiador de calor y para el segundo caso una locomotora (pistón) o turbina de vapor para generar electricidad. A parte de ser fácil de transportar por medio de una red de tuberías, el vapor es un excelente medio de transporte de energía, aunque también presenta algunas limitantes como la generación de condensado en las redes, en muchas ocasiones con problemas de corrosión. Adicionalmente el agua con que se genera el vapor debe presentar determinadas características en cuanto a calidad, siendo necesario adecuarla utilizando sustancias químicas.

1 Sistema de Información de Eficiencia Energética y Energías Alternativas [en línea]. Colombia:

Bogotá, D.C. 2007. [Consultado 01 de Abril de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Eure/5/inicio.html

http://www.si3ea.gov.co/Eure/5/inicio.html

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3.2 RECUPERACIÓN DE CONDENSADO

“Todo proceso térmico donde se utiliza vapor como fluido calefactor produce o forma condensado. La presencia de éste en el circuito de vapor puede bajar el rendimiento térmico de la instalación o averiar elementos del circuito por el fenómeno de martillo de agua ¨Water Hammer¨, siendo por ello necesario evacuarlo”2. En un inicio, el condensado fue retirado ya fuera abriendo una válvula periódicamente para purgarlo o dejando una válvula ligeramente abierta todo el tiempo mientras que, al mismo tiempo, se fugaba vapor. Retirar el condensado operando una válvula manualmente no es solo muy molesto, sino que también se fuga vapor, además es ineficiente ya que el condensado no es recuperado. Por ello mientras que el número de aplicaciones que utilizan vapor crecía, fue desarrollada una válvula para retirar automáticamente el condensado y construir una red que permitiese la recuperación de este para ser reutilizado. La primera trampa de vapor que hizo su aparición fue una de tipo cubeta invertida, desarrollada en la primera mitad del siglo XVIII. Los tipos desarrollados en los primeros años de las trampas de vapor fueron de expansión metálica en la década de los 60´s del siglo XVIII, después llegó la de tipo impulso un poco más adelante en la década de los 30´s del siglo XIX y finalmente en la década de los 40´s, del mismo siglo, fueron desarrolladas las de tipo disco, con las cuales todos estamos familiarizados. La última tecnología es la trampa de flotador libre, que por primera vez se puso en servicio en el año de 1966.

2 Ibíd., Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Eure/5/inicio.html


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3.3 TRAMPAS DE VAPOR

Se utilizan para desalojar condensado de las líneas de distribución o a la salida de los intercambiadores de un equipo consumidor. Estas abren en presencia de condensado y cierran en presencia de vapor. Garantizan el buen funcionamiento de tuberías y elementos de la red y contribuyen al uso eficiente de la energía. Se pueden clasificar según su ubicación en el sistema de vapor o según su forma de operación.

3.3.1 Clasificación Según su Ubicación.

3.3.1.1 Trampas en la red. Ubicadas en la red de distribución de vapor en lugares donde se produce fácilmente el condensado, por ejemplo depósitos o bolsillos y tramos de tubería con reducciones, también suelen ubicarse trampas al menos cada 30 metros ya que el vapor que circula pierde energía con el ambiente y puede condensarse. Estas trampas protegen los diferentes elementos de la red contra el efecto martillo (wáter hammer), producido por el choque del condensado a alta velocidad. 3.3.1.2 Trampas de proceso. El vapor que ingresa al equipo o proceso demandante de energía cede su calor latente transformándose en condensado. Este debe ser desalojado para evitar pérdidas de calor e inundación del serpentín o intercambiador de calor. Para ello se ubican trampas de vapor a la salida del equipo de intercambio de calor. 3.3.1.3 Trampas de circuito de calentamiento. Algunas redes de transporte y distribución de líquidos requieren el calentamiento continuo del fluido para mantener bajos niveles de viscosidad haciendo posible el bombeo. Para mantener estas temperaturas se ubican serpentines con circulación de vapor arrollados a la tubería o red de bombeo, el que se transforma en condensado al ceder su energía y posteriormente ser desalojado del sistema mediante la instalación de trampas.

3.3.2 Clasificación según su operación.

3.3.2.1 Mecánicas. Las trampas mecánicas trabajan con el principio de diferencia entre la densidad del vapor y la del condensado. Por ejemplo, un flotador que asciende a medida que el nivel del condensado se incrementa, abriendo una válvula, pero que en presencia del vapor la mantiene cerrada o una trampa de balde invertido que en presencia de vapor asciende por la fuerza ejercida por el

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vapor cerrando la válvula y abre cuando se encuentra con presencia de condensado. 3.3.2.2 Termostáticas. Las trampas termostáticas operan por la percepción de la temperatura del condensado. Cuando la temperatura cae a un específico valor por debajo de la temperatura del vapor, la trampa termostática abrirá para liberar el condensado, entre ellas se encuentran las bimetálicas que opera por la diferencia de coeficiente de expansión térmica entre varillas que se encuentran unidas, y que empujan un vástago según la temperatura que censan. 3.3.2.3 Termodinámicas. Las trampas Termodinámicas operan con la diferencia entre el flujo del vapor sobre una superficie, comparada con el flujo del condensado sobre la misma superficie. El vapor o el gas fluyendo sobre la superficie crean un área de baja presión. Este fenómeno es empleado para mover la válvula hacia el asiento y así cerrar su paso. 3.4 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

En el estudio de la termodinámica sabemos, que el calor es energía en tránsito que tiene lugar como resultado de las interacciones entre un sistema y sus alrededores, debido a una diferencia de temperatura. La termodinámica clásica trata con sistemas en equilibrio, de modo que puede predecir la cantidad de energía requerida para que un sistema dado, cambie de un estado de equilibrio a otro, pero no puede predecir que tan rápido tendrá lugar dicho cambio, puesto que este sistema no está en equilibrio durante el proceso. Es en este punto donde la transferencia de calor juega un rol complementario de la termodinámica, dándonos información acerca de la naturaleza de las interacciones entre el sistema y medio y de la velocidad con la que dichas interacciones se producen. A continuación, se abordan los tres mecanismos básicos de la transferencia de calor, los cuales son: conducción, convección y radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee la temperatura más elevada hacia uno de temperatura más baja. Enseguida se dará una breve descripción de cada uno de los mecanismos anteriormente nombrados. Conducción. Es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de las interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los

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sólidos, líquidos y gaseosos. En los líquidos y gases la conducción se debe a las colisiones y a la difusión de las moléculas durante el movimiento aleatorio. En los sólidos se debe a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una retícula y al transporte de energía por parte de los electrones libres.

Convección. Es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacentes, que están en movimiento y comprende los efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Radiación. Es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas o fotones, como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas, viajando a la velocidad de la luz y propagándose a un en el vacío. Otro tema importante concerniente a la transferencia de calor son los aislantes térmicos los cuales son fundamentales para el diseño del horno ya que estos representan menos pérdidas de energía. Aislantes Térmicos. Son materiales o combinaciones de materiales que se usan principalmente para suministrar resistencia al flujo de calor, cabe decir que el aislamiento no elimina la transferencia de calor; simplemente la reduce. La mayor parte de ellos son materiales heterogéneos, los cuales tienen baja conductividad térmica y contienen bolsas de aire. Esto no es sorprendente, ya que el aire tiene una de las conductividades térmicas más bajas y se dispone de él con facilidad.

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4. OBJETIVOS

4.1 GENERAL

Mejorar la red de recuperación de Condensados en la línea uno de vulcanización de la Compañía Michelin Colombia. 4.2 ESPECÍFICOS

Obtener datos detallados de las condiciones y equipos instalados

actualmente.

Realizar análisis energético del actual sistema de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización.

Realizar análisis de las trampas.

Analizar el dimensionamiento de la tubería.

Minimizar los costos de combustible y agua tratada empleada en el proceso de vulcanización.

Disminuir el impacto ambiental.

Evaluación termo-económica del sistema de recuperación de condensados

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5. EVALUACIÓN Y ESTUDIO DEL DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS

5.1 REVISIÓN DE PLANOS DE DISTRIBUCIÓN DEL SISTEMA DE

RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS

La figura 1, muestra el esquema simplificado del sistema de recuperación de condensados de la Compañía Michelin Colombia, el cual al ser revisado físicamente en planta, se aprecio que este no contiene la totalidad de los componentes instalados actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización, por tal motivo se realizo un nuevo esquema figura 2, actualizando solo el sistema de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización. Figura 1. Esquema del sistema de recuperación de condensados

Fuente: Colombia: MICHELIN, 2011

30

Figura 2. Esquema actualizado del sistema de recuperación de condensados

31

5.2 DETALLADO DE LOS ELEMENTOS DE LAS LÍNEAS DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADO

Para iniciar se debe conocer como está conformado el sistema de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización de la línea uno de la planta MICHELIN, por lo tanto los anexos 1 a 11, muestran los elementos típicos instalados que conforman estas líneas, las cuales son siete en totalidad para cada prensa de vulcanización, y han sido nombradas de la siguiente forma de acuerdo a su ubicación en el sistema de la prensa (Véase figura 2): Plato Vaporal Superior lado A

Plato Vaporal Inferior lado A

Plato Vaporal Superior lado B

Plato Vaporal Inferior lado B

Vejiga de Conformación lado A

Vejiga de Conformación lado B

Separador de vapor

Se aclara que los datos en los anexos 1 a 11, son tomados en planta durante las prensas de vulcanización en operación, por lo tanto las longitudes de tuberías son aproximaciones, debido a la dificultad que genera realizarlas en estas circunstancias.

32

6. CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA DEL SISTEMA ACTUAL DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS

En esta etapa se busca determinar posibles anomalías en el comportamiento de los consumos de gas natural a través del tiempo comparando producciones y consumos pasados con los actuales o los más recientes, identificando mejoras o desaciertos en las políticas productivas y energéticas tomadas en el pasado. Para poder caracterizar energéticamente el sistema de recuperación de condensados, se utilizaran las siguientes herramientas:

Diagrama de Pareto Gráficos de Control Gráfico de consumo y producción en el tiempo Gráfico de consumo – producción Diagrama índice de consumo – producción Gráfico de tendencia o de sumas acumulativas

En la actualidad la compañía Michelin de Colombia presenta registros del consumo de energía, gas y agua, basadas en consumos totales de las áreas, pero no cuenta con consumos individuales para cada prensa de vulcanización, de modo que la caracterización energética será realizada bajo el concepto de una gran prensa analizando sus consumos por meses. La totalidad de la información de la caracterización energética realizada es entregada en un CD (para el documento de tesis en la biblioteca, abrir el archivo CARACTERIZACION ENERGETICA que se encuentra en el mismo CD), ya que los datos y el contenido como tal, son de gran extensión, que al ser plasmados en este documento, requieren ser reducidos de tamaño lo que no facilitaría su entendimiento, por la dificultad de visualización.

33

7. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE LAS ETAPAS ANTERIORES PARA DETERMINACIÓN DE MEJORAS EN EL SISTEMA

Con la información de los anexos 1 a 11, se procederá al análisis correspondiente a cada elemento y sistemas de elementos de las líneas de recuperación de condensados, para determinar si es correcta la selección, dimensionamiento e instalación realizada de estos, para posteriormente en la siguiente etapa de análisis proponer los aspectos técnicos necesarios para mejorar la eficiencia del sistema de recuperación de condensado. Como anteriormente fue descrito las prensas de vulcanización presentan siete líneas de recuperación de condensados, de las cuales la línea de la vejiga de conformación no será realizada, debido a que esta es un diseño propio de la prensa que no emplea trampas de vapor y que requiere unos componentes que permiten una descarga rápida de los condensados para minimizar tiempos de operación. Por otra parte se observo que en algunas prensas a esta línea de recuperación de condensados es realizada una pierna colectora de la cual instalan otra línea de recuperación de condensados Figura 3. Este tipo de instalación no es requerida, ya que es realizar una línea de recuperación de condensados a otra línea de recuperación de condensados, por lo tanto, esta línea de recuperación no es necesaria y por tal motivo no será analizada. Figura 3. Línea de Recuperación de Condensados Vejiga de Conformación

PRENSA NAF-21

Una vez aclarado lo anterior, se procederá al análisis de las cinco líneas de recuperación de condensados mediante un análisis manual, empleando normas, cálculos, tablas y gráficos, y de un análisis con software comercial, lo cual permitirá obtener los más precisos resultados.

Línea de Recuperación de la Vejiga de Conformación

2da Línea de Recuperación de condensados

34

7.1 ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TRAMPAS DE VAPOR INSTALADAS

7.1.1 Análisis manual.

7.1.1.1 Análisis de la Selección de Trampas de Vapor Instaladas. Las trampas típicas seleccionadas que se encuentran instaladas en el sistema de recuperación de condensados y las cuales serán analizadas se encuentran listadas en los anexos 1 a 11. Para determinar la adecuada selección de estas, debemos obtener cierta información necesaria, la cual se obtienen con los siguientes dos factores que conducen al mejor tipo de trampa para una aplicación dada.

Aplicación. La aplicación para la cual será utilizada la trampa de vapor, determina qué tipo de características debe tener esta. El anexo 12, presenta las características de cada trampa de vapor, de las cuales se seleccionaran aquellas que aplican para las prensas de vulcanización y separadores de Vapor. Estudiando detalladamente el anexo 12, se desprende la conclusión de que los diferentes tipos de trampas son intercambiables en muchas aplicaciones, y que no hay una trampa definitivamente mejor que otra. Por lo tanto la preferencia para un tipo de trampa es debido a experiencia práctica que posee el fabricante. Las tablas 1 y 2, son una sección del anexo 13, la cual determina los tipos de trampas recomendadas para la aplicación en prensas y separadores de Vapor. Tabla 1. Selección de trampas de vapor

Fuente: The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011.

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Tabla 2. Selección de trampas de vapor

Fuente: The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011. Modulado o Constante. El cuadro 1, presenta el tipo de suministro de vapor que presenta las prensas de vulcanización. Cuadro 1. Tipo de Suministro de vapor

Separador Constante

Ubicación

Platos Vaporales

Tipo de Suministro

Constante

Una vez obtenido estos dos primeros factores que determina el tipo de trampa a utilizar, se expondrá en la tabla 3 la conclusión de si las trampas instaladas en cada una de las prensas de vulcanización son la selección apropiada.

36

Tabla 3. Conclusión de la selección de las trampas de vapor instaladas Ubicación Tipo Suministro de Vapor Selección

Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica constante Mejor

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica constante Mejor

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica constante Mejor

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica constante Mejor

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Termostatica constante Incorrecta





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido constante Aceptable



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B




Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido constante Aceptable

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido constante Aceptable

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B





Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido constante Aceptable

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°20

No hay Trampa de Vapor (Diseño de Prensa)

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°15


No hay separador






37

Tabla 3. (Continuación) Ubicación Tipo Suministro de Vapor Selección

Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido constante Aceptable




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase



Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido constante Aceptable


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


No hay separador

No hay separador

PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23





Como se puede apreciar en la tabla 3, existe instalación de trampas aceptables (trampa de balde invertido), las cuales requieren un eliminador de aire en paralelo, lo cual no es realizado en la línea de recuperación de condensado de las prensas de vulcanización, siendo esto, junto con el cambio de las trampas de selección incorrecta un punto de mejora a realizar. Ahora se procederá con el análisis de la dimensión de las trampas de vapor, en la cual la selección es correcta y aceptable. Y para aquellas trampas de selección incorrecta o que no se encuentre trampa instalada, se realizara el análisis utilizando la trampa adecuada para la aplicación, la cual es una trampa flotador de bola-Termostática, para posteriormente ser anexada en la sección donde se establecen los aspectos técnicos requeridos para mejoras del sistema. La información siguiente cuadros 2, 4 y 5, es suministrada por la compañía Michelin. Estos datos son de mediciones realizadas con anterioridad a esta tesis

38

mediante medición del contenido de condensado descargado en un recipiente por un periodo de tiempo. Se aclara que estos datos cuentan con una gran confiabilidad por parte de Michelin. Para el caso de la carga del separador de vapor, se realizara un cálculo teórico, ya que para este no se tiene datos por parte de Michelin. 7.1.1.2 Análisis del dimensionamiento de Trampas de Vapor Instaladas. Para determinar la adecuada dimensión de las trampas de vapor instaladas, debemos obtener cierta información necesaria, la cual se obtienen con los siguientes tres factores que conducen al mejor tamaño de trampa para una aplicación dada.

Carga. El cuadro 2, muestra el flujo de condensado que es generado por los puntos de consumo de vapor en las prensas de vulcanización. Cuadro 2. Flujo de condensado

Ubicación Flujo (Kg/h)

Plato Vaporal 14,3

Separador 43,99 (Ver calculo)

PRENSAS NAF-14 A NAF-24

Cálculo de flujo de condensado para la trampa de vapor en el separador. Para obtener el flujo de condensado que se genera en el separador se estimara como un “porcentaje de condensación entre 10% a 20%”3, del flujo másico de vapor que entra en el separador. Para el valor de la velocidad se empleara un valor de 25 m/ser, el cual es empleado en derivaciones de la línea principal de vapor, cumpliendo la regla general para valores de velocidad de vapor saturado medio de 20 m/s a 35 m/s. Regla que es obtenida de los conocimientos adquiridos con respecto a la ecuación de D’Arcy, la cual establece que “la velocidad es un factor importante para el dimensionamiento de las tuberías. Por lo tanto, se deduce que una velocidad razonable podría ser utilizada para un determinado fluido que fluye a través de tuberías, entonces la velocidad podría ser utilizada como un factor de tamaño práctico”4.

