TESIS PAUL SAENZ TINTAYO INGENIERO MECÁNICO

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TESIS

PRESENTADA POR EL BACHILLER:

PAUL SAENZ TINTAYO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO MECÁNICO

HUANCAYO – PERÚ 2016

MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE CONDENSADO PARA REDUCIR PÉRDIDAS DE VAPOR EN EL ÁREA DE LAVANDERIA DEL HOSPITAL

NACIONAL ESSALUD HUANCAYO

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ii

ASESOR:

Ing. Raúl Mayco Chávez

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iii AGRADECIMIENTO

:

A Dios y mis padres que me proporcionaron su ayuda y respaldo, desde los estudios de pre- grado, a los maestros que, de alguna otra manera, influyeron en mi carrera profesional.

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iv ÍNDICE

ASESOR: ... II

AGRADECIMIENTO: ... III

ÍNDICE ... IV

ÍNDICE DE TABLAS ... IX

ÍNDICE DE FIGURAS ... XI

RESUMEN ... XIII

ABSTRACT ... XV

INTRODUCCIÓN ... 17

CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 18

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 18

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 19

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v

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ... 19

1.3.1. Objetivo general... 19

1.3.2. Objetivos Específicos ... 19

1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ... 20

1.5. LIMITACIONES DEL ESTUDIO ... 20

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ... 21

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 21

2.2. BASES TEÓRICAS ... 22

2.2.1. Calderas industriales ... 22

2.2.2. Clasificación de calderos ... 24

2.2.3. Criterios prácticos para la selección de unidad generadora de vapor ... 27

2.2.4. Aplicaciones del sistema de generación de vapor ... 28

2.3. BASES CONCEPTUALES ... 36

2.3.1. Pérdidas de vapor ... 38

2.4. HIPÓTESIS ... 40

2.4.1. Hipótesis General ... 40

2.5. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES ... 40

CAPÍTULO III METODOLOGIA DE INVESTIGACION ... 41

3.1. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ... 41

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vi

3.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN ... 41

3.3. NIVEL DE INVESTIGACION ... 42

3.4. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 42

3.5. POBLACIÓN, MUESTRA O UNIDAD DE OBSERVACIÓN ... 43

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 43

3.7. PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 43

CAPÍTULO IV CONSIDERACIONES GENERALES ... 45

4.1. SISTEMA DE CONDENSADO DEL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO ... 45

4.1.1. Tuberías del sistema de condensado ... 47

4.1.2. Aislamiento térmico del sistema de condensado ... 49

4.2. EQUIPOS TÉRMICOS DEL SISTEMA DE CONDENSADO DEL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO... 52

4.2.1. Secadoras a vapor industrial... 52

4.2.2. Máquina de planchar en continuo ... 52

4.3. CONSUMO ENERGETICO Y FLUJO DE CONDENSADO DEL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO... 55

4.4. ESTADO SITUACIONAL DE LOS COMPONENTESDEL SISTEMA DE CONDENSADO ... 57

4.4.1. Estado actual de los filtro y retención de solidos ... 57

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vii

4.4.2. Estado actual de las trampas de vapor (Purgadores) ... 58

4.4.3. Condiciones de operación de los equipos térmicos que generan pérdidas 60 4.4.4. Cálculo del resultado del flujo de vapor que se pierde a la salida de las trampas de vapor. ... 61

4.5. MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE CONDENSADO DEL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO... 69

4.5.1. Consideraciones de las trampas de vapor ... 69

4.5.2. Selección de trampas de vapor en el sistema de condensado del área de lavandería del Hospital Nacional EsSalud Huancayo ... 72

CAPÍTULO V DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS... 76

5.1. PRESENTACION DE RESULTADOS... 76

5.1.1. Resultado de pérdidas de vapor del área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo ... 76

5.2. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS ... 79

5.2.1. Análisis estadístico de las pérdidas de vapor ... 79

5.3. PRUEBA DE HIPOTESIS ... 79

5.3.1. Prueba de hipótesis de las pérdidas de vapor del área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo ... 79

5.4. DISCUSIÓN E INTERPRETACION DE RESULTADOS ... 81

5.4.1. Comparación de las pérdidas de vapor ... 81

5.5. APORTES Y APLICACIONES ... 83

(8)

viii CONCLUSIONES ... 84

RECOMENDACIONES ... 85

BIBLIOGRAFÍA ... 86

(9)

ix ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Especificaciones de calderos industriales hasta 250 BHP ... 28

Tabla 2.2: Especificaciones de calderos industriales hasta 700 BHP ... 28

Tabla 2.3: Operacionalizacion de la variable dependiente ... 40

Tabla 2.4: Operacionalización de la variable independiente ... 40

Tabla 4.1: Velocidades recomendables de vapor y condensado-Plantas térmicas ... 47

Tabla 4.2: Especificaciones técnicas y selección de tuberías de vapor y condensado. ... 48

Tabla 4.3: Especificaciones técnicas y propiedades mecánicas según Normas para vapor y condensado- Plantas térmicas... 49

Tabla 4.4: Comportamiento de conductividad térmica (Aislamiento para tubería vs ASTM C 547). ... 51

Tabla 4.5: Selección del material y espesor de aislamiento (en pulgadas). ... 51

Tabla 4.6: Relación de Equipos térmicos que están instalados sistemas de condensado. ... 54

Tabla 4.7: Calculo del flujo másico de alimentación y de vapor de agua. ... 55

Tabla 4.8: Mediciones y equivalencias para el balance energético. ... 55

Tabla 4.9: Calculo de la eficiencia térmica del caldero N°2. ... 56

Tabla 4.10: Características de los filtros de partículas. ... 58

Tabla 4.11: Estado situacional de las trampas de vapor existentes. ... 59

Tabla 4.12: Reducción de la capacidad de las trampas. ... 60

Tabla 4.13: Factores de seguridad recomendados. ... 60

Tabla 4.14: Velocidades recomendadas en plantas industriales ... 62

Tabla 4.15: Vapor de expansión (flash), porcentaje de revaporizado % ... 62

(10)

x

Tabla 4.16: Propiedades de agua saturada (liquido- vapor): Tabla de presiones ... 63

Tabla 4.17: Datos registrados de los equipos térmicos antes del reemplazo de las trampas ... 68

Tabla 4.18: Vida útil, Balde invertido vs termodinámica ... 70

Tabla 4.19: Vida útil, Balde invertido vs Termodinámica ... 70

Tabla 4.20: Factores de seguridad recomendados. ... 71

Tabla 4.21: Diseño de sistema de generación y utilización de vapor-PUCP ... 72

Tabla 4.22: Diseño de sistema de generación y utilización de vapor-PUCP ... 73

Tabla 4.23: Trampas tipo balde ... 74

Tabla 4.24: Datos registrados de los equipos térmicos despues del reemplazo de las trampas ... 75

