TP Instalaciones Auxiliares 2009

COMPRESORES

TRABAJO PRCTICO

VAPOR

1) Caudal de vapor requerido

Equipo APotencia =

Presin =

hfg (tabla) =

Mv =

200 kW = 200 kJ/s

8 Bar2030,9 kJ/kg 200 kJ/s x 3600 s = 354,52 kg/h 2030,9 kJ/kg 1h

Equipo HPotencia =

Temperatura de vapor =

Presin (tabla) =

hfg (tabla) =

Mv =

4.500.000 BTU/h = 1318,82 kJ/s

160 C

5,2 Bar

2081,8 kJ/kg

1318,82 kJ/s x 3600 s = 2280,6 kg/h 2081,8 kJ/kg 1h

Equipo CTemperatura de vapor =

T del aire =

Caudal V=

Presin (tabla) =

hfg (tabla) =

Caudal de vapor para el calentamiento (m) =

Caudal de vapor par el calentamiento (m) =

Caudal total de equipos =

150 C55 15 = 40C

1 m3/s3,7 Bar

2115,3 kJ/kg

3600 V T cp

hfg

3600 x 1 m/s x 40C x 1,3 kJ/m C = 88,5 kg/h 2115,3 kJ/kg

354,52 + 2280,6 + 88,5 = 2723,62 kg/h

Prdida de calor en tuberas

Si adoptamos una prdida cada 100 m de 3,5% del caudal tenemos

179/100 = 1,79 x 3,5% = 6,265% ( 2723,62 x 1,06265 = 2894,25 kg/hAdicional de caudal para operar la caldera al 70 % de su mximo rendimiento:

Caudal de caldera = 2894,25 x 1,3 3765 kg/hDeterminacin de presin de caldera:

Presin mnima de los equipos: 8 Bar Presin de caldera (+30%): 8 Bar x 1,3 = 10,4 Bar

Necesidades de vapor:Como la necesidad de caudal es de 3765 kg/h y la presin es de 10,4 Bar: Adopto caldera humotubular de 3 pasos GONELLA modelo HD 60

2) Dimensionamiento de tuberas de vaporTubera principal

Volumen especifico del vapor a 11,8 bar (m/kg) =

Caudal (m/s) =

velocidad (20 m/s) =

d =

d =

d(0,153 m/kg6000 kg/h x 0,153 m/kg x 1h/3600s = 0,255 m/s

4 x Caudal (m/s) d

4 x 0,255 m/s = 0,01623 m x 20 m/s

127,41 m.m. Adopto 5 Sch 40 int. = 128,2 mm

Verifico por perdida de carga

Utilizando el baco, obtenemos que para un caudal de 6000 kg/h, una calidad de vapor de 11,8 bar y un dimetro de 128,2 mm, nos acusa una prdida de carga cada 100 m de 0,4 bar (< 0,5 bar), por lo tanto verifica.

Tubera alimentacin equipo A

Para las tuberas de alimentacin se puede utilizar una velocidad entre 25 a 40 m/s, y no es necesario verificar por la prdida de carga debido a que son tramos cortos.

Volumen especifico del vapor a 11,8 bar (m/kg) =

Caudal (m/s) =


d =

d =

d(0,153 m/kg354,52 kg/h x 0,153 m/kg x 1h/3600s = 0,015 m/s

4 x Caudal (m/s) d

4 x 0,015 m/s = 0,00077 m

x 25 m/s

27,7 m.m.

Adopto 1 Sch 40 int. = 35,04 mm

Tubera alimentacin equipo HVolumen especifico del vapor a 11,8 bar (m/kg) =

Caudal (m/s) =


d =

d =


4 x Caudal (m/s) d

4 x 0,097 m/s = 0,0049 m

x 25 m/s

70,26 m.m.

Adopto 3 Sch 40 int. = 77,92 mm

Tubera alimentacin equipo CVolumen especifico del vapor a 11,8 bar (m/kg) =

Caudal (m/s) =


d =

d =


4 x Caudal (m/s) d

4 x 0,038 m/s = 0,00019 m

x 25 m/s

13,84 m.m.