3Guía para la conservación de vapor en el drenado de condensados [en línea]. E.U.A.: Armstrong

2011 [consultado el 05 de abril del 2011]. Disponible en internet: http://www.armstronginternational.com/files/products/traps/pdf/n101spanish.pdf 4 The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011.

http://www.armstronginternational.com/files/products/traps/pdf/n101spanish.pdf

39

Cuadro 3. Datos requeridos

Datos Valor

Velocidad del Vapor 25 m/s

Diametro Interior de la Tuberia 0,0243 m Inicialmente se obtendrá el área transversal de la tubería por medio de la ecuación:

Reemplazando:

Una vez obtenido el área transversal de la tubería, es posible obtener el flujo volumétrico de vapor que circula por esta área empleando la ecuación (1):

Donde: Q: Flujo volumétrico V: Velocidad A: Área transversal Remplazando:

Ahora se obtendrá el flujo másico del vapor. Por lo tanto se debe inicialmente obtener el valor del volumen específico del vapor a la presión en que se encuentra.

De la tabla de vapor (Anexo 33), a 20 bares (manométrica):

Remplazando en la ecuación 3:

Un porcentaje de 10% de este flujo másico de vapor será empleado, ya que la tubería presenta un aislamiento de condiciones que asumiremos son optimas, teniendo como base la inspección visual realizada y medición con termocupla de las temperaturas las cuales no son mayores a 50-60 ºC que es la temperatura

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máxima que se maneja en aislamientos para estar dentro de un rango normal de operación. Remplazando:

Contra Presión. El cuadro 4, muestra los valores de presión manométrica a la salida de las trampas de vapor. Cuadro 4. Presión a la salida de las trampas

Suministro de presión. El cuadro 5, muestra el valor de presión manométrica a la entrada de las trampas de vapor. Cuadro 5. Presión a la entrada de las trampas

Presión (bar)

9,6

20

PRESIÓN A LA ENTRADA DE LAS TRAMPAS

(Todas las Prensas)

Ubicación

Plato Vaporal

Separador Factor de Seguridad. La tabla 4. presentan los factores de seguridad empleados para cada trampa de vapor instalada según su ubicación y trampa instalada. Tabla 4. Factor de seguridad


Con los tres factores ( Pe, Ps) que determinan el tamaño de las trampas de

vapor ya obtenidos para cada ubicación en la prensa de vulcanización, el valor del

41

factor de seguridad recomendado y la selección del tipo de trampas a usar, se determinara para la línea de recuperación de condensados de los platos vapórales y separador, si el tamaño de las trampas instaladas son las correctas. A continuación se realizara el análisis en cada uno de los puntos de recuperación de condensados, solo para la prensa NAF-14. Al final en la tabla 5, se presentaran las conclusiones del estado de la dimensión de las trampas instaladas de acuerdo a la información obtenida de cada una de las prensas de la línea uno de vulcanización. Cálculo de Dimensión de Trampas de Vapor prensa NAF-14. El cuadro 6

reúne los factores requeridos para el dimensionamiento de las trampas de vapor, con estos, se ingresará a las fichas técnicas de cada una de las trampas de vapor conforme al tipo de trampa adecuada (Véase anexos 14, 15, 16 y 17), y se selecciona la dimensión de la trampa a instalar.

Cuadro 6. Datos para cálculo de Dimensionamiento

Ubicación Carga (Kg/h) Presion Diferencial (bar)

Plato Vaporal 28,6 9,6

Separador 87,98 20

PRENSAS NAF-14 A NAF-24

Línea de Drenaje de Platos Vapórales. De acuerdo con las condiciones requeridas, la trampa de vapor termostática de referencia BPC32Y instalada, presenta una capacidad de carga de 1050 kg/h a 9.6 bares (véase anexo 14), la cual es 1021.4 kg/h mayor que la carga requerida de 28.6 kg/h.

Línea de Drenaje del Separador. Para esta línea de recuperación de condensados, se determina la instalación de la trampa flotador de bola-Termostática UFT 32-32, después de realizar una revisión de cada una de las características de varias trampas de vapor. Esta trampa de vapor tiene una capacidad de carga de 229 kg/h a 20 bares (Véase anexo 15), la cual es tan solo 141.02 kg/h mayor que la carga requerida de 87.98 kg/h. 7.1.2 Selección y dimensionamiento mediante software. En la actualidad existen software que nos permiten realizar el trabajo de manera más rápida y confiable, por lo tanto en esta tesis no será ajeno el empleo de estas herramientas tecnológicas. Esto nos permitirá tener una mayor certeza de la selección y dimensión adecuada de las trampas de vapor según su aplicación, al realizar una comparación de la selección manual anteriormente realizada con la selección que el software establece.

42

Para las trampas de vapor BPCY y HM34 de la compañía Spirax Sarco se empleara el software proporcionado en la siguiente dirección electrónica: http://www.snapfour.com/ProductTypes.aspx. Para las trampas L21S de la compañía TLV, no fue posible obtener un software de utilización libre, por lo tanto este análisis no será realizado para esta trampa de vapor. Una vez ingresado los datos requeridos por el software (flujo de condensado, factor de seguridad, presión de entrada y salida) este proporciona varios tipos de trampas de vapor que pueden ser empleados, dentro de los cuales encontramos algunos de los tipos de trampas instalados. La tabla 5 presenta la conclusión de la selección y dimensión de las trampas instaladas en cada una de las líneas de recuperación de condensados mediante el empleo del software y realizando una comparación con el método manual.

http://www.snapfour.com/ProductTypes.aspx

43

Tabla 5. Conclusión del dimensionamiento de las trampas de vapor instaladas

Ubicación Tipo Ref.Tamaño

Instalado

Capacidad

Kg/h

Tamaño

Metodo Manual

Tamaño

SoftwareConclusión

Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica BPC32Y 1/2 1050 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y 1/2 1050 1/2 1/2 Corecta

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica BPC32Y 1/2 1050 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica BPC32Y 1/2 1050 1/2 1/2 Correcta

Vejiga Lado AVejiga Lado B

Separador de Fase Flotador UFT-32-32 1/2 741 1/2 1/2 Correcta


Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y 1/2 1050 1/2 1/2 Correcta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido HM34/6 3/4 360 1/2 1/2 Incorrecta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido HM34/5 1/2 170 1/2 1/2 Correcta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PRENSA DE VULCANIZACIÓN NAF- 14 A NAF-24

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°15





44

Tabla 5. (Continuación)


Instalado

capacidad

Kg/h

Tamaño

Metodo Manual

Tamaño

SoftwareConclusion

Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34 1/2 170 1/2 1/2 Correcta


Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 1/2 170 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34 1/2 170 1/2 1/2 Correcta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Flotador UFT 32-32 1/2 741 1/2 1/2 Correcta



Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 1/2 780 1/2 1/2 Correcta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica L21S 1/2 780 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido HM34/5 1/2 170 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 1/2 780 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34 1/2 170 1/2 1/2 Correcta



Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34/5 1/2 170 1/2 1/2 Correcta




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°20

PREN

SA N

°19





45



Instalado

capacidad

Kg/h

Tamaño

Metodo Manual

Tamaño

SoftwareConclusion





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B




Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 1/2 170 1/2 1/2 Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica L21S 1/2 780 1/2 1/2 Correcta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°23




46

De la tabla 5, se puede observar que las trampas seleccionadas son correctas, a excepción de la trampa HM34/6 en la prensa NAF-16. A pesar de esto las trampas BPC32Y, HM34/5 y L21S, no son las óptimas a instalar, ya que su capacidad de descarga es mucho mayor a las requeridas, en otras palabras, están sobredimensionadas. La tabla 6, presenta la conclusión de la capacidad de las trampas instaladas, mostrando en detalle la capacidad requerida y la capacidad que tiene cada una. Tabla 6. Conclusión de la capacidad de las Trampas

Ubicación Tipo Ref.Capacidad

Kg/h

Capacidad

Requerida Kg/hConclusión

Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica BPC32Y 1050 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y 1050 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica BPC32Y 1050 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica BPC32Y 1050 28,6 Sobredimensionada


Separador de Fase Flotador UFT-32-32 229 88,0 Correcta





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido HM34/6 360 28,6 Sobredimensionada



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34 170 28,6 Sobredimensionada


Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 170 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34 170 28,6 Sobredimensionada

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16


PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15





47


Ubicación Tipo Ref.Capacidad

Kg/h

Capacidad

Requerida Kg/hConclusión



Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 780 28,6 Sobredimensionada


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica L21S 780 28,6 Sobredimensionada


Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 780 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34 170 28,6 Sobredimensionada

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34/5 170 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y 1050 28,6Sobredimensionada



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B




Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 170 28,6 Sobredimensionada

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica L21S 780 28,6 Sobredimensionada

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°20







48

7.2. ANÁLISIS DE LA ORIENTACIÓN DE LA INSTALACIÓN DE LA TRAMPA La orientación de las trampas es un punto que debe ser tenido a consideración, ya que este tiene un efecto sobre la operación. Algunas trampas presentan restricciones de orientación en la instalación, las cuales tienen que ver con la construcción de la trampa y su principio de operación. A continuación se presentara las restricciones de orientación de los diferentes tipos de trampas de vapor. 7.2.1 Tipo mecánicas. “Tales como: cubeta o flotador, vienen en dos tipos, uno para tubería vertical y otro para horizontal. Cada tipo solo puede usarse en la orientación especificada. Aún si se instala en tuberías horizontales, la trampa no debe ser instalada boca abajo o de lado”5.

7.2.2 Trampas Termodinámicas. “Estas trampas pueden ser utilizadas en tuberías verticales y horizontales. En particular, las trampas termodinámicas (también conocidas como trampas de disco) se conocen por tener la capacidad de utilizarse sin problemas tanto en tuberías verticales como horizontales”6. Sin embargo, incluso si se instalan en tuberías horizontales, debemos evitar instalar la trampa al revés. 7.2.3 Tipo termostáticas. “La operación de este tipo de trampa está basada en las diferencias de temperatura, por lo que las desigualdades de la temperatura en su parte sensible tienen un efecto adverso en su operación”7. Así que horizontalmente la trampa funciona correctamente realizando una descarga Intermitente, pero verticalmente el condensado es posible que no se mantenga en nivel provocando que la trampa no funcione correctamente realizando una descarga semi-intermitente. Como se puede apreciar se debe tener muy en cuenta la orientación de la trampa en la instalación, ya que, como había sido mencionado anteriormente, esta tiene un efecto sobre la operación. Las fotografías siguientes (figuras 4, y 5), muestran la orientación típica de algunas de las trampas instaladas en la línea uno de vulcanización de la planta MICHELIN, las cuales serán la base de explicación para

5 Orientación en la Instalación de la Trampa [en línea]. México: TLV, 2011 [consultado el 23 de

Noviembre del 2010]. Disponible en internet: http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/trap-installation-orientation.html 6 Ibíd., Disponible en internet: http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/trap-installation-

orientation.html 7 Ibíd., Disponible en internet: http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/trap-installation-

orientation.html

http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/trap-installation-orientation.html






49

la tabla 7, donde se consolidara el resultado de la revisión de la orientación de las trampas en cada una de la prensas en los diferentes puntos de instalación de estas. Figura 4. Trampa en Plato Vaporal superior lado A y B

Figura 5. Trampa en Plato Vaporal Inferior lado A y B

Orientación: CORRECTA

Orientación: CORRECTA Orientación: CORRECTA

Lado A: Lado B:

Orientación: CORRECTA

Lado A: Lado B:

50

Tabla 7. Conclusión de la orientación de las trampas instaladas

Ubicación Ref. Orientación Conclusion

Plato Vaporal Superior Lado A BPC32Y Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado A BPC32Y Horizontal Correcta

Plato Vaporal Superior Lado B BPC32Y Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B BPC32Y Horizontal Correcta


Separador de Fase BPC32Y Horizontal Correcta





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



Plato Vaporal Inferior Lado A HM34 Horizontal Correcta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase


Plato Vaporal Inferior Lado A HM34 Horizontal Correcta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A L21S Horizontal Correcta


Plato Vaporal Superior Lado B HM34 Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B HM34 Horizontal Correcta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B




Plato Vaporal Superior Lado B L21S Horizontal Correcta




No hay Trampas de Vapor (Diseño de Prensa)

PREN

SA N

°19






No tiene Separador

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15

51

Tabla 7. (Continuación) Ubicación Ref. Orientación Conclusión

Plato Vaporal Superior Lado A HM34 Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado A L21S Horizontal Correcta

Plato Vaporal Superior Lado B L21S Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B HM34 Horizontal Correcta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A HM34 Horizontal Correcta




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase



Plato Vaporal Superior Lado B HM34 Horizontal Correcta

Plato Vaporal Inferior Lado B L21S Horizontal Correcta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°24


No tiene Separador

No tiene Separador

PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23





PREN

SA N

°20

7.3 ANÁLISIS DE LAS LÍNEAS DE RETORNO DE CONDENSADO Para el análisis de esta sección se debe tener en cuenta que no solo un conjunto de recomendaciones puede cubrir el trazado de las tuberías de condensado. Mucho depende de la presión de aplicación, las características de la trampa de vapor, y la presión en el retorno de condensado principal. Por esta razón, lo mejor es empezar por considerar lo que hay que lograr para obtener un esquema del diseño que garantice el cumplimiento de las buenas prácticas básicas, así que los objetivos principales son los siguientes:

52

No se debe permitir que se acumule condensado en la planta, a menos que el aparato de vapor utilizando está específicamente diseñado para funcionar de esta manera. Cuando sea este el caso, esta condensación acumulada impedirá el rendimiento y favorecerá la corrosión de las tuberías, instalaciones y equipos.

No se debe permitir que se acumule el condensado en la línea de vapor principal, ya que estos pueden ser recogidos por el vapor de alta velocidad, lo que lleva a la erosión y golpes de ariete en las tuberías.

Una vez conocido estos objetivos se procederá al análisis, el cual será divido en cuatro partes, ya que la línea de retorno de condensados se divide en cuatro tipos básicos, los cuales presentan requisitos y consideraciones diferentes. Estos cuatro tipos básicos se definen y se ilustra en la figura 6. Figura 6. Línea de retorno de condensados

Tipo de línea de condensadoLa línea de condensado

se clasifica para llevar

Linea de drenaje a la Trampa Condensado

Linea de Drenaje desde la Trampa Vapor Flash

Linea Común de Retorno Vapor Flash

Bombeado a Linea de Retorno (No se Muestra) Condensado

7.3.1 Análisis de la línea de drenaje a la trampa. Para el análisis de esta sección agua arriba de la trampa, se debe tener en cuenta que la tubería transporta vapor que ha presentado una pérdida de energía térmica, que permitirá la formación de condensado, el cual deberá ser eliminado de la planta para evitar que surjan problemas como lo son la corrosión y golpes de ariete.

53

Para ello se iniciara analizando la instalación básica requerida de componentes en una línea de drenaje a la trampa. 7.3.1.1 Componentes básicos de instalación. Los componentes básicos de instalación, permiten un control y eliminación optimo de los condensados formados en la línea de drenaje a la trampa, lo cual permite no solo que estos sean eliminados, sino también recuperados ya que los condensados producidos poseen un contenido calorífico que puede ser empleado en otros procesos, reduciendo con ello costos dentro de la generación de calor de la planta de vapor. Las figuras 7, muestra los componentes básicos de instalación Vs los instalados en la línea de drenaje a la trampa de la prensa de vulcanización NAF-14, los cuales serán la base de explicación para la tabla 8, donde se consolidara el resultado de la revisión de los componentes básicos de instalación a la trampa de cada una de la prensas de vulcanización de la línea uno. Figura 7. Línea de Drenaje a la trampa


54

Tabla 8. Conclusión de los componentes básico de instalación a la trampa

Ubicación V.A F Observaciones

Plato Vaporal Superior Lado A Filtro interno en la trampa

Plato Vaporal Inferior Lado A Filtro interno en la trampa

Plato Vaporal Superior Lado B Filtro interno en la trampa

Plato Vaporal Inferior Lado B Filtro interno en la trampa

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Filtro interno en la trampa





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Instalado No instalado

No se analiza (Diseño de Prensa)

No tiene separador

V. A: Valvula de Aislamiento F: Filtro

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15






55

Tabla 8. (Continuación) Ubicación V.A F Observaciones











Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



V. A: Valvula de Aislamiento F: Filtro

PREN

SA N

°20

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°21





No tiene separador

No tiene separador


7.3.1.2 Dimensionamiento de la tubería de drenaje a la trampa. Un eficiente sistema de recuperación de condensados depende mucho de la capacidad adecuada de las líneas de retorno. Cuando estas son muy grandes, los costos de instalación, materiales y costos de montaje aumentan. Además, debido a que su superficie es mayor estas líneas más grandes gastan más calor por radiación y convección. Con líneas de tamaño inferior al adecuado, estas crean caídas de presiones excesivas, pérdidas de energía debido a la fricción de tubería e

56

incremento resultante en la velocidad que puede resultar en un mayor riesgo de golpe de ariete. Para obtener una dimensión de la tubería que sea eficiente, se deberá tener en cuenta que el tamaño de todas las líneas de condensado son una función de: Presión - La diferencia de presión entre un extremo de la tubería y el otro. Esta

diferencia de presión o bien puede promover el flujo, o hacer que se forma vapor flash.