Tabla 5.1: Resultados antes de la mejora del sistema de condensado ... 77

Tabla 5.2: Resultados después de la mejora del sistema de condensado ... 78

Tabla 5.3 Resultados después de la mejora del sistema de condensado ... 79

Tabla 5.4 Resultados de la prueba de hipótesis ... 80

Tabla 5.5 Comparación de las pérdidas de vapor ... 81

Tabla 5.6 Comparación de las pérdidas de vapor ... 82

(11)

xi ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1: Caldera industrial de 3 pasos. ... 23

Figura 2.2: Partes principales de un caldero. ... 24

Figura 2.3: Circuitos de recorrido de agua para calderos. ... 25

Figura 2.4: Caldero del tipo pirotubular... 26

Figura 2.5: Calderos del tipo acuatubular. ... 27

Figura 2.6: Circuito de vapor, condensado y uso de trampas de vapor. ... 29

Figura 2.7: Trampas de vapor tipo flotador y termostática. ... 29

Figura 2.8: Trampas de vapor de balde invertido. ... 30

Figura 2.9: Trampa de vapor de presión balanceada. ... 31

Figura 2.10: Proceso de recorrido de una trampa de vapor tipo termodinámico. ... 32

Figura 2.11: Tres condensadores, cada uno produciendo 300 kg de condensado por hora, pero con Factores de Seguridad de2, 3, y 8, respectivamente. ... 34

Figura 2.12: A menos B es la presión diferencial, si B es contrapresión, se debe restar de A, si B es vacío, se debe sumar a A. ... 35

Figura 2.13: Manifold para distribución de vapor. ... 36

Figura 2.14: Circuitos de condensado. ... 37

Figura 2.15: Variedades de trampas de vapor. ... 38

Figura 4.1: Componentes de una instalación de vapor - sistema de condensado... 45

Figura 4.2: Recuperación de condensado en sistemas de vapor. ... 46

Figura 4.3: Comportamiento del vapor saturado de un sistema vapor. ... 46

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xii

Figura 4.4: Tubería de la red de condensado. ... 48

Figura 4.5: Aislamiento térmico en redes condensado. ... 50

Figura 4.6: Secadora a vapor industrial. ... 52

Figura 4.7: Máquina de planchar en continuo. ... 53

Figura 4.8: Filtro de partículas. ... 58

Figura 4.9: Trampas de vapor- de secadora y prensa plancha. ... 59

Figura 5.1: Perdida de vapor antes dela mejora del sistema. ... 77

Figura 5.2: Perdida de vapor después dela mejora del sistema. ... 78

Figura 5.4: Comparación de pérdidas totales de vapor en el área de lavandería. ... 83

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RESUMEN

MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE CONDENSADO PARA REDUCIR PÉRDIDAS DE VAPOR EN EL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO.

La presente tesis, mejoramiento del sistema de condensado para reducir perdidas de vapor en el área de Lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, nace por la necesidad de responder el por qué existe demasiada perdida de vapor en el sistema de condensado que al final se disipa al medio ambiente.

La siguiente investigación se inicia con la verificación del estado situacional inicial de la instalación a investigar, toma y registro de datos necesarios, análisis de los componentes y accesorios del sistema de condensado, mediciones iniciales de la cantidad de flujo de condensado y la cantidad de vapor considerado como pérdida a la salida de las trampas de vapor de los equipos de Lavandería, donde luego se determinó, dichas trampas de vapor instalado no están controlando satisfactoriamente el paso del condensado y están dejando pasar vapor, considerado como pérdida. Entonces, después de realizar los cálculos necesarios y considerando las especificaciones técnicas

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xiv del fabricante, se ha realizado la adecuada selección del tipo de trampa de vapor, para el buen control del condensado y retener el vapor, que al inicio dejaban pasar y eran considerados como pérdidas.

La metodología, establece un tipo de investigación tecnológico-experimental, el nivel es cuasi experimental, además el diseño de investigación es de un grupo con pre prueba y post prueba.

Como resultado, después de la instalación del tipo de trampa de vapor BALDE INVERTIDO, que es el adecuado, se ha realizado las mediciones del flujo de vapor y condensado a la salida, donde se ha reducido las pérdidas de vapor, de 151.80 a 20.70 kg/h.

Autor: PAUL SAENZ TINTAYO

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xv

ABSTRACT

CONDENSED SYSTEM IMPROVEMENT TO REDUCE LOSSES OF STEAM IN THE AREA OF NATIONAL HOSPITAL LAUNDRY ESSALUD HUANCAYO.

This thesis, improved condensate system to reduce lost steam in the laundry area ESSALUD Huancayo National Hospital, originated from the need of why there is too much lost steam in the condensate system that eventually dissipates the environment ambient.

The following research begins with the verification of the initial situational status of the facility to investigate, taking and recording of data required, analysis of components and accessories condensate system, initial measurements of the amount of condensate flow and the amount of steam considered loss off steam traps laundry equipment, where then measured, the steam traps installed are not satisfactorily controlling the passage of condensate and are letting steam, considered as a loss. Then after performing the necessary calculations and considering the manufacturer's technical specification, it has made the appropriate selection of the type of steam trap, for good control of condensate and retain steam, which at the beginning let go and were considered as losses.

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xvi the methodology, the type of research technology-pilot, the level is experimental (pre-experimental), plus research design is a group pre test and post-test.

As a result, after installation type steam trap inverted bucket, which is right, it has made measurements of the flow of steam and condensate at the outlet, which has reduced vapor losses from 151.80 to 20.70 kg / h.

Author: PAUL SAENZ TINTAYO

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INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación presenta como título mejoramiento del sistema de condensado para reducir pérdidas de vapor en el área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD de Huancayo.

Dicho trabajo de investigación consta de 5 capítulos que se desarrolla de la siguiente manera:

El capítulo I consta sobre el planteamiento del problema, formulación del problema, objetivos de la investigación, justificación y limitaciones de estudio.

El capítulo II consta sobre los antecedentes de la investigación, bases teóricas, bases conceptuales, hipótesis y operacionalizacion de las variables.

El capítulo III consta sobre el método de investigación, tipo de investigación, nivel de investigación, diseño, población y bases teóricas conceptuales, hipótesis y operacionalizacion de las variables.

En el capítulo IV se desarrolla el tema como, sistemas de condensado del área de Lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, cálculo del flujo de vapor y condensado en el área de Lavandería del Hospital.

En el capítulo V se expone el resultado de la investigación, cuadros estadísticos, discusión e interpretación de resultados, conclusiones y recomendaciones.

