Determinación de la fracción de trabajo de trampas de vapor en la industria ecuatoriana usando el método ultrasónico

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA. DETERMINACIÓN DE LA FRACCIÓN DE TRABAJO DE TRAMPAS DE VAPOR EN LA INDUSTRIA ECUATORIANA USANDO EL MÉTODO ULTRASÓNICO. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO. CARLOS VINICIO GUALLPA TAMAYO carvin10@hotmail.it. DIRECTOR: Ing. JOSÉ LUIS PALACIOS ENCALADA, MSc. jose.palacios@epn.edu.ec. CO-DIRECTOR: Ing. FREDDY GEOVANNY ORDÓÑEZ MALLA, Ph.D. freddy.ordonez@epn.edu.ec. Quito, julio 2016.

(2) I. DECLARACIÓN. Yo, CARLOS VINICIO GUALLPA TAMAYO, declaro que el trabajo aquı́ descrito es de mi autorı́a; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Carlos Vinicio Guallpa Tamayo.

(3) II. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por CARLOS VINICIO GUALLPA TAMAYO bajo mi supervisión.. Ing. José Luis Palacios Encalada, MSc. DIRECTOR DE PROYECTO. Ph.D. Freddy Geovanny Ordóñez Malla CO-DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) III. AGRADECIMIENTOS. En primer lugar, quiero agradecer a mis padres, Carlos y Alexandra, por su apoyo incondicional a lo largo de esta etapa universitaria, sin ustedes nada de esto serı́a posible. A mi hermana, Johanna, por compartir conmigo todas las etapas más hermosas de mi vida, mil gracias. Eres y seguirás siendo mi hermana adorada. Agradezco a toda mi familia por estar siempre pendientes de mi y ser un apoyo en ausencia de mis padres. En especial a mis abuelitos, Marcia, Dolores y Antonio; y a mis tı́os, Edgar y Germania. Quiero agradecer a los ingenieros, José Luis Palacios y Freddy Ordóñez, por guiarme en la realización de este proyecto. A los ingenieros que compartieron sus conocimientos para enriquecer los mı́os, durante el tiempo transcurrido en la Escuela Politécnica Nacional. A los ingenieros de las industrias donde se desarrolló este proyecto, Germán Cadena y Patricio Bustillos, por su colaboración y disponibilidad, mi sincero agradecimiento. Y a mis amigos, por compartir todos los momentos inolvidables de mi vida universitaria, desde el inicio hasta el final de la misma.. Carlos.

(5) IV. DEDICATORIA. Dedico este proyecto a mis padres, Carlos y Alexandra, quienes con esfuerzo supieron suplir mis necesidades, y darme las mejores posibilidades de estudio y superación. A ustedes queridos padres, por darme la vida y cuidar de mı́ a lo largo de la misma; porque a pesar de la distancia estuvieron siempre pendientes y lucharon por el bienestar de sus hijos. Mi gratitud y cariño, su hijo:. Carlos.

(6) V. CONTENIDO Declaración. I. Certificación. II. Agradecimientos. III. Dedicatoria. IV. Contenido. V. Índice de tablas. IX. Índice de figuras. XI. Nomenclatura. XIV. Resumen. XV. Abstract. XVII. Presentación 1. 2. XIX. CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN. 1. 1.1 OBJETIVO GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.3 ALCANCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.4 JUSTIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. CAPÍTULO II: ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD. 4. 2.1 GENERADORES DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 2.1.1 Clasificación de los generadores de vapor . . . . . . . . . . . .. 4. 2.1.1.1 Generadores de vapor acuotubulares . . . . . . . . .. 4. 2.1.1.2 Generadores de vapor pirotubulares . . . . . . . . . .. 5. 2.2 TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 2.2.1 Funciones de las trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . .. 6.

(7) VI. 2.2.2 Tipos de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 2.2.2.1 Trampas de vapor mecánicas . . . . . . . . . . . . . .. 7. 2.2.2.2 Trampas de vapor termostáticas . . . . . . . . . . . .. 7. 2.2.2.3 Trampas de vapor termodinámicas . . . . . . . . . . .. 8. 2.2.3 Selección de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 2.2.3.1 Carga de condensado . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 2.2.3.2 Factor de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.3.3 Diferencia de presiones . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.3.4 Presión máxima de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.4 Métodos de inspección de las trampas de vapor . . . . . . . . 11 2.2.4.1 Método visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.4.2 Método térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.4.3 Método electrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.4.4 Método acústico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.5 Fracción de trabajo de las trampas de vapor . . . . . . . . . . . 14 2.3 TANQUES DE REVAPORIZADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1 Revaporizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.2 Recuperación de revaporizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3.3 Dimensionamiento de tanques de revaporizado . . . . . . . . . 19 2.4 GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO DE TRAMPAS DE VAPOR . . . . . 19 2.4.1 Identificación y registro de las trampas de vapor . . . . . . . . 19 2.4.2 Levantamiento de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.3 Inspección del funcionamiento de las trampas de vapor . . . . 20 2.4.4 Informe final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.5 Frecuencia de inspección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3. CAPÍTULO III: LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN. 22. 3.1 INDUSTRIA FARMACÉUTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1.1 Sistema de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1.2 Generadores de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.3 Consumo de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.4 Emisiones contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.

(8) VII. 3.1.5 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.6 Registro de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2 INDUSTRIA ALIMENTICIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.1 Sistema de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.2 Generadores de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.3 Consumo de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.2.4 Emisiones contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.5 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.6 Registro de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4. CAPÍTULO IV: DESARROLLO DE METODOLOGÍA. 37. 4.1 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL TAMAÑO DE MUESTRA Y TIEMPOS DE MEDICIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1.1 Criterios de clasificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . 37 4.1.1.1 Según el modo de operación . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1.1.2 Según el tipo de trampa de vapor . . . . . . . . . . . . 39 4.1.1.3 Según el equipo de aplicación . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.1.4 Según la demanda de vapor . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.2 Cálculo del tamaño de muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1.2.1 Fórmula y valores a utilizar . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1.2.2 Ejemplo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1.3 Determinación de tiempos de medición . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.3.1 Equipos a inspeccionar . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.3.2 Tiempos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.3.2.1. Industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . 47. 4.1.3.2.2. Industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . 48. 4.2 INSPECCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE TRAMPAS DE VAPOR . 49 4.2.1 Industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.2 Industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3 COSTOS POR TRAMPAS DE VAPOR ABIERTAS . . . . . . . . . . . 57 4.3.1 Costo energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.3.2 Costo económico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.

(9) VIII. 4.3.3 Emisiones contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.4 DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES DE REVAPORIZADO. . . . . . 69. 4.5 COSTOS POR FALTA DE RECUPERACIÓN DE REVAPORIZADO . . 71 5. CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 73. 5.1 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.2 RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 78. ANEXOS. 80.

(10) IX. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Caracterı́sticas técnicas de los generadores de vapor . . . . . . 24 Tabla 3.2 Caracterı́sticas técnicas de los generadores de vapor . . . . . . 31 Tabla 3.3 Consumos de combustible, planta de producción (calderas 1, 2, 3, 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Tabla 3.4 Consumos de combustible, planta de sabores (caldera 4) . . . . 32 Tabla 4.1 Demanda de vapor, industrias farmacéutica y alimenticia . . . . 43 Tabla 4.2 Fracción de trabajo de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . 52 Tabla 4.3 Fracción de trabajo de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . 56 Tabla 4.4 Consumo especı́fico de energı́a, industria farmacéutica . . . . . 59 Tabla 4.5 Consumo especı́fico de energı́a, industria alimenticia . . . . . . 59 Tabla 4.6 Costo energético por trampas de vapor abiertas, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Tabla 4.7 Costo energético por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Tabla 4.8 Costo económico por trampas de vapor abiertas, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Tabla 4.9 Costo económico por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Tabla 4.10 Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Tabla 4.11 Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68. Tabla 4.12 Dimensiones de tanque de revaporizado, flujo de revaporizado nominal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Tabla 4.13 Dimensiones de tanque de revaporizado, flujo de revaporizado . 70 Tabla A.1 Datos obtenidos, emisiones contaminantes . . . . . . . . . . . . 80 Tabla A.2 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes . . . . . . . . . 80 Tabla A.3 Datos obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 1 . 81 Tabla A.4 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.

(11) X. Tabla A.5 Datos obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 2 . 82 Tabla A.6 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Tabla A.7 Datos obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 3 . 83 Tabla A.8 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Tabla A.9 Datos obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 4 . 84 Tabla A.10 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Tabla A.11 Datos obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 5 . 85 Tabla A.12 Resultados obtenidos, emisiones contaminantes en la caldera No 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Tabla A.13 Lista de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Tabla A.14 Lista de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Tabla A.15 Tamaño de muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Tabla A.16 Tamaño de muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Tabla A.17 Funcionamiento de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . 105 Tabla A.18 Funcionamiento de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . 106 Tabla A.19 Condensado de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Tabla A.20 Flujo de revaporizado de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . 144 Tabla A.21 Condensado de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Tabla A.22 Flujo de revaporizado de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . 147 Tabla A.23 Costos por falta de recuperación de revaporizado . . . . . . . . 151 Tabla A.24 Costos por falta de recuperación de revaporizado . . . . . . . . 153.

