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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