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CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En un sistema de generación y distribución de vapor, cuando el vapor circula a través de las redes, transmite su entalpia a cualquier otro cuerpo o superficie, al recorrer una parte del vapor se condensa, convirtiéndose en agua a la misma temperatura, entonces existen dispositivos que controlan el paso y retorno de condensado, y la separación con el vapor que sigue transmitiendo su entalpia hacia los equipos, superficies o productos a calentar.

En el Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, la red de retorno condensado del área de lavandería está conectado a su vez a los tanques de condensado ubicado en Casa Fuerza, de estos tanques, están conectados a los ductos verticales de alivio de presión al medio ambiente y se aprecia vapor saturado que se pierde al salir al medio ambiente.

Deficiencias en un sistema de condensado un punto a considerar es cuando las trampas de vapor no son eficientes y dejan pasar vapor que retorna al sistema de condensado, ocasionando pérdidas, otro punto también es cuando

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19 el sistema de aislamiento térmico es defectuoso o existen zonas que no están aislados, entonces existe pérdidas de calor.

En el abastecimiento y distribución de vapor del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, el área de Lavandería es el que tiene mayor demanda energética y trabaja a mayor presión de vapor en comparación con los demás servicios donde utilizan el vapor.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo mejorar el sistema de condensado para reducir pérdidas de vapor en el área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo?

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN

1.3.1. Objetivo general

Mejorar el sistema de condensado para reducir pérdidas de vapor en el área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo.

1.3.2. Objetivos Específicos

- Analizar los componentes del sistema de condensado como: Trampas de vapor, visores de partículas y demás accesorios en caso de ser necesario, para reducir las pérdidas de vapor en el área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo.

- Realizar las mediciones de las pérdidas de vapor antes y después del mejoramiento del sistema de condensado, en el área de Lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo.

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20 1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Al inicio existe deficiencia de las trampas de vapor ubicados en los finales de línea de los equipos de Lavandería Central del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, dejando pasar vapor cuando deben sellar y dejar pasar solamente condensado, ello repercute y se aprecia en la salida de los ductos de alivio de presión del colector y tanques de condensado ubicado en casa fuerza, donde existe salida de vapor que se pierde al medio ambiente.

En el área de Lavandería Central del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, existe mayor consumo de vapor con relación a otras áreas, y se analizará las trampas de vapor instalados, porque a la salida de estas, existe flujo de vapor.

Se ha localizado este servicio, porque la mayor parte de retorno de condensado viene de allí, por ello se quiere controlar y reducir el retorno de vapor que se pierde.

1.5. LIMITACIONES DEL ESTUDIO

Mejorar el sistema de condensado para reducir pérdidas de vapor se limita solo en el área de lavandería, considerando que el sistema de condensado de todo el Hospital Nacional ESSALUD Huancayo incluyen más de 5 áreas.

Además no se estudia los componentes del sistema de condensado que no influyen significativamente en las pérdidas de vapor del área de Lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

(Ramos Paucar P. I., 2006) en su tesis se concluye: La caída de presión en una línea de retronó de condensado, como en una línea de vapor según su recorrido, tiene variaciones de presiones llegando a la línea de retorno de condensado a la presión atmosférica. También se puede decir a mayor diferencia de presión en el ingreso de condensado en el tanque de revaporizado, se tendrá mayor cantidad de vapor flash.

En las líneas de retorno de condensado presentan durante su recorrido mezclas de vapor con condensado, esto por la caída de presión, a medida que el condensado se desplaza este se revaporiza.

(Coreixas G.& Arroyo V. & Navarro C, 2000) En el seminario el objetivo fue: El de formar especialistas en sistemas de vapor, capacitándolos para proyectar, diagnosticar, corregir problemas, optimizar instalaciones, tomándolas más productivas y con menores costos operacionales. Además, se abordaron

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22 temas resaltantes como: Condensación y resistencias a la transferencia de vapor, trampas de vapor, distribución del vapor, técnicas de ahorro de energía en redes de vapor y condensado, consideraciones energéticas, auditoria energética y otros.

(Espinoza P.I, 2003) En su tesis concluye:

Es primordial en el mantenimiento de los calderos de vapor, el control de calidad de las aguas que recirculan en ellos. El actual proveedor: DI-CHEM del Ecuador S.A., periódicamente da recomendaciones para optimizar la utilización de los insumos, las mismas que son adoptadas rigurosamente.

La estructura administrativa sugerida para el mantenimiento de los calderos de vapor en el presente plan, se ajusta a las políticas de la empresa, fijándose así:

líneas de autoridad, confianza, respeto, competencias y responsabilidades de cada departamento, así como los límites y restricciones, con el fin de conseguir mejores rendimientos y por consiguiente la satisfacción total.

2.2. BASES TEÓRICAS

2.2.1. Calderas industriales

a) Conceptos Básicos

En su concepción más simple, las calderas son equipos diseñados para transferir calor, producido por medio de combustión o mediante electricidad a un fluido determinado.

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23

Figura 2.1: Caldera industrial de 3 pasos.

Fuente: Elaboración Propia

b) Partes de una caldera - Quemador.

- Cámara de combustión.

- Sección de convección.

- Chimenea.

- Ventilador de aire.

- Instrumentación y controles.

- Tablero de mando eléctrico.

- Sistemas de protección.

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24

Figura 2.2: Partes principales de un caldero.

Fuente: Spirax Sarco (1999), Calderas y Accesorios.

2.2.2. Clasificación de calderos

a) Por la Disposición de Fluidos - Acuotubulares

- Pirotubulares

b) Por la circulación del agua - Natural

- Asistida - Forzada

c) Mecanismos de Transmisión de Calor - De convección

- De radiación

- De radiación y convección d) Por el tipo de Combustible

- De carbón Mineral

- De combustibles líquidos - De combustibles gaseosos

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25 - De combustibles especiales

- Mixtos.

e) Por la presión de trabajo - Sub críticas

- Supercríticas f) Por el tipo de tiro

- De tiro natural - De tiro forzado - De tiro inducido

Figura 2.3: Circuitos de recorrido de agua para calderos.

CALDERAS PIROTUBULARES

Son aquellas en que los gases de combustión circulan en el interior de los tubos, los cuales se instalan normalmente en la parte inferior de un tambor sencillo o de un casco.

En estas calderas se define como paso el recorrido de los gases de combustión a lo largo de la caldera, son de 3 y 4 pasos.

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26 Características

Su aplicación es a bajas presiones y capacidades, rango de presión hasta 250 PSI, rango de capacidad hasta 27608 lb/h – 35000 lb/h 11000 BHP, produce vapor saturado.

Ventajas de: Costo bajo, Eficiencia (>80%), Absorbe grandes fluctuaciones de carga.

Figura 2.4: Caldero del tipo pirotubular.

CALDERAS ACUATUBULARES

El agua fluye a través de tubos que son rodeados por gases calientes de combustión en el interior de un casco.