(12) XI. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Generador de vapor acuotubular . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. Figura 2.2 Generador de vapor pirotubular . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. Figura 2.3 Trampa de vapor de balde invertido . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. Figura 2.4 Trampa de vapor termostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. Figura 2.5 Trampa de vapor de flotador y termostato (F&T) . . . . . . . . .. 8. Figura 2.6 Trampa de vapor de disco controlado . . . . . . . . . . . . . . .. 9. Figura 2.7 Factores de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figura 2.8 Diferencia de presiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figura 2.9 Vapor vivo y revaporizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figura 2.10 Termografı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figura 2.11 Cámara sensora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figura 2.12 Detector ultrasónico marca SONOTEC, modelo SONAPHONE E 14 Figura 2.13 Fracción de trabajo de las trampas de vapor . . . . . . . . . . . 15 Figura 2.14 Tanque de revaporizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Figura 2.15 Tanque de revaporizado horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figura 2.16 Tanque de revaporizado vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figura 2.17 Recomendación de frecuencia de inspección de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Figura 3.1 Sistema de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figura 3.2 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Figura 3.3 Tipos de trampas de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27. Figura 3.4 Modo de operación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . 27 Figura 3.5 Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor . . . 28 Figura 3.6 Sistema de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figura 3.7 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Figura 3.8 Tipos de trampas de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35. Figura 3.9 Modo de operación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . 35 Figura 3.10 Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor . . . 36 Figura 4.1 Trampas de vapor según el modo de operación, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.

(13) XII. Figura 4.2 Trampas de vapor según el modo de operación, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figura 4.3 Trampas de vapor según el tipo de trampa de vapor, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figura 4.4 Trampas de vapor según el tipo de trampa de vapor, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Figura 4.5 Trampas de vapor según el equipo de aplicación, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Figura 4.6 Trampas de vapor según el equipo de aplicación, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Figura 4.7 Tamaño de muestra, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . 45 Figura 4.8 Tamaño de muestra, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . 45 Figura 4.9 Resumen, funcionamiento de trampas de vapor . . . . . . . . . 50 Figura 4.10 Diagrama de funcionamiento, TV-39 (correcto) . . . . . . . . . 51 Figura 4.11 Diagrama de funcionamiento, TV-10 (abierta) . . . . . . . . . . 52 Figura 4.12 Diagrama de funcionamiento, TV-09 (cerrada) . . . . . . . . . . 52 Figura 4.13 Resumen, funcionamiento de trampas de vapor . . . . . . . . . 53 Figura 4.14 Diagrama de funcionamiento, TV-22 (correcto) . . . . . . . . . 55 Figura 4.15 Diagrama de funcionamiento, TV-50 (abierta) . . . . . . . . . . 55 Figura 4.16 Diagrama de funcionamiento, TV-52 (cerrada) . . . . . . . . . . 56 Figura A.1 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Figura A.2 Identificación de trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Figura A.3 Áreas bajo la curva de distribución normal . . . . . . . . . . . . 100 Figura A.4 Diagramas de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Figura A.5 Diagramas de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Figura A.6 Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 813 . . 131 Figura A.7 Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 815 . . 132 Figura A.8 Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 880 . . 132 Figura A.9 Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 881 . . 133 Figura A.10 Trampa de vapor de F&T, Armstrong, Model A8 . . . . . . . . . 133 Figura A.11 Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT14 . . . . . . . . . . 134 Figura A.12 Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FTS14 . . . . . . . . . 135.

(14) XIII. Figura A.13 Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT-75 . . . . . . . . . . 135 Figura A.14 Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FTI-75 . . . . . . . . . 136 Figura A.15 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, TD42L . . . . . 136 Figura A.16 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, TD52 . . . . . 137 Figura A.17 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, BTD52L . . . . 137 Figura A.18 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, SBP30LC . . . 138 Figura A.19 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, TSS300 . . . . 138 Figura A.20 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, RTA-125 . . . . 139 Figura A.21 Trampa de vapor termodinámica, Spirax Sarco, MST21 . . . . 139 Figura A.22 Trampa de vapor de F&T, ADCA, FLT17 . . . . . . . . . . . . . 140 Figura A.23 Trampa de vapor termodinámica, Watson Mcdaniel, WD600 . . 140 Figura A.24 Trampa de vapor termodinámica, SF, SDT-420. . . . . . . . . . 140. Figura A.25 Trampa de vapor termodinámica, Pennant, PT-11 . . . . . . . . 141 Figura A.26 Trampa de vapor de balde invertido, TLV, J3S-X . . . . . . . . . 141 Figura A.27 Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Figura A.28 Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria alimenticia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150.

(15) XIV. NOMENCLATURA C.E.. Consumo especı́fico de energı́a, kgv /kgc. D. Diámetro del orificio de la trampa de vapor, in. Dtram.. Diámetro de conexión de la trampa de vapor, in. e. Lı́mite aceptable de error muestral (1 % - 9 %). F.E.. Factor de emisión. ftrabajo. Fracción de trabajo de la trampa de vapor. hv. Entalpı́a del vapor a la presión de trabajo, kJ/kg. haa. Entalpı́a del agua de alimentación, kJ/kg. hf 1. Entalpı́a especı́fica del agua saturada a la entrada, Btu/lbm. hf 2. Entalpı́a especı́fica del agua saturada a la salida, Btu/lbm. hf g2. Calor especı́fico del vapor a la salida, Btu/lbm. ṁvap.. Flujo másico de vapor, lb/h ó kg/h. ṁrevap.. Flujo de revaporizado, lb/h ó kg/h. ṁrevap.nom.. Flujo de revaporizado nominal, lb/h ó kg/h. N. Tamaño de la población, min. n. Tamaño de la muestra, min. Pabs.. Presión absoluta, psi. Ptrab.. Presión de trabajo (caldera o trampa), psig. Pdes.. Presión de descarga de la trampa de vapor, psig. Qi. Poder calorı́fico inferior del combustible, kJ/kgc. Taa. Temperatura del agua de alimentación, o C. tmedición. Tiempo de medición del funcionamiento de la trampa de vapor, s. tapertura. Tiempo de apertura de la trampa de vapor, s. tcierre. Tiempo de cierre de la trampa de vapor, s. Σtabierta. Suma total de los tiempos de ciclos de apertura. Σtcerrada. Suma total de los tiempos de ciclos de cierre. Z. Valor obtenido mediante niveles de confianza. ηg. Eficiencia del generador de vapor. ρ. Densidad, kg/m3. σ. Desviación estándar de la población (0,5).

(16) XV. RESUMEN. El presente proyecto tiene como objetivo principal determinar la fracción de trabajo de trampas de vapor en dos instalaciones industriales de distinto tipo, las cuales según la revisión bibliográfica tienen una producción representativa, industria farmacéutica (CIIU-2100) e industria alimenticia (CIIU-1050), mediante la aplicación del método de inspección ultrasónico. Por motivos de confidencialidad, no se han revelado los nombres de estas industrias. En primera instancia, se realizó una revisión bibliográfica sobre los generadores y las trampas de vapor, su funcionamiento, las funciones que deben desempeñar, los tipos existentes, y las aplicaciones industriales de los mismos. Se enfatizó en los generadores acuotubulares y pirotubulares, ya que éstos son los más difundidos en la industria. Se hizo una mención breve sobre la selección de trampas de vapor, los métodos de inspección, y la metodologı́a utilizada para determinar la fracción de trabajo empleada en el presente proyecto. También, se realizó una explicación de los tanques de revaporizado acerca de su funcionamiento y las configuraciones existentes, su importancia para la utilización del revaporizado, y dimensionamiento de los mismos. Al finalizar la revisión bibliográfica, se detalló la gestión del mantenimiento de trampas de vapor, su justificación, y un procedimiento de ejecución. Se explicaron sus pasos, los cuales son importantes para el desarrollo del presente proyecto, definiendo su respectiva jerarquı́a y contenido. Siguiendo los pasos iniciales de la gestión del mantenimiento de trampas de vapor, se realizó el levantamiento de información histórica y actual, tanto de la industria farmacéutica como de la industria alimenticia. La información levantada evidenció las caracterı́sticas del sistema de vapor, de los generadores de vapor, el consumo de combustible con sus respectivas emisiones contaminantes, y la lista de trampas de vapor con sus códigos y caracterı́sticas principales. Posteriormente, se realizó un análisis estadı́stico previo a la inspección ultrasónica, para determinar el tamaño de muestra de las trampas de vapor (número de trampas.

