Una aplicación de la refrigeración en la industria siderúrgica de la República Mexicana

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Facultad de Ingeniería Mecánica

y

Eléctrica

de la U . N . L.

ASOCIACION MEXICANA DE INGENIE&OS MECANICOS Y ELECTRICISTAS, A. C.

SEMINARIO DE ING. MECANICA

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UNA APLICACION DE LA REFRIGERACION EN LA INDUSTRIA SIDERURGICA D E LA

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Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

de la U . N . L.

ASOCIACION MEXICANA DE M G N t t K MECANICOS Y ELECTRICISTAS, A. C

SEMINARIO DE ING. MECANICA

P o n e n c i a :

UNA APLICACION DE LA REFRIGERACION EN LA INDUSTRIA SIDERURGICA D E LA

REPUBLICA MEXICANA.

M o n t e r r e y , N. L.

A g o s t o d e 1 9 6 7 .

BIBLIOTECA UNIVERSITARIA "ALFONSO RETES®

Capilla Alfonsina biblioteca Universitaria

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ING. S E C U N D I N O L A Z O

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(5)

.BIONDO UNIVERSITARIO

- I N D I C E

Breves comentarios sobre el crecimiento demográfico del País, su influencia en la industria siderúrgica y en Hojalata y Lámina, S„A„

II Estudios concernientes a la solución del problema,

III Análisis de un caso real.

IV Comentarios sobre la selección e instalación del equipo y conclusiones.

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BREVES COMENTARIOS SOBRE EL C R E C I M m

MOGRAFICO DEL PAIS, SU INFLUENCIA EN LA IN-DUSTRIA SIDERURGICA Y EN HOJALATA Y LAMINA,

S.A.

El desarrollo económico de México está ligado a su crecimiento demo-gráfico.

En la etapa pre-revolucionaria y durante la época de consolidación,-el crecimiento demográfico es lento, inferior al 2% anual. Además,-en la decáda de 1911 a 1920, la población sufre un descAdemás,-enso a conse-cuencia de la guerra civil y de las epidemias que azotan al País en-esos años.

Pero de 1940 en adelante, el desarrollo económico va a compañado deuna verdadera "Explosión Demográfica", que incrementa la población -a un ritmo que és c-asi el más rápido del mundo.

Cuadro No. 1

Tasa media anual de creci-Años miento demográfico, (porcentaje)

1900 a 1910 1.037

1910 a 1921 -0.510

1921 a 1930 1.612

1930 a 1940 1.731

1940 a 1950 2.755

1950 a 1960 3.078

3960 a 1965 3.440

Este aumento de población y las mejores condiciones de vida influyen en la industria siderúrgica, teniendo ésta que aumentar su producción para poder satisfacer las necesidades de México en su pleno desarro-llo.

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mente la capacidad de acero caliente con nuevas fosas de recalenta— miento, instalando una nueva tijera y un enrollador de mayor capaci-dad para ir incrementando su capacicapaci-dad de laminación hasta llegar a la producción aqtual de 30000 Tons/mes. Paralelamente a este incre mentó de producción, la potencia demandada al motor del molino de —

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ESTUDIAS CONCERNIENTES A LA SOLUCION DEL PROBLEMA

SI Departamento de Ingeniería de Hojalata y Lámina se avocó al p r o -blema ya mencionado, que estaba limitando la capacidad de laminación de la línea.

En primer término se estudia la posibilidad de rediseñar la armadura de 3000 HP para convertirla a 4500 HP, la cual sería incorporada dea tro de la máquina existente. Se descartó esta solución al informar-el fabricante su imposibilidad de hacerlo. Ante esta circunstancia, se pensó en dos soluciones:

ALTERNATIVA

A.-Instalar un segundo motor de 3000 HP acoplado en tándem al existente y que trabajara eléctricamente en paralelo, alimentados ambos m o t o — res por el grupo moto-generador de 2500 KW existente. Esta solución resolvería el problema, ya que se disminuiría el valor Irms al repa£. tirse la carga en cada motor.

El costo de esta alternativa sería de $ 5*000,000.00

ALTERNATIVA B.

-Instalar un segundo motor de 3000 HP acoplado en tándem al existente y que se alimentara de una nueva unidad motogeneradora con capacidad de 2500 KW. Esta solución resolvería también el problema dando opo£ tunidad de aprovechar al máximo el nuevo motor.

El costo de esta alternativa sería de $ 7*100,000.00

En las condiciones de operación ya mencionadas, se decidió adquirir-un nuevo rotor como primer paso para aumentar la potencia instalada-reponiendo el existente, al que se le tendría que cambiar el d i á m e — tro de la flecha para que pudiera transmitir 6000 HP, y hacerle ade-más una reparación completa.