Cantidad - La cantidad de condensado, para ser manipulados. Requisito - ¿Es el condensado líquido o vapor flash predominantemente? Además de lo anterior, en el dimensionamiento de la línea de drenaje a la trampa, lo siguiente será necesario considerar: La tasa de condensación de los equipos siendo drenados en plena carga.

La tasa de condensación de los equipos en el arranque. Para la línea de drenaje a la trampa la velocidad a emplear será de 25 m/seg

Se recomienda que las tuberías de más de 50 m de largo se comprueben por

la caída de presión, para este caso no aplica la comprobación por velocidad. Teniendo en cuenta los datos requeridos, y las consideraciones anteriores se procederá a la realización del cálculo para cada una de las prensas de Vulcanización en los diferentes puntos de recuperación de condensado con tres métodos, los cuales nos permitirán mayor confiabilidad de los resultados. El primer método será realizado mediante cálculos manuales empleando ecuaciones, normas y tablas, el segundo método será realizado mediante una tabla suministrada por Spirax Sarco y el tercero mediante un software. Los cálculos mostrados a continuación corresponden solo para la prensa de vulcanización NAF-14, y se expondrán los resultados en la tabla 10, para las demás prensas incluyendo la prensa NAF-14. Primer método prensa NAF-14.

Línea de Drenaje a la trampa (Platos Vapórales). Inicialmente se obtendrá el flujo volumétrico del vapor, por lo tanto, se debe obtener el valor del volumen específico del vapor a la presión en que se encuentra. De las tablas de vapor (Anexo 33) a 9.6 bar (manométrica):

57

Por lo tanto, remplazando en la ecuación de flujo volumétrico (3):

Ahora de la ecuación de continuidad (1), obtenemos:

Despejando r, de la ecuación (2):

Como se puede apreciar el diámetro requerido es de 6.10 mm de diámetro, pero se seleccionara un diámetro de tubería de 15 mm de acuerdo al diámetro comercial según la norma estándar ANSI-SCHEDULE 40. (Véase anexo 37). Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas.

Línea de Drenaje a la trampa (separador). Nuevamente iniciaremos obteniendo el flujo volumétrico del vapor. Por lo tanto se debe obtener el valor del volumen específico del vapor a la presión en que se encuentra. De las tablas de vapor (Anexo 33) a 20 bar (manométrica):

Ahora se realiza el mismo procedimiento de cálculo de los platos vapórales, obteniendo como resultado:

Como se puede apreciar el diámetro requerido es de 7.69 mm de diámetro, pero se seleccionara un diámetro de tubería de 15 mm conforme anexo 37. *

* Diámetro comercial según la norma estándar (ANSI-SCHEDULE 40) más cercano

58

Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas. Segundo método prensa NAF-14. En este método se determinara el diámetro

requerido en la línea de drenaje a la trampa, empleando la tabla anexo 19.

Tabla 9. Sección de Anexo 19.

De la tabla 9, se obtiene que una tubería de 15 mm de diámetro tiene una capacidad de 100 Kg/h a una velocidad de 25 m/seg, la cual excede las capacidades requeridas en 85.7 Kg/h para los platos vapórales y 56.01 Kg/h para el separador, de modo que se podría considerar una tubería de menor tamaño; pero como anteriormente se expuso el menor diámetro de tubería comercial es de 15 mm. Por lo tanto la tubería de diámetro 15 mm será seleccionada, para los platos vapórales, y separador. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas. Tercer Método Prensa NAF- 14. Los cálculos se realizaran con el software

suministrado por la compañía Spirax Sarco en la siguiente dirección electrónica: http://www.spiraxsarco.com/us/resources/calculators/pipes/sizing-new-pipes.asp Los datos requeridos por el software son los establecidos en los cuadros 2, 4 y 5 anteriormente presentadas. Para el dato de la velocidad del condensado, se empleara 25 m/seg.

http://www.spiraxsarco.com/us/resources/calculators/pipes/sizing-new-pipes.asp

59

Figura 8. Cálculo diámetro de tubería a la trampa platos vapórales

Conforme a los requerimientos del sistema, el resultado obtenido con software del diámetro de la tubería a instalar, es 6.09 mm. Pero se muestra una nota donde establece que el diámetro requerido no está disponible en la norma seleccionada por lo tanto, tal como se determino con anterioridad el diámetro a instalar será de 15 mm según anexo 37, ya que es el diámetro comercial según norma estándar seleccionada ANSI-SCHEDULE 40. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas. Figura 9. Cálculo diámetro de tubería a la trampa separador

El resultado obtenido de lo diámetro para la vejiga de conformación es 7.68 mm. Pero nuevamente se muestra la nota estableciendo que el diámetro requerido no está disponible en la norma seleccionada, por lo tanto el diámetro a instalar será de 15 mm según anexo 37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas.

60

Tabla 10. Conclusión del dimensionamiento de la tubería de drenaje a la trampa

Ubicación Carga

(Kg/h)

Presion

(bar)

ø Calculado

(mm)

ø seleccionado

(mm)ø Instalado

Plato Vaporal Superior Lado A 14,3 9,6 6 15 Correcto

Plato Vaporal Inferior Lado A 14,3 9,6 6 15 Correcto

Plato Vaporal Superior Lado B 14,3 9,6 6 15 Correcto

Plato Vaporal Inferior Lado B 14,3 9,6 6 15 Correcto


Separador de Fase 43,99 20,0 6 15 Correcto





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

No tiene Separador

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15

No se realiza (Diseño de la Prensa)






61


Ubicación Carga

(Kg/h)

Presion

(bar)

ø Calculado

(mm)

ø seleccionado

(mm)ø Instalado











Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°21

No se realiza (Diseño de Prensa)





PREN

SA N

°20

PREN

SA N

°22

No tiene Separador

No tiene Separador

7.3.1.3 Longitud de la tubería a la trampa. La longitud de la tubería a la trampa se divide en dos secciones, una tubería inicial de longitud vertical y una segunda con una longitud horizontal. Los cálculos de las longitudes de estas tuberías que se realizaran a continuación solo corresponderán a cada uno de los puntos de recuperación de condensado de la prensa de vulcanización NAF-14. Para las demás prensas, los cálculos no serán presentados, ya que, estos presentan la misma secuencia de cálculos que se empleo en la prensa NAF-14, por lo tanto, solo se expondrán los resultados obtenidos en el tabla 12.

62

Longitud Vertical. En plantas que usan vapor de agua, el tubo de la conexión de condensado debe caer verticalmente durante unos 10 diámetros de tubería a la trampa de vapor. Este se asegurará que los aumentos repentinos de condensado no se acumulan en la parte inferior de la planta con sus correspondientes riesgos de corrosión y golpes de ariete. También ofrecerá una pequeña cantidad de carga estática para ayudar a eliminar el condensado durante el arranque cuando la presión de vapor puede ser muy baja. El valor de la caída vertical que se obtendrá a continuación, aplicara para todas las líneas de condensado de las prensas NAF 14 a NAF 24, ya que los cálculos del diámetro de las líneas de descarga de condensados de estas, presento un diámetro común para todas de 15 mm.

Longitud Horizontal. Luego de la caída, la línea de drenaje a la trampa debe correr horizontalmente, con una caída en la dirección del flujo para garantizar que el condensado fluya libremente (“En líneas más cortas, la caída debe ser perceptible a simple vista, en líneas más largas, la caída debe ser de 1:70, es decir, caída de 100 mm cada 7 metros). Y lo ideal sería que se mantenga a una longitud no más de 2 a 3 metros”8.Ya que larga líneas de drenaje de la planta a la trampa de vapor puede llenar con vapor la línea y evitar que el condensado llegue a la trampa. Este efecto se denomina bloqueo de vapor.

Longitud mínima horizontal. Para determinar la longitud mínima requerida de la Línea de Drenaje a la Trampa de vapor instalada, teniendo en cuenta que no exceda los 2 metros, se requiere lo siguiente:

Caudal (Kg/s) Calor especifico del condensado (agua = 4.19 KJ/Kg °C) Temperatura de descarga de la trampa Temperatura de saturación del vapor Presión de Trabajo Transferencia de calor al medio ambiente de la línea de drenaje

8 The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011.

63

- Línea de Drenaje Platos Vapórales. Los valores de los datos requeridos son:

Cuadro 7. Datos para cálculo de longitud mínima horizontal

Tipo de Dato ValorUnidad

de medida

Caudal 0,00397 Kg/s

Cp del condensado 4,19 KJ/Kg°C

T descarga de la trampa 170,55 °C

T saturacion del vapor 182,55 °C

Presion de trabajo 9,6 bar Dependiendo a que temperatura descarga la trampa usada, la línea de drenaje tiene que emitir calor suficiente para que el condensado a la salida de la maquina este a temperatura de saturación. La pérdida requerida en la línea de drenaje se puede calcular de con la ecuación:

(4) Donde:

= Tasa de transferencia de calor promedio (kw)

= Flujo de masa del condensado (kg / s)

= Calor específico del fluido secundario (kJ / kg K) o (kJ / kg ° C) = 4.19 kJ/kg°C para el agua

= Es la diferencia entre la temperatura que libera la trampa y la temperatura de saturación del vapor (K o ° C) Remplazando:

Esta pérdida de calor se logrará de la media de temperatura de condensación a lo largo de la línea de drenaje.

Donde:

Media de la Temperatura de condensación en la línea de drenaje Remplazando los valores:

64

Ahora se requiere calcular el área de transferencia requerido para facilitar la pérdida de calor. Esta pérdida se obtiene con la ecuación:

Dónde:

: El calor transferido por unidad de tiempo (W (J / s)) U : coeficiente global de transferencia de calor (W / m K o W / m ° C) A: Area de transferencia de calor (m2)

T: Es la diferencia entre la media de la temperatura de condensacion y la temperatura ambiente (K o °C) Para poder obtener el valor del area de tranasferencia se debe inicialmente obtener el coeficiente global de transferencia de calor por conveccion (U):

Donde : κ: Conductividad Térmica [W/m °C] D: diámetro de la Tubería [m] Nu: Numero de Nusselt Inicialmente se requiere los siguientes datos: Presión atmosférica local 1 atm Temperatura ambiente 48.0 °C; valor promedio obtenido en campo

Las propiedades del aire a la temperatura de película Tf =(Ts+Tamb)/2= (165+30)/2

= 97.5 °C y a 1 atm son: (Véase anexo 31) κ= 0.030773 W/m °C (k: Conductividad Térmica) Ѵ =2.300 E-05 m²/s; (v= Viscosidad Cinemática) Pr= 0.7116 ; (Pr: Numero de Prandtl)

; ( :Coeficiente de expansión volumétrica)

Ahora para obtener el numero de Nusselt se iniciara obteniendo el numero de Rayleigh, en la cual para este caso la longitud característica es el diámetro exterior del tubo, Lc = 0.015 m. Por lo tanto el numero de Rayleigh queda:

65

Remplazando:

Ahora se obtendrá el número de Nusselt empleando la ecuación:

Remplazando valores:

Entonces, remplazando los valores obtenidos en la ecuación (7):

Como se puede apreciar el valor del coeficiente de transferencia de calor obtenido se encuentra dentro de los rangos de los valores típicos de coeficiente de transferencia de calor por convección. (Véase anexo 18) Para obtener el área de transferencia requerida se despeja el área de la ecuación (6) y se obtiene:

Con el valor del Área de transferencia de calor hallado anteriormente, se busca en la tabla de Áreas de superficie nominales de tubos de acero por metro de longitud (tabla 11), cual es el área de superficie según el diámetro de la tubería de entrada de la trampa de vapor instalada. Para este caso de 15 mm. Tabla 11. Área de superficie nominal para tubos de acero por metro de longitud


66

Con este dato de la tabla se calcula la mínima longitud requerida en la línea de drenaje a la trampa con la siguiente ecuación:

Remplazando valores:

- Línea del Separador. Los valores de los datos requeridos son:

Cuadro 8. Datos para cálculo de longitud mínima horizontal


de medida

Caudal 0,01220 Kg/s

Cp del condensado 4,19 KJ/Kg°C

T descarga de la trampa 214,82 °C

T saturacion del vapor 214,82 °C

Presion de trabajo 20 bar

Para estas líneas de drenaje a la trampa del separador, no es requerida una longitud mínima horizontal, ya que las trampas instaladas descargan los condensados a temperatura de saturación. Solo se recomienda no exceder la longitud de 2 a 3 metros, para evitar el efecto de bloqueo de vapor y reducir las pérdidas de calor innecesarias por trazados extensos.

67

Tabla 12. Conclusión de las longitudes a la trampa

Instalada calculada Conclusión Instalada calculada Conclusión

Plato Vaporal Superior Lado A 0 m 0,15 m Incorrecta 6 m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Inferior Lado A 0,85 m 0,15 m Correcta 1,5 m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Superior Lado B 0 m 0,15 m Incorrecta 5 m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Inferior Lado B 0,85 m 0,15 m Correcta 1,5 m 2,02 m Incorrecta

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase 0,08 m Incorrecta 0,11 m 0 m Correcta



Plato Vaporal Superior Lado B 0 0,15 m Incorrecta 5,5 m 2,02 m Incorrecta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A 0 m 0,15 m Incorrecta 6,5 m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Inferior Lado A 0,85 m 0,15 m Correcta 1,5 m 0 m Correcta

Plato Vaporal Superior Lado B 0 m 0,15 m Incorrecta 6,5 m 2,02 m Incorrecta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase


Plato Vaporal Inferior Lado A 0,85 m 0,15 m Correcta 1,5 m 0 m Correcta



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase 0,09 m 0,15 m Incorrecta 0,11 m 0 m Correcta

Plato Vaporal Superior Lado A 0 m 0,15 m Incorrecta 5 m 0 m Incorrecta


Plato Vaporal Superior Lado B 0 m 0,15 m Incorrecta 6,5 m 0 m Incorrecta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase 0,07 0,15 m Incorrecta 0,11 m 0 m Correcta

Plato Vaporal Superior Lado A 0 m 0,15 m Incorrecta 7 m 0 m Incorrecta


Plato Vaporal Superior Lado B 0 0,15 m Incorrecta 6,5 m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Inferior Lado B 0,85 m 0,15 m Correcta 1,39 m 0 m Correcta




PREN

SA N

°20

Ubicación

No tiene separador

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

Long. Horizontal

Mínima= Calculada

Maxima= 3 m




PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15

Long. Vertical

Mínima = Calculada

Maxima= Sin limite




68


Instalada calculada Conclusion Instalada calculada Conclusion

Plato Vaporal Superior Lado A 0 0,15 m Incorrecta 5 m 0 m Incorrecta

Plato Vaporal Inferior Lado A 0,85 m 0,15 m Correcta 1,5m 2,02 m Incorrecta

Plato Vaporal Superior Lado B 0 0,15 m Incorrecta 5 m 2,02 m Incorrecta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase

Plato Vaporal Superior Lado A 0 0,15 m Incorrecta 5,5 m 2,02 m Incorrecta




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A 0 0,15 m Incorrecta 7 m 2,02 m Incorrecta




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase

Plato Vaporal Superior Lado A 0 0,15 m Incorrecta 5 m 2,02 m Incorrecta


Plato Vaporal Superior Lado B 0 0,15 m Incorrecta 5,5 m 0 m Incorrecta


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°24

Long. Vertical

Mínima = Calculada

Maxima= Sin limite





No tiene separador

No tiene separador

Ubicación PR

ENSA

N°2

2

Long. Horizontal

Mínima= Calculada

Maxima= 3 mPR

ENSA

N°2

1

Como se puede observar en la tabla 12, algunas de las líneas de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización cumplen con las longitudes mínimas o máximas determinadas en los cálculos. Esto en algunas secciones es debido a la geometría y sistema de funcionamiento de las prensa de vulcanización, pero en otras secciones es debido a trazados innecesarios. Por lo tanto, se puede establecer un punto de mejora en el trazado de estas líneas a la trampa. 7.3.2 Análisis de las Líneas de Drenaje desde las Trampas. En la sección de la tubería aguas abajo de la trampa, presenta condiciones diferentes a la tubería aguas arriba, estas condiciones determinan que la tubería llevara tanto condensado como vapor flash a la misma presión y temperatura. Esto se conoce como el flujo de dos fases, y la mezcla de líquido y vapor tienen las características tanto de vapor y agua en proporción a la cantidad que cada uno está presente. Por otra parte esta línea de drenaje desde la trampa también debe correr horizontalmente con una caída en dirección del flujo para mantener el flujo libre de condensado (En líneas más cortas, la caída debe ser perceptible a simple

69

vista, en líneas más largas, la caída debe ser de 1:70, es decir, de 100 mm cada 7 metros).