(17) XVI. a inspeccionar y tiempos de medición) de cada industria. Se realizó la inspección, mediante el método ultrasónico, acústico y visual, del funcionamiento de las trampas de vapor de los dos sectores industriales. Esta inspección arrojó datos importantes para conocer el estado energético de los mismos. Se determinó que estos sectores industriales tienen un problema de funcionamiento de trampas de vapor, ya que presentan un porcentaje elevado de trampas abiertas y cerradas, especialmente la industria farmacéutica. Con los diagramas de funcionamiento, obtenidos mediante el método ultrasónico, se determinó la fracción de trabajo de ciertas trampas de vapor, que eran las más representativas, para ambos sectores industriales. Esta fracción de trabajo es importante para un análisis más sensible de costos energéticos y económicos, y de emisiones contaminantes, por falta de recuperación de revaporizado, e influye en la mejora de la metodologı́a de dimensionamiento de tanques de revaporizado. Como conclusión, se evidenció una mejora en las determinaciones de los flujos de vapor, condensado y revaporizado, los mismos que son importantes al momento del análisis de costos y del dimensionamiento de tanques de revaporizado; permitiendo la reducción de los costos energéticos y económicos, y de las emisiones contaminantes.. Palabras clave: Trampas de vapor, fracción de trabajo, método ultrasónico, revaporizado, tanques de revaporizado..

(18) XVII. ABSTRACT. The main target of the project was to determine the working fraction of steam traps in two types of industry, which according to the literature review have a representative production, through the ultrasonic inspection method. They are the pharmaceutical industry (CIIU-2100) and food industry (CIIU-1050). Due to confidentiality reasons, the names of these companies have not been revealed. First, a literature review was performed about the steam generators and steam traps, its operation, functions, types of each one and the industrial applications of them. Also, it was emphasized about steam generators water tube and fire tube, because these are widely spread in the industry. A brief mention about the selection, inspection methods and working fraction of steam traps was performed. Also, an explanation of flash tanks about its operation and types, and the sizing methodology of flash tanks was made. The flash tanks are important for the usage of flash steam. At the end of the literature review, the management maintenance of steam traps, its justification, and an execution procedure was performed. The steps for its execution, which are important on the development of this project, were explained. Then, gathering of information, historical and current states for the pharmaceutical company and the food company was made. The information evidenced the characteristics of steam system, steam generators, fuel consumption, emissions, and steam traps with its codes and key features. After that, a statistical analysis, previous the ultrasonic inspection, to determine the sample size of steam traps (number of traps to inspect and measurement times) of each company, was performed. The inspection operation of steam traps, through the ultrasonic, acoustic and visual method, for both companies was performed. From this inspection important data was obtained to know the energy state of companies. It was determined that these industrial sectors have an operating problem of steam traps, since they have a high percentage of open and closed traps, especially the pharmaceutical company. With the operation diagrams obtained through the ultra-.

(19) XVIII. sonic method, the working fraction of certain steam traps, the most representative, of each company was determined. This working fraction is important for a more sensitive analysis of energy, economic costs and emissions, due to lack of flash steam recovery. Also, the working fraction of steam traps influences in the improvement of sizing methodology of flash tanks. In conclusion, an improvement in determining the steam flow, the condensate flow and the flash steam flow was noted; they are important when the cost analysis and sizing of flash tanks are made; allowing the reduction of energy usage and economic costs, and emissions.. Keywords: Steam traps, working fraction, ultrasonic method, flash steam, flash tanks..

(20) XIX. PRESENTACIÓN. En el capı́tulo 1 se definen los objetivos, general y especı́ficos, alcances y la justificación del presente proyecto. También, se evidencia el problema energético existente en las industrias analizadas. En el capı́tulo 2 se presenta un estudio de pre-factibilidad; en el cual se detalla una revisión bibliográfica de los generadores y las trampas de vapor, tanques de revaporizado, y la gestión del mantenimiento de trampas de vapor. Además, se hace una breve mención sobre los métodos de inspección de trampas de vapor En el capı́tulo 3 se detalla el levantamiento de información histórica y actual de las industrias farmacéutica y alimenticia. En este se muestran sistema y generadores de vapor, consumo de combustible, emisiones contaminantes, e identificación y registro de trampas de vapor de cada industria. A continuación, en el capı́tulo 4 se realiza un análisis estadı́stico del tamaño de muestra de las trampas de vapor, necesario para determinar el número de trampas a inspeccionar, la localización de las trampas (equipos) y los tiempos de medición. Además, se presenta la inspección del funcionamiento de trampas de vapor, con sus respectivos resultados y análisis. Se indican diagramas y porcentajes de funcionamiento, fracciones de trabajo, costos por trampas abiertas, y dimensionamiento de tanques de revaporizado y sus costos. Finalmente, en el capı́tulo 5 se exponen las conclusiones y recomendaciones del presente proyecto..

(21) 1. 1.. CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN. En este capı́tulo se presentan los objetivos, general y especı́fico, alcances y la justificación del presente proyecto. Se evidencia el elevado consumo de combustibles fósiles respecto a otras fuentes de energı́a para satisfacer la demanda de vapor en la industria, y se definen las industrias a ser analizadas.. 1.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la fracción de trabajo de trampas de vapor en la industria ecuatoriana usando el método ultrasónico.. 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Establecer los principios fundamentales del método ultrasónico de inspección de trampas de vapor y dimensionamiento de tanques de revaporizado. Realizar mediciones ultrasónicas de trampas de vapor de al menos dos empresas del medio productivo. Analizar los datos obtenidos experimentalmente y compararlos con los cálculos de diseño. Determinar el porcentaje de pérdidas energéticas de vapor rechazado por las trampas de vapor. Mejorar la metodologı́a de dimensionamiento de tanques de revaporizado.. 1.3.. ALCANCES Se detallará la teorı́a referente a las trampas de vapor, el método de medición ultrasónico y los tanques de revaporizado. Se recopilarán datos de diferentes trampas de vapor de sistemas industriales. Se estudiará el comportamiento de las trampas de vapor en empresas del medio productivo..

(22) 2 Se mejorará la metodologı́a de dimensionamiento de tanques de revaporizado.. 1.4. JUSTIFICACIÓN Actualmente, existe un elevado consumo de combustibles fósiles en el sector industrial ecuatoriano. De acuerdo al Balance Energético Nacional 2015 (Delgado, Año base 2014), se tiene que el consumo energético industrial asciende al 19,4 %; la energı́a destina a este sector proviene en un 40,3 % del diésel y en un 13,9 % del fuel oil. Por lo tanto, dichos combustibles son evidentemente la fuente energética principal de la industria ecuatoriana, superando el consumo de electricidad que es del 28,3 %. Estos altos porcentajes evidencian la necesidad de reducir el consumo de combustibles fósiles, aprovechando eficientemente todos los recursos energéticos disponibles. El uso adecuado y eficiente de la energı́a, además de beneficios ambientales evidentes, proporciona beneficios económicos y publicitarios a las empresas. Las industrias utilizan la energı́a para tres aplicaciones fundamentalmente: calentamiento o enfriamiento, fuerza motriz y generación de vapor. Ası́, los sistemas de vapor tienen particular influencia en el porcentaje de energı́a utilizada en el sector industrial; ya que éstos consumen una gran cantidad de la misma (Palacios, Hidalgo, y Peña, 2015). Entonces, para lograr esta reducción y alcanzar un nivel de eficiencia energética aceptable, se sugiere la implementación de tanques de revaporizado. Sin embargo, la metodologı́a corriente de dimensionamiento sobrestima la cantidad de revaporizado producido, ya que considera que las trampas de vapor funcionan el 100 % del tiempo. El presente trabajo propone evaluar experimentalmente la fracción de trabajo de las trampas de vapor en funcionamiento en al menos dos industrias de la ciudad de Quito. Con estos resultados se podrá establecer un factor de corrección en el funcionamiento estimado de las trampas de vapor. Dicha corrección servirá para dimensionar de una forma más precisa los tanques de revaporizado. Un análisis de este tipo es necesario en una sociedad como la ecuatoriana, con.

(23) 3 el fin de guiar a un mejor consumo y crear una conciencia general de la eficiencia energética en nuestro paı́s. Analizando la transición actual de la matriz energética que vive el paı́s, es indispensable un estudio más profundo de las ventajas y desventajas que conllevan esta implementación en los sistemas de vapor; sobre todo en sistemas de vapor de industrias grandes, en los que existe mayor uso de vapor y consecuentemente menor eficiencia energética. Los principales beneficiarios de este análisis serán los sectores industriales del paı́s que utilizan vapor en sus procesos productivos, tales como la industria textil, alimenticia, farmacéutica, etc. Se han seleccionado dos industrias, farmacéutica y alimenticia (productos lácteos). Esta selección tiene fundamento en los valores proporcionados por la encuesta de manufactura y minerı́a (Rosero, Nabernegg, Naranjo, y cols., 2014), elaborada con base en la CIIU Rev. 4, la cual evidencia que el sector de la manufactura aporta con el 80 % de la producción total a nivel nacional. En este sector, dos de las industrias más representativas son las seleccionadas para el análisis en el presente proyecto, con valores de producción total a nivel nacional que ascienden al 1,20 % para la industria farmacéutica (CIIU-2100), y 2,95 % para la industria alimenticia (CIIU-1050)..