El problema persistía y muy pronto esta nueva unidad empezó a fallar mientras que a la original se le estaban haciendo las modificaciones necesarias para poder transmitir 6000 HP. El problema persistía, — por lo que se estudió la posibilidad de aumentar el flujo de aire

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Finalmente se estudió la solución de enfriar el aire por medios ~aec¿

nicos. ;

Se continuó investigando y de datos obtenidos en la planta, se llegó a la conclusión ¡de que la temperatura del cobre se incrementaba en -razón directa a la temperatura de inyección, y que en el invierno su operación no sobrepasaba los límites de su diseño.

De esta manera se pensó enfriar el aire de alimentación en un circuí to cerrado, que proporcionara al motor una temperatura constante.

Para lograr dicha condición se tendría que pensar en varios factores que serían determinantes en el diseño del sistema de refrigeración.

FACTORES DEL SISTEMA DE

REFRIGERACION.-A) Condiciones de diseño para la Cd. de Monterrey,

Verano

Temp. Bulbo Seco 100°F (38°C) Temp. Bulbo Húmedo 78°F (25.5°C) Humedad Específica 120.79 granos H20/#aire

B) Trabajo del motor continuo pero con cargas variables dependiendodel calibre y ancho que se esté laminando, y dependiendodel % de reducción -de calibre (-depen-de -del número -de pases).

C) Operación del motor sin carga.

D ) Características del equipo (enfriado por agua o air^).

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-D-ANALISIS DE UN CASO REAL

Cálculo de la capacidad de enfriamiento en toneladas de refrigeración.

En primer término se determinó el volúmen de aire circulando a t r a — véz del motor, siendo igual a (31000 CFM).

Conocido este dato, se toman temperaturas a la entrada y salida del-motor encontrándose el calor sensible disipado por el del-motor.

Ql= 81.51 Tons de refrigeración (Anexo 3).

Como se trata de un circuito cerrado, se considera como carga inter-na el trabajo desarrollado por el abanico, siendo igual ai

Q238 9.58 Tons de refrigeración (Anexo 3).

Capacidad total requerida = 100 Ton. Ref.

DISEÑO DEL

EQUIPO.Se utilizará el sistema de refrigeración de compresor reciprocante -con serpentín de expansión directa en virtud de la capacidad en tone, laje de refrigeración; se seleccionó gas refrigerante Freon 22 por -no ser explosivo ni tóxico.

Compresor.

Con capacidad de 100 Tons de refrigeración cuando condensa refri-gerante a 105°F si su sistema de enfriamiento es por agua, o 125°F si su sis tenia de enfriamiento es por aire y succiona refrigerante saturado a 40°F.

Condensador.

Con capacidad suficiente para disipar el calor suministrado por -el motor más -el calor generado por -el trabajo de compresión.

Evaporador.

Con capacidad suficiente para enfriar 31000 CFM desde 100°F de —-bulbo seco a 62.4°F. Area igual a 44.28 piés 2 con 6 hileras de-profundidad (Anexo 4).

DETERMINACION DEL COSTO PARA VER SI ES CONVENIENTE LA SOLUCION DE — ENFRIAR EL AIRE POR MEDIOS MECANICOS.

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c.ìón de ductos, modificación a dacto de descarga del ventilador, fö bricación de tapa al motor para aislarlo de la sala, e ingeniería.

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COMENTARIOS SOBRE LA SELECCION E/ INSTALACION DEL EQUIPO Y CONCLUSIONES

EQUIPO COTIZADO

Degq.ri.pctóri, • JMfía, h.

Sup. Evaporador Hileras Prof. Cap. en Ton. Refrigeración Compresot tipo No. Compresores Cap. en Ton. De Ref. Condensador Capacidad BTU-H $/Ton. Ref. 44 piés2 6

100°P hasta 62 Q=31000 CFM Abierto

1

08.6 condensa A 120°F y Suc. 2 794000 c/u Más barato a 40 64 piés2 8

84°F- 60 hasta 47°F Q=30000 CFM Abierto

1

99.8 condensa A 120°F y Sue.a40

2

794000 c/u

60 piés2

74°F hasta51°F Q=s27000 CFM Semihermético

2

Más caro

El equipo seleccionado consta de un compresor reciprocante abierto,-con motor directamente acoplado de 150 HP a 1750 RPM, tiene 5 pasos-de capacidad, para lo cual está provisto pasos-de pasos-descargadores pasos-de c i l i n — dros que son accionados por la presión de lubricación del compresor, la cual a su vez está relacionada con la presión de succión del com-presor y obviamente con la temperatura del aire, dándole flexibilidad al sistema de refrigeración, ya que de esta manera se obtienen dife-rentes capacidades de enfriamiento! 33 1/3, 50, 66 2/3, 83 1/3 y 100X.

Tiene dos condensadores enfriados por aire que trabajan en paralelo; se cuenta además con un recibidor de líquido refrigerante, el que — alimenta a las 2 válvulas de expansión de 60 Tons c/u de c/u de los- ;

circuitos de que consta el evaporador. Cada circuito está operado -por una válvula solenoide las cuales son accionadas -por un termostato de 2 pasos que registra la temperatura del aire de salida del motor.