Características:

Su rango de producción de vapor es de 2000 a 10000 L/h. Calderos destinados a suministrar vapor saturado para procesos de calefacción de acuerdo a sus arreglos de tubos, el domo de vapor está en la parte superior, y el domo de agua cerca del fondo.

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27

Figura 2.5: Calderos del tipo acuatubular.

2.2.3. Criterios prácticos para la selección de unidad generadora de vapor

Datos básicos a considerar

- Presión de suministro para procesos.

- Producción de vapor (kg/h) - Calidad de vapor.

- Tipo de combustible.

- Consumo horario de combustible.

- Localización y fines de la instalación.

Datos adicionales a considerar

- Clase de equipo que se puede obtener.

- Selección de los quemadores.

- Valor calórico y características del combustible.

- Limitaciones y condiciones del espacio para la instalación.

- Condiciones existentes para el mantenimiento y operación de la planta.

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28

Tabla 2.1: Especificaciones de calderos industriales hasta 250 BHP

Tabla 2.2: Especificaciones de calderos industriales hasta 700 BHP

2.2.4. Aplicaciones del sistema de generación de vapor

Suministro de Vapor Saturado-(Calefacción)

Generación de vapor Sobrecalentado-(Turbinas y calefacción), (Energía eléctrica y Turbinas de condensación) (Armstrong, 1998)

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29

Figura 2.6: Circuito de vapor, condensado y uso de trampas de vapor.

Fuente: Armstrong, 1998, Guía para la conservación de vapor en el drenado de condensados.

TIPOS DE TRAMPAS DE VAPOR

Trampa de vapor de flotador y termostática (F&t)

Es una trampa mecánica que opera en base a los conceptos de densidad y temperatura. La válvula del flotador opera basada en el concepto de densidad. Una palanca opera conecta la bola del flotador a la válvula y su asiento, el flotador se eleva, una vez que el condensado llega hasta cierto nivel en la trampa, abriendo el orifico de la válvula y drenado del condensado, el sello de agua formado por propio condensado, evita la pérdida del vapor vivo.

Figura 2.7: Trampas de vapor tipo flotador y termostática.

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30 Trampa de vapor de balde invertido

Es una trampa mecánica que opera en basada en la diferencia de densidades entre el vapor y el agua. El vapor que entra al balde invertido y sumergido causa que este flote y que sierra la válvula de descarga, el condensado que entra a la trampa hace al balde más pesado, por lo que se hunde y así se abre la válvula de descarga. El condensado que entra a la trampa hace al balde más pesado, por lo que se hunde y así se abre la válvula de descarga para dejar salir el condensado.

Figura 2.8: Trampas de vapor de balde invertido.

Trampa de vapor de presión balanceada

Es también llamado wafer termostático, cuando la temperatura dentro de una trampa se incrementa, el wafer se calienta y se incrementa la presión del vapor dentro de él y exceda la presión del vapor en los alrededores, la membrana del wafer es empujada contra el asiento de la válvula, cerrado la trampa, una caída de temperatura causado por el condensado o los gases no condensados enfría y reduce la presión dentro del wafer y permite al wafer despegarse del asiento de la válvula.

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31

Figura 2.9: Trampa de vapor de presión balanceada.

Fuente: Elaboración Propia.

Trampa de vapor del tipo termodinámico

Este tipo de trampas de vapor opera con el principio de diferencia entre flujo de vapor sobre la superficie comparado con el flujo del condensado. Al entrar el vapor este viene con una velocidad mayor y el disco que usan como válvula se cierra, y éste disco se abre al presentarse la baja velocidad del condensado.

El proceso de funcionamiento es de la siguiente manera.

1.- Al comienzo, la presión entrante eleva el disco, el condensado frio es descargado inmediatamente.

2.- El disco asienta en el anillo interior y cierra la entrada, el disco también se asienta en el anillo exterior y mantiene la presión en la cámara.

3.- El condensado caliente que fluye a través de la trampa libera vapor flash. La alta velocidad provoca baja presión debajo del disco haciendo que apoye en su asiento. Simultáneamente la presión del vapor flash creada en la cámara sobre el disco, fuerza a éste hacia abajo oponiéndose a la presión del condensado que llega.

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32 4.- La presión en la cámara disminuye debido a la condensación del vapor flash y el disco se eleva, Luego el ciclo se repite y el condensado circula libremente a través de la trampa. (Armstrong, 1998)

Figura 2.10: Proceso de recorrido de una trampa de vapor tipo termodinámico.

Fuente: Armstrong, 1998, Guía para la conservación de Vapor en el drenado de condensados.

SELECCIÓN DE TRAMPAS DE VAPOR

Para poder obtener todos los beneficios de las trampas que se han descrito en las páginas anteriores es necesario que las trampas sean seleccionadas en el tamaño y la presión correcta para la aplicación en turno, y que sean instaladas con el mantenimiento apropiado. Uno de los propósitos de esta investigación es de presentar la información para una selección adecuada de las trampas. La instalación y operación de todo equipo de trampeo de vapor debe ser llevada a cabo únicamente por personal experimentado. La selección e instalación siempre deben de ser considerados según las recomendaciones técnicas del personal competente. Esta investigación nunca debe de usarse como sustituto de dichos consejos o recomendaciones técnicas.

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33 Consideraciones básicas

Trampeo Unitario se refiere al uso de trampas individuales en cada unidad condensadora de vapor, incluyendo, siempre que sea posible, cada calentador o serpentín que existe en cada máquina. La información que se presenta en la sección titulada “Cortocircuito” explica por qué se prefiere trampeo unitario en vez de trampeo en grupo.

Se puede calcular la siguiente información:

1. Carga de condensado en kg/h.

2. El factor de seguridad a usar.

3. La diferencia de presiones.

4. La presión máxima permitida 1. Carga de condensado en kg/h.

Cada sección de “Cómo Trampear” en este Manual contiene fórmulas e información útil sobre los rangos de condensación de vapor y los procedimientos adecuados de selección de trampas.

2.- Factor de Seguridad o de Experiencia a Usar

Usuarios se han dado cuenta que generalmente se debe de utilizar un Factor de Seguridad cuando se seleccionan trampas de vapor. Por ejemplo, para obtener los mejores resultados posibles, un serpentín condensando 300 kg/h puede requerir de una trampa con capacidad de hasta 900 kg/h. Este Factor de Seguridad de 3 están establecidos en los catálogos técnicos de Armstrong, esto sirve para satisfacer condiciones de flujo de condensado variable, caídas ocasionales de la presión diferencial, y factores del diseño propio del equipo. (Armstrong, 1998)

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34

Figura 2.11: Tres condensadores, cada uno produciendo 300 kg de condensado por hora, pero con Factores de Seguridad de2, 3, y 8, respectivamente.