(24) 4. 2.. CAPÍTULO II: ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD. En el presente capı́tulo se detalla la revisión bibliográfica de generadores y trampas de vapor, tanques de revaporizado, métodos de inspección y gestión del mantenimiento de trampas de vapor.. 2.1. GENERADORES DE VAPOR Los generadores de vapor son aquellos equipos encargados de transformar agua lı́quida en vapor, mediante una transferencia de energı́a térmica, obtenida de una fuente de calor. La fuente de calor puede ser: combustión, calor residual o gases de escape, fisión nuclear. La transferencia de calor en los generadores de vapor se produce a presión constante. Para una selección adecuada de los generadores de vapor se debe tener en cuenta los requerimientos y criterios de diseño de los mismos (Borroto, 2005).. 2.1.1.. Clasificación de los generadores de vapor. Una clasificación general de los generadores de vapor es según la disposición de los fluidos: pirotubulares y acuotubulares (Borroto, 2005).. 2.1.1.1.. Generadores de vapor acuotubulares. El generador de vapor acuotubular tiene la función de transferir calor desde los gases de combustión, que pasan por la superficie exterior del serpentı́n, hacia la sustancia de trabajo (agua), para ası́ convertir la misma en vapor. La reacción quı́mica de combustión tiene lugar en el horno de la caldera. También, los gases de combustión tienen un circuito de recorrido bien definido, a fin que los mismos tengan contacto con todas las superficies de calefacción y puedan transferir su energı́a con una adecuada eficiencia. El serpentı́n del generador de vapor, por el cual pasa el fluido de trabajo, generalmente está conformado por haces de tubos, cuya disposición, forma y diseño de-.

(25) 5 penden de la capacidad y de la presión de trabajo requeridas por la caldera (Borroto, 2005). Un ejemplo de este tipo de generador de vapor se indica en la figura 2.1.. Figura 2.1: Generador de vapor acuotubular (HowStuffWorks, s.f.). Los generadores de vapor acuotubulares proporcionan elevados rendimientos de vapor, presiones altas de trabajo y vapor sobrecalentado; caracterı́sticas muy importantes a tener en cuenta según la aplicación requerida (Borroto, 2005).. 2.1.1.2. Generadores de vapor pirotubulares El generador de vapor pirotubular tiene la función de transferir calor desde los gases de combustión, que pasan por la superficie interior del serpentı́n, hacia la sustancia de trabajo (agua), para ası́ convertir la misma en vapor. El serpentı́n del generador de vapor consta de tubos sumergidos en un volumen de agua (Borroto, 2005). La forma y distribución de los componentes de este generador de vapor se pueden apreciar, de mejor manera, en la figura 2.2..

(26) 6. Figura 2.2: Generador de vapor pirotubular (HowStuffWorks, s.f.). Estos generadores de vapor proporcionan presiones de trabajo y capacidades bajas; son usados principalmente en aplicaciones donde el vapor opera como un medio de calentamiento (Borroto, 2005).. 2.2. TRAMPAS DE VAPOR Las trampas de vapor son válvulas automáticas que establecen el lı́mite entre vapor y condensado; es decir que éstas filtran el condensado, producido por el cambio de fase de vapor al ceder éste energı́a, y los gases no condensables como el aire, de tal manera que se permite únicamente el paso del vapor por el sistema. Las trampas de vapor son usadas en aplicaciones industriales para asegurar que no se desperdicie el vapor, razón por la cual una falla en su regular operación traerı́a consecuencias negativas tanto energética como económicamente (TLV, s.f.f).. 2.2.1.. Funciones de las trampas de vapor. Las funciones de las trampas de vapor son, fundamentalmente, remover el condesado y evacuar el aire y los gases no condensables (CO2 y O2 ) del sistema, para evitar resistencias adicionales en el proceso de transferencia de energı́a (Borroto, 2005).. 2.2.2.. Tipos de trampas de vapor. Un criterio de clasificación de las trampas de vapor es en función de su principio de operación, que causa la apertura o cierre de las mismas..

(27) 7 De acuerdo a dicho criterio, se tienen las trampas de vapor mecánicas, termostáticas y termodinámicas. Cabe indicar que ciertas trampas de vapor pueden combinar caracterı́sticas de los diferentes tipos de trampas antes expuestos, con el fin de asegurar un funcionamiento adecuado (Borroto, 2005).. 2.2.2.1. Trampas de vapor mecánicas Este tipo de trampas actúan debido a la diferencia de densidades existente entre el vapor y el condensado. Una trampa de vapor común de este tipo es la trampa de balde invertido (Borroto, 2005), la cual se puede observar en la figura 2.3. Éstas operan bajo el principio de gravedad especı́fica, y la válvula se abre o cierra en función del movimiento de un flotador debido al flujo de condensado. Su rendimiento es independiente de factores externos como la lluvia, viento, etc (TLV, s.f.b).. Figura 2.3: Trampa de vapor de balde invertido (Armstrong, 1998).. 2.2.2.2. Trampas de vapor termostáticas Este tipo de trampas funcionan debido a la diferencia de temperaturas existente entre el vapor y el condensado; mediante el accionar de un elemento bimetálico o fuelle, que sufre una contracción en presencia de vapor, o una expansión en presencia de condensado (Borroto, 2005). Este tipo de trampas y una variación de las mismas, se pueden observar en las figuras 2.4 y 2.5 respectivamente..

(28) 8. Figura 2.4: Trampa de vapor termostática (Armstrong, 1998).. Figura 2.5: Trampa de vapor de flotador y termostato (F&T) (Armstrong, 1998).. 2.2.2.3. Trampas de vapor termodinámicas Este tipo de trampas operan debido a la diferencia de presiones y/o velocidad de salida de flujo existente entre el vapor y el condensado. Al salir condensado, el diafragma de la trampa permanece abierto debido a que la velocidad del lı́quido es relativamente baja; mientras que sucede lo opuesto cuando sale vapor (Borroto, 2005). Estas trampas son particularmente apreciadas en la industria debido a su versatilidad de rango de presiones de trabajo y a su tamaño compacto; además, pueden operar en posición horizontal y vertical (TLV, s.f.e). Un ejemplo de este tipo de trampas se puede observar en la figura 2.6..

(29) 9. Figura 2.6: Trampa de vapor de disco controlado (Armstrong, 1998).. 2.2.3.. Selección de trampas de vapor. Los criterios principales para la selección de las trampas de vapor son: carga de condensado, factor de seguridad, diferencia de presiones y presión máxima de trabajo (Armstrong, 1998).. 2.2.3.1. Carga de condensado Este es el aspecto o criterio más importante en la selección de las trampas de vapor de un sistema, ya que las mismas deben seleccionarse en función de la carga de condensado y no del diámetro de la tuberı́a de conexión. Este criterio de selección, además, involucra las distintas aplicaciones de las trampas de vapor, ya que para cada una de éstas existe una fórmula diferente de cálculo de la carga de condensado (Armstrong, 1998). Existen varias fórmulas para el cálculo de la carga de condensado de acuerdo a la aplicación y al fabricante del equipo. Una de los fabricantes de trampas de vapor que mayormente se aplica en la industria es el fabricante Armstrong; según el mismo la carga de condensado se puede determinar, con su respectiva fórmula, para los siguientes equipos: distribuidores de vapor, lı́neas de distribución de vapor, lı́neas tracer, equipos de calefacción, calentadores de aire de proceso, intercambiadores de coraza y tubos, y serpentines sumergidos, serpentines estampados, evaporadores, ollas con camisas de vapor (marmitas), cámaras de vapor cerradas y estacionarias (planchas de prensado), secadoras rotatorias con drenaje por sifón, tanques de revaporizado, y máquinas de absorción (Armstrong, 1998)..

(30) 10 2.2.3.2. Factor de seguridad El factor de seguridad es un criterio vital en la selección de trampas de vapor, es un coeficiente o valor que proporciona un margen suplementario de seguridad sobre el flujo de condensado que puede descargar la trampa de vapor; éste es de ayuda cuando el volumen de condensado excede los valores calculados (TLV, s.f.a). El factor de seguridad está influenciado por varios factores de operación del sistema y caracterı́sticas de la trampa de vapor; sin embargo, existen algunos rangos de factores de seguridad recomendados, como se muestra en la figura 2.7 (Borroto, 2005).. Figura 2.7: Factores de seguridad (Borroto, 2005).. 2.2.3.3. Diferencia de presiones La diferencia de presiones, figura 2.8, es el valor de presión debido a la diferencia existente entre la presión máxima de suministro del vapor al equipo y la presión de descarga o retorno de condensado (Armstrong, 1998).. Figura 2.8: Diferencia de presiones (Armstrong, 1998)..