Adopto Sch 40 int. = 15,8 m.m

3) Calculo de sectores de drenaje

Calculo del caudal de calentamiento de tubera principal

L equiv. =

vapor 11,8 bar =Peso tubera 4 Sch 40 =

W peso de caera y accesorios =

Caudal de vapor para el calentamiento =

Caudal de vapor par el calentamiento =Long. + 10% = 179 m x 1,1 = 196,9 m190,97 C; hfg = 1975,1 kj/kg

20,30 kg/m(20,30 kg/m x 196,9)= 3997,07 kg

60 x 3997,07 kg x (190,97C 5C) x 0,49 kJ/kgC

1975,1 kJ/kg x 30 minutos

368,83 kg/h

Prdida de calor en marcha por radiacin

Caudal de vapor por prdida por emisin =Q (tabla) =F (tabla) =Caudal de vapor por prdida por emisin =

3,6 x Q x L x F hfg

1925 W/m

0,07 (aislacin de 75 m.m.)

3,6 x 1925 W/m x 196,9 m x 0,07 = 48,36 kg/h

1975,1 kJ/kg

Condensacin tubera principal

Tubera principal hasta trampa

Adopto el condensado para la puesta en marcha, por ser siempre el mayor

Longitud equivalente 3 m, P max por metro = 2 mbar y Vmx = 1,5 m/s

Caudal del vapor para el calentamiento = 368,83 kg/h

De tabla obtengo un = 20 mm ( Adopto Sch 40 int. = 20,93 m.m.Trampa hasta colector de condensados

Si la trampa descarga a una presin de 0,2 bar (dado que se encuentra 2m de altura, 2000 mmCA).

Temperatura de 190,97 C Presin de sistema de condensados = 0,2 bar y caudal = 368,83 kg/h

De baco obtengo un = 40 m.m. ( Adopto 1 Sch 40 int. = 40,90 m.m.Condensacin Equipo A



Caudal equipo A = 354,52 kg/h

Modificacin de caudal de condensado para la puesta en marcha = 354,52 kg/h x 2= 709,04 kg/h

De tabla obtengo un = 25 mm ( Adopto 1 Sch 40 int. = 26,64 m.m.

Trampa hasta colector de condensados

Si la trampa descarga a una presin de 0,2 bar (dado que se encuentra 2m de altura, 2000 mmCA).Temperatura de 190,97 C ; Presin de sistema de condensados = 0,2 bar y caudal = 709,04 kg/h

De baco obtengo un = 50 m.m. ( Adopto 2 Sch 40 int. = 52,51 m.m.Condensacin Equipos HTubera principal hasta trampa


Caudal equipo H = 2280,6 kg/h

De tabla obtengo un = 32 mm ( Adopto 1 Sch 40 int. = 35,04 m.m.



Temperatura de 190,97 C ; Presin de sistema de condensados = 0,2 bar y caudal = 2280,6 kg/h

De baco obtengo un = 80 m.m. ( Adopto 4 Sch 40 int. = 102,26 m.m.Condensacin Equipo C



Caudal equipo C = 88,5 kg/h

De tabla obtengo un = 15 mm ( Adopto Sch 40 int. = 15,8 m.m.



Temperatura de 190,97 C ; Presin de sistema de condensados = 0,2 bar y caudal = 88,5 kg/h

De baco obtengo un = 20 m.m. ( Adopto Sch 40 int. = 20,93 m.m.

Colector de condensados

Si la trampa descarga a una presin de 0,2 bar.

Temperatura de 190,97 C; Presin de sistema de condensados = 0,2 bar y caudal total= 3447 kg/h

De baco obtengo un = 80 m.m. ( Adopto 4 Sch 40 int. = 102,26 m.m.