7.3.2.1 Componentes típicos de instalación. La figura 10, muestra los componentes típicos de instalación en la línea de drenaje desde la trampa. Y en la tabla 13, se consolidara el resultado de la revisión de los componentes básicos de instalación desde la trampa, en cada una de las líneas de drenaje de la prensas de vulcanización de la línea uno (Prensas NAF-14 a NAF-24).

Figura 10. Componentes típicos de instalación desde la trampa

Instalación Típica

70

Tabla 13. Conclusión componentes básico de instalación desde la trampa Ubicación V.C V.A Observaciones











Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


V. C: Valvula Check V. A: Valvula de Aislamiento

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°15






PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°19


No tiene separador

71

Tabla 13. (Continuación) Ubicación V.C V.A Observaciones











Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B



PREN

SA N

°20

V. C: Valvula Check V. A: Valvula de Aislamiento

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°21





No tiene separador

No tiene separador


7.3.2.2 Dimensionamiento de la tubería desde la trampa. Las líneas de descarga de condensados desde las trampas son notoriamente más difícil de dimensionar que las líneas de vapor debido a la característica de flujo de dos fases. En la práctica, es imposible (y muchas veces innecesario) determinar la condición exacta del fluido dentro del tubo. Y a pesar que la cantidad de vapor flash producido está relacionada con la diferencia de presión a través de la trampa, otros factores también tienen un efecto sobre el flujo de dos fases, por lo tanto debido a este gran número de variables, un cálculo exacto del tamaño de la línea sería complejo y probablemente inexacto.

72

Por ello para el dimensionamiento de la tubería de descarga desde la trampa se iniciara obteniendo la proporción en volumen del vapor flash y el condensado en que cada uno está presente, determinando con ello si la base para el cálculo de la dimensión es sensible a las velocidades del vapor o al volumen ocupado por el condensado. La realización del cálculo para cada una de las prensas de Vulcanización en los diferentes puntos de recuperación de condensado se realizara con tres métodos. El primer método será realizado mediante cálculos manuales empleando ecuaciones, normas y tablas, el segundo método será realizado mediante una tabla suministrada por Spirax Sarco y el tercero mediante un software. Estos cálculos se mostraran a continuación solo para la prensa de vulcanización NAF-14, y se expondrán los resultados en la tabla 14, para las demás prensas incluyendo la prensa NAF-14. Primer método prensa NAF-14. Los valores obtenidos a continuación corresponderán a una unidad de parte, es decir un plato Vaporal, un separador. Como cada prensa de vulcanización, presenta cuatro platos vapórales (dos superiores lado A y B, dos inferiores lado A y B), los valores que se obtendrán son iguales para cada uno según la parte.

Base para el cálculo de la dimensión. Se iniciara determinando las proporciones de masa de cada uno de los fluidos presentes en la tubería de drenaje desde la trampa.

- Determinación de la proporción de masa platos vapórales. De las tablas de vapor (Anexo 33): A 9.6 bar (manométrica) hf = 773.86 kJ/kg

A 0 bar (manométrica) hf = 419.06 kJ/kg

A 0 bar (manométrica) hfg= 2256.50 kJ/kg

Para obtener la proporción de la masa se empleara la ecuación:

Donde: P1= Presión inicial P2= Presión Final hf= Entalpia especifica de liquido (kJ/Kg)

73

hfg= Entalpia especifica de la evaporación (kJ/Kg) Remplazando obtenemos:

Proporción de vapor flash= 15.7 %

Por lo tanto si un 15.7 % se convierte en vapor flash, los restantes del 100% de flujo de masa inicial se mantendrán como agua.

Proporción de condensado = 100% - 15.7% = 84.3%

Sobre la base de una masa inicial de 14.3 kg de condensado a 9.6 bar y temperatura de saturación, la masa de vapor flash y de condensado será:

Masa de vapor Flash= 2.25 kg Masa de condensado= 12.05 kg

- Determinación de la proporción por volumen platos vapórales. De la tabla de propiedades del agua saturada (Anexo 33) a 0 bar (manométrica): ρ= 957.9 kg/m³

El volumen ocupado por el condensado =

= 0.013 m³

De las tablas de vapor (Anexo 33) a 0 bar (manométrica):

Vg= 1.6734 m³/kg

El volumen ocupado por el vapor = 2.25 kg x 1.6734 m³/kg = 3.76 m³ Estableciéndolo en porcentaje (%):

El vapor ocupa =

= 99.7% del espacio.

El condensado ocupa =

= 0.3 % del espacio.

- Determinación de la proporción de masa separador. De las tablas de

vapor (Anexo 33):



A 0 bar (manométrica) hfg= 2256.50 kJ/kg

74

Empleando la ecuación (9) obtenemos:


Por lo tanto si un 20.1 % se convierte en vapor flash, los restantes del 100% de flujo de masa inicial se mantendrán como agua.

Proporción de condensado = 100% - 20.1% = 77.8%

Sobre la base de una masa inicial de 43.99 kg de condensado a 20 bar y temperatura de saturación, la masa de vapor flash y de condensado será:

Masa de vapor Flash= 9.76 kg Masa de condensado= 34.23 kg

- Determinación de la proporción por volumen. De la tabla de propiedades del agua saturada (Anexo 33) a 0 bar (manométrica): ρ= 957.9 kg/m³

El volumen ocupado por el condensado =

= 0.004 m³

De las tablas de vapor (Anexo 33) a 0 bar (manométrica):

Vg= 1.6734 m³/kg

El volumen ocupado por el vapor = 0.99 kg x 1.6734 m³/kg = 1.65 m³ Estableciéndolo en porcentaje (%):

El vapor ocupa =

= 99.8% del espacio.

El condensado ocupa =

= 0.2 % del espacio.

La tabla 14, presenta la conclusión de los cálculos realizados en cada uno de los puntos de recuperación de condensados de las prensas NAF-14 a la prensa NAF-24, que comprenden la línea uno de vulcanización de la compañía Michelin de Colombia.

75

Tabla 14. Conclusión de la base para el cálculo de la dimensión

Vapor Flash Condensado

Plato Vaporal Superior e Inferior Lado A y B 99,7 0,3 Vapor

Vejiga Lado A y B

Separador de Fase 99,8 0,2 Vapor


Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B

Separador de Fase 99,8 0,2 VaporPR

ENSA

N°2

1


PR

ENSA

N°1

8


PR

ENSA

N°1

9


PR

ENSA

N°2

0


PR

ENSA

N°1

5P

REN

SA N

°16

PR

ENSA

N°1

7

LINEAS DE DESCARGA DESDE LA TRAMPA (PRENSA N° 14 A 19)

Ubicación % de volumen ocupado Conclusion

(Base para Calculo)P

REN

SA N

°14





76



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B



Vejiga Lado A y B





PR

ENSA

N°2

4

LINEAS DE DESCARGA DESDE LA TRAMPA (PRENSA N° 14 A 19)

PR

ENSA

N°2

3P

REN

SA N

°22

De la tabla 13, se concluye que para todas las líneas de descarga desde la trampa, tienen más en común con el vapor flash, lo cual nos permite emplear para el dimensionamiento la ecuación de continuidad (2), en la cual se establece que la velocidad es un factor importante para el dimensionamiento de las tuberías. De acuerdo a lo establecido anteriormente, y empleando la ecuacion (2). Se determinara el correcto dimensionamiento de las lineas de drenaje desde la trampa.

Cálculo del Diámetro de tubería Platos Vapórales. Con el dato de flujo másico de vapor flash 2.25 Kg/h, presión de salida de 0 bar y velocidad de 25 m/seg, se procederá a los cálculos empleando la ecuación de continuidad (2). Inicialmente se obtendrá el flujo volumétrico del vapor. Por lo tanto se debe obtener el valor del volumen específico del vapor a la presión en que se encuentra. De las tablas de vapor (Anexo 33) a 0 bar (manométrica):

Por lo tanto, empleando la ecuación (3):

77

Ahora de la ecuación (2), obtenemos:

De la ecuación (1), despejamos r:

Como se puede apreciar el diámetro requerido en la línea de drenaje desde la trampa de los platos vapórales es de 7.3 mm. Pero se seleccionara un diámetro de tubería de 15 mm según anexo 37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas.

Cálculo del Diámetro de tubería separador. Con el dato de flujo másico de vapor 9.76 Kg/h, presión de salida de 0 bar y velocidad de 25 m/seg, se procederá a los cálculos empleando la ecuación de continuidad.

Nuevamente se emplea la metodología de cálculo utilizada en los platos vapórales obteniendo:

El diámetro requerido para la línea de drenaje desde la trampa del separador es de 15.20 mm. Pero se seleccionara un diámetro de tubería de 15 mm según Anexo 37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas.

Segundo método prensa NAF-14. Se empleara el método de Dimensionamiento de tubería de condensación de tamaño carta (Véase anexo 21), suministrado por Spirax Sarco y el cual puede ser utilizado para cualquier tipo de tamaño de la línea de condensado, incluyendo:

78

Líneas de drenaje que no contiene vapor flash. Líneas consistentes de flujo de dos fases, tales como líneas de descarga de la trampa, que se seleccionan de acuerdo a las presiones de ambos lados de la trampa.

Los datos que se requieren para la determinación del diámetro de la tubería son:

Carga de condensado que pasa a plena Carga

Presión del Vapor a la entrada de la trampa

Presión de vapor a la salida de la trampa

Datos requeridos: Los cuadros 9,10 y 11, recopilan los datos requeridos que ya fueron calculados con anterioridad. Cuadro 9. Datos requeridos Platos Vapórales

Datos Valor

Caudal masico m ̇ = 2,25 Kg/h

Presion de entrada Pe= 9,6 bar

Presion de salida Ps = 0 bar

Cuadro 10. Datos requeridos Vejiga de conformación

Datos Valor

Caudal masico m ̇= 0,99 Kg/h

Presion de entrada Pe= 20 bar

Presion de salida Ps = 0 bar

Cuadro 11. Datos requeridos Separador

Datos Valor

Caudal masico m ̇= 9,76 Kg/h

Presion de entrada Pe= 20 bar

Presion de salida Ps = 0 bar De acuerdo al grafico anexo 21, los diámetros requeridos para cada punto de recuperación de condensados son: Tabla 15. Diámetros requeridos conforme figura anexo 21.

Ubicación Diametro Unidad

Platos Vaporales 6 mm

Separador 15 mm Nuevamente como se estableció anteriormente, el diámetro a utilizar para los platos vapórales y la vejiga de conformación será de 15mm, según tabla anexo

79

37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas. Tercer método prensa NAF- 14. Los cálculos se realizarán mediante el software suministrado por la compañía Spirax Sarco en la siguiente página: http://www.spiraxsarco.com/esc/Cond_Pipe_Discharge.aspx?country_id=US&lang_id=ENG&pipe_no=1 Los datos requeridos por el software son los establecidos en los cuadros 9, 10 y 11 anteriormente presentados. Para el dato de la velocidad del condensado, se empleara el valor de 1.5 conforme a la tabla anexo 20, que proporciona las velocidades base del agua según el tipo de servicio. Al inicio del cálculo con el software, este presenta una limitante de cantidad de flujo de masa mínimo de 15 Kg/h, este valor para el cálculo excede en 12.75 Kg/h para los platos vapórales, y 5.24 Kg/h para el separador. Se toma la determinación de realizar los cálculos basados en este mínimo valor de flujo de masa, ya que en los cálculos manuales estos presentaron un diámetro de tubería de dimensión muy por debajo de los tamaños comerciales. Lo cual da a esperar que al ser manejado este valor de 15Kg/h de flujo, este no excederá el tamaño mínimo de tubería comercial. Figura 11. Cálculo diámetro de tubería desde la trampa (Platos Vapórales)

http://www.spiraxsarco.com/esc/Cond_Pipe_Discharge.aspx?country_id=US&lang_id=ENG&pipe_no=1

http://www.spiraxsarco.com/esc/Cond_Pipe_Discharge.aspx?country_id=US&lang_id=ENG&pipe_no=1

80

Las condiciones determinan que el diámetro requerido es de 10 mm, pero tal como se estableció con anterioridad el diámetro a utilizar será el de 15mm según tabla anexo 37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas. Figura 12. Cálculo diámetro de tubería desde la trampa (Separador)

Las condiciones determinan que el diámetro requerido es de 10 mm, pero tal como se estableció con anterioridad el diámetro a utilizar será el de 15mm según tabla anexo 37. Obteniendo así el mismo diámetro instalado actualmente en el sistema de recuperación de condensados de las prensas.

81

Tabla 16. Conclusión dimensionamiento de tubería de drenaje desde la trampa

Ubicación Carga

(Kg/h)

Presion

(bar)

ø Calculado

(mm)

ø seleccionado

(mm)ø Instalado

Plato Vaporal Superior Lado A 2,25 17 15,76 15,76

Plato Vaporal Inferior Lado A 2,25 17 15,76 15,76

Plato Vaporal Superior Lado B 2,25 17 15,76 15,76

Plato Vaporal Inferior Lado B 2,25 17 15,76 15,76

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase 9,76 17 15,76 15,76





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Correcto Incorrecto


PREN

SA N

°20

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°15







No tiene separador

82


Ubicación Carga

(Kg/h)

Presion

(bar)

ø Calculado

(mm)

ø seleccionado

(mm)ø Instalado





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Correcto Incorrecto

PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°24

No tiene separador

No tiene separador





7.4 ANÁLISIS DE LA LÍNEA COMÚN DE RETORNO Donde el condensado de más de una trampa fluye al mismo punto de recogimiento como un receptor de ventilación, es habitual contar con una línea común en la cual líneas de descarga de trampas individuales son unidas. La Línea uno de Vulcanización de la compañía Michelin, tiene instalado actualmente dos líneas comunes de retorno para la recolección de condensado desde las prensas. La primera es de diámetro 100 mm y la segunda de diámetro 200 mm, las cuales se analizaran a continuación para determinar si estas dimensiones son las correctas. 7.4.1 Diámetro de la tubería. Cuando es necesario conectar varias líneas de descarga de la trampa de los procesos separados en una línea común de retorno y evitar que problemas surjan las siguientes consideraciones y requisitos son necesarios:

“La línea común no debe ser inundada y la pendiente debe estar en la dirección del flujo para un final abierto o un receptor de ventilación, o lo buques de flash si las condiciones lo permiten.

83

La línea común tiene un tamaño basado en la acumulación de los diámetros de las líneas de descarga y estos son de tamaño indicado.”9

Una vez conocida las consideraciones y requisitos, se empleara la siguiente ecuación para determinar el diámetro de la línea común de conexión para la línea de descarga:

7.4.1.1 Línea común Tubería de 100 mm. La figura 13. Muestra el esquema simplificado del ramal de las líneas de retorno de la prensa NAF-14, que descargan en la tubería de 100 mm.

Figura 13. Esquema del Ramal de líneas de Retorno Prensa NAF-14

La tabla 17, muestra el cálculo de los diámetros requeridos para el tramo de tubería común de retorno de condensados que comprende la prensa NAF-14.

9 The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011.

84

Tabla 17. Tramo de línea común de retorno de condensados prensa NAF-14

Linea ø Tuberia (mm)Tamaño de Tuberia

Comercial seleccionada (DN)

A 15 15

B 15 15

C 25

D 15 15

E 25

F 15 15

G 32

H 15 15

J 32

CALCULO DE LA LINEA COMUN PRENSA NAF-14

El cálculo del diámetro de la línea común de retorno de condensados para toda la línea uno de vulcanización, se realiza tal cual como se realizo para la prensa NAF-14, iniciando con el diámetro de 32 mm obtenido como diámetro de inicio de la tubería común y teniendo en cuenta que cada línea de recuperación de condensados presenta una dimensión de 15 mm. Antes de comenzar con el cálculo, se debe tener en cuenta que no solo a esta línea común de retorno de condensados llegan los condensados de la línea uno de vulcanización. A está también llegan los condensados de la línea dos de vulcanización. Por lo tanto, con base a la información suministrada por Michelin y conversaciones de este tema con sus ingenieros, se establece que la línea dos de vulcanización, presenta el mismo flujo de condensados, por ende, las líneas de recuperación de condensados tendrán las mismas dimensiones obtenidas en la línea uno. Teniendo en cuenta lo anterior se procede al cálculo. La figura 14, muestra el esquema simplificado de los ramales de las líneas de retorno de las prensas de vulcanización de la línea uno y dos a la tubería de 100 mm.

85

Figura 14. Ramales de las líneas de retorno de condensados Línea uno y dos

La tabla 18, muestra el cálculo total de los diámetros requeridos en la tubería común de retorno de condensados que comprende la línea uno y dos de vulcanización.