3.- Diferencia de presiones

Diferencial Máximo es la diferencia entre la presión de la caldera, o del cabezal de vapor, o a la salida de una válvula reguladora de presión, y la presión de la línea de retorno. Una trampa debe de ser capaz de abrir venciendo esta presión diferencial.

Cuando la planta está operando a toda capacidad, la presión del vapor a la entrada de la trampa puede ser menor que la presión del cabezal de vapor. Y la presión en el cabezal de retorno de condensado puede estar a presión mayor que la atmosférica.

Si el Diferencial de Operación es al menos un 80% del Diferencial Máximo, es seguro el usar el diferencial máximo para la selección de las trampas.

Control variable de la alimentación de vapor causa grandes cambios en la presión diferencial. La presión en la unidad siendo drenada puede bajar hasta la presión atmosférica, o aún más bajo (vacío). Esto no detiene el drenado del condensado. (Armstrong, 1998)

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35 4.- Máxima presión permitida

La trampa debe ser capaz de aguantar la máxima presión permitida en el sistema o la presión de diseño. Tal vez no sea necesario que opere a esta presión, pero debe ser capaz de aguantarla. Por ejemplo: si la máxima presión de entrada es 26 bar, y la presión en la línea de retorno es 11 bar, esto resulta en una presión diferencial de 15 bar, sin embargo, la trampa debe de aguantar la presión máxima.

Figura 2.12: A menos B es la presión diferencial, si B es contrapresión, se debe restar de A, si B es vacío, se debe sumar a A.

Manifolds para distribución de vapor y colección de condensado Estructura modular compacta y robusta con stop valve (Válvula de Globo) integrada,

Varias conexiones de acuerdo con los estándares internacionales y nacionales, Las Stop válvulas requieren bajo mantenimiento, con sello posterior de seguridad adiciona, Suministro completo opcional con trampas de vapor y válvulas centrales de entrada y salida, Puede ser opcionalmente suministrado con camiseta aislada contra pérdidas de calor, Presión: PN 40 / Clase 300, Conexiones: Bridada, enroscados, terminales de socket, Dimensiones: conexiones primarias DN 40/50 ,

(36)

36 conexiones secundarias DN 15 a 25, Diseño: FMM-02 (manifold mellizo) hasta FMM-12 (12 conexiones secundarias). (Armstrong, 1998)

Figura 2.13: Manifold para distribución de vapor.

Fuente: www.stilar.net.

2.3. BASES CONCEPTUALES

En todas las líneas y equipos de vapor siempre hay condensación debido al gradiente térmico existente entre sus paredes interiores, en contacto con el vapor y sus paredes exteriores que están a temperatura ambiente (tengan aislamiento o no).

Mediante un sistema de recuperación de condensado se intenta recuperar no solo la masa de agua tratada sino también la energía térmica contenida en ella.

Existen 2 sistemas de condensado, las cuales son:

Sistema abierto

El sistema abierto posee un sistema de tuberías de conducción las que llevan el condensado desde las trampas de vapor hacia el tanque Flash y/o desagüe;

el tanque descarga el vapor flash a la atmósfera, existiendo una pérdida de energía por este motivo, se emplea en sistemas en que el condensado es frío (160 - 180 ºF).

(37)

37 Sistema cerrado

Se diferencia del anterior en que posee un tanque Flash cerrado, de esta manera no existe pérdida de energía por venteo. Este sistema es mucho más eficiente que el abierto y es empleado en aquellos equipos que posean un flujo de condensado de gran presión (alta temperatura 212 ºF o más). En estos sistemas se obtiene vapor Flash de expansión que puede ser utilizado en sistemas que empleen vapor de baja presión. (Armstrong, 1998)

Figura 2.14: Circuitos de condensado.

Fuente: www.stilar.net.

TRAMPAS DE VAPOR EN SISTEMAS DE CONDENSADO Trampas de vapor

Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.

Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma temperatura.

Funciones de las trampas de vapor

Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor.

(38)

38 Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el oxígeno y el dióxido de carbono causa corrosión.

Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de vapor sino hasta que exceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases incondensables. (Armstrong, 1998)

Figura 2.15: Variedades de trampas de vapor.

2.3.1. Pérdidas de vapor

En una red de distribución de vapor, el mal funcionamiento y deterioro de las trampas puede producir pérdidas superiores al 10% del total producido por las calderas.

Es muy importante prestar la debida atención a estos equipos para lo cual se debe considera lo siguiente:

 Diseño y selección del tipo adecuado de trampa de acuerdo con el servicio que preste.

 Revisiones periódicas de su funcionamiento.

(39)

39

 Establecer el mantenimiento necesario para conservar el sistema de trabajando en las condiciones óptimas.

 Pérdidas superiores al 10% del total producido por las calderas.

Las causas de las pérdidas de vapor a través de las trampas se pueden clasificar en:

Pérdidas directas:

Son a aquellas que se producen por la descarga de vapor vivo a través del orificio de la trampa. Puede producirse, bien por el principio en que se basa la trampa para realizar el trabajo, bien por el sistema de evacuación de aire que lleva o bien por que la trampa tiene un mal mantenimiento y no funciona correctamente.

Las pérdidas directas pueden ser continuas o intermitentes, y se manifiestan con mayor intensidad cuanto mayor esté sobre dimensionada dicha trampa. (Armstrong, 1998)

Pérdidas indirectas:

Son aquellas que se producen cuando la trampa se comporta con un pequeño intercambiador de calor con el exterior, por lo cual se producen pérdidas de calor por radiación y convección. En relación con el tamaño, las pérdidas son mayores, cuanto mayor es la superficie exterior de la trampa, las pérdidas indirectas decrecen en el siguiente orden: flotador, cubierta invertida, termostático, impulso y termodinámico o disco.

La temperatura de descarga de condensado influye también, elevándose las pérdidas al crecer aquellas, otro factor son las condiciones climáticas exteriores a la trampa influyen fuertemente a la pérdida de calor.

(Coreixas, Arroyo, Navarro, 2000)

(40)

40 2.4. HIPÓTESIS

2.4.1. Hipótesis General

Si se mejora el sistema de condensado mediante la selección adecuada de trampas de vapor, entonces se reducirá las pérdidas de vapor, en el área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo.

2.5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Tabla 2.3: Operacionalizacion de la variable dependiente

Variable Dependiente: pérdidas de vapor

Definición conceptual Dimensión Indicador Existe vapor saturado

vivo en la red de condensado, considerado como perdida, al no retornar y usarse en los equipos.

Sistema de vapor

- Flujo de vapor en kilogramo/Hora,Presión de vapor en PSI.

- Temperatura del vapor en grado centígrado(C°).

Fuente: elaboración propia.