4) Expansin de tubera principal

Tramo de 20 metros

Expansin (mm)=

T =

en el rango de 0 200C (tabla)=

Expansin (mm)=L T

190,97 C 5 C = 185,97 C

= 14,9 x 10 mm/mC para acero al carbono

20 m x 186C x 14,9 x 10 mm/mC = 55,43 m.m.

Tramo de 99 metros

Expansin (mm)=99 m x 186C x 14,9 x 10 mm/mC = 274,37 m.m.

Tramo de 60 metros

Expansin (mm)=60 m x 186C x 14,9 x 10 mm/mC = 166,28 m.m.

Cuando se realicen los montajes se debern prever de juntas para estas dilataciones.

Distribucin de la caera principal:

Gas licuado (g.l.p.)

1- Clculos de los consumos:Consumo de la caldera:Caudal de vapor =

Temperatura del agua de alimentacin =

Cp del agua =

P =

hg =

Caudal de vapor =

6000 kg/h =

Potencia =Q =

6.000 kg/h

60 C

4,186 kJ/kg C11,8 Bar 2.787,1 kJ/kg C

P(kW) x 3600 s/h hg cp x Tagua P(kW) x 3600 s/h .

2787,1 kJ/kg C 4,186 kJ/kg C x 60 C4226,57 kJ/s = 15.215.640 kJ/h = 3.634.887,72 kcal/h3.634.887,72 kcal/h = 163 Nm3 22300 kcal/Nm3

Consumo del horno:

Potencia =Q=10.000.000 kcal/h 10.000.000 kcal/h = 448,43 Nm3 22300 kcal/Nm3

Consumo diario total:

Consideramos que los equipos trabajan las 24 hs.

Cdt =

Cdt =(3.634.887,72+10.000.000) kcal/h x 24 h/da327,24.106 kcal/da

2-Calculo del almacenamiento necesario (CI)

Clculo del consumo diario de producto lquido en m de producto lquido/da

CI =

CI =

CI =Cdt / Pci x 273

327,24. 106 kcal/da .

22.300 kcal/Nm x 27353,75 Nm/da

Pci = Poder calorfico inferior del combustible en vapor, para el propano 22.300 kcal/Nm

273 = Relacin entre 1 m de propano vapor y 1 m de propano lquido. Almacenamiento necesario considerando una autonoma de 3 das de reserva (A)

A =

A =

A =CI x R / T53,75 Nm/da x 3 das

0,85189,71 Nm

R=Tiempo de reserva en das

T=Coeficiente de llenado de los tanques = 0,85 (85%)

Se tiene disponible tanques de 7 mCantidad de tanques =

Cantidad de tanques =

Cantidad de tanques =A / volumen de tanque

189,71 Nm / 7 m

27,1 tanques

Adoptamos 28 tanques

4 grupos de 6 tanques y 1 grupo de 4 tanques

3-Calculo de la capacidad de evaporizacin

Consumo diario de vapor en m/da (Cdv):Cdv =

Cdv =

Cdv =Cdt / Pci327,24.106 kcal/da

22.300 kcal/Nm 14.674,44 Nm/da

Consumo pico horario (Cph)Cph =

Cph =

Cph =

Cph =Cph =Cdv x Ce14.674,44 Nm/da x 0,142.054,42 Nm/hora

2.054,42 Nm/hora x 22.300 kcal/Nm45.813.566 kcal/h

Ce= Coeficiente adoptado segn la zona (0,14)

Vaporizacin natural (m vapor hora) (G)G =

G =G=G=

G=G x 28 tanques =Dt x S x C L

23 C x 9,1 m2 x 10 kcal / h.m2.C 94 kcal/kg22,27 kg/h22,27 kg/h x 12.000 kcal/kg267.240 kcal/h7.482.720 kcal/h

Dt = te-ti = 5C - (-18C) = 23C

Te = Temperatura ambiente exterior mnima (para la zona 5C)

Ti = Temperatura interior del tanque a la mnima presin de la red (1,5 Bar = - 18C)

C = Coeficiente de transmisin de calor = 10 kcal/h.m.C

L = Calor latente de vaporizacin a la presin de suministro de la red = 94 kcal/kg.