(31) 11 2.2.3.4. Presión máxima de trabajo La presión máxima de trabajo es el valor máximo de presión al cual puede trabajar el equipo; ésta por motivos de seguridad, debe ser mayor o igual a la presión del sistema (Armstrong, 1998).. 2.2.4.. Métodos de inspección de las trampas de vapor. Para un adecuado funcionamiento, además del evidente factor energético y económico negativo que representa, es indispensable adoptar un plan de mantenimiento permanente en todo sistema de vapor. Este plan debe ser aplicado tanto al generador de vapor como a los demás componentes del sistema, haciendo un particular énfasis en las trampas de vapor. De esta manera, para realizar un mantenimiento predictivo confiable de las trampas de vapor, se tienen principalmente los métodos de inspección visual, térmico, electrónico y acústico (Borroto, 2005).. 2.2.4.1.. Método visual. El método de inspección visual se basa en la observación de la descarga de las trampas de vapor a la atmósfera. De esta manera se podrá apreciar si la trampa de vapor realiza la descarga de vapor vivo o revaporizado, y comprobar si ésta trabaja correctamente. Este método es el más básico de los métodos de inspección y únicamente se lo puede aplicar cuando no existe recuperación de condensado (Borroto, 2005; TLV, s.f.c). A continuación, en la figura 2.9, se puede apreciar, de izquierda a derecha, la descarga de vapor vivo y revaporizado respectivamente..

(32) 12. Figura 2.9: Vapor vivo y revaporizado (Borroto, 2005).. 2.2.4.2. Método térmico Este método se fundamenta en la medición de la temperatura a la entrada y salida o descarga de la trampa (Borroto, 2005); ya que el vapor saturado y el condensado tienen la misma temperatura a su salida es difı́cil determinar si la trampa tiene o no un adecuado funcionamiento, llevando a estimaciones erróneas, lo que hace que este método, empleado por si solo, sea poco confiable para la inspección de trampas de vapor (TLV, s.f.c). Para aplicar este método de inspección se utilizan comúnmente cámaras termográficas, ya que permiten obtener registros permanentes de las mediciones; sin embargo, se pueden emplear otros instrumentos de medición como termómetros infrarrojos, termocuplas, etc (TLV, s.f.c). La termografı́a de la figura 2.10, es el resultado obtenido al efectuar la medición con una cámara termográfica.. Figura 2.10: Termografı́a (TLV, s.f.c)..

(33) 13 2.2.4.3. Método electrónico Este método consiste en la medición de la conductividad del condensado. En una cámara sensora, figura 2.11, que se encuentra antes de la trampa de vapor, se determina dicha conductividad mediante sensores electrónicos (Borroto, 2005).. Figura 2.11: Cámara sensora (Borroto, 2005).. 2.2.4.4. Método acústico Este método se basa en la detección de señales sonoras emitidas por la trampa de vapor durante su funcionamiento; es decir, cuando el condensado fluye a través de la trampa produce sonido y vibración, de igual manera lo hacen la apertura y cierre de los mecanismos de la mayorı́a de las trampas de vapor. Cuando la función de la trampa varı́a, no es la adecuada, el sonido que emite la misma también varı́a. Reconocer la existencia o no de alteraciones del sonido que emite la trampa resulta entonces fundamental para determinar las condiciones de ésta (TLV, s.f.c). La aplicación del método acústico, se la puede realizar con un estetoscopio o un equipo de ultrasonido. Este método es el más confiable y recomendado para realizar la inspección de una trampa de vapor (Borroto, 2005; TLV, s.f.c). La inspección de una trampa de vapor, mediante un equipo ultrasónico, tiene inicio con la colocación de una sonda de prueba en la entrada y la descarga de la trampa, para diferenciar los sonidos. A continuación, se regula la sensibilidad del equipo y se ubica un punto del cuerpo de la trampa adecuado, con el fin de tener la mejor apreciación posible..

(34) 14 Finalmente, si el equipo utilizado lo permite, se obtienen la visualización y registro de los valores medidos. Dichos valores se reflejan en diagramas de decibeles vs tiempo, de esta forma se logrará analizar los diferentes datos y determinar si el funcionamiento de dicha trampa es el adecuado. El equipo ultasónico y sus componentes, se pueden observar en la figura 2.12.. Figura 2.12: Detector ultrasónico marca SONOTEC, modelo SONAPHONE E.. 2.2.5.. Fracción de trabajo de las trampas de vapor. La fracción de trabajo de una trampa de vapor es el porcentaje efectivo que la misma está operando de manera abierta; es decir, cuando ésta realiza la descarga de condensado. Normalmente, para lo que respecta análisis de costos y cálculos de dimensionamiento de tanques de revaporizado, se toma dicha fracción de trabajo como inexistente (100 %). Sin embargo, como se verá más adelante, la fracción de trabajo tiene una influencia importante en dichos valores de costos y dimensionamiento, provocando un ahorro considerable, es por tal razón que es importante la determinación de la misma. Para entender de mejor manera lo que es la fracción de trabajo, en la figura 2.13 se pueden observar los ciclos de apertura y cierre, de una trampa de vapor, en verde y rojo respectivamente..

(35) 15. Figura 2.13: Fracción de trabajo de las trampas de vapor. Entonces, la fracción de trabajo de las trampas de vapor se determina mediante la siguiente fórmula:. ftrabajo =. Σtabierta Σtabierta + Σtcerrada. (2.1). Donde: ftrabajo. Fracción de trabajo de la trampa de vapor.. Σtabierta. Suma total de los tiempos de ciclos de apertura.. Σtcerrada. Suma total de los tiempos de ciclos de cierre.. 2.3.. TANQUES DE REVAPORIZADO. Los tanques de revaporizado, figura 2.14, son utilizados para separar el revaporizado del condensado, ya que este revaporizado contiene aún energı́a útil (SpiraxSarco, s.f.a)..

(36) 16. Figura 2.14: Tanque de revaporizado (Spirax-Sarco, s.f.a).. 2.3.1.. Revaporizado. El revaporizado es el nombre atribuido al vapor que se forma del condensado caliente, cuando éste sufre una disminución brusca de presión. Cabe mencionar que el revaporizado no es diferente al vapor normal o vivo, simplemente éstos difieren en su formación. El vapor vivo se forma mediante la ganancia de calor del fluido, mientras que el revaporizado se forma cuando el condensado de alta presión y temperatura del sistema sufre una caı́da brusca de presión, como se dijo anteriormente. Este condensado caliente (elevada temperatura y presión), que contiene gran cantidad de energı́a, al ser descargado a una menor presión, sufre una evaporación de cierto porcentaje del mismo, ya que la entalpı́a permanece constante y la cantidad excesiva de energı́a es absorbida por parte de las moléculas como calor latente, formando ası́ el revaporizado (TLV, s.f.d). El porcentaje de revaporizado se calcula mediante la siguiente fórmula (TLV, s.f.d):. % revaporizado =. hf 1 − hf 2 hf g2. (2.2).

(37) 17 Donde: hf 1. Entalpı́a especı́fica del agua saturada a la entrada.. hf 2. Entalpı́a especı́fica del agua saturada a la salida.. hf g2. Calor especı́fico del vapor a la salida.. 2.3.2.. Recuperación de revaporizado. Para utilizar el revaporizado, éste debe ser separado del condensado mediante tanques de revaporizado. El tanque de revaporizado debe ser dimensionado de acuerdo a los parámetros especificados por las normas de ASHRAE. Para realizar una adecuada separación de la mezcla revaporizado – condensado se debe tener en cuenta la reducción de velocidad necesaria a aplicar, que es de 3.05 m/s según la ASHRAE (Spirax-Sarco, 2000). Con dicha reducción de velocidad y gracias a la gravedad, el condensado precipita al fondo del tanque de flasheo para ası́ ser separado del vapor mediante una trampa de vapor. Además, la conexión de salida del vapor del tanque de revaporizado debe ser dimensionada de tal manera que la velocidad del mismo sea aproximadamente 15.24 m/s (Spirax-Sarco, 2000). Los tanques de revaporizado pueden tener una disposición horizontal o vertical, figuras 2.15 y 2.16 respectivamente..

(38) 18. Figura 2.15: Tanque de revaporizado horizontal (Spirax-Sarco, 2000).. Figura 2.16: Tanque de revaporizado vertical (Spirax-Sarco, 2000). Los tanques de revaporizado verticales son los más recomendados, ya que separan de mejor manera el revaporizado del condensado (Spirax-Sarco, 2000). El revaporizado, al contener energı́a útil, puede ser utilizado para procesos de baja presión como calefacción, calentamiento de agua, etc (Spirax-Sarco, 2000)..

(39) 19 2.3.3.. Dimensionamiento de tanques de revaporizado. Para dimensionar un tanque de revaporizado se debe poseer la siguiente información (Spirax-Sarco, s.f.a): La presión del vapor antes de la trampa o trampas de suministro de vapor del tanque. El caudal total de condensado dentro del tanque de revaporizado. La presión del revaporizado en el tanque de revaporizado. Con esta información y el uso de tablas proporcionadas por el fabricante se logra dimensionar y seleccionar el tanque de revaporizado más adecuado a los requerimientos del sistema.. 2.4.. GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO DE TRAMPAS DE VAPOR. La justificación de un mantenimiento de las trampas de vapor se halla fundamentalmente en el concepto de eficiencia energética; ası́ como también el consecuente ahorro económico y disminución del impacto ambiental. Los pasos a seguir en el proceso de mantenimiento de trampas de vapor son los siguientes: identificación y registro de las trampas de vapor, levantamiento de información, inspección del funcionamiento de las trampas de vapor, informe final, y frecuencia de inspección (Palacios y cols., 2015).. 2.4.1.. Identificación y registro de las trampas de vapor. La identificación y registro de las trampas de vapor es el primer paso a realizarse en este proceso. La identificación de las trampas se la debe realizar con etiquetas que sean fácilmente visibles, con su respectivo código. Si por algún motivo no se pueden colocar o es difı́cil la colocación de las etiquetas en las trampas, la identificación se la puede realizar con etiquetas digitales. Para la identificación de las trampas es recomendable seguir el sentido del flujo del vapor en el sistema (Palacios y cols., 2015)..

