1. Ttulo: PRACTICA N.-1: MANUAL DE OPERACIN Y ESPECIFICACIONES
DE: CALDERO TORRE DE ENFRIAMIENTO COMPRESOR
2. Objetivo General: Comprender el funcionamiento de cada uno de
los equipos de laboratorios: Caldera, Torre de enfriamiento y
Compresor; y elaborar el manual de operaciones de cada uno de
ellos.
1. 2. 2.1. Objetivos Especficos: Realizar un relevamiento de la
informacin de los componentes de cada equipo. Establecer las
condiciones de operacin adecuadas para cada equipo, segn los
requerimientos en las prcticas de laboratorio. Afianzar los
conocimientos de Operaciones Unitarias 1 y 2 sobre los principios
de transferencia de materia y energa en cada uno de los
equipos.
3. Marco terico:3. 3.1. Caldera:Una caldera es unamquina
trmicaque aprovecha una fuente de calor para transferir su energa a
un fluido. Aunque dicho calor en general procede de la ignicin de
un combustible, puede ser suministrado por otros medios: energa
elctrica, energa nuclear, energa geotrmica, etc.
El calor es transferido internamente en la caldera hacia un
fluido, comnmente agua o en algunos casos aceite trmico para
posteriormente ser aprovechado en procesos de
potenciay/ocalentamiento.
TIPOS DE CALDERAS:
Calderas pirotubulares: Las calderas pirotubulares hacen pasar
el calor a travs de los tubos en la caldera que a su vez
transfieren calor al agua de la caldera que les rodea. Hay varias
combinaciones diferentes de distribucin de tubos para las calderas
pirotubulares dependiendo del nmero de pases que har el calor del
hogar de la caldera antes de descargarse.
Calderas con presiones y rendimientos superiores a 27 bares y 27
ton/h respectivamente, se fabrican de una manera diferente. En este
caso, el agua de la caldera se contiene y circula dentro de tubos,
lo opuesto a la caldera pirotubular, donde los gases de la
combustin circulan dentro de los tubos. A las calderas
pirotubulares se les llama a menudo calderas con tubos de humo,
mientras que las calderas acuotubulares tienen mejores prestaciones
para presiones y rendimientos superiores.Figura 3.1: Interior de
caldera pirotubular
Calderas acuotubulares: Las calderas acuotubulares difieren de
las calderas pirotubulares en que el agua circula dentro de los
tubos con la fuente de calor rodendolos. Estosignifica que pueden
usarse presiones ms altas porque el dimetro del tubo es
significativamente ms pequeo que el cuerpo en la caldera
pirotubular, y por consiguiente la tensin circunferencial tambin es
significativamente menor.
Las calderas acuotubulares suelen ser consideradas para altos
rendimientos de vapor, para presiones altaso para vaporrecalentado.
Para la mayora de aplicaciones industriales y comerciales, una
caldera pirotubular es a menudo la ms apropiada. Slo es necesario
usar una caldera acuotubular si se requiere un rendimiento
individual superior a 27.000 kg/h o presiones superiores a 27 bares
otemperaturas de vapor superiores a 340C. La razn es que para un
rendimiento dado, las calderas acuotubulares son de construccin ms
costosa que las calderas pirotubulares compactas.
Figura 3.2: Caldera acuotubular
ACCESORIOS DE UNA CALDERA: Hay varios accesorios que deben
instalarse en las calderas de vapor, todos con el objetivo de
mejorar: Funcionamiento. Eficacia. Seguridad. A continuacin
explicaremos algunos de los accesorios importantes de la
caldera:
Vlvulas de seguridad: Uno de los accesorios importantes de la
caldera es la vlvula de seguridad. Su funcin es proteger el cuerpo
de la caldera de sobrepresin y evitar que explosione. La normativa
BS 6759 (ISO4126) trata de las vlvulas de seguridad en calderas de
vapor, y BS2790 (8.1) trata de a las especificaciones del diseo y
fabricacin de calderas pirotubulares de construccin soldada.
Figura 3.3: Vlvula de seguridad
Vlvulas de interrupcin para calderas: Una caldera de vapor debe
tenerinstalada una vlvula de interrupcin (tambin conocida como
vlvula de salida de vapor). Esta asla la caldera de vapor y su
presin del proceso o la planta. Generalmente es una vlvula de globo
en ngulo del modelo de husillo. La vlvula de interrupcin no se
disea como una vlvula para proporcionar ms o menos vapor, debe
abrirse o cerrarse totalmente. Siempre debe abrirse lentamente para
evitar aumentos repentinos de presin aguas abajo y los golpes de
ariete.