S= Superficie mojada del tanque = 9,1 m

Propano = 12.000 kcal/kg.

4-Capacidad de vaporizadores (Qv)

Requerido en pico

45.813.566 kcal/h

Vaporizacin Natural de tanques (28 tanques)

7.482.720 kcal/h

APORTE de VAPORIZADORES

38.330.846 kcal/h

Dimensionamiento:

Tramo A Caldera:

Adopto 1 Sch 40 int. = 35,04 m.m. ext. = 42,16 m.m.

Tramo A Horno:

Adopto 2 Sch 40 int. = 62,68 m.m. ext. = 73 m.m.

Adopto 3 Sch 40 int. = 77,92 m.m. ext. = 88,9 m.m.

Gas natural comprimido (g.n.c.)

1- Clculos de los consumos:Consumo de la caldera:

Caudal de vapor =

Temperatura del agua de alimentacin =

Cp del agua =

P =

hg =

Caudal de vapor =

6000 kg/h =

Potencia =Q =

6.000 kg/h

60 C

4,186 kJ/kg C

11,8 Bar

2.787,1 kJ/kg C

P(kW) x 3600 s/h hg cp x Tagua P(kW) x 3600 s/h .

2787,1 kJ/kg C 4,186 kJ/kg C x 60 C4226,57 kJ/s = 15.215.640 kJ/h = 3.634.887,72 kcal/h3.634.887,72 kcal/h = 390,85 Nm3/h 9300 kcal/Nm3

Consumo del horno:

Potencia =Q=10.000.000 kcal/h

10.000.000 kcal/h = 1075,26 Nm3/h 9300 kcal/Nm3

Consumo total:

Q total =Q=Q caldera + Q horno

390,85 Nm3 + 1075,26 Nm3 = 1466,11Nm3/h

Dimensionamiento:

Tramo A B:

Adopto 15% de

Adopto 2 1/2 Sch 40 int. = 62,68 m.m. ext. = 73 m.m.

Tramo B Caldera:

Adopto 1 1/4 Sch 40 int. = 35,04 m.m. ext. = 42,16 m.m.

Tramo B Horno:

Adopto 2 1/2 Sch 40 int. = 62,68 m.m. ext. = 73 m.m.

Subestacin Horno:

Vlvula Reguladora

Pe = 4 bar

Ps = 1,5 Bar

Q = 135 Nm3/hVlvula de Seguridad por venteo

P = 2 Bar

Q = 135 Nm3/h

Caldera Cuadro de regulacin:Determinacin de las vlvulas de seguridad en equipos de combustion

Potencia = 4226,57 kJ/s = 15.215.640 kJ/h = 3.634.887,72 kcal/hSegn normativa,

Para cargas trmicas mayor que 360 kwh (300.000 kcal/h) deber dar comienzo el encendido con un mximo del 20% de la capacidad nominal del quemador. El tiempo de seguridad de arranque no podr exceder los 10 segundos.

Para cargas trmicas mayor que 1.800 kwh (1.500.000 kcal/h) y hasta 12.000 kwh (10.000.000 kcal/h), dos vlvulas automticas de cierre en serie (NC) y una vlvula de seguridad de venteo, normal abierta(NA), entre ambas. Tiempo mximo de cierre 1 segundo y tiempo mnimo de apertura para ambas vlvula automtica de cierre de aguas arriba del sistema 10 segundos.

El esquema del equipo de regulacin de potencia con sistema alto y bajo fuego.