Tabla 2.4: Operacionalización de la variable independiente

Variable Independiente: sistema de condensado

Definición conceptual Dimensión Indicador El sistema de condensado,

está formado por tramos de tubería de Fierro Negro, que transporta el vapor

convertido en condensado del área de lavandería hacia los tanque de condensado de casa fuerza del Hospital Nacional ESSALUD

Huancayo.

Sistema de condensado

- Tubería de fierro negro, con

aislamiento térmico de fibra de vidrio.

- Trampas de vapor, visores, Filtro de purga de partículas, válvula esférica, válvula de globo y otros accesorios.

Fuente: elaboración propia.

(41)

41

CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE INVESTIGACION

3.1. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN

La metodología de investigación Científica, con la aplicación del proceso de investigacion científica, en cualquiera de sus modalidades se desarrollan nuevos entendimientos, los cuales producen otras ideas e interrogantes para estudiar, es así como avanza la ciencia y la tecnología. (Hernández, Fernández, & Baptista, 2010)

3.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN

El tipo de investigación empleado es el Tecnológico-experimental, debido a que la investigación requiere de nuevos conocimientos a través de la aplicación de mojaras haciendo uso de las tecnologías adecuadas, además realizando las mediciones experimentalmente se determina las mejoras de los resultados finales. (Hernández, Fernández, & Baptista, 2010)

(42)

42 3.3. NIVEL DE INVESTIGACION

El nivel de investigación a emplear es el experimental. Que tiene como propósito manipular las variables que tienen relación causal para transformarlo.

Su finalidad es crear conocimientos nuevos para mejorar el objeto de investigación.

En la investigacion, se analiza los resultados del tratamiento inicial, luego de la implementación con la tecnología adecuada, se realiza las mediciones de los resultados y se analiza si hubo mejora. (Hernández, Fernández, & Baptista, 2010)

3.4. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

El diseño que se aplicará es:

El diseño de un grupo con pre prueba y post prueba

Se evalúa los efectos del tratamiento comparándolos con una medición previa, Su diseño es:

G O1 X O2 G: Grupo experimental

X: Tratamiento aplicado al grupo experimental

O1: Observación de la variable dependiente antes del tratamiento.

O2: Observación de la variable dependiente después del tratamiento.

(43)

43 A un grupo se le aplica una prueba previa al estímulo o tratamiento experimental, después se le administra el tratamiento y finalmente se le aplica una prueba posterior al estímulo (Hernández, Fernández, & Baptista, 2010)

3.5. POBLACIÓN, MUESTRA O UNIDAD DE OBSERVACIÓN

La población es la red del sistema de condensado del área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo, la muestra es la red de condensado o finales de línea en la salida de la secadora, prensa plancha y calandria del área de lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo. De todo ello, se determina que es un estudio de caso 1.

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Una vez definido el diseño de la investigación, será necesario definir la técnica de recolección de datos, que es empírica, y los instrumentos utilizados son, hojas de registro, verificación de los datos técnicos existentes en los accesorios de la instalación, mediciones realizados con termómetros, vernier, regla de acero, manómetros analógicos, catálogos y especificaciones de los equipos de lavandería, tablas de vapor, ábacos y otros.

3.7. PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Iniciamos con la observación del estado situacional de la instalación, recorrido y verificación al objeto de estudio, se realizó inventario de los componentes del sistema de condensado, de recopilación de los datos necesarios y existentes del objeto de estudio de la instalación, monitoreo del funcionamiento del objeto de estudio en la instalación, mediciones de los parámetros de control

(44)

44 termodinámico de la red de condensado y seguidamente se analizó las trampas de vapor por que la evidencia del análisis teórico indicaba que es un elemento importante de análisis como es el flujo másico, y que luego de analizar y seleccionar correctamente el tipo de trampa de vapor, efectivamente dio resultados.

(45)

45

CAPÍTULO IV CONSIDERACIONES GENERALES

4.1. SISTEMA DE CONDENSADO DEL ÁREA DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD HUANCAYO

COMPONENTES DE INSTALACIONES DE VAPOR - Tuberías

- Aislamiento térmico - Juntas de expansión - Trampas de vapor

Figura 4.1: Componentes de una instalación de vapor - sistema de condensado.

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para Hospitales- CIP- FIM-2016

(46)

46

Figura 4.2: Recuperación de condensado en sistemas de vapor.

Figura 4.3: Comportamiento del vapor saturado de un sistema vapor.

Los resultados del vapor saturado (seco) cuando el agua es calentada al punto de ebullición (calor sensible) y después evaporada con calor adicional (calor latente). Si este vapor es posteriormente calentado por arriba del punto de saturación, se convierte en vapor sobrecalentado (calor sensible).

(47)

47 Vapor Saturado

 El vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos.

 En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua

es igual al rango de condensación.

Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento.

El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y más elevadas.

4.1.1. Tuberías del sistema de condensado

Es uno de los componentes esenciales en las instalaciones de vapor y retorno de condensado, con sus accesorios y válvulas, que conectan los diferentes equipos que forman la unidad homogénea de una planta térmica.

Con el aumento de la temperatura y presiones, así como el aumento de complejidad de la planta térmica, el costo del sistema de tuberías adquiere principal importancia y su selección e instalación se convierten en uno de los problemas más difíciles del Proyecto.

Tabla 4.1: Velocidades recomendables de vapor y condensado-Plantas térmicas

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para hospitales- CIP-FIM-2016

(48)

48

Figura 4.4: Tubería de la red de condensado.

Tabla 4.2: Especificaciones técnicas y selección de tuberías de vapor y condensado.

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para hospitales- CIP-FIM-2016

(49)

49

Tabla 4.3: Especificaciones técnicas y propiedades mecánicas según Normas para vapor y condensado- Plantas térmicas.

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para hospitales- CIP-FIM-2016

4.1.2. Aislamiento térmico del sistema de condensado

Las tuberías desnudas que conducen vapor de agua y condensados a temperaturas altas con respecto a la atmósfera pierden calor que se transfiere del fluido que están transportando al tubo y luego al aire ambiente.

- Tiene como función principal la conservación de energía.

- Se utiliza material aislante.

- Se prevé resistencia al flujo de calor y se reducen pérdidas en los elementos que integran sistema de vapor.

 Calderas, Tuberías, Accesorios, Tanques, Marmitas.

Finalidad del aislamiento térmico:

 Protección personal

 Mantener temperatura en el sistema

(50)

50

 Controlar la condensación en las tuberías de vapor

 Consideraciones a tomar en cuenta en el aislamiento:

- Buen mantenimiento - Diseño adecuado - Costo del combustible - Eficiencia de la caldera - Temperatura de operación - Localización

- Diámetro de tubería - Largo de tubería

- Eficiencia de aislamiento

Figura 4.5: Aislamiento térmico en redes condensado.