Como un comentario adicional, se hace mención de que antes de arran-car el equipo se tuvo que instalar un serpentín de calefacción de va por con capacidad de 360,000 BTü/HR para que este calor más el calor del ventilador fuera mayor que la capacidad de refrigeración en su -mínimo paso, que es aproximadamente igual a 40 Ton de refrigeración, evitando que el compresor se pare, ya que su sistema de control de

-en vacío.

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Finalmente para hacer más económica la instalación, se pensó en utilizar el mismo ventilador, jror lo que se diseñó un sistema de com -puerta a la salida del ventilador, el cual le daría flexibilidad en-caso de falla, permitiéndole trabajar con refrigeración o tomando — aire de la sala.

CONCLUSIONES.-Consideramos de especial interés esta expexleaeia, l¿a -cuai ha permi£i do operar al motor con una temperatura dentro de los limites recomen dados por el fabricantes lo que prolonga la vida de éste, eliminando el tiempo fuera de la línea causado por fallas del mismo y dando por resultado un incremento de la producción.

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«tóióoirbcrxq *>í ab t ::'X¿: 3Í/¿©':

HISTORIA ARMADURAS MOLINO DE ACABADO - MOLINOS CALIENTES

Armaduras

Fecha Empezó a trabajar

Fecha la. falla

#Fallas # Bobinas

Cambiadas

Temp. Máxima Fecha °C

1 1-15-54 7-20-59 30 330

2 8-30-60 7-4-61 9 176 11-19-61 92

1+ 1-30-62 9-9-64 10 336 4-8-63 98

2+ 8-12-65

Armadura No. 1 Original del Equipo.

Armadura No. 2 Nueva construida en General Electric*

Armadura No. 1+ Armadura No. 1 reparada totalmente en General Electric.

(15)

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(18)

?.)' Calor disipado por ei motor

Flujo de aire manejado 31000 CFM. Condiciones de entrada del

aire.-Volúraen específico del aire = 14.05 pié3/# Temp. Bulbo seco « 86°F

Temp. Bulbo húmedo = 72°F Humedad relativa = 5 1 %

Humedad Específica ® 96 granos/#aire , Entalpia del aire = 37.21 BTü/#

Condiciones a la salida del aire.-Temp. Bulbo seco « 113°F

T e m p * B u l b o húmedo «= 79°F

Humedad relativa ~ 22%

Humedad específica » 96 granos/#aire Entalpia del aire « 44.60 BTü/#

Calor Ganado « Q = W (hl-h2)

W « & « 31000 = 2206 #/min. V 14.05

Ql= 2206 (44.60 - 37.21) = 16302 BTU/MIN.

Ton. Raf. = 1 6 3 0 2 x 60 = 81.51

12000

B) Calor disipado por el ventilador

Ventilador impulsado por motpr de 40HP

Q2= 115000 BTU-HR t 12000 = 9.58 Ton. Ref*

Porcentaje adicional Q3 = 8.91 Ton. Ref.

(19)

Serpentín Evaporador

Datos.-Q = 100 Tons/Ref.

Velocidad de diseño » 700 piés/Min. Volúmen = 31000 CFM.

Temp. Succión = 40°F Temp. Aire « 100 °F

Encontrar:

Temperatura final del aire Area de serpentín

Número de Hileras

Temp, final del

aire.-TS « 100 - Q = 100 - 1200000 CFM x 1.03 31000 x 1

« 100 ~ 37.58 « 62.42 °F

Area del

Serpentín.-A « 31000 = 44.28 piés2 700 •

Cálculo del número de

hileras.-Medida logarítmica

100 - 40 = 60 °F 6 2 . 4 2 - 4 0 • 22.42 °F

(20)

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K = Coeficiente de transmisión sin condensación

88 138 BTU

Pié2 °F HR hilera de produndidad

Nura. de hileras - 1200000 = 5 . 0 4 138 x 44.28 x 38.9

Número de hileras = 5

(21)

La Economía Mexicana En Cifras

Nacional Financiera, S.A. 1966

System Design Manual

Carrier Air Conditioning Company

Mill Motors and Motor Rooms

H.H. Angel and C.B.Huston

General Electric Co.

Direct-Current Machine Ventilation Leo Wilkoszynsky

General Electric Co.

Ventilation Of Steel Mill Electrical Equipment S.L. Jameson

General ElecteLc Co.

Unit Construction

Now Comes In Large Packages J. Reid Burnett

(22)

PRODUCCION DE ACERO EN HYLSA

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(23)

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34.92

-25.79 •

19.65

-1940 1 9 5 0 1 9 6 0 1965

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(24)

S EM/MA ß/o DE JHJ&EHIEEIA MECAWCA Os//1/ as s ¡DAD De. Nuevo L EON

A. M. J. M. £.

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(25)
(26)

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