AIRE COMPRIMIDO1) Clculos de consumos unitarios:

Equipo AQ =

Q =

Q =

d . L . P . F . 2 4

(0,45 m) . 0,3 m . ( 7 + 1) Bar . 1 ciclos . 2

4 min0,763 Nm3 min

Clculo del pulmn para los equipos A:Pr . Vr =

Vr =Vr =Pn . Vn Vr = Pn . Vn Pr

1 Bar . 0,763 Nm3/min. 1 min . 2 (7 + 1) Bar0,191 Nm3

Equipo BPico 3 mm (7 Bar) =

0,649 Nm3 min

Equipo C

Pico 2 mm (7 Bar) =

0,288 Nm3 min

Equipo EAmoladora 4 =

0,84 Nm3 min

Equipo FAgujereadora =

0,56 Nm3 min

Equipo G transporte neumticoQ =

Q =

Q =

V . P . F0,08 m3 . ( 5 + 1) Bar . 2 ciclos min0,96 Nm3 min

SeccinEquipoCantConsumo unit [Nm3/min]Consumo total [Nm3/min]Coef de utilizCoef de simultaneidadConsumo [Nm3/min]

Sector 1Cilindros

20,7631,52611,526

Sector 2Picos ( 3mm (7 Bar)20,6491,2980,6670,866

Sector 3Amoladora 4

Agujereadota

Transporte neumtico

1

10

50,840,56

0,960,845,6

4,80,3750,3

1

0,3151,684,8

Sector 4

Picos ( 2mm (7 Bar)50,2881,440,40,576

TOTAL

15,5040,62979,763

Consumo 9,763 Nm/min

Prdidas (10%) 0,976 Nm/min

Ampliacin (20 %) 1,953 Nm/min

TOTAL12,692 Nm/min

2) Eleccin del compresorSeleccionamos tres compresores de idntico caudal, con dos obtengo el caudal total y el tercero queda como relevo para cuando sea necesario realizar mantenimiento preventivo en alguno de ellos.CETEC ((((((ETR-250 (Q = 7,16 Nm/min mx. presin de trabajo 8 Bar)

3) Eleccin del secador frigorfico

Las temperaturas de verano son las de peor condicin.

Temperatura ambiente: 35 C (( 38 CTemperatura de sala de aire comprimido: 45 C (( 48 C

Punto de roco 5 C

C =

C =

G =

Go mn =

Ct . Cp

0,58 . 1 = 0,58

Go . C

7,16 Nm/min . 2 = 24,69 Nm/min 0,58

Seleccionamos el secador frigorfico.CETEC ((((( HSE-1000 (Q= 28,2 Nm/min )

4) Eleccin de los filtrosElegiremos los filtros tipo

MPF (Remueve partculas mayores a 1 m incluido lquido coalescentes agua y aceite. El mximo contenido remanente de aerosol de aceite contenido despus de la filtracin de 0,5 ppm)

MPH (Remueve partculas mayores a 0,01 m incluido lquido coalescentes agua y aceite. El mximo contenido remanente de aerosol de aceite contenido despus de la filtracin de solo 0,01 ppm)

MPC y PC (Remueve vapor de aceite e hidrocarburos. Est compuesto por partculas finas de carbn activado. Despus de la filtracin el contenido de aceite en el aire es de 0,003 ppm. Siempre es precedido por un filtro MPH

SULLAIR (((((MPF, MPH, MPC - Grado 700 (Q = 700 pie/min / 35,31 = 19,82 Nm/min)

SULLAIR (((((PF PF-800 (Q = 425- 790 pie/min / 35,31 = 22,37 Nm/min)

SULLAIR (((((PH, PC (PH-600 / PC-600) (Q = 598 pie/min / 35,31 = 16,94 Nm/min)

5) Dimensionamiento de las tuberas

La perdida de carga mxima en las tuberas debe ser de un 2%. En nuestro caso como la presin de trabajo es de 7 Bar, la prdida de carga mxima ser 0,140 bar.

La velocidad mxima ser de 8 m/seg para las tuberas principales y secundarias y de 15 m/seg para las bajadas. Estas bajadas nunca deben ser menores a .