(40) 20 2.4.2.. Levantamiento de información. El levantamiento de información es el paso sucesivo dentro de este proceso, éste consta de un registro inicial que debe contener los siguientes ı́tems: código de identificación, tipo de trampa, localización (equipo de consumo en el que se encuentra instalada la trampa), modo de operación (continuo o por proceso), y porcentaje de tipo de trampas de vapor existentes en el sistema (Palacios y cols., 2015).. 2.4.3.. Inspección del funcionamiento de las trampas de vapor. Este es el paso fundamental de todo el proceso. La inspección del funcionamiento de las trampas de vapor se la debe realizar con un método de inspección confiable. Se recomienda el método ultrasónico, cuyas ventajas y caracterı́sticas se explican en la sección 2.2.4.4. Los resultados de la inspección deben ser registrados en un formato, el cual debe contener los siguientes ı́tems: código de la trampa de vapor, funcionamiento de la trampa de vapor (correcto, abierta, cerrada), novedades encontradas, y método de inspección empleado (Palacios y cols., 2015).. 2.4.4.. Informe final. Este es el paso final del proceso. El informe final debe contener el registro inicial de las trampas de vapor, los resultados de la inspección, porcentaje de trampas de vapor con un funcionamiento inadecuado, y conclusiones y recomendaciones (Palacios y cols., 2015).. 2.4.5.. Frecuencia de inspección. La frecuencia de inspección de la trampas de vapor y del sistema de vapor en general debe ser instaurada dentro de un programa de mantenimiento adecuado, esto si se quiere lograr la reducción de averı́as y del porcentaje de trampas de vapor abiertas o cerradas (Palacios y cols., 2015). Dicha frecuencia se la determinará de acuerdo sea requerido por el sistema de vapor..

(41) 21 Una recomendación general de la frecuencia de inspección de las trampas de vapor es la que se presenta en la figura 2.17.. Figura 2.17: Recomendación de frecuencia de inspección de trampas de vapor (Palacios y cols., 2015)..

(42) 22. 3.. CAPÍTULO III: LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN. En este capı́tulo se expone el levantamiento de información realizado para las industrias farmacéutica y alimenticia. Por motivos de confidencialidad, no se revelarán los nombres de dichas industrias. Se presentan sistema y generadores de vapor, consumo de combustible, emisiones contaminantes, y la identificación y registro de trampas de vapor de ambas industrias.. 3.1. INDUSTRIA FARMACÉUTICA 3.1.1.. Sistema de vapor. La producción y utilización del vapor, en la industria farmacéutica, consta básicamente de cuatro etapas: la generación, distribución, y consumo de vapor, y el retorno de condensado, como se aprecia en la figura 3.1.. Figura 3.1: Sistema de vapor. Se observa que la generación del vapor tiene lugar en la sala de máquinas mediante los generadores de vapor, para luego ser distribuido hacia los consumidores del.

(43) 23 mismo gracias a un distribuidor de vapor. Los consumidores de vapor se ubican, en su mayorı́a, en la planta de producción, ya que es donde existe una mayor demanda de vapor. Los principales equipos consumidores son autoclaves, destiladores, reactores y tanques de agua. También, existen pocos equipos consumidores de vapor en la planta de investigación, ya que en ésta la demanda de vapor es baja debido a que se realiza un trabajo, casi exclusivo, de investigación cientı́fica, en el cual se emplea poco el vapor. Finalmente, se puede apreciar el retorno de condensado, que tiene como elemento fundamental a un tanque de condensado, donde se almacena el lı́quido permitiendo un retorno adecuado para la realimentación de los generadores de vapor. El sistema de retorno de condensado es donde se enfocará el análisis del presente proyecto, especialmente en las trampas de vapor.. 3.1.2.. Generadores de vapor. El sistema de vapor consta de dos generadores de vapor. Las caracterı́sticas técnicas de cada uno de ellos se detallan en la tabla 3.1. Además, es importante mencionar dos aspectos, la caldera No 1 necesita de un tratamiento previo del agua de alimentación, y la caldera No 2 opera únicamente cuando la caldera No 1 entra en mantenimiento o sufre alguna averı́a..

(44) Clayton. Distral. 2. MARCA. 1. N. o. CALDERA. FB3-060-A. E-304. MODELO. pasos. pirotubular de tres. Horizontal. tres pasos. acuotubular de. Vertical. TIPO. 200. 300. (BHP). POTENCIA. 140. 120. TRABAJO (psig). PRESIÓN DE. Tabla 3.1: Caracterı́sticas técnicas de los generadores de vapor.. Diésel. Diésel. COMBUSTIBLE. 24.

(45) 25 3.1.3.. Consumo de combustible. El consumo de combustible de la industria es elevado; sin embargo, se debe tener en cuenta que éste es propenso a variaciones en función de la producción (mayor o menor demanda de productos). Mediante la realización de un levantamiento de información histórica de combustible, se ha determinado que el consumo promedio mensual es de 18000 galones de diésel.. 3.1.4.. Emisiones contaminantes. Las emisiones contaminantes de la industria son controladas periódicamente por entidades especializadas. Los datos y resultados en detalle se muestran en el ANEXO 1. Dichos datos son de la caldera No 1, ya que ésta es la que funciona la mayorı́a del tiempo de producción. Es importante indicar que los datos relevados en este estudio son valores instantáneos, y servirán sólo para el análisis del cumplimiento de las normas pertinentes. Los valores de emisiones que se determinarán posteriormente son referidos al tiempo de trabajo de los equipos; es decir que estos valores no son instantáneos, sino que dependen de un intervalo de tiempo. El control de las emisiones contaminantes se rige a la ordenanza metropolitana No 404 resolución No 0002-SA-2014; y de acuerdo con la misma, los valores, correspondientes a las emisiones contaminantes de la industria, si cumplen con los lı́mites especificados.. 3.1.5.. Identificación de trampas de vapor. La identificación de trampas de vapor es un aspecto fundamental para el desarrollo del proceso de revisión de trampas, ya que es el primer paso, del cual parte todo el proceso. Es importante porque permite codificar, de acuerdo a lo que requiera el sistema o la industria, cada una de las trampas; ayuda a conocer cuales son los equipos de consumo y la localización de los mismos, y se logra identificar los tipos de trampas existentes en la industria y sus caracterı́sticas principales..

(46) 26 Esta identificación se la ha realizado mediante etiquetas digitales, debido a la facilidad de colocación que presentan las mismas. En la figura 3.2 se exponen algunas imágenes de la identificación de las trampas de vapor de la industria. La galerı́a completa de imágenes se presenta en el ANEXO 2.. Figura 3.2: Identificación de trampas de vapor.. 3.1.6.. Registro de trampas de vapor. En esta sección se realiza el registro de la información obtenida en la identificación de trampas de vapor de la industria. Se registra la localización, el código, el tipo, la marca, el diámetro de conexión, el equipo, el modo de operación, y el tiempo promedio de funcionamiento de cada una de las trampas de vapor identificadas anteriormente. Se han identificado y registrado 39 trampas de vapor en la industria. El registro de trampas de vapor en detalle se muestra en el ANEXO 3. Los diferentes tipos de trampas de vapor instalados en la industria, agrupados en porcentajes, se pueden apreciar en la figura 3.3..

(47) 27. Figura 3.3: Tipos de trampas de vapor. En la figura 3.3 se observa una superioridad de las trampas de vapor termodinámicas, ya que ascienden al 43,59 %, sobre las trampas de balde invertido, 41,03 %, y las trampas de flotador y termostato, 15,38 %. Además, en las figuras 3.4 y 3.5, se pueden apreciar los porcentajes del modo de operación y del tiempo promedio de funcionamiento (h/año), de las trampas de vapor registradas, respectivamente.. Figura 3.4: Modo de operación de trampas de vapor..

(48) 28. Figura 3.5: Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor. En las figuras 3.4 y 3.5 se observa que la mayorı́a de trampas trabajan por proceso, razón por la cual se tienen distintos tiempos promedio de funcionamiento. Las trampas de vapor que operan de modo continuo representan el 10,26 % de los tiempos promedio de funcionamiento. Mientras que, el 89,74 % pertenece a las trampas que operan por proceso. Este porcentaje, de trampas que operan por proceso, incluye un 5,13 % de trampas de vapor inactivas; es decir, de trampas que son parte de equipos nuevos que aún no están en operación, pero que ya se encuentran instalados en la industria.. 3.2. INDUSTRIA ALIMENTICIA 3.2.1.. Sistema de vapor. La producción y utilización del vapor, en la industria alimenticia, tiene fundamentalmente cuatro etapas: la generación, distribución, y consumo de vapor, y el retorno de condensado, como se aprecia en la figura 3.6..