86

Tabla 18. Cálculo de la línea común de Retorno de condensados (100 mm)

Linea Diametro de Tuberia (mm)Tamaño de Tuberia


A 34 32

B Lineas de Retorno Prensa NAF-13 15 C/U

C 47 50

D Lineas de Retorno Prensa NAF-15 15 C/U

E 57 65

F Lineas de Retorno Prensa NAF-12 15 C/U

G 67 65

H Lineas de Retorno Prensa NAF-16 15 C/U

I 75 80

J Lineas de Retorno Prensa NAF-11 15 C/U

K 80 80

L Lineas de Retorno Prensa NAF-17 15 C/U

M 85 80

N Lineas de Retorno Prensa NAF-10 15 C/U

O 90 100

P Lineas de Retorno Prensa NAF-18 15 C/U

Q 95 100

R Lineas de Retorno Prensa NAF-09 15 C/U

S 100 100

T Lineas de Retorno Prensa NAF-19 15 C/U

U 105 100

V Lineas de Retorno Prensa NAF-08 15 C/U

W 110 100

X Lineas de Retorno Prensa NAF-20 15 C/U

Y 115 125

Z Lineas de Retorno Prensa NAF-07 15 C/U

1A 120 125

1B Lineas de Retorno Prensa NAF-21 15 C/U

1C 125 125

1D Lineas de Retorno Prensa NAF-06 15 C/U

1E 130 150

1F Lineas de Retorno Prensa NAF-22 15 C/U

1G 135 150

1H Lineas de Retorno Prensa NAF-05 15 C/U

1I 140 150

1J Lineas de Retorno Prensa NAF-23 15 C/U

1K 145 150

1L Lineas de Retorno Prensa NAF-04 15 C/U

1M 150 150

1N Lineas de Retorno Prensa NAF-24 15 C/U

1O 155 150

1P Lineas de Retorno Prensa NAF-03 15 C/U

1Q 160 200

1R Lineas de Retorno Prensa NAF-02 15 C/U

1S 165 200

1T Lineas de Retorno Prensa NAF-01 15 C/U

1U 170 200

TUBERIA COMUN DE LA LINEA "C" Y "D"

87

Los cálculos realizados determinan que la línea común de retorno de los platos vapórales y separadores de la línea uno y dos de vulcanización debe tener un diámetro inicial de 32 mm, e incrementar hasta los 200 mm. Esto para descargas simultaneas de todas las prensas de la línea uno y dos. Lo cual no sucede, ya que solo doce prensas de vulcanización descargan simultáneamente, esto determina que el diámetro de la tubería común de retorno de condensados a instalar es de 80 mm. De modo que, el diámetro de la tubería común de retorno de condensado de los platos vapórales y separadores instalado actualmente para las líneas uno y dos es el indicado, siendo este de diámetro 100 mm.

7.4.1.2 Línea común Tubería de 200 mm. La figura 15, muestra el esquema simplificado del ramal de las líneas de retorno de la prensa NAF-14, que descargan a la tubería de 200 mm.

Figura 15. Esquema del Ramal de líneas de Retorno Prensa NAF-14

La tabla 19, muestra el cálculo de la línea de retorno para el tramo de tubería común de retorno de condensados que comprende a la prensa NAF-14. Tabla 19. Tramo de línea común de Retorno de condensados Prensa NAF-14

Linea ø Tuberia (mm)Tamaño de Tuberia


A 40 40

B 40 40

C 65

CALCULO DE LA LINEA COMUN PRENSA NAF-14

88

El cálculo del diámetro de la línea común de retorno de condensados para toda la línea uno de vulcanización, se realiza tal cual como se realizo anteriormente y nuevamente se debe tener en cuenta que no solo a esta línea común de retorno de condensados llegan los condensados de la línea uno de vulcanización, a está también llegan los condensados de la línea dos de vulcanización. La figura 16, muestra el esquema simplificado de los ramales de las líneas de retorno de las prensas de vulcanización de la línea uno y dos a la tubería de 200 mm. Figura 16. Esquema de los Ramales de retorno de condensados

La tabla 20, muestra el cálculo total de los diámetros requeridos en la tubería común de retorno de condensados que comprende la línea uno y dos de vulcanización.

89

Tabla 20. Cálculo de la línea común de Retorno de condensados (200 mm)

Linea Diametro de Tuberia (mm)Tamaño de Tuberia


A 57 65

B Lineas de Retorno Prensa NAF-13 40 C/U

C 81 80

D Lineas de Retorno Prensa NAF-15 40 C/U

E 98 100

F Lineas de Retorno Prensa NAF-12 40 C/U

G 113 125

H Lineas de Retorno Prensa NAF-16 40 C/U

I 126 125

J Lineas de Retorno Prensa NAF-11 40 C/U

K 138 150

L Lineas de Retorno Prensa NAF-17 40 C/U

M 149 150

N Lineas de Retorno Prensa NAF-10 40 C/U

O 159 200

P Lineas de Retorno Prensa NAF-18 40 C/U

Q 169 200

R Lineas de Retorno Prensa NAF-09 40 C/U

S 178 200

T Lineas de Retorno Prensa NAF-19 40 C/U

U 186 200

V Lineas de Retorno Prensa NAF-08 40 C/U

W 194 200

X Lineas de Retorno Prensa NAF-20 40 C/U

Y 202 200

Z Lineas de Retorno Prensa NAF-07 40 C/U

1A 210 250

1B Lineas de Retorno Prensa NAF-21 40 C/U

1C 218 250

1D Lineas de Retorno Prensa NAF-06 40 C/U

1E 226 250

1F Lineas de Retorno Prensa NAF-22 40 C/U

1G 232 250

1H Lineas de Retorno Prensa NAF-05 40 C/U

1I 238 250

1J Lineas de Retorno Prensa NAF-23 40 C/U

1K 244 250

1L Lineas de Retorno Prensa NAF-04 40 C/U

1M 250 250

1N Lineas de Retorno Prensa NAF-24 40 C/U

1O 256 300

1P Lineas de Retorno Prensa NAF-03 40 C/U

1Q 262 300

1R Lineas de Retorno Prensa NAF-02 40 C/U

1S 268 300

1T Lineas de Retorno Prensa NAF-01 40 C/U

1U 274 300

TUBERIA COMUN DE LA LINEA "C" Y "D"

90

Los cálculos realizados determinan que la línea común de retorno para las vejigas de conformación de la línea uno y dos de vulcanización, debe tener un diámetro inicial de 65 mm, e incrementar hasta los 300 mm. Esto para descargas simultaneas de todas las prensas de las líneas uno y dos, lo cual no sucede, y como anteriormente se menciono solo doce prensas de vulcanización descargan simultáneamente, por lo tanto esto determina que el diámetro de la tubería común de retorno de condensados a instalar es de 150 mm. De modo que, el diámetro de la tubería común de retorno de condensado de las vejigas de conformación instalado actualmente para las líneas uno y dos, es el indicado siendo este de diámetro 200 mm. 7.5 ANÁLISIS DEL VAPOR FLASH Para nuestro conocimiento el vapor flash se produce siempre que el agua a alta presión (y una temperatura superior a la temperatura de saturación del líquido a baja presión) se le permite bajar a una presión más baja. Como resultado de esta caída de presión, algunos de los condensados volverán a evaporarse (Vapor Flash). Por el contrario, si la temperatura del agua de alta presión es inferior a la temperatura de saturación a la presión más baja, el vapor flash no se pueden formar. Un ejemplo es el caso de condensado que pasa por una trampa de vapor, por lo general es el caso en que la temperatura aguas arriba es lo suficientemente alta como para formar vapor flash. Una vez conocido un poco sobre cómo se produce el vapor flash, es claro que en todo sistema de recuperación de condensado este es formado y como este vapor contiene propiedades caloríficas que pueden ser aprovechadas, un sistema eficiente recuperara y usara este vapor flash. Caso contrario efectuado en la línea uno de vulcanización de la compañía Michelin, ya que las dos líneas comunes de retorno de condensados son venteadas a la atmosfera. Por lo tanto, el revaporizado formado es también enviado a la atmosfera. Esto constituye una pérdida calorífica importante, ya que cada kilogramo de vapor flash que sea usado, es un kilogramo de vapor que no tiene que suministrar la caldera, efectuando una reducción económica como de impacto ambiental. A continuación se realizará el análisis para determinar si es acertada la decisión de no recuperar el vapor flash, tomada por la compañía Michelin de Colombia. ANÁLISIS: Para la recuperación de vapor flash se utiliza un recipiente especial que separa el vapor flash del condensado. Y para que ello sea posible y exitoso, unas condiciones básicas deben ser satisfechas:

91

a) Es esencial contar con un suministro continuo de condensado suficiente de aplicaciones que operan a presiones más altas, para garantizar que el vapor flash sea suficiente y pueda ser liberado para la recuperación económica.

b) Las trampas de vapor y los equipos que son de drenaje deben ser capaz de funcionar satisfactoriamente en contra de la contrapresión aplicada por el sistema de flash.

c) Se debe tener cuidado cuando se intente la recuperación de vapor flash con condensado de los equipos de temperatura controlada. En menos de plena carga, la presión del espacio de vapor se reducirá por la acción de cierre de la válvula de control de vapor. Si la presión del vapor en el equipo se acerca o cae por debajo de la presión de vapor flash especificada, la cantidad total de vapor flash formado será circunstancial, y hay que preguntarse si la recuperación es de merito en este caso.

d) Es importante que exista una demanda de vapor flash de baja presión que sea igual o superior al vapor flash que se produce. Cualquier déficit de vapor flash puede ser aumentado por vapor vivo a partir de una válvula reductora de presión. Si el suministro de vapor flash excede su demanda, la presión excedente se creará en el sistema de distribución de vapor flash, que luego tendrá que tener una salida a los residuos a través de una válvula de surplussing.

e) Es preferible utilizar el vapor flash cerca de la fuente de alta presión de condensación, ya que, tuberías de diámetro relativamente grande se utilizan para transportar el vapor de baja presión, esto con el fin de reducir la pérdida de presión y velocidad, lo que puede significar instalación costosa si el vapor flash tiene que ser conducido a cualquier distancia.

La tabla 21, muestra si las condiciones básicas anteriormente descritas se cumplen en la Línea uno de vulcanización, y de este modo determinar si es de merito el uso del recipiente de recuperación de vapor Flash.

Tabla 21. Condiciones Básicas para Uso de Vapor Flash

Ubicación Condición Numero Satisface

a Si

b Si

c Si

d Si

e Si

Linea Uno

de Vulcanización

92

Como se puede apreciar en la tabla 21, las condiciones básicas se cumplen. Esto determina que es posible la recuperación de vapor flash y por tanto es de merito el uso de un recipiente de recuperación de vapor flash. Esto nos permite continuar con la realización del cálculo de la cantidad de vapor flash que se produce dentro del sistema de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización de la planta MICHELIN, con el fin de establecer la cantidad total de vapor flash que puede ser recuperado y utilizado.

La cantidad de vapor de expansión (vapor Flash) producida en la presión final para la prensa NAF-14, fue determinada con anterioridad. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Platos Vapórales


Sobre la base de una masa inicial de 14.3 kg/h de condensado a 9.6 bar, entonces la cantidad de vapor flash será:

Vapor Flash= 2.25 kg/h

Separador de Vapor


Sobre la base de una masa inicial de 43.99 kg/h de condensado a 20 bares, entonces la cantidad de vapor flash será:


Vejiga de conformación lado A y B

Para este análisis también será tenido en cuenta la línea de recuperación de condensados de la vejiga de conformación. Los resultados obtenidos son:


Sobre la base de una masa inicial de 4.45 kg/h de condensado a 20 bares, entonces la cantidad de vapor flash será:


93

Antes de comenzar el cálculo del total de vapor flash que puede ser recuperado, se debe tener en cuenta nuevamente, que no solo a la línea común de retorno de condensados llegan los condensados de la línea de vulcanización uno. Por lo tanto, para este caso será manejado de igual forma que se realizo para determinar la dimensión de la línea común de condensados.

Donde:

VFP: Vapor Flash Platos Vapórales VFV: Vapor Flash Vejiga de conformación VFS: Vapor Flash Separador 24: Número total de prensas (Prensas de la línea uno más prensas de la línea dos)

Remplazando valores en la ecuación (11) se obtiene:

El análisis anterior determina que se cuenta con una cantidad de vapor flash importante que puede ser recuperado y utilizado. Por tanto se establecerá en el capítulo 4, la instalación del recipiente de recuperación de vapor flash como un punto de mejoramiento del sistema de recuperación de condensados y se determinará su tamaño. 7.6 ANÁLISIS DE ACCESORIOS

7.6.1 Válvula de Aislamiento. La gama de diseños y tipos de válvulas industriales disponibles en el mercado actual, independientemente de marcas y características diferenciadoras de tipo comercial, es muy amplia y ofrece múltiples posibilidades al ingeniero y cualquier persona técnico o comercial que tiene que tomar una decisión acerca de la selección de los correctos equipos para cada escenario. Se debe, por tanto, seguir una secuencia de parámetros a tener en cuenta ante una elección, ya que la selección correcta es importante para asegurar los sistemas más eficaces, económicos y duraderos. Naturalmente todos estos parámetros están influenciados por factores ajenos al aspecto técnico tales como disponibilidad del producto, logística, economía, mantenimiento y otros de similar naturaleza que deben de influir también en la justa elección del producto. Los parámetros mencionados son los siguientes:

94

Función

Consideraciones de Servicio

Opciones de Diseño de Válvulas

Materiales

Criterios comerciales generales Las pautas anteriormente descritas deben de ser finalmente juzgadas por el ingeniero bajo unos criterios comerciales que rigen en el mercado, tales como la disponibilidad y economía. Para realizar el análisis de la selección de la válvula instalada en las líneas de recuperación de condensado de la línea uno de vulcanización, se empleara las tablas suministradas por el proveedor Spirax Sarco (véase anexos 22 y 23), donde se establecen el tipo de válvula a emplear dependiendo de la aplicación, basadas en los parámetros mencionados anteriormente, permitiendo realizar una selección rápida y confiable de las válvulas a emplear. De estas tablas, se puede apreciar que las válvulas de globo y bola pueden ser empleadas para las líneas de recuperación de condensado. De acuerdo a esto se determinara la válvula de bola como la mejor, basando la selección en la función que esta realizara, la cual es de iniciar y detener el flujo con rapidez, lo cual se busca para la aplicación en las líneas de recuperación de condensados. La válvula de Globo se determinara como aceptable, debido a que presenta gran caída de presión y su rapidez de cierre es menor. En la tabla 22, se expondrá la conclusión de si las válvulas instaladas en cada una de las líneas de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización son las apropiadas.

95

Tabla 22. Conclusión de la selección de las válvulas de aislamiento instaladas

Ubicación Tipo de Valvula

Antes de TrampaSelección

Tipo de Valvula

Despues de TrampaSelección

Plato Vaporal Superior Lado A Globo Aceptable Globo Aceptable

Plato Vaporal Inferior Lado A Bola Mejor Globo Aceptable

Plato Vaporal Superior Lado B Bola Mejor Globo Aceptable

Plato Vaporal Inferior Lado B Bola Mejor Globo Aceptable


Separador de Fase Bola Mejor Sin valvula Incorrecta



Plato Vaporal Superior Lado B Globo Aceptable Globo Aceptable

Plato Vaporal Inferior Lado B Bola Mejor Globo Aceptable

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Globo Aceptable Sin valvula Incorrecta

Plato Vaporal Superior Lado A Bola Mejor Bola Mejor

Plato Vaporal Inferior Lado A Globo Aceptable Globo Aceptable

Plato Vaporal Superior Lado B Bola Mejor Globo Aceptable

Plato Vaporal Inferior Lado B Globo Aceptable Globo Aceptable

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Sin valvula Incorrecta Globo Aceptable


Plato Vaporal Superior Lado B Sin valvula Incorrecta Globo Aceptable


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B




No tiene Separador

PRENSAS NAF- 14 A NAF-19

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°15





96


Ubicación Tipo de Valvula

Antes de TrampaSelección

Tipo de Valvula

Despues de TrampaSelección






Separador de Fase Bola Mejor Sin Valvula Incorrecta





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase


Plato Vaporal Inferior Lado A Sin valvula Incorrecta Globo Aceptable


Plato Vaporal Inferior Lado B Sin valvula Incorrecta Globo Aceptable

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Bola Mejor Sin Valvula Incorrecta





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase



Plato Vaporal Superior Lado B Globo Aceptable Bola Mejor

Plato Vaporal Inferior Lado B Globo Aceptable Bola Mejor

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°21






No tiene Separador

No tiene Separador

PREN

SA N

°20

PRENSAS NAF- 20 A NAF-24

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

Una vez que el de válvula más adecuada ha sido elegido, es necesario elegir el tamaño correcto, generalmente las válvulas son de tamaño según el diámetro de la tubería. Sin embargo, es recomendable comprobar que la caída de presión en la válvula (cuando está completamente abierta) está dentro de límites aceptables. Esta caída de presión es una función del coeficiente de flujo de la válvula (o el valor Kv), el caudal y la presión de entrada, y por lo general las hojas de especificaciones de las válvulas contienen datos sobre el valor Kv cuando la válvula está completamente abierta.