Tramo A B

Q= 15,504 Nm/min = 258,4 Nl/s

L= 15 m

(Padopto= 0,01 Bar (recalculado 0,001 Bar)

(adoptado= ( 5

Velocidad= 3 m/s Verifica (8 m/s)

Sobredimensionamos la tubera principal (( 5) para que cumpla las veces de depsito de aire. El dimetro primitivo de calculo era de ( 3

Tramo B C

Tramo C Consumo

Q= 1,526 Nm/min = 25,43 Nl/sQ= 0,763 Nm/min = 12,72 Nl/s

L= 15 mL= 5 m

(Padopto= 0,06 Bar (recalculado 0,03 Bar)(Padopto= 0,109 Bar (recalculado 0,04 Bar)

(calculado= ( 1(calculado= (

Velocidad= 5,5 m/s Verifica (8 m/s)Velocidad= 8 m/s Verifica (15 m/s)

(P SECTOR 1= (0,001 + 0,03 + 0,04) Bar= 0,071 Bar < 0,14 Bar VerificaTramo B D

Tramo D E


L= 30 mL= 30 m


(adoptado= ( 3(adoptado= ( 1

Velocidad= 6 m/s Verifica (8 m/s)Velocidad= 6 m/s Verifica (8 m/s)

Tramo E F

Tramo F Consumo


L= 27 mL= 5 m


(adoptado= ( 1(adoptado= (

Velocidad= 4,5 m/s Verifica (8 m/s)Velocidad= 7 m/s Verifica (15 m/s)

(P SECTOR 2= (0,001 + 0,018 + 0,04 + 0,038 + 0,03) Bar= 0,127 Bar < 0,14 Bar VerificaTramo D G

Tramo Consumo E

Q= 11,240 Nm/min = 187,33 Nl/sQ= 0,840 Nm/min = 14 Nl/s

L= 39 mL= 5 m


(adoptado= ( 3(adoptado= (

Velocidad= 5 m/s Verifica (8 m/s)Velocidad= 8,5 m/s Verifica (15 m/s)

(P HASTA CONSUMO E= (0,001 + 0,018 + 0,03 + 0,045) Bar= 0,094 Bar < 0,14 Bar Verifica

Tramo Consumo F

Q= 5,6 Nm/min = 93,33 Nl/s

L= 5 m


(adoptado= ( 1


(P HASTA CONSUMO F= (0,001 + 0,018 + 0,03 + 0,028) Bar= 0,077 Bar < 0,14 Bar VerificaTramo Consumo G

Q= 4,8 Nm/min = 80 Nl/s

L= 5 m


(adoptado= ( 1


(P HASTA CONSUMO G= (0,001 + 0,018 + 0,03 + 0,017) Bar= 0,066 Bar < 0,14 Bar VerificaTramo E H

Tramo H Consumo

Q= 1,44 Nm/min = 24 Nl/sQ= 1,44 Nm/min = 24 Nl/s

L= 84 mL= 5 m


(adoptado= ( 1 (adoptado= (

Velocidad= 3,5 m/s Verifica (8 m/s)Velocidad= 8,5 m/s Verifica (15 m/s)

(P SECTOR 4= (0,001 + 0,018 + 0,04 + 0,033 + 0,038) Bar= 0,13 Bar < 0,14 Bar VerificaAdems se tendrn pendientes en direccin del flujo. La pendiente utilizada es de 1/200 = 0,5 %.

Se colocar purgadores automticos en todos los cambios de direccin y finales de ramas.

20 m

80 m 3 Sch 40

(12 kg/cm2 = 11,8 Bar)

30 m

A

40 m 1 Sch 40

GLP 1,5 Bar

Horno: 448,43 Nm3/h

Caldera: 163 Nm3/h

A

20 mts

Horno: 1075,26 Nm3/h

Caldera: 390,85 Nm3/h

B

2 1/2 Sch 40

1 1/4 Sch 40

35 mts

2 1/2 Sch 40

40 mts

55 mts

80 mts

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED AutoCADLT.Drawing.4

EMBED AutoCADLT.Drawing.4

PAGE 1Universidad Nacional de Lomas de Zamora Facultad de ingeniera Ctedra Instalaciones Auxiliares

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TP Instalaciones Auxiliares 2009

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