(49) 29. Figura 3.6: Sistema de vapor. Se observa que la generación del vapor tiene lugar en dos salas de máquinas, una de la planta de producción y otra de la planta de sabores, mediante los generadores de vapor correspondientes. Luego, éste es distribuido hacia los consumidores del mismo gracias a tres distribuidores de vapor, dos para las calderas de la planta de producción y uno para la caldera de la planta de sabores. Los consumidores de vapor se ubican, en su mayorı́a, en la planta de producción y yogurt, ya que es donde existe una mayor demanda de vapor. Los principales equipos consumidores son llenadoras, esterilizadores y tanques asépticos. También, existen pocos equipos consumidores de vapor en la planta de sabores, ya que en ésta la demanda de vapor es baja debido a que la planta opera sólo dos dı́as por semana. Finalmente, se puede apreciar el retorno de condensado, que tiene como elemento.

(50) 30 fundamental a un tanque de condensado, donde se almacena el lı́quido permitiendo un retorno adecuado para la realimentación de los generadores de vapor. Sin embargo, el sistema de retorno de condensado no cubre toda la industria; existe sólo un 30 % de retorno de condensado, el porcentaje restante es descargado a la atmósfera. El sistema de retorno de condensado, como se dijo anteriormente, es donde se enfocará el análisis del presente proyecto, especialmente en las trampas de vapor.. 3.2.2.. Generadores de vapor. El sistema de vapor consta de cinco generadores de vapor, cuatro para la planta de producción (calderas 1, 2, 3, 5) y uno para la planta de sabores (caldera 4). Las caracterı́sticas técnicas de cada uno de ellos se detallan en la tabla 3.2..

(51) 5. 4. D3E-300150-3L/G. Distral. 150-3L/G. Distral. Colmaquinas. D3E-125-. 150-3L/G. Distral. Colmaquinas. CCH3-150-. Colmaquinas. 150. Distral. 3. D3D-100-. Comesa. 2. de tres. 150. pasos. de tres. Pirotubular. pasos. de tres. Pirotubular. pasos. de tres. Pirotubular. pasos. de tres. Pirotubular. pasos. Pirotubular. TIPO. DB3-125-. MODELO. Distral. MARCA. 1. N. o. CALDERA. 300. 125. 150. 100. 125. (BHP). POTENCIA. 150. 150. 150. 150. 150. (psig). TRABAJO. PRESIÓN DE. 1519. 626. 773. 552. 670. (f t ). 2. CALENTAMIENTO. SUPERFICIE DE. Tabla 3.2: Caracterı́sticas técnicas de los generadores de vapor.. Diésel. Diésel. Diésel. Diésel. Diésel. COMBUSTIBLE. 2013. 2011. 2002. 1993. 1983. FABRICACIÓN. AÑO DE. 31.

(52) 32 3.2.3.. Consumo de combustible. El consumo de combustible de la industria es elevado, y se mantiene casi constante durante todo el año, debido a que el volumen de producción es el mismo la mayor parte del tiempo. A través de un levantamiento de información histórica de combustible, se han determinado los consumos de combustible, tanto para la planta de producción como para la planta de sabores; los mismos se detallan, para diferentes meses del año 2014, en las tablas 3.3 y 3.4 respectivamente. En éstas, también, se determinan los valores promedios para cada planta. Para la planta de producción el consumo promedio mensual es de 29000 galones de diésel, mientras que, para la planta de sabores es de 3000 galones. Tabla 3.3: Consumos de combustible, planta de producción (calderas 1, 2, 3, 5). MES/DÍAS. CONSUMO (Galones/dı́a). (Galones/mes). Marzo/31. 947,06. 29358,82. Abril/30. 954,17. 28625,00. Mayo/31. 948,73. 29410,56. Junio/30. 984,15. 29524,50. Julio/31. 920,43. 28533,40. Agosto/31. 949,65. 29439,15. PROMEDIO. 950,70. 29000,00. Tabla 3.4: Consumos de combustible, planta de sabores (caldera 4). MES/DÍAS. CONSUMO (Galones/dı́a). (Galones/mes). Mayo/9. 167,27. 1505,40. Junio/21. 152,64. 3202,50. Julio/14. 129,19. 1808,60. Agosto/25. 159,69. 3992,20. Septiembre/7. 125,19. 876,30. PROMEDIO. 146,80. 3000,00.

(53) 33 3.2.4.. Emisiones contaminantes. Las emisiones contaminantes de la industria son controladas periódicamente por entidades especializadas. Los datos y resultados en detalle se muestran en el ANEXO 1. Es importante indicar que los datos relevados en este estudio son valores instantáneos, y servirán sólo para el análisis del cumplimiento de las normas pertinentes. Los valores de emisiones que se determinarán posteriormente son referidos al tiempo de trabajo de los equipos; es decir que estos valores no son instantáneos, sino que dependen de un intervalo de tiempo. El control de las emisiones contaminantes se rige a la ordenanza metropolitana No 404 resolución No 0002-SA-2014; y de acuerdo con la misma, los valores, correspondientes a las emisiones contaminantes de la industria, si cumplen con los lı́mites especificados.. 3.2.5.. Identificación de trampas de vapor. La identificación de trampas de vapor, como se dijo anteriormente, es un aspecto fundamental para el desarrollo del proceso de revisión de trampas, ya que es el primer paso, del cual parte todo el proceso. Es importante porque permite codificar, de acuerdo a lo que requiera el sistema o la industria, cada una de las trampas; ayuda a conocer cuales son los equipos de consumo y la localización de los mismos, y se logra identificar los tipos de trampas existentes en la industria y sus caracterı́sticas principales. Esta identificación se la ha realizado mediante etiquetas digitales, debido a la facilidad de colocación que presentan las mismas. En la figura 3.7 se exponen algunas imágenes de la identificación de las trampas de vapor de la industria. La galerı́a completa de imágenes se presenta en el ANEXO 2..

(54) 34. Figura 3.7: Identificación de trampas de vapor.. 3.2.6.. Registro de trampas de vapor. En esta sección, como se expuso anteriormente, se realiza el registro de la información obtenida en la identificación de trampas de vapor de la industria. Se registra la localización, el código, el tipo, la marca, el diámetro de conexión, el equipo, el modo de operación, y el tiempo promedio de funcionamiento de cada una de las trampas de vapor identificadas. Se han identificado y registrado 70 trampas de vapor en la industria. El registro de trampas de vapor en detalle se muestra en el ANEXO 3. Los diferentes tipos de trampas de vapor instalados en la industria, agrupados en porcentajes, se pueden apreciar en la figura 3.8..

(55) 35. Figura 3.8: Tipos de trampas de vapor. En la figura 3.8 se observa una superioridad de las trampas de vapor termodinámicas, ya que ascienden al 72,86 %, sobre las trampas de flotador y termostato 12,86 %, las trampas de balde invertido, 8,57 %, y las trampas bimetálicas sanitarias, 5,71 %. Además, en las figuras 3.9 y 3.10, se pueden apreciar los porcentajes del modo de operación y del tiempo promedio de funcionamiento (h/año), de las trampas de vapor registradas, respectivamente.. Figura 3.9: Modo de operación de trampas de vapor..

(56) 36. Figura 3.10: Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor. En las figuras 3.9 y 3.10 se observa que la mayorı́a de trampas trabajan de modo continuo, razón por la cual se tienen tiempos promedio de funcionamiento similares, sobre todo en la planta de producción que representa el 72,86 % de dichos tiempos. En cambio, el 18,57 % pertenece a la planta de sabores, ya que ésta trabaja sólo dos dı́as por semana. Por último, el 8,57 % es el porcentaje de trampas de vapor inactivas; es decir, de trampas que son parte de equipos nuevos que aún no están en operación, pero que ya se encuentran instalados en la industria..

(57) 37. 4.. CAPÍTULO IV: DESARROLLO DE METODOLOGÍA. En este capı́tulo se realiza la inspección del funcionamiento de las trampas de vapor de ambas industrias, para lo cual se hace necesario un análisis estadı́stico previo, con el objetivo de determinar el número de trampas a inspeccionar y los tiempos de medición. Además, con los resultados de la inspección, se determina la fracción de trabajo de ciertas trampas de vapor; se exponen porcentajes, gráficas, análisis de costos, emisiones contaminantes, y dimensionamiento de tanques de revaporizado.. 4.1.. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL TAMAÑO DE MUESTRA Y TIEMPOS DE MEDICIÓN. 4.1.1.. Criterios de clasificación de trampas de vapor. El análisis estadı́stico de las trampas de vapor es necesario desde el punto de vista del tamaño de muestra. Este tamaño de muestra es el valor que se determina mediante una ecuación, que tiene fundamento en la estadı́stica. Sirve para la selección adecuada del número de trampas de vapor y sus respectivos tiempos de medición, de tal manera que estos valores sean representativos para futuros análisis. Como primer paso de este análisis, se han clasificado las trampas de vapor según diferentes criterios, con el fin de determinar cuál de los mismos es el más adecuado y representativo para el presente proyecto. Se utilizaron los siguientes criterios de clasificación: según el modo de operación, según el tipo de trampa de vapor, según el equipo de aplicación, y según la demanda de vapor.. 4.1.1.1.. Según el modo de operación. El modo de operación de las trampas de vapor, como su nombre lo dice, es la forma en la cual funciona una determinada trampa. Es decir, si la trampa de vapor funciona constantemente, durante todo el tiempo de operación de la caldera, entonces se dice que la trampa funciona en modo continuo..