Figura 3.4: Vlvula de salida del vapor
Vlvulas de retencin: La vlvula de retencin, se instalan en la
tubera del agua de alimentacin de la caldera entre la bomba de
alimentacin y la caldera. Una vlvula de aislamiento para la
alimentacin a la caldera se instala en el cuerpo de la
caldera.Vlvulas de purga de fondo: Las calderas deben tener como
mnimo una vlvula de purga de fondo, en un lugar cercano al que
pueda que se acumule el sedimento o lodo. Estas vlvulas deben
accionarse con una llave y estn diseadas de tal manera que es
imposible sacar la llave con la vlvula abierta. Ahora estn
disponibles vlvulas de purga de fondo automticas que se controlan
por temporizadores incorporados en los controles electrnicos que
aseguran que una sola caldera puede purgarse a la vez.
Manmetros: Todas las calderas deben tener como mnimo un
indicador depresin. El tipo usual es un manmetro sencillo segn
lanormativaBS1780 Parte 2 - clase uno. El dial debe tener como
mnimo 150 mm de dimetro y ser del tipo de tubo de Bourdon, debe
tener marcado la presin de trabajo normal (indicado por una lnea
roja en eldial) y la presin /diseo de trabajo mximo permisible
(indicado por una lnea morada en el dial).Los manmetros,
normalmente, se conectan al espacio vapor de la caldera por un tubo
sifn en R que est lleno de vapor condensado para proteger el
mecanismo del dial de altas temperaturas. Se pueden instalar
manmetros en otros recipientes a presin como tanques de purga de
fondo, normalmente tendrn diales ms pequeos. Figura 3.5:
Manmetro
Indicadores de nivel y sus accesorios: Todas las calderas tienen
como mnimo un indicador de nivel de agua, pero las de ms de 145
kg/h deben tener dos indicadores. En el Reino Unido, la normativa
BS 3463 cubre los indicadores de nivel.Un tubo de cristal muestra
el nivel real del agua en la caldera sean cuales sean las
condiciones de trabajo de la caldera. Deben instalarse indicadores
de nivel para que nos muestren su lectura ms baja del nivel del
agua a 50 mm del punto sobre donde ocurrir el
sobrecalentamiento.Alrededor de ellos deben instalarse protectores
que no deben impedir la visibilidad del nivel del agua. Los
indicadores de nivel son propensos a daos por la corrosin de los
qumicos en el agua de la caldera, y erosin durante la purga de
fondo, especialmente en el lado del vapor. Cualquier seal de
corrosin o erosin nos obliga a cambiar el cristal.
Eliminadores de aire y rompedores de vaco: Cuando una caldera se
pone en marcha, el espacio de vapor est lleno de aire. Este aire no
tiene valor calorfico, de hecho afectar adversamente al
funcionamiento de la planta debido a su presin parcial como se
demuestra en la ley de Dalton, y tambin su efecto de cubrir las
superficies de intercambio de calor. El aire tambin puede dar lugar
a corrosin en el sistema de condensado, si no se elimina
adecuadamente.
Agua para calderas: El tratamiento del agua de una caldera de
vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida
til libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y
accidentes. El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar
problemas de corrosin e incrustaciones, asegurando la calidad del
agua de alimentacin y del agua contenida en la caldera. El
aseguramiento de la calidad del agua de alimentacin y agua de la
caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las
normas, que definen los lmites recomendados para los parmetros
involucrados en el tratamiento del agua.Los principales parmetros
involucrados en el tratamiento del agua de una caldera, son los
siguientes: pH. El pH representa las caractersticas cidas o
alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir
problemas de corrosin (bajo pH) y depsitos (alto pH). Dureza. La
dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de
calcio y magnesio presentes en el agua, los que favorecen la
formacin de depsitos e incrustaciones difciles de remover sobre las
superficies de transferencia de calor de una caldera. Oxgeno. El
oxgeno presente en el agua favorece la corrosin de los componentes
metlicos de una caldera. La presin y temperatura aumentan la
velocidad con que se produce la corrosin. Dixido de carbono. El
dixido de carbono, al igual que el oxgeno, favorece la corrosin.
Este tipo de corrosin se manifiesta en forma de ranuras y no de
tubrculos como los resultantes de la corrosin por oxgeno.