97

Para el análisis de las válvulas seleccionadas en las líneas de recuperación de condensados, esta comprobación no es necesaria, ya que el flujo a manejar en los diferentes puntos de recuperación de condensado es muy pequeño, por lo tanto el Kv requerido también lo es, siendo requerida una válvula muy pequeña lo cual no es posible ya que el diámetro de la tubería de recuperación de condensados es de 15mm, de modo que el tamaño de la válvula termina siendo determinado por el diámetro de tubería de la línea de recuperación de condensado. Con ello se determina que las válvulas instaladas en las líneas de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización actualmente instaladas son adecuadas. 7.6.2 Válvula Check. Las válvulas de retención, se instalan en sistemas de tuberías para permitir el flujo en una sola dirección. Son operados totalmente por reacción del movimiento del líquido y por lo tanto no requieren ninguna actuación externa. Su dimensión es determinada por el tamaño de la tubería. Hay varias razones para el uso de válvulas de retención, algunas son:

Protección de cualquier elemento del equipo que puede ser afectado por el flujo inverso, como medidores de flujo, filtros y válvulas de control.

Para comprobar los picos de presión asociados con las fuerzas hidráulicas, por ejemplo, los golpes de ariete. Estas fuerzas hidráulicas puede causar una ola de presión para subir y bajar por la tubería hasta que la energía se disipa.

Prevención de inundaciones. Prevención de flujo inverso en el cierre del sistema. Prevención de flujo por gravedad. El alivio de las condiciones de vacío.

7.6.3 Filtros. En los sistemas de vapor y condensado, los daños en la planta tiende a ser causados por los desechos de tuberías, tales como óxidos, moho, un compuesto para unir, soldadura de metales y otros sólidos. Los filtros son dispositivos que detienen a estos sólidos en el flujo de líquidos o gases, y protegen el equipo de sus efectos nocivos, reduciendo así el tiempo de inactividad y mantenimiento en las plantas. De este modo un filtro debe ser instalado aguas arriba de todas las trampas de vapor, un caudalímetro y una válvula de control. A continuación se mostrara el método de selección, pero no se establecerá análisis en las líneas de recuperación de condensados de la línea uno de vulcanización, ya que en el análisis de los componentes típicos de instalación antes y después de la trampa se obtuvo que las trampas seleccionadas presentan filtros internos. La selección del tipo de filtro a instalar, se realiza con base a los siguientes parámetros:

98

1. Tamaño: Es determinado por el diámetro de la tubería en la cual será instalada.

2. Material: El cual para ciertos fluidos de características corrosivas es necesario materiales especiales.

3. Geometría: Determinada por la geometría de la tubería

4. Conexión: Roscada, bridas y socket para soldadura

5. Tipo de Matiz: Se determina teniendo en cuenta el grado de protección

que se requiere de los desechos de tuberías y otros.

6. Material del matiz: El cual se especifica para aplicaciones especiales.

Una vez obtenidos los parámetros de selección, se emplea la tabla anexo 24, para determinar el tipo de filtro que debe ser instalado. 7.7 ANÁLISIS DEL AISLAMIENTO DE TUBERÍAS Las tuberías que conducen los fluidos sufren pérdidas de calor dependiendo de la de la diferencia de temperaturas de la tubería y el ambiente, está pérdida de calor debe ser reducida ya que corresponde a perder el calor latente del condensado que se está recuperando. Las líneas de recuperación de condensado de la línea uno de vulcanización, no presentan recubrimiento en las tuberías para algunas de las prensas, esto se puede apreciar en la figura 17. Por lo tanto se realizara el cálculo de la pérdida de calor que presentan las tuberías en estas condiciones, pero no se establecerá el cálculo de reducción de las pérdidas de calor si se instala aislamiento, ya que esto será realizado en la sección cuatro, donde se establece los aspectos técnicos necesarios para mejorar el sistema de recuperación de condensados. Figura 17. Líneas de Recuperación Prensa NAF-14 y NAF-15

Prensa NAF-14 Prensa NAF-15

99

El cálculo se realizara para cada una de las prensas de Vulcanización en los diferentes puntos de recuperación de condensado incluyendo la línea de la vejiga de conformación, empleando el software EcoWin, suministrado por centro de diagnostico térmico de la compañía FIBERGLASS COLOMBIA S.A. Estos cálculos se mostraran a continuación solo para la prensa de vulcanización NAF-14, y se expondrán los resultados en la tabla 23 para las demás prensas incluyendo la prensa NAF-14. El valor de la emisividad para los cálculos es de 0.3. Valor que es tomado de la tabla anexo 25, que muestra los valores de emisividad de diferentes superficies. 7.7.1 Línea de recuperación a la trampa prensa NAF-14. Cada una de las líneas de recuperación de condensados, presenta temperaturas de operación diferentes, así como sus diámetros, por lo tanto los cuadros 12, 13, 14, 15 y 16 muestran los datos requeridos para el cálculo del calor disipado en cada una de las líneas y las figuras 18, 19, 20, 21 y 22 presentan los valores de calor disipado de la tubería desnuda.

7.7.1.1 Platos Vapórales. Los datos para el cálculo son listados en el cuadro 32.

Cuadro 12. Datos de entrada Requeridos


de medida

Temperatura Ambiente 30 °C

Temperatura de Operación 182,55 °C

Emisividad 0,3

Diametro Nominal 1/2 pulg

Orientacion Horizontal

Figura 18. Calor disipado platos vapórales

100

7.7.1.2 Separador. Los datos para el cálculo son listados en el cuadro 33.



de medida



Emisividad 0,3



Figura 19. Calor disipado a la superficie Separador

7.7.1.3 Vejiga de Conformación (Línea de Recuperación a la Válvula de Diafragma). Los datos para el cálculo son listados en el cuadro 33.



de medida



Emisividad 0,3

Diametro Nominal 1-1/2 pulg


101

Figura 20. Calor disipado vejiga de conformación

7.7.2 Línea de recuperación desde la trampa. Debido a que la línea común de recuperación de condensados esta venteada a la atmosfera, la temperatura del condensado desde la trampa y desde la válvula de diafragma en los platos vapórales, vejiga de conformación y separador es de 99.97°C, conforme Anexo 33 a 0 bar manométrico.

7.7.2.1 Platos Vapórales y Separador. Los datos requeridos son:

Cuadro 15. Datos de entrada requeridos


de medida



Emisividad 0,3



102

Figura 21. Calor disipado platos vapórales, vejiga de conformación y separador

7.7.2.2 Vejiga de Conformación (Línea de Recuperación a la Válvula de Diafragma). Los datos requeridos son:



de medida



Emisividad 0,3

Diametro Nominal 1-1/2 pulg


Figura 22. Calor disipado Platos Vapórales, Vejiga de Conformación y Separador

103

Tabla 23. Calor disipado en las líneas de recuperación de condensados

Ubicación Perdida de Calor (KW)

Tuberia Hacia la Trampa

Perdida de Calor (KW)

Tuberia Desde la Trampa

Plato Vaporal Superior Lado A 1,41 0,26

Plato Vaporal Inferior Lado A 0,44 0,26

Plato Vaporal Superior Lado B 1,41 0,26

Plato Vaporal Inferior Lado B 0,44 0,26

Vejiga Lado A 0,81 0,81

Vejiga Lado B 0,81 0,81

Separador de Fase 0,026 0,33














Separador de Fase









PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°15

No hay separador

104


Ubicación Perdida de Calor (kW)

Tuberia Hacia la Trampa

Perdida de Calor (kW)

Tuberia Desde la Trampa




























Separador de Fase














Separador de Fase








PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°21

No hay separador

No hay separador

PREN

SA N

AF-

18PR

ENSA

NA

F-19

PREN

SA N

°20

105

8. ASPECTOS TÉCNICOS NECESARIOS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDESADOS

Después de analizado el sistema de recuperación de condensados en su estado actual, se obtuvieron puntos de mejora que permitirán incrementar la eficiencia del sistema y generar ahorros económicos y ambientales. Los análisis que mostraron puntos de mejoras a realizar son los siguientes. 8.1 ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE TRAMPAS

En el análisis realizado de la selección de las trampas, se establece como mejoramiento la estandarización de las trampas de vapor a instalar en cada uno de los puntos de recuperación de condensados. Esto se puede apreciar en la tabla 3, donde se presenta la conclusión de todas las trampas de vapor instaladas. Mostrando que se han instalado trampas de vapor de diferentes tipos las cuales son selecciones aceptables, otras las mejores y otras incorrectas. Para las trampas de cubeta invertida que son una selección aceptable, se requiere la instalación de un eliminador de aire externo en paralelo para ventear eficientemente, ya que estas trampas no permiten una eliminación rápida del aire, que puede producir calentamiento lento y anegación del espacio vapor. Lo anterior se estableció, después de observar que esta instalación no es realizada en las líneas de recuperación de condensados de las prensa de vulcanización, donde son empleadas estas trampas. La instalación del eliminador de aire deberá ser mediante un bypass, el cual deberá colocarse por encima del purgador, ya que si está por debajo, y fuga o se deja abierto, puede que desaparezca el sello de agua haciendo que se desperdicie vapor. El anexo 26, muestra como debe ser realizada la instalación del eliminador de aire, conforme a la explicación realizada. Para la línea de recuperación de condensados del separador, la trampa de vapor termostática BPC32Y, no es la indicada para esta aplicación, de modo que debe ser reemplazada por la trampa flotador UFT 32-32, basando esta decisión en los cálculos y en la revisión de funcionamiento realizada. La revisión en campo del funcionamiento de estas trampas, determino que algunas no presentaban funcionamiento y se encontraban frías, mostrando con ello que el condensado se encontraba obstruido antes de la trampa, lo cual puede causar erosión y golpes de ariete. Esto comprueba que estas trampas no son las indicadas para esta aplicación y por lo tanto se obstruyen. Esta revisión fue realizada con acompañamiento de los ingenieros de CASAVAL S.A. y de la cual los resultados se pueden observar en el anexo 36.

106

El anexo 27, muestra los equipos empleados para la revisión y la tabla 24, expone el estado de funcionalidad de las trampas de vapor en los diferentes puntos de recuperación de condensado de la prensa de vulcanización de la línea uno, información que fue recopilada del Anexo 36. Tabla 24. Estado de Funcionalidad de las Trampas de Vapor

Ubicación Tipo Ref. Estado Observaciones

Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica BPC32Y Conforme

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y Conforme

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica BPC32Y conforme

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica BPC32Y Conforme


Separador de Fase Termosatatica BPC32Y No Conforme Fria



Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica BPC32Y Conforme


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Termosatatica BPC32Y Conforme


Plato Vaporal Inferior Lado A Balde Invertido HM34/6 Conforme



Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase

Plato Vaporal Superior Lado A Termosatatica BPC32Y Conforme




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°15

No tiene separador

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

No tiene trampa (Diseño de la Prensa)




107

Tabla 24. (Continuación) Ubicación Tipo Ref. Estado Observaciones

Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34/5 Conforme


Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 conforme

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34/5 Conforme

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase Termostatica BPC32Y No Conforme Fria



Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S Conforme


Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica L21S Conforme


Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S Conforme

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde Invertido HM34/5 Conforme

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B


Plato Vaporal Superior Lado A Balde Invertido HM34/5 Conforme




Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase





Vejiga Lado A

Vejiga Lado B






Vejiga Lado A

Vejiga Lado B

Separador de Fase



Plato Vaporal Superior Lado B Balde Invertido HM34/5 Conforme

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica L21S Conforme

Vejiga Lado A

Vejiga Lado B







No tiene separador

No tiene separador

PREN

SA N

°24

PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°20

PREN

SA N

°21

PREN

SA N

°19

PREN

SA N

°22

PREN

SA N

°23



108

Con base al análisis realizado del dimensionamiento de las trampas de la línea de recuperación de condensados, se observo un sobredimensionamiento al seleccionar las trampas BPC32Y y L21S para la línea de los platos vapórales. De modo, que lo más apropiado seria realizar el cambio. Pero, esto no será realizado, ya que la utilización de estas trampas proviene de recomendaciones realizadas por casa matriz de Michelin (Michelin Francia), y las cuales han sido validadas por los ingenieros de Michelin Colombia, mediante pruebas de funcionamiento durante meses, siendo estas hasta el momento las de mejor funcionamiento.

Se listaran en la tabla 25, las trampas de vapor que son posibles emplear para la aplicación, pensando en una posible comprobación de estas por parte de los ingenieros de la compañía MICHELIN en un futuro. Tabla 25. Trampas para la línea de Platos vapórales

Tipo Referencia Dimension Capacidad (Kg/h) PMO (bar)

Termostaticas TSS300 1/2 204 20,5

Termostaticas DTS300 1/2 317,5 20,5

Termostaticas MST21 1/2 317,5 21

Termostaticas SPB30LC 1/2 363 30

Termostaticas UBP32 1/2 364 32

Termostaticas LV13N 1/2 180 21

Termostaticas LV21 1/2 700 13

SPIR

AX

SARC

OTL

V

NOTA: La justificación de solo listar trampas de estas dos marcas, radica en el respaldo que poseen y la confiabilidad que exponen los ingenieros de MICHELIN sobre estas. 8.2 ANÁLISIS DE LAS LÍNEAS DE RETORNO

Se deben cambiar e instalar válvulas de aislamiento, válvulas check y filtros en algunas líneas de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización, ya que estas no son las apropiadas para la aplicación o simplemente no se encuentran instaladas. La tabla 26, lista los respectivos componentes a instalar.

109

Tabla 26. Componentes a Instalar en las Líneas de Retorno PRENSA Ubicación Linea a la Trampa Linea Desde la Trampa

NAF-14 Separador OK Valvula de Aislamiento

NAF-15 Separador OK Check y Valvula de Aislamiento




Plato Vaporal Superior Lado A Check Ok

Plato Vaporal Inferior Lado A Check Ok

Plato Vaporal Superior Lado B Check Check

Plato Vaporal Inferior Lado B Check Ok

Separador OK Valvula de Aislamiento

Plato Vaporal Superior Lado A Check Ok

Plato Vaporal Superior Lado B Check Ok

Plato Vaporal Inferior Lado A OK Check

Separador OK Check y Valvula de Aislamiento

NAF-23

NAF-24

Plato Vaporal Inferior Lado A

NAF-22

Otro punto de mejora, es realizar estandarizado del trazado de tubería de las líneas de recuperación de condensados de modo que se cumpla lo siguiente:

Después de las salidas de los platos vapórales y separador se debe realizar

un trazado de tubería de caída vertical de 150 mm, tal como se estableció en el análisis. Esto se asegurará de que los aumentos repentinos de condensado no se acumulan en la parte inferior de los platos, vejiga de conformación y separador con sus correspondientes riesgos de corrosión y golpes de ariete. También ofrecerá una pequeña cantidad de carga estática para ayudar a eliminar el condensado durante el arranque cuando la presión de vapor puede ser muy baja.

En el análisis de la longitud horizontal hacia la trampa, se observo en la línea

de recuperación de condensados de los platos vapórales que estos presentan trazados muy extensos, donde la tubería sube, baja, va de derecha a izquierda, etc. Esto no es necesario ya que el análisis realizado determino que la longitud mínima (Pierna de refrigeración) requerida por la trampa BPC32Y es de 2.02 metros, por lo tanto debe ser corregido este trazado realizado, manteniendo las líneas de drenaje a la trampa entre 2.02 metros y 3 metros. Para tener un claro panorama del ahorro energético que se tendrá al realizar esta mejora, se mostrara en la tabla 27, los valores de pérdida de calor generados por el trazado excesivo que se presenta en la tubería hacia la trampa de los platos vapórales, en cada una de las prensas de vulcanización de la línea uno y los valores de reducción de calor que se tendrán de mantener las líneas no más de 2 metros de longitud. Los cuales al ser sumados dan un valor total de reducción de calor de 29.46 KW.

110

Tabla 27. Pérdida de calor en la tubería hacia la Trampa

Ubicación perdida de calor

(KW)

Logitud Instalada


Longitud de 2 metros

Reducion de Perdida

de Calor (KW)

Plato Vaporal Superior Lado A 1,41 0,35 1,06

Plato Vaporal Inferior Lado A 0,44 0,35 0,09

Plato Vaporal Superior Lado B 1,41 0,35 1,06

Plato Vaporal Inferior Lado B 0,44 0,35 0,09

























PREN

SA N

AF-

18


PREN

SA N

AF-

14PR

ENSA

NA

F-16

PREN

SA N

AF-

17PR

ENSA

NA

F-15

PREN

SA N

AF-

19PR

ENSA

NA

F-20

111


Ubicación perdida de calor

(KW)

Logitud Instalada


Longitud de 2 metros

Reducion de Perdida

de Calor (KW)






Plato Vaporal Inferior Lado A 0,35 0,35 0


Plato Vaporal Inferior Lado B 0,35 0,35 0






Plato Vaporal Inferior Lado A 0,35 0,35 0


Plato Vaporal Inferior Lado B 0,35 0,35 0PREN

SA N

AF-

24PR

ENSA

NA

F-22

PREN

SA N

AF-

21PR

ENSA

NA

F-23

La recuperación de los condensados de los platos vapórales superior e inferior puede ser realizada mediante una solo línea, ya que los diámetros y trampas instalados presentan una dimensión para cargas superiores a las requeridas, con ello se reducirá los costos de instalación (mano de obra y elementos), mantenimiento y las pérdidas totales del calor latente del condensado en los platos vapórales se reduciría en un 50%, incrementando la reducción de calor de 29.46 KW a 36.46 KW.