(58) 38 Al contrario, si la trampa de vapor funciona sólo cuando el equipo al cual pertenece está operando, se dice que la trampa funciona por proceso. Los porcentajes de la clasificación de las trampas de vapor en función del modo de operación de las mismas, tanto para la industria farmacéutica como para la industria alimenticia, se indican en las figuras 4.1 y 4.2 respectivamente.. Figura 4.1: Trampas de vapor según el modo de operación, industria farmacéutica.. Figura 4.2: Trampas de vapor según el modo de operación, industria alimenticia. En las figuras 4.1 y 4.2 se evidencia el contraste existente entre ambas industrias, debido a la forma de producción diferente de cada una. En la industria farmacéutica, el porcentaje de trampas de vapor que operan por.

(59) 39 proceso, 89,74 %, es mayor respecto al porcentaje que operan de modo continuo, 10,26 %. En cambio, en la industria alimenticia sucede lo contrario, el porcentaje de trampas de vapor que operan de modo continuo, 97,14 %, es mucho mayor respecto al porcentaje que operan por proceso, 2,86 %. Estos datos serán relevantes en posteriores análisis comparativos del presente proyecto.. 4.1.1.2. Según el tipo de trampa de vapor Los tipos de trampas de vapor que se presentan en las industrias son básicamente los expuestos en la sección 2.2.2; no obstante, en la industria alimenticia se tiene un tipo adicional, las trampas de vapor bimetálicas sanitarias, las cuales son utilizadas para venteo o eliminación de aire del sistema. Los diferentes tipos de trampas de vapor instalados en las industrias farmacéutica y alimenticia, agrupados en porcentajes, se pueden apreciar en las figuras 4.3 y 4.4 respectivamente.. Figura 4.3: Trampas de vapor según el tipo de trampa de vapor, industria farmacéutica..

(60) 40. Figura 4.4: Trampas de vapor según el tipo de trampa de vapor, industria alimenticia. En las figuras 4.3 y 4.4 se observa que las trampas de vapor más empleadas, en ambas industrias, son las trampas termodinámicas debido a su versatilidad en la presión de trabajo y a su tamaño compacto. Sin embargo, las trampas de vapor de balde invertido, y de flotador y termostato también tienen porcentajes considerables, sobre todo en la industria farmacéutica.. 4.1.1.3.. Según el equipo de aplicación. El equipo de aplicación de una trampa de vapor, se refiere al equipo en el cual está instalada la trampa de vapor o al cual está directamente conectada, a través del sistema de distribución de vapor del mismo. Los equipos de aplicación son los consumidores de vapor que se mencionaron en las secciones 3.1.1 y 3.2.1. Los porcentajes de la clasificación de la trampas de vapor en función del equipo de aplicación de las mismas, tanto para la industria farmacéutica como para la industria alimenticia, se muestran en las figuras 4.5 y 4.6 respectivamente..

(61) 41. Figura 4.5: Trampas de vapor según el equipo de aplicación, industria farmacéutica.. Figura 4.6: Trampas de vapor según el equipo de aplicación, industria alimenticia. En las figuras 4.5 y 4.6 se evidencia que el mayor porcentaje de trampas de vapor corresponde a las lı́neas de distribución de vapor, en la industria farmacéutica, y a las llenadoras en la industria alimenticia. También, un porcentaje representativo pertenece a los intercambiadores de calor y tanques asépticos.. 4.1.1.4.. Según la demanda de vapor. El criterio de la demanda de vapor se basa en el tiempo de demanda de vapor de.

Figure

Figura 2.13: Fracci ´on de trabajo de las trampas de vapor.

Figura 2.13:

Fracci ´on de trabajo de las trampas de vapor. p.35
Figura 2.16: Tanque de revaporizado vertical (Spirax-Sarco, 2000).

Figura 2.16:

Tanque de revaporizado vertical (Spirax-Sarco, 2000). p.38
Figura 3.5: Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor.

Figura 3.5:

Tiempo promedio de funcionamiento de trampas de vapor. p.48
Figura 3.6: Sistema de vapor.

Figura 3.6:

Sistema de vapor. p.49
Figura 3.7: Identificaci ´on de trampas de vapor.

Figura 3.7:

Identificaci ´on de trampas de vapor. p.54
Figura 4.4: Trampas de vapor seg ´un el tipo de trampa de vapor, industria alimenticia.

Figura 4.4:

Trampas de vapor seg ´un el tipo de trampa de vapor, industria alimenticia. p.60
Figura 4.6: Trampas de vapor seg ´un el equipo de aplicaci ´on, industria alimenticia.

Figura 4.6:

Trampas de vapor seg ´un el equipo de aplicaci ´on, industria alimenticia. p.61
Tabla 4.6: Costo energ ´etico por trampas de vapor abiertas, industria farmac ´eutica.

Tabla 4.6:

Costo energ ´etico por trampas de vapor abiertas, industria farmac ´eutica. p.81
Tabla 4.7: Costo energ ´etico por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia.

Tabla 4.7:

Costo energ ´etico por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia. p.82
Tabla 4.8: Costo econ ´omico por trampas de vapor abiertas, industria farmac ´eutica.

Tabla 4.8:

Costo econ ´omico por trampas de vapor abiertas, industria farmac ´eutica. p.84
Tabla 4.9: Costo econ ´omico por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia.

Tabla 4.9:

Costo econ ´omico por trampas de vapor abiertas, industria alimenticia. p.85
Tabla 4.10: Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria far- far-mac ´eutica.

Tabla 4.10:

Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria far- far-mac ´eutica. p.87
Tabla 4.11: Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria ali- ali-menticia.

Tabla 4.11:

Emisiones contaminantes por trampas de vapor abiertas, industria ali- ali-menticia. p.88
Tabla 4.12: Dimensiones de tanque de revaporizado, flujo de revaporizado nominal.

Tabla 4.12:

Dimensiones de tanque de revaporizado, flujo de revaporizado nominal. p.90
Figura A.1: Identificaci ´on de trampas de vapor.

Figura A.1:

Identificaci ´on de trampas de vapor. p.108
Figura A.2: Identificaci ´on de trampas de vapor.

Figura A.2:

Identificaci ´on de trampas de vapor. p.113
Figura A.6: Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 813 (Armstrong, s.f.).

Figura A.6:

Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 813 (Armstrong, s.f.). p.151
Figura A.7: Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 815 (Armstrong, s.f.).

Figura A.7:

Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 815 (Armstrong, s.f.). p.152
Figura A.8: Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 880 (Armstrong, s.f.).

Figura A.8:

Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 880 (Armstrong, s.f.). p.152
Figura A.9: Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 881 (Armstrong, s.f.).

Figura A.9:

Trampa de vapor de balde invertido, Armstrong, Model 881 (Armstrong, s.f.). p.153
Figura A.10: Trampa de vapor de F&T, Armstrong, Model A8 (Armstrong, s.f.).

Figura A.10:

Trampa de vapor de F&T, Armstrong, Model A8 (Armstrong, s.f.). p.153
Figura A.11: Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT14 (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.11:

Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT14 (Spirax-Sarco, s.f.b). p.154
Figura A.12: Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FTS14 (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.12:

Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FTS14 (Spirax-Sarco, s.f.b). p.155
Figura A.13: Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT-75 (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.13:

Trampa de vapor de F&T, Spirax Sarco, FT-75 (Spirax-Sarco, s.f.b). p.155
Figura A.15: Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, TD42L (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.15:

Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, TD42L (Spirax-Sarco, s.f.b). p.156
Figura A.18: Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, SBP30LC (Spirax- (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.18:

Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, SBP30LC (Spirax- (Spirax-Sarco, s.f.b). p.158
Figura A.20: Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, RTA-125 (Spirax-Sarco, s.f.b).

Figura A.20:

Trampa de vapor termodin ´amica, Spirax Sarco, RTA-125 (Spirax-Sarco, s.f.b). p.159
Figura A.25: Trampa de vapor termodin ´amica, Pennant, PT-11 (Pennant, 2016).

Figura A.25:

Trampa de vapor termodin ´amica, Pennant, PT-11 (Pennant, 2016). p.161
Figura A.27: Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria farmac ´eutica (Spirax-Sarco, 2000).

Figura A.27:

Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria farmac ´eutica (Spirax-Sarco, 2000). p.169
Figura A.28: Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria alimenticia (Spirax-Sarco, 2000).

Figura A.28:

Dimensionamiento de tanques de revaporizado, industria alimenticia (Spirax-Sarco, 2000). p.170

Referencias

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