3.2. Torre de Enfriamiento:Las torres de enfriamiento son un
tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar
el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y
fro, que circula por la torre. El agua caliente puede caer en forma
de lluvia y al intercambiar calor con el aire fro, vaporiza una
parte de ella, eliminndose de la torre en forma de vapor de agua.
Las industrias utilizan agua de refrigeracin para varios procesos.
Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento.
Existen torres de enfriamiento para la produccin de agua de proceso
que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga. Tambin
hay torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el
proceso.
Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un
sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de
fuera. Como consecuencia la contaminacin del agua de las torres de
enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es
insignificante. Adems, los microorganismos presentes en las torres
de enfriamiento no son eliminados a la atmsfera.
Las torres de enfriamiento se clasifican segn la forma de
subministramiento de aire en:
- Torres de circulacin natural
- Atmosfricas: El movimiento del aire depende del viento y del
efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeas
instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el
movimiento del aire.
- Tiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como
resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del
exterior y hmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de
gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes
dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de ms de
200000gpm. Es muy utilizado en las centrales trmicas. A continuacin
se muestra el funcionamiento de una torre de enfriamiento con tiro
natural:
Figura 3.6: Torre de Tiro Natural
- Torres de tiro mecnico: El agua caliente que llega a la torre
es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo
del agua a travs de unos orificios.El aire utilizado en la
refrigeracin del agua es extrado de la torre de cualquiera de las
formas siguientes:
- Tiro inducido: el aire se succiona a travs de la torre
mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre.
Son las ms utilizadas. A continuacin se muestra el funcionamiento
de las torres de tiro inducido:
Figura 3.7: Torre de Tiro Inducido
- Tiro forzado: el aire es forzado por un ventilador situado en
la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior.
A continuacin se muestra el funcionamiento de las torres de tiro
forzado:
Figura 3.8: Torre de Tiro Forzado
- Otros tipos: Torres de flujo cruzado. El aire entra por los
lados de la torre fluyendo horizontalmente a travs del agua que
cae. Estas torres necesitan ms aire y tienen un coste de operacin
ms bajo que las torres a contracorriente.
3.3. Compresor:En cualquier circuito neumtico, la parte ms
importante es aquella en donde se produce el aire comprimido. Esta
parte es el elemento llamado compresor.
Podra definirse el compresor como una mquina o dispositivo que
toma aire con unas determinadas condiciones y lo impulsa a una
presin superior a la de entrada. Tambin se puede definir como una
mquina de funcionamiento alternativo o rotatorio que tiene por
objeto la compresin de un fluido (aire generalmente) para utilizar
su fuerza de expansin debidamente regulada y transmitida al lugar
ms idneo.
Los compresores se diferencian por su caudal o por su relacin de
compresin: La relacin de compresin es un nmero adimensional que
relaciona las presiones de entrada y salida del aire del compresor,
es decir, informa del aumento de presin que provoca el
compresor.
Los compresores se pueden clasificar en funcin de la forma de
trabajo. Los ms usados son de embolo, que son muy baratos, pero
hacen bastante ruido. Otro tipo son los giratorios o rotativos ms
actuales y menos ruidosos. Dentro de cada grupo hay multitud de
clases distintas de compresores. La tabla siguiente nos muestra los
diferentes tipos de compresores:
Compresores de mbolo: Los compresores ms utilizados, como ya se
dijo anteriormente, son los de embolo, debido a su precio y a su
flexibilidad de funcionamiento, es decir, permiten trabajar con
caudales de diferentes magnitudes y con un amplio rango de relacin
de compresin.
Como datos importantes de estos compresores, sealamos que pueden
alcanzar presiones desde 6 kp/cm2 hasta un mximo de 10 kp/cm2 en
los compresores de una etapa. En los de dos etapas se puede llegar
hasta 15 kp/cm2. En cuanto a los caudales, pueden conseguirse hasta
los 500 m3/min. En general, los compresores de mbolo ms utilizados
son los de dos etapas, Que suelen refrigerarse con agua o aceite
(que circula alrededor de la camisa del compresor) o con aletas
(que es un mtodo que busca el aumento de la superficie de
refrigeracin con pequeas superficies muy delgadas), que se sitan
alrededor de las cmaras de compresin.