Para la línea de recuperación de condensados hacia la trampa del separador,

una vez sea realizado el cambio de la trampa BPC32Y a UFT 32-32, esta trampa no requerirá una longitud mínima para su descarga, ya que la trampa UFT 32-32 descarga los condensados a temperatura de saturación. Por lo tanto, para estas líneas solo se recomienda instalar una longitud que no exceda de 2 a 3 metros de longitud. Esto reducirá la pérdida de calor latente que posee el condensado, y evitara que se presente el efecto de bloqueo de vapor. Para ser realizado lo anterior se requiere que también el diseño actual de suministro de vapor a los platos vapórales deba ser cambiado, de modo que sea conectando en serie el plato Vaporal inferior con el superior.

112

Este cambio propuesto, fue revisado en conjunto con el ingeniero Ricardo Riveros de la compañía MICHELIN, y puesto a prueba en la prensa NAF-18, el día 01 de marzo del 2011, con una duración de tres meses. Para determinar el correcto funcionamiento de la prensa con el cambio, se realizaron seguimientos y chequeos diarios del funcionamiento de la prensa en su proceso de vulcanización, operación de trampas y válvulas. Los datos obtenidos de los chequeos de funcionamiento durante el periodo de prueba (tres meses), mostraron resultados satisfactorios. Estos resultados son listados en la tabla 28.

Tabla 28. Resultados de los Chequeos de Funcionamiento Prensa NAF-18

SemanaProceso de

Vulcanizacion

Funcionamiento de

Trampas de Vapor

Funcionamiento

de valvulasObservaciones

Del 01al 06 Conforme Conforme Conforme

Del 07 al 13 Conforme Conforme Conforme





Del 11 al 17 Conforme Conforme Conforme Paro de Planta



Del 02 al 08 Conforme Conforme Conforme Mtto de prensa





PRENSA DE VULCANIZACIÓN NAF- 18

MA

RZO

MA

YOA

BR

IL

8.3 ANÁLISIS DEL VAPOR FLASH En el análisis realizado en la línea uno de vulcanización se pudo observar que no es realizada la recuperación del vapor flash, por el contrario este es venteado a la atmosfera. También se determino que es posible la instalación de un recipiente de recuperación de vapor flash y que existe una cantidad importante de esta que puede ser recuperada y utilizada. Por lo tanto se establece la instalación del recipiente de recuperación de vapor flash como un punto de mejoramiento del sistema de recuperación de condensado, y se determinará su tamaño. El valor total del vapor flash generado por las líneas de vulcanización uno y dos es:

Antes de proceder con el cálculo del dimensionamiento del recipiente de recuperación de vapor flash, es importante localizar el punto donde este vapor será utilizado.

113

8.3.1 Puntos de aprovechamiento. Los siguientes puntos establecidos para el aprovechamiento de este vapor fueron determinados en conjunto con el ingeniero Ricardo Riveros (Ingeniero de Michelin), de acuerdo a la viabilidad de su ejecución. Las propuestas son:

a) Duchas de los operadores de la compañía

b) Maquina calentadora de Membranas

8.3.1.1 Duchas de los operadores de la compañía. Michelin actualmente cuenta con un sistema de calentamiento de las duchas de los operarios, mediante calentadores que utiliza gas natural. Por lo tanto si este sistema es cambiado para que sea calentado por medio del vapor flash recuperado, se eliminaría este consumo de gas natural, reduciendo costos a la compañía. La figura 23, muestra el esquema simplificado de la propuesta.

Figura 23. Esquema de calentamiento de Duchas

8.3.1.2 Maquina calentadora de Membranas. Las membranas son calentadas mediante hornos que son alimentados con vapor vivo, de modo que es posible sustituir este vapor con el vapor flash que será recuperado, reduciendo así los costos de la planta en un 1.4 %. La figura 24, muestra el esquema simplificado de la propuesta.

114

Figura 24. Esquema de calentador de membranas

8.3.2 Dimensionamiento del recipiente de recuperación de vapor flash. Para determinar el tamaño de un recipiente flash, la siguiente información se requiere:

La presión de vapor antes de la trampa que suministra al recipiente.

El caudal total de condensado en el recipiente flash.

La presión del vapor flash en el recipiente. Con esta información, junto con un grafico para recipientes de flash de tamaño carta (véase anexo 28), el tamaño del recipiente se puede determinar. Datos requeridos: El cuadro 17, recopila los datos requeridos para determinar el tamaño del recipiente flash. Cuadro 17. Datos requeridos

Datos Valor

Caudal Total 312 kg/h

Presion antes de la Trampa 20 bar

Presion del Recipiente Flash 1 bar

Con estos datos ingresamos al anexo 28, y seleccionamos el tamaño del recipiente de recuperación de vapor flash para la línea uno de vulcanización. El cual es FV6.

115

8.4 ANÁLISIS DEL AISLAMIENTO Durante el análisis realizado del aislamiento, se observo que las tuberías de las líneas de recuperación de condensados no presenta aislamiento, de modo que, se establece como mejora el instalar el aislamiento a estas tuberías, de tal forma que permita conservar el calor latente del condensado, teniendo en cuenta las características de las trampas de vapor instaladas, generando así un ahorro térmico. La instalación requerida en las líneas de recuperación de condensados en las prensas de vulcanización es la siguiente:

8.4.1 Tubería Hacia la Trampa. Se requiere lo siguiente:

Instalar aislamiento con material Cañuela.

La línea de los platos vapórales no debe ser cubierta con aislamiento, ya que

las condiciones de operación de la trampa instalada requiere de una pierna de refrigeración 2.02 metros para permitir una descarga rápida de los condensados.

Las líneas de la vejiga de conformación deben ser cubiertas con aislamiento. Esto no afectara el diseño de funcionamiento de descarga rápida de los condensados.

Para la línea del separador, una vez realizado el cambio de la trampa BPC32Y por la UFT 32-32, estas deben ser cubiertas con aislamiento, ya que las trampas UFT 32-32 no requieren pierna de refrigeración.

El espesor del aislamiento que permite obtener la mayor eficiencia en reducir

la pérdida de calor en el condensado, será calculado a continuación mediante el software EcoWin de la compañía Fiber Glass. Los resultados obtenidos serán recopilados en la tabla 29.

Tabla 29. Resultado de los espesores Requeridos

Ubicación Espesor (mm) Eficiencia (%)

Vejiga de Conformacion 50,8 92,52


Toda

s la

s

Pren

sas

Mediante la instalación de aislamiento en estas tuberías, se reducirá el calor disipado en la tubería en un valor total de 1.523 KW. Esta reducción del calor disipado para cada línea de recuperación de condensado es mostrada en la tabla 30.

116

Tabla 30. Reducción de la Pérdida de Calor con Aislamiento

Ubicación Perdida de Calor (kW)

sin Aislamiento


aun con aislamiento

Reducion de la

Perdida de Calor

(kW)

Vejiga de Conformacion Lado A 0,81 0,06 0,75

Vejiga de Conformacion Lado B 0,81 0,06 0,75

Separador de Fase 0,026 0,003 0,023TOD

AS

LAS

PREN

SAS

8.4.2 Tubería Desde la Trampa. Se requiere lo siguiente:

El material de aislamiento Cañuela

Las líneas de recuperación de condensado de los platos vapórales, vejiga

de conformación y separador, deben ser cubiertas con un espesor de aislamiento que permita obtener la mayor eficiencia en reducir la pérdida de calor en el condensado. Este espesor del aislamiento será calculado a continuación mediante el software EcoWin, y mostrado los resultados obtenidos en la tabla 31.

Tabla 31. Resultado de los espesores de Aislamiento Requeridos

Ubicación Espesor (mm) Eficiencia (%)

Plato Vaporal 25,4 81,15

Vejiga de Conformacion 38,1 88,96


Toda

s

las

Pren

sas

La instalación de este aislamiento, reduciría el calor disipado en la tubería en un valor total de 24.85 KW. Esta reducción del calor disipado en cada línea de recuperación de condensado es mostrada en la tabla 32.

117

Tabla 32. Reducción de la Pérdida de Calor con Aislamiento


sin Aislamiento


aun con aislamiento

Reduccion de

Perdida de

Calor (KW)

Plato Vaporal Superior e Inferior

Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788

Separador de Fase 0,33 0,016 0,314


Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788



Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788

Separador de Fase


Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788



Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788


PREN

SA N

°18

PREN

SA N

°14

PREN

SA N

°16

PREN

SA N

°17

PREN

SA N

°15

No hay separador

118



sin Aislamiento


aun con aislamiento

Reduccion de

Perdida de

Calor (KW)


Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788



Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788



Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788

Separador de Fase


Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788



Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788

Separador de Fase


Lado A0,26 0,017 0,243


Lado B0,26 0,017 0,243

Vejiga Lado A 0,81 0,022 0,788

Vejiga Lado B 0,81 0,022 0,788

Separador de Fase 0,33 0,016 0,314PREN

SA N

AF-

24PR

ENSA

NA

F-23

PREN

SA N

AF-

22

No hay separador

No hay separador

PREN

SA N

AF-

21PR

ENSA

NA

F-20

PREN

SA N

AF-

19

119

9. CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA 9.1 OBTENCIÓN DE LOS COSTOS ACTUALIZADOS DE AGUA, COMBUSTIBLE Y EFLUENTES Los costos que actualmente la compañía Michelin paga de agua de pozo, combustible y efluentes son indicados en la tabla 32. Estos valores son suministrados por la propia empresa y corresponden al presente año. El costo de efluentes no será analizado, ya que los condensados no están siendo vertidos al alcantarillado público, y algunos de estos están siendo dejados en el interior de las líneas de vapor, incrementando así los riesgos de erosión y golpes de ariete. Tabla 33. Precios combustibles, agua y efluentes

Concepto Valor Unidad

Costo del Agua 500 Pesos/m³

Costo del Gas 806,3 Pesos/m³

Tratamiento Químico al agua 1396 Pesos/m³

9.2 CÁLCULO DE COSTOS DE AHORRO EN SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS El condensado es un recurso valioso el cual aun en pequeñas cantidades es económica y ecológicamente justificable. Cuando se habla de económicamente justificable, se hace referencia a los costos de agua empleados para el suministro de vapor a las prensa, del costo del combustible que se requiere para elevar la temperatura del agua para obtener el vapor requerido por las prensas, a los costos del tratamiento del agua para ser empleado en la caldera, y cuando se habla de ecológicamente justificable se habla de la reducción de emisiones de CO2, siendo

esto referencia al cumplimiento de los requerimientos de la norma ISO 14000, de la cual la compañía Michelin se encuentra certificada. A continuación se realizara la evaluación termo económica del sistema de recuperación de condensados de ser implementadas las mejoras. 9.2.1 Condensado que no es recuperado del separador. El análisis determino que la trampa en el separador de vapor no es la indicada, y al realizar una comprobación de funcionalidad de estas, se encontró que no presentaban funcionamiento y otras no tenían instalado un separador, esto a causa de su

Norma internacionalmente aceptada que expresa cómo establecer un Sistema de Gestión Ambiental (SGA) efectivo. La norma está diseñada para conseguir un equilibrio entre el mantenimiento de la rentabilidad y la reducción de los impactos en el ambiente.

120

inadecuada selección de la trampa y instalaciones incorrectas. Por lo tanto al no estar funcionando o no encontrarse instalado un separador, el condensado no es recuperado y se está perdiendo dinero valioso para la compañía MICHELIN, el cual será calculado y mostrado a continuación. Datos: Cantidad de condensado que no es recuperado= 43.99 kg/h Cantidad de Trampas de los separadores sin funcionalidad= 5 Cantidad de prensas sin instalación de separador= 3

Total de Condensado sin Recuperar= 351.92 kg/h

De acuerdo a la mejora de realizar instalación de aislante térmico en la tubería de recuperación de condensado con un espesor de 38.1 mm, la cual tiene una eficiencia del 87.51 %, este aislamiento garantiza que los condensados llegan de vuelta a la sala de calderas a 87.51°C. La caldera produce 50000 Lb/h (22679,64 kg/h), de vapor las 24 horas al día, 7 días por semana. Los costos de agua de pozo son 500 pesos/m³. La caldera tiene una eficiencia del 81%, dato que es suministrado por MICHELIN y los usos de gas a una tarifa de 806.30 pesos/ m³. Una vez obtenidos los datos anteriores se procede al cálculo del costo de combustible.

9.2.1.1 Cálculo del Costo del Combustible. Cada kilogramo de condensado que no se devuelve al calderin debe ser reemplazado por 1 kg de agua fría de alimentación (24°C), que debe ser calentado a la temperatura de 87.51°C

(T=63.51°C).

Por lo tanto para una instalación en funcionamiento 8400 h/año, la cantidad de condensado recuperado es:

351.92 kg/h x 8400 h/año = 2’956.128 kg/año

De modo que el calor necesario para aumentar la temperatura de 2’956.128 kg de agua fría de alimentación en 63.51°C, se calcula empleando la ecuación:

Donde: Q=Cantidad de energía (kJ)

121

m= Masa de la sustancia (kg) Cp=Calor especifico de la sustancia (kJ/kg °C) (4.19 kJ/kg°C)

T= Diferencia entre la Temperatura del agua de alimentación y la temperatura de retorno de condensado. Reemplazando valores en la ecuación (11):

Q= 786.52 GJ

Si el promedio de eficiencia de la caldera es del 81%, la energía suministrada para calentar el agua de alimentación es:

El poder calorífico del gas natural es 38627 kJ/kg de modo que la cantidad necesaria de este combustible es:

Con un costo de combustible de 806.30 pesos/m³, el valor de la energía en el condensado es:

9.2.1.2 Cálculo del Costo del Agua. La cantidad total de agua necesaria en un año para sustituir el no retorno del condensado es por lo tanto:

Con un costo de agua de 500 pesos/m³, el costo anual de agua es: Costo anual del Agua = 2956.128 m³/año x 500 pesos/m³

Costo anual del Agua =1’478.064 pesos/año

122

9.2.1.3 Cálculo del Costo del tratamiento químico del Agua. Con la cantidad total de agua necesaria en un año para sustituir el no retorno del condensado de 2956.128 m³, obtenemos los costos de ahorro obtenidos:

4’128.608 pesos/año

El costo anual total de recuperar 351.92 kg/h de condensado se muestra en la tabla 34. Tabla 34. Valores potenciales de ahorro de Retorno de los Condensados

Concepto valor

Combustible $ 33.781.438

Agua $ 1.478.064

Tratamiento Quimico $ 4.128.608

TOTAL $ 39.388.110

9.2.2 Reducción de pérdidas de calor en tuberías. De acuerdo a las mejoras planteadas la cantidad final obtenida de reducción de calor en las líneas de recuperación de condensados, siendo estas sumadas para obtener un valor total es mostrada en la tabla 34. Tabla 35. Reducción de pérdidas de calor en tuberías

Ubicación Perdidas de Calor (kW)

Instalación Actual


Instalación de Mejoras

Reducion de la

Perdida de Calor

(kW)

Platos Vaporales 56,64 8,074 48,566

Vejiga de Conformacion 35,64 1,804 33,836


PREN

SAS

NA

F-14

a N

AF-

24

Ahora, con los valores totales de reducción de pérdidas de calor de la tabla 34, se procede a realizar el cálculo de los costos ganados al realizar esta reducción.