Aplicaciones:

El aislamiento se aplica a tuberías de vapor, condensados, aceite térmico, fluidos de proceso, secadores de aire, etc.

Se justifica el uso del aislante cuando:

(51)

51 Superficies con temperaturas mayores a 50°C.

Superficies calientes cercanas a operarios.

Número de horas de operación permite una rentabilidad positiva.

Tabla 4.4: Comportamiento de conductividad térmica (Aislamiento para tubería vs ASTM C 547).

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para hospitales- CIP- FIM-2016

Tabla 4.5: Selección del material y espesor de aislamiento (en pulgadas).

Fuente: Curso integral de especialización profesional-instalaciones electromecánicas para hospitales- CIP- FIM-2016

(52)

52 4.2. EQUIPOS TÉRMICOS DEL SISTEMA DE CONDENSADO DEL ÁREA

DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD

HUANCAYO

4.2.1. Secadoras a vapor industrial

Contamos con 4 equipos en el área de lavandería, cuenta con una batería calefactora de aire, el vapor circula por una serie de serpentines los cuales calientan el aire exterior, el cual es introducido por un ventilador a la cámara de secado, la batería calefactora de aire deberá drenar, aire y además el vapor continua su recorrido con una caída de su entalpia, después de la salida está instalada las trampas tipo termodinámico que retiene del vapor y deja salir solamente condensado por el sistema de condensado.

Figura 4.6: Secadora a vapor industrial.

4.2.2. Máquina de planchar en continuo

Se encuentra instalada 2 equipos planchadora de rodillos calandria, y también están instalado 5 prensa plancha a vapor, pero en cualquier caso

(53)

53 la eliminación correcta del condensado y aire, es vital para asegurar un buen rendimiento, incluso en máquinas que no son muy robustas las bolsas de condensado y aire pueden por el calentamiento desigual provocar distorsiones en la estructura que pueden dañar el tejido a planchar, para aliviar y evacuar el condensado se encuentran instalados trampas vapor del tipo Termodinámico.

Figura 4.7: Máquina de planchar en continuo.

4.2.2.1. EQUIPOS Y ACCESORIOS DE LOS EQUIPOS TERMICOS DEL SISTEMA DE CONDENSADO

(54)

54

Tabla 4.6: Relación de Equipos térmicos que están instalados sistemas de condensado.

(55)

55 4.3. CONSUMO ENERGÉTICO Y FLUJO DE CONDENSADO DEL ÁREA

DE LAVANDERÍA DEL HOSPITAL NACIONAL ESSALUD

HUANCAYO

Tabla 4.7: Cálculo del flujo másico de alimentación y de vapor de agua.

Tabla 4.8: Mediciones y equivalencias para el balance energético.

22,5 16 70 0

16 10,2 358 287

10,2 3,5 686 608

14,5 10 910 836

20 14,3 1178 1108

14 7,5 1487 1413

19,5 13,5 1767 1707

14 6,5 2111 2030

17 13 2337 2280

21,7 15 2590 2516

15 7,7 2793 2715

17 8 3049 2960

16 9,5 3345 3262

3540 REGLA

INICIO(cm) FINAL(cm) TIEMPO DE BOMBEO (S)

TIEMPO DE CALENTAMIENTO(S)

113600 0,1136 0,001622857 5748,809143 24,3902439 1402,148571

105400 0,1054 0,001484507 5258,717746 22,11838006 1163,143178

122500 0,1225 0,001570513 5563,384615 34,21052632 1903,263158

79000 0,079 0,001067568 3781,751351 27,20588235 1028,858824

101500 0,1015 0,00145 5136,48 22,95081967 1178,864262

116300 0,1163 0,001571622 5567,312432 25,17006803 1401,296327

106000 0,106 0,001766667 6258,24 18,57585139 1162,521362

131300 0,1313 0,001620988 5742,186667 32,4 1860,46848

70300 0,0703 0,001233333 4368,96 24,15254237 1055,214915

122400 0,1224 0,001654054 5859,321081 37,18592965 2178,843015

128900 0,1289 0,001652564 5854,043077 31,83673469 1863,736163

157900 0,1579 0,001774157 6284,774831 29,47019868 1852,135629

115400 0,1154 0,001390361 4925,216386 29,85611511 1470,478273

PROMEDIO 1501,613243 BOMBA

TIEMP.

BOMBA/TIEMP.

CALDERA (%)

FLUJO MASICO DEL CALDERO

(Kg/hora) VOLUMEN (cm3) VOLUMEN EN (m3) CAUDAL(m3/s) FLUJO

MASICO(Kg/hora)

(56)

56

Tabla 4.9: Cálculo de la eficiencia térmica del caldero N°2.

𝐸 = 𝑉𝑠 ∗ (𝐻𝑠 − 𝐻𝑤) (𝐹𝑑 ∗ 𝑃𝐶𝐼 ∗ 100) Donde:

E= Eficiencia energética

Vs = Flujo de vapor saturado en kg/h Hs= Entalpia de vapor saturado en KJ/ kg

Hw= Entalpia de agua de alimentación en KJ/ kg Fd= Consumo de combustible en kg/Hora

PCI=Poder calorífico inferior de combustible en KJ/ kg Hw= 4.19 TH; una relación de equivalencia donde TH = Temperatura del agua de alimentación.

Hw=4.19*65 Hw=272.4 KJ/kg

𝐻𝑤 = 4.19 ∗ 65 𝐻𝑤 = 272.4 𝐾𝐽

𝑘𝑔

95 psi 65°C = TH 42581 KJ/kg = PCI 20 psi

36 gal/h = 116.6 kg/h 40°C

27°C 65°C 180°C TEMPERATURA DE INGRESO DE COMBUSTIBLE

TEMPERATURA DEL AGUA DE ALIMENTACION TEMPERATURA DEL SALIDA DE GASES DE COMBUSTION PRESION DE TRABAJO

TEMPERATURA DEL AGUA DE ALIMENTACION (TH) PODER CALORIFICO DEL COMBUSTIBLE (PCI) PRESION DEL COMBUSTIBLE

CONSUMO DEL COMBUSTIBLE TEMPERATURA DE INGRESO DE AIRE

(57)

57 Flujo de agua de alimentación ≡ Flujo de vapor saturado

Debido a que las purgas por los aliviaderos son mínimos y se puede despreciar.