Figura 3.9: Compresor de Embolo
Compresores Rotativos: Los compresores rotativos consiguen
aumentar la presin del aire mediante el giro de un rotor. El aire
se aspira cuando el rotor gira en un determinado sentido y despus
se comprime dentro de la cmara de compresin que se origina en el
compresor. Dentro de este tipo de compresores se pueden distinguir
muchos tipos. Los ms importantes son los siguientes:
Compresor rotativo de paletas: La caracterstica fundamental de
estos compresores es que poseen una serie de paletas radiales sobre
el rotor que presionan las paredes de la cmara de compresin cuando
giran (por la accin de la fuerza centrfuga). Entre cada dos paletas
se crea una especie de pequea cmara de compresin que va
comprimiendo el aire. Son muy silenciosos y proporcionan un nivel
de caudal prcticamente constante.
Compresor de tornillo: Son relativamente nuevos y, adems, caros,
aunque debido a su bajo desgaste, a largo plazo son muy ventajosos.
Son muy silenciosos y proporcionan unos caudales de hasta 8 m3/min,
junto con una presin que oscila entre los 7 y los 14 bares. El
funcionamiento de estos compresores se basa en el giro de dos
tornillos helicoidales que comprimen el aire que ha entrado por el
orificio de aspiracin, y lo expulsan hasta el orificio de
salida.
4. Equipos:Especificaciones tcnicas de cada uno de los
equipos:
4.1 Caldera:Diagrama de la caldera de Operaciones Unitarias:
Especificaciones de la caldera:
Tabla 4.1 Especificaciones tcnicas del caldero
Tipo de calderaPirotubular vertical
Temperatura vapor saturado75C
Potencia motor2.2 Hp
Capacidad15 BHP
MarcaThermocon
Modelo N69308
Serial N1 SR
Presin de trabajoHasta 100 Psi
Presin de operacin38 Psi
Tipo de combustibleDisel N.-2
Consumo de combustible (mx. carga)4,6 gal/h
Voltaje120 V
Amperaje7.7 A
Nmero de pasos3
Dimetro exterior de tubos1
Nmero de tubos40
Material de los tubosASTM A-312-T304L
Ao de fabricacin2010 Quito, Ecuador
4.2 Torre de Enfriamiento:Diagrama de la Torre de Enfriamiento
de Operaciones Unitarias: Agua de
compensacinBombaVentiladorIntercambiadores de calorTablero de
control
Especificaciones de la Torre:
Tabla 4.2 Especificaciones tcnicas de la Torre de
Enfriamiento
Tipo de torreDe tiro inducido
Flujo de aireCruzado
Potencia motor del ventilador2 Hp (T amb max = 40C)
Tipo de empaquePlanchas de policarbonato
rea de piso1.93 m2
Altura de la torre1.12 m
rea de ventana de salida del aire1,23 m x 1,53 m
Aspersores domo8
Flujo de aguaAgua potable
4.3 Compresor:Diagrama de la Compresor de Operaciones
Unitarias:Sistema de 4 vlvulas (3 vlvulas de globo y vlvula
reductora de presin) y 2 manmetros de agujaLlave de salidaVlvula de
purgaLlave de pasoCompresorTablero de Control
Especificaciones del compresor:
Tabla 4.3 Especificaciones tcnicas del Compresor
MarcaIngersoll Rand
ModeloS5-3
SerieB007334
Capacidad60 gal
Presin mxima135 psi
Rango aportado13.2 CFM
Potencia del motor1 HP
EmpaquetaduraPolicarbonato
5. Procedimiento:Manual de Operacin de cada uno de los
equipos:
5.1 Caldera:
a) Colocar en el tanque de combustible aproximadamente entre 5 y
8 galones de Disel n.- 2.b) Abrir la llave de paso del combustible
y la vlvula de paso del tanque de agua desionizada. Luego encienda
el ablandador de agua y abra la llave lateral para que el agua pase
por ella, despus espere a que se llene el tanque de reserva de agua
hasta 2/3 de su capacidad total.c) Cerciorarse de que todas las
llaves de purgas y el paso de salida de vapor estn cerrados.d)
Encender el caldern en modo automtico: Gire la perilla de la bomba
de agua y del quemador en ON para arrancar el equipo.e) Una vez que
el equipo arranca, la bomba de agua ingresa fluido en el interior
del caldero y el quemador se enciende automticamente.f) La
combustin dentro del hogar se la observa desde el visor colocado
delante del quemador en la parte baja del caldero.g) Observar los
cambios de nivel en los tanques de combustibles y agua hasta la
estabilizacin del sistema aproximadamente a los 40 minutos de
encenderse el caldero.h) Una vez alcanzada la presin de trabajo
(cercana a 38 psia), se abre la vlvula de salida del vapor para el
suministro en otros equipos de laboratorio: intercambiadores de
calor, torre de enfriamiento, evaporador de simple efecto, secador
de tnel, columna de destilacin.i) Antes de que el vapor ingrese a
cada equipo, no olvidar hacer entre 3 o 4 purgas para eliminar el
aire acumulado en las lneas.j) Terminados los procesos donde se use
vapor, se procede a apagar el quemador y luego la bomba del tanque
de agua, se cierra el paso del combustible y despus se cierra la
vlvula de entrada del agua. Se apaga el ablandador y se cierra el
paso de agua.k) Se purga el agua del caldero y el vapor hasta
dejarlos vacos.
5.2 Torre de Enfriamiento:
a) Verificar que la cisterna de la torre est llena y que el
depsito de agua desde donde se va a bombear al calentador tambin
est lleno. Mantener abierta la vlvula de la lnea de agua de
compensacin de la cisternab) Asegurarse que las lneas de entrada y
salida de agua a la torre estn abiertasc) Calibrar los flujos de
agua con el manmetro diferencial o pesando volmenesd) Prender la
bombas de circulacin de agua, y establecer un flujo determinado
tanto para el agua que va al calentador como para el agua que va a
la torree) Hacer recircular las corrientes por los intercambiadores
de calor y por la torre durante unos tres minutos como mnimo.f)
Prender el ventilador y ajustar un valor de frecuencia, con la
perilla reguladora.g) Fijar una presin de vapor entre 5 20 psig y
permitir el ingreso de vapor al calentadorh) Una vez terminados los
procesos donde se requiere el uso de la torre de enfriamiento, se
procede a cerrar la vlvula de entrada de vapor al calentador.i)
Deje funcionando el sistema durante unos diez minutos para enfriar
las corrientes de entrada y salida de agua.j) Apague el
ventilador.k) Apague las dos bombas de circulacin de agua.l) Abra
las vlvulas de drenaje del tanque y de la cisterna.
5.3 Compresor:
a) Verifique que las vlvulas de paso del aire comprimido del
compresor y del sistema del laboratorio estn cerradas.b) Encienda
el compresor y espere a que el sistema se regule a los 10 minutos
de encendido.c) Abrir la vlvula de salida del aire comprimido y
purgar el sistema 2 veces.d) Dirigirse al sistema de vlvulas del
laboratorio y abrir las vlvulas de globo derecha e izquierda,
cuidadosamente regulando los flujos segn la presin requerida en los
procesos.e) Una vez concluidos los procesos donde se use el
compresor, se deben cerrar las vlvulas de globo del sistema de
presin y luego se cierra la vlvula de paso del aire del
compresor.f) Se apaga el compresor.
6. Recomendaciones: Seguir los pasos sugeridos para el manejo
adecuado de cada equipo, para evitar accidentes innecesarios dentro
del laboratorio. Recordar las normas de seguridad en cada ensayo de
laboratorio donde se utilicen estos equipos. Cerciorarse
peridicamente del estado de los componentes de cada equipo para su
mantenimiento inmediato (vlvulas, lneas de distribucin, medidores
de presin, termmetros, switches, reguladores de voltaje, entre
otros)
7. Conclusiones: Las calderas son fuentes de uno de los
suministros de mayor demanda en un laboratorio, el vapor de alta
calidad, empleado en procesos como destilacin con inyeccin de
vapor, intercambiadores de calor, secadores de tnel, torres de
enfriamiento; su rendimiento depende del combustible empleado y de
la cantidad de vapor producida. Las torres de enfriamiento,
permiten el intercambio de calor entre el aire y el agua,
evaporndose parte de esta en el proceso, su eficiencia depende
adems del tipo de relleno usado para aumentar la superficie de
contacto entre las fases. El compresor es una maquina donde se
aumenta la presin del gas, necesarios en procesos como absorcin de
gases, segn la presin de trabajo. El mantener las eficiencias de
estos equipos depender del estricto control de las normas y guas
que se encuentran en los manuales de operacin.
8. Bibliografa: Torres de Enfriamiento; tomado de:
http://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/refrigeracion/torres-enfriamiento.htm
Torres de Enfriamiento, tipos y diferencias, Universidad de
Catalua, tomado de:
http://epsem.upc.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/torres_refredament.html
Calderas, Generalidades, Tipos de Combustibles, Accesorios,
recuperado de: es.wikipedia.org Tipos de compresores, Centro
Universitario de Mxico, tomado de:
http://quantum.cucei.udg.mx/~gramirez/menus/introduccion/compresores.html
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