9.2.2.1 Cálculo del Costo del Combustible. Para una instalación en funcionamiento 8400 h/año, la cantidad de energía recuperada en el condensado es:

123

Si el promedio de eficiencia de la caldera es del 81%, la energía que tendría que suministrar al agua de alimentación para obtener la cantidad de energía recuperada en el condesado seria:

La cantidad total de energía Recuperada es = 3496.5 GJ/año

El poder calorífico del gas natural es 38627 kJ/kg de modo que la cantidad necesaria de este combustible para obtener 3.157 GJ de energía es:

Con un costo de combustible de 806.30 pesos/m³, el valor de la energía es:

9.2.3 Vapor Flash recuperado. Con anterioridad se obtuvo que el valor total del vapor flash generado por las líneas de vulcanización uno y dos es:

Para una instalación en funcionamiento 8400 h/año, la cantidad de vapor flash recuperado es:

312 kg/h x 8400 h/año = 2’620.800 kg/año

De modo que el calor necesario para convertir 2’620.800 kg de agua fría (24 C) de alimentación en vapor de agua a 100°C, empleando la ecuación (11) y obteniendo

124

de las tablas de propiedades del agua saturada (Anexo 34 ) a temperatura de 100°C, Cp= 2.03 kJ/kg°C, es:

Si el promedio de eficiencia de la caldera es del 81%, la energía suministrada para calentar el agua de alimentación es:

El poder calorífico del gas natural es 38627 kJ/kg de modo que la cantidad necesaria de este combustible es:

Con un costo de combustible de 806.30 pesos/m³, el valor de la energía en el condensado es:

9.2.3.1 Cálculo del Costo del Agua. La cantidad total de agua necesaria en un año para generar este vapor es:

Con un costo de agua de 500 pesos/m³, el costo anual de agua es:

De modo que, el costo del ahorro de recuperar 312 kg/h de vapor flash, de las líneas de recuperación de condensados de las prensas de vulcanización líneas uno y dos es:

125

9.2.3.2 Cálculo del Costo del tratamiento químico del Agua. Con la cantidad total de agua necesaria en un año para sustituir el no retorno del condensado de 2620.8 m³, obtenemos los costos de ahorro obtenidos:

3’660.280 pesos/año 9.2.4 Cotos Totales de Ahorro. El cuadro 36, presenta la totalidad de los ahorros generados al realizar las mejoras en el sistema propuestas. Tabla 36. Valores de ahorro obtenido por mejoras.

Perdidas Ahorro en pesos/año

Condensado no recuperado $ 39.388.110

Perdidad de calor en tuberias $ 121.643.235

Vapor flash no recuperado $ 39.703.730

TOTAL $ 200.735.075

9.3 CÁLCULO DE COSTOS DE INVERSIÓN EN SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS Los costos de inversión que deben ser realizados para mejorar el sistema de recuperación de condensados que permitan obtener los ahorros cuantificados anteriormente son estimado bajo porcentajes y basado en que algunos de estos materiales pueden ser recuperados o ya se tienen fuera de almacén, al igual que para reparación o instalación ser utilizaría mano de obra de la empresa con el fin de reducir costos de instalación. 9.3.1 Recuperación del condensado del separador. Los costos de inversión para la compra de trampas de vapor, separadores, válvulas de aislamiento, válvulas check, filtros, entre otros elementos y el costo de la instalación requeridos en el sistema de recuperación de condensados y con ello recuperar los condensados de los separadores; se estiman en un 40% de los costos de ahorro que se obtienen, siendo estos:

126

9.3.2 Reducción de pérdidas de calor en tuberías. Los costos de inversión de reducir el trazado de las líneas de drenaje hacia la trampa y la instalación de aislamiento térmico nuevo bajo estándares que garanticen una alta vida útil, se estiman como el doble de las perdidas identificadas, siendo estas:

127

10. CONCLUSIONES Reducir las longitudes de tubería hacia la trampa en todas las líneas de

recuperación de condensados de los platos vapórales a 2 metros, recuperar los condensados de los platos vapórales superior e inferior empleando una sola línea de recuperación de condensados, mediante la realización del cambio del trazado de tuberías de suministro de vapor de modo que sea conectado en serie y la instalación de aislamiento en la línea de recuperación de condensados hacia la trampa de 50.8 mm para la vejiga de conformación, 38.1 mm en los separadores y en la línea desde la trampa 25.4 mm para los platos vapórales, 38.1 para la vejiga de conformación y 25.4 mm para los separadores; generan ahorros de energía al reducir el calor disipado en las tuberías en 3496.5 GJ/año equivalentes a $121´643.235 pesos/año.

Recuperar los 312 kg/h de vapor flash que son generados en las líneas de recuperación de condensados de las líneas uno y dos, permiten obtener un ahorro energético de 404.34 GJ/año, un ahorro de agua de 2620.8 m³/año y un ahorro en tratamientos químico al agua de alimentación equivalentes a $3´660.280 pesos/año. Obteniendo un ahorro total de 39’703.730 pesos/año.

Realizar instalación de los separadores de vapor en las líneas de vapor de entrada a la vejiga de conformación de las prensas NAF-16,21 y 23, y realizar el cambio de las trampas de vapor de los separadores de las prensas NAF-14, 17, 18, 19 y 20, las cuales no presentaban funcionamiento debido a una mala selección. Mejora la eficiencia del sistema al obtener un ahorro energético de 786.52 GJ/año, un ahorro de agua de 2956.13 m³/año y un ahorro en tratamientos químicos al agua de alimentación equivalentes a $4´128.608 pesos/año. Teniendo un total de ahorro de 39´388.110 pesos/año.

Realizar cambio de todas las trampas de vapor referencia BPC32Y, empleadas en los separadores, cuya selección no es la apropiada evitara perdidas energéticas por la no recuperación de los condensados como se presento en las prensas NAF-14, 17, 18, 19 y 20.

La reducción de consumo de 214301 m³/año de gas natural, obtenido de los ahorros generados por las mejoras en el sistema reducen las emisiones de CO2e en 434 tonelas al año.

128

BIBLIOGRAFÍA

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http://www.armstronginternational.com/college-of-steam-and-condensate-systems

http://www.armstronginternational.com/college-of-steam-and-condensate-systems

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http://fain.uncoma.edu.ar/prof_tec/mecanic/termodin/fundame_calor.pdf

http://es.scribd.com/doc/7130108/Calculo-Hidraulico-de-Tuberias-PDVSA


http://www.spiraxsarco.com/es/products-services/products/steam-traps.asp


129

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http://www.tlv.com/global/LA/

130

ANEXOS

Anexo 1. Elementos típicos prensa NAF-14

Ubicación Lado A y B Tipo Referencia Dimension cantidad

Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica BPC32Y 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica BPC32Y 1/2" 1

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica BPC32Y 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica BPC32Y 1/2" 1

Vejiga de conformacion Lado A

Vejiga de conformacion Lado B

Separador Termostatica BPC32Y 1/2" 1

No presenta tramapa (Diseño de la Prensa)

Tram

pas

de Vapor

Valvulas

Plato Vaporal Superior Lado AGlobo 2

Check 1/2" 1

Bola 1/2" 1

Globo 1

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Tuberia

Valvulas

Plato Vaporal Superior Lado A


Plato Vaporal Superior Lado B

Plato Vaporal Inferior Lado B

Separador

Vejiga de Conformación Lado A

Vejiga de Conformación Lado B

Plato Vaporal Superior A y Bschedule 40 1/2" x 9,5 m 1

Flexible 1/2" x 1,90 m 1

Plato Vaporal Inferior A y B schedule 40 1/2" x 4 m 1

Vejigade Conformación A y B schedule 40 1-1/2" x 3 m 1

Separador schedule 40 1/2" x 1,5 m 1

Tuberia

Acceso

rios

Plato Vaporal Superior A y B


codo 90° N.A 1/2" 15

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 15

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 5

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Acceso

rios


Instalado en la trampa

Vejigade Conformación


Separador




Plato Vaporal Inferiorrior Lado A




131

Anexo 2. Elementos típicos prensa NAF-15Ubicación Lado A y B Tipo Referencia Dimension cantidad









Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Bola 1/2" 1

Globo 1

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Separador Globo 1/2" 1




Tuberia

Valvulas





schedule 40 1/2" x 11,0 m 1


Plato Vaporal Inferior A y B schedule 40 1/2" x 5,5 m 1





Tuberia

Acceso

rios

codo 90° N.A 1/2" 13

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 12

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 4

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 4

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro





Separador








Acceso

rios

132



Plato Vaporal Superior Lado A Balde HM34 1/2" 1






Separador


Tram

pas

de Vapor

Valvulas


No tiene Separador

Globo 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Separador




Tuberia

Valvulas





No tiene Separador

schedule 40 1/2" x 10,5 m 1


Plato Vaporal Inferior A y B schedule 40 1-1/2" x 3 m 1

Vejigade Conformación A y B schedule 40 1/2" x 2,5 m 1

Separador



Tuberia

Acceso

rios

No tiene Separador

codo 90° N.A 1/2" 11

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 10

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Separador










Instalado en la trampaAcc

esorio

s

No tiene Separador

133

Anexo 4. Elementos típicos prensa NAF-17 Ubicación Lado A y B Tipo Referencia Dimension cantidad


Plato Vaporal Inferior Lado A Balde HM34 1/2" 1







Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1




Tuberia

Valvulas





Separador

schedule 40 1/2" x 12,0 m 1







Tuberia

Acceso

rios

codo 90° N.A 1/2" 16

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 5

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 13

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 5

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 5

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro





Separador








Acceso

rios

134


Plato Vaporal Superior Lado A Blade HM34 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado A Termostatica L21S 1/2" 1

Plato Vaporal Superior Lado B Balde HM34 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde HM34 1/2" 1





Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1




Tuberia

Valvulas





Separador

schedule 40 1/2" x 8,5 m 1







Tuberia

Acceso

rios

codo 90° N.A 1/2" 15

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 15

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 5

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro





Separador








Acceso

rios

135




Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 1/2" 1






Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Tuberia

Valvulas





Separador








Tuberia

Acceso

rios



codo 90° N.A 1/2" 10

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 13

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 6

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Acceso

rios





Separador








136


Plato Vaporal Superior Lado A Termostatica L21S 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado A Balde HM34 1/2" 1

Plato Vaporal Superior Lado B Termostatica L21S 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado B Balde HM34 1/2" 1





Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1




Tuberia

Valvulas





Separador

schedule 40 1/2" x 11,5 m 1







Tuberia

Acceso

rios

codo 90° N.A 1/2" 15

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 16

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro





Separador








Acceso

rios

137









Separador


Tram

pas

de Vapor

Valvulas


No tiene Separador

Globo 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Separador




Tuberia

Valvulas





No tiene Separador

schedule 40 1/2" x 10,5 m 1


Plato Vaporal Inferior A y B schedule 40 1-1/2" x 3 m 1

Vejigade Conformación A y B schedule 40 1/2" x 2,5 m 1

Separador



Tuberia

Acceso

rios

No tiene Separador

codo 90° N.A 1/2" 11

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 10

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Separador










Instalado en la trampaAcc

esorio

s

No tiene Separador

138

Anexo 9. Elementos típicos Instalados Prensa NAF-22










Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 1

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1




Tuberia

Valvulas





Separador

schedule 40 1/2" x 12,0 m 1







Tuberia

Acceso

rios

codo 90° N.A 1/2" 16

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 13

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro





Separador








Acceso

rios

139









Separador

Tram

pas

de Vapor

Valvulas


No tiene Separador


Globo 1

Check 1/2" 1

Bola 1/2" 1

Globo 1

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 2

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Separador

Valvulas





No tiene Separador




Tuberia

schedule 40 1/2" x 9,0 m 1




Separador

Acceso

rios

No tiene Separador



Tuberia

codo 90° N.A 1/2" 14

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 12

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 3

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Separador

Acceso

rios

No tiene Separador











140





Plato Vaporal Superior Lado B Balde HM34 1/2" 1

Plato Vaporal Inferior Lado B Termostatica L21S 1/2" 1





Tram

pas

de Vapor

Valvulas


Check 1/2" 1

Globo 1/2" 2

Check 1/2" 1

Globo 1/2" 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Globo 1

Bola 1/2" 1

Check 1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Stage Steam 1/4" 1

Diafragma 1-1/2" 1

Check 1-1/2" 1

Separador Bola 1/2" 1

Tuberia

Valvulas












Tuberia

Acceso

rios



codo 90° N.A 1/2" 16

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 17

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 1

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

codo 90° N.A 1/2" 2

codo 45° N.A 1/2" 1

Filtro

Acceso

rios





Separador








141

Anexo 12. Características de trampas de vapor


142

Anexo 13. Matriz de selección de trampas de vapor


143

Anexo 14. Trampa BPC32Y (Trampa de Vapor Termostática)

Fuente: Información técnica trampa de vapor BPC32Y, 2011 [consultado el 06 de mayo 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com/pdfs/TI/p005_01.pdf Anexo 15. Trampa UFT 32 - 21 (Trampa Flotador Termostática)

Fuente: Información técnica trampa de vapor TD42L, 2011[consultado el 06 de mayo 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com/us/pdfs/TI/TI-P146-02-US.pdf

1050

9.6

http://www.spiraxsarco.com/pdfs/TI/p005_01.pdf

http://www.spiraxsarco.com/us/pdfs/TI/TI-P146-02-US.pdf


144

Anexo 16. Tabla de capacidad de descarga trampa L21S

Fuente: Información técnica trampa de vapor L21S [en línea]. , 2011 [consultado el 14 de mayo 2011]. Disponible en internet: http://www.tlv.com/global/LA/

http://www.tlv.com/global/LA/

145

Anexo 17. Tabla de capacidad de descarga trampa HM34

Fuente: Información técnica trampa de vapor HM34 2011[consultado el 14 de mayo 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com Anexo 18. Valores típicos del coeficiente de transferencia de calor por convección

Fuente: YUNUS, Cengel. Transferencia de calor. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2005. 793 p


146

Anexo 19. Capacidad de tuberías para vapor saturado (Tubos Schedule 40)

Fuente: The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011. Anexo 20. Velocidades de condensado basado en tipos de servicio

FUENTE: ASHRAE 1997 HVAC Fundamentals Handbook. EE.UU: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 1997. 851 p.

147

Anexo 21. Grafico para Determinar el Tamaño de Tubería de condensados


14.3

Platos Vapórales

Vejiga de conformación

Platos Vapórales

43.99

4.45

148

Anexo 22. Aplicaciones de los tipos de Válvulas de Aislamiento.

Fuente: The steam and condensate loop [CD-ROM].EE.UU: Spirax sarco, 2011. Anexo 23. Tamaños típicos y rangos de operación de la válvulas de Aislamiento


149

Anexo 24. Rangos y opciones de filtros

Fuente: Información técnica de productos, 2011[consultado el 07 de julio 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com/pdfs/SB/s60_01.pdf

http://www.spiraxsarco.com/pdfs/SB/s60_01.pdf

150

Anexo 25. Emisividad de superficies

Fuente: CENGEL, Yunus. Transferencia de Calor. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2004. p. 740. Anexo 26. Instalación de eliminador de aire externo en paralelo

Fuente: Instrucciones de instalación y mantenimiento trampa de vapor serie HM, 2011[consultado el 06 de mayo 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com/ar/pdfs/training/gcm_11.pdf

http://www.spiraxsarco.com/ar/pdfs/training/gcm_11.pdf

151

Anexo 27. Equipos de medición de trampas de vapor

Ultrasonido Pirómetro

Características: Marca: Spirax Sarco Modelo: LD-1

Características: Marca: Rayteck Raynger Modelo: ST

Anexo 28. Grafico para Determinar el Tamaño de Tubería de condensados

Fuente: SPIRAX SARCO. The steam and condensate loop: an engineer’s best practice guide for saving energy. 1 ed. Cheltenham (Gloucestershire, UK): Spirax Sarco, 2007.






152

Anexo 29. Factores de forma en la conducción

Fuente: CENGEL, Yunus. Transferencia de Calor. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2004. p. 172

153

Anexo 30. Propiedades de metales sólidos

Fuente: CENGEL, Yunus. Transferencia de Calor. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2004. p. 720.

154

Anexo 31. Propiedades del aire a presión de 1 atm


155

Anexo 32. Agua saturada tabla de temperaturas


156

Anexo 33. Agua saturada tabla de presiones

Fuente: CENGEL, Yunus - BOLES, Michael. Termodinámica, 5 ed. México: McGraw-Hill 2002, p. 730.

157

Anexo 34. Propiedades del agua saturada


158

Anexo 35. Flujo de agua atreves de tuberías de acero Schedule 40

Fuente: MOHINDE, Nayyar. Piping Handbook, 5 ed. México: McGraw-Hill 2002, p. 2256.

159

Anexo 35. Continuación

Fuente: MOHINDE, Nayyar. Piping Handbook, 5 ed. México: McGraw-Hill 2002, p. 2256.

160

Anexo 36. Informe de funcionamiento de trampas de vapor

161

Anexo 36. (Continuación)

162

Anexo 36. (Continuación)

163

Anexo 37. Tubería de acero al carbono API 5L / ASTM A53 / A106

Fuente: AGOFER [en línea]. 2010. [Consultado 05 de Abril de 2010]. Disponible en internet:http://www.spiraxsarco.com/es/products-services/products/steam-traps.asp



164

Anexo 38. Pérdidas de calor para tuberías de acero sin aislamiento

Fuente: AMERICAN SOCIETY OF HEATING, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, AS (Author Institutional). ASHRAE 1997 HVAC Fundamentals Handbook. EE.UU: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 1997.851p.

165

Anexo 39. Matriz de selección para válvulas de bola

Fuente: Información técnica de productos, 2011[consultado el 07 de julio 2011]. Disponible en Internet: http://www.spiraxsarco.com/pdfs/SB/s39_06.pdf

http://www.spiraxsarco.com/pdfs/SB/s39_06.pdf

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