𝑉𝑠 = 1501.61 𝑘𝑔 ℎ Para el cálculo de Hs, en tablas de vapor saturado Presión de: 95PSI = 2759.1

𝐻𝑠 = 2759.1 𝐾𝐽 𝑘𝑔 𝐸 =1501.61(2759.1 − 272.4)

116.6 ∗ 42581 ∗ 100 E =3734053.6

4964944.6

𝐄 = 𝟕𝟓. 𝟐 %...Eficiencia Energética

4.4. ESTADO SITUACIONAL DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONDENSADO

4.4.1. Estado actual de los filtro de sólidos

Son accesorios instalados en el sistema de condensado en la línea, punto antes de donde están instalados las trampas de vapor, en el área de Lavandería del Hospital Nacional ESSALUD Huancayo. La función principal es retener partículas, solidos suspendidos, sarros generados en las tuberías de vapor y arrastrados hasta la línea de condensado. De tal manera que protegen de saturación de partículas a las Trampas de Vapor instalados consiguientemente y pueda realizar un trabajo eficiente.

(58)

58

Tabla 4.10: Características de los filtros de partículas.

Figura 4.8: Filtro de partículas.

4.4.2. Estado actual de las trampas de vapor (Purgadores)

Las trampas de vapor existente e instalados en los equipos térmicos de lavandería tienen por objetivo, purgar o drenar el condensado eficientemente hacia la red de condensado, con la mayor seguridad del cierre hermético y no dejar pasar vapor. Estas trampas de vapor, descargan condensado a la temperatura del vapor saturado, como

(59)

59 también la siguiente finalidad es eliminar el aire formado en la red de vapor.

Las trampas existentes en los equipos de lavandería, en su mayoría tienen una antigüedad aproximada de 1 años, y no realizan el trabajo del cierre hermético, por lo tanto, se aprecia que está dejando pasar vapor con mezcla de condensado, produciendo, perdidas de vapor.

Figura 4.9: Trampas de vapor- de secadora y prensa plancha.

Tabla 4.11: Estado situacional de las trampas de vapor existentes.

(60)

60

Tabla 4.12: Reducción de la capacidad de las trampas.

Tabla 4.13: Factores de seguridad recomendados.

4.4.3. Condiciones de operación de los equipos térmicos que generan pérdidas por las trampas de vapor

En los equipos térmicos que se han considerado y donde se genera las pérdidas de vapor, las condiciones de operación son las siguientes.

Los horarios de trabajo, todos los equipos Inician su operación en la misma hora 6am hasta 01.30 pm y luego 3 pm hasta 8:30 pm.

Variación de flujo según condiciones climatológicas, el área de lavandería está ubicado en el sótano en un ambiente cerrado, donde están instalado el sistema de condensado y los equipos en operación, el flujo de vapor y condensado es constante para cada equipo durante el horario de operación, además las líneas de vapor y condensado están

(61)

61 aislados térmicamente y su recorrido es por la parte interna del recinto Hospitalario, por lo que se desprecias las variaciones de flujo, si existiera variación de las condiciones climatológicas.

Se realizó las mediciones del flujo de salida después de la trampa de vapor en cada equipo ya mencionado donde están instalados las trampas de vapor, en la red de condensado del área de Lavandería, se ha considerado de la siguiente manera:

 Se realizó en tres turnos diferentes, considerando que el flujo de

vapor es constante para cada equipo del Área de lavandería, 1ro.

10am; 2do. 3pm; 3ro. 7pm. Y se ha considerado el promedio.

 Las variación del flujo de condensado por el factor climatológico se ha

considerado despreciable por no existir variación, ya que el sistema de distribución de vapor y condensado, está instalado por el interior y sótano del Hospital Nacional Essalud Huancayo.

 Se ha medido de la siguiente manera: A la salida de la trampa de

vapor, se ha instalado un recipiente cubicado resistente al calor, para medir el volumen de salida de condensado, además, si existiera vapor considerado como perdida, el cual sería evacuado a otro recipiente donde se pueda medir el flujo por unidad de tiempo.

4.4.4. Cálculo del resultado del flujo de vapor que se pierde a la salida de las trampas de vapor.

(62)

62 DATOS DE ENTRADAS A CONSIDERAR PARA EL CÁLCULO:

Tabla 4.14: Velocidades recomendadas en plantas industriales

Fuente: Catálogo de productos de Spirax Sarco

Tabla 4.15: Vapor de expansión (flash), porcentaje de revaporizado %

(63)

63

Fuente: Catálogo de productos de Spirax Sarco.

Tabla 4.16: Propiedades de agua saturada (liquido- vapor): Tabla de presiones

Fuente: Fundamentos de Termodinámica Técnica, M,J, Moran, H,N, Shaphiro, Ed Reverté

Cálculo del flujo de condensado del área de lavandería del Hospital Nacional Essalud Huancayo (Calandria)

𝑄𝑐 =Flujo másico kg/h 𝐴 =Area m²

𝑉𝑤 =Volumen de mescla recomendada m/s

𝑉𝑒 =Volumen especifico mezcla (vapor flash +liquido saturado) 𝑃₁ = 87 𝑃𝑆𝐼

𝑃₂ = 20 𝑃𝑆𝐼 𝐴 = 0.000507

𝑉𝑤 = 20

(64)

64 𝑉𝑒 = 0.064875 𝑚³/𝑘𝑔

𝐴 = 𝑄𝑐 ∗ 𝑉𝑒 𝑉𝑤

𝑄_𝐶 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = 𝐴 ∗𝑉_𝑊 𝑉_𝑒

%𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑙𝑎𝑠ℎ 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖) − 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 (𝐻𝑠) 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝐻𝑣𝑎𝑝. )

(𝐻𝑖)697.22 − (𝐻𝑠)520.72

(𝐻𝑣𝑎𝑝. )2191.3 = 176.5

2191.3= 8.1%

% 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑙𝑎𝑠ℎ = 8.1%

𝑉𝑒 = 𝑉1 ∗ (1 − %𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ) + 𝑉2(%𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ) 𝑉𝑒 = 0.001064 ∗ (1 − 8.1) + 0.7933(8.1)

𝑉𝑒 = 0.064875

𝑉1 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎 25 𝑝𝑠𝑖 𝑉2 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎 25 𝑝𝑠𝑖

𝑉𝑒 = 0.064875𝑚³ 𝑘𝑔 𝑄𝑐 =𝐴 ∗ 𝑉𝑤

𝑉𝑒

𝑄𝑐 =0.00507 ∗ 20 0.064875 𝑄𝑐 = 562.4 𝑘𝑔/ℎ

Cálculo del flujo de condensado del área de lavandería del Hospital Nacional Essalud Huancayo (Secadora)

(65)

65 𝑄𝑐 =Flujo masico

𝐴 =Area m²

𝑉𝑤 =Volumen de mescla recomendada m/s

𝑉𝑒 =Volumen especifico mezcla (vapor flash +liquido saturado) 𝑃₁ = 54 𝑝𝑠𝑖

𝑃₂ = 20 𝑝𝑠𝑖 𝐴 = 0.000285

𝑉𝑤 = 20

𝑉𝑒 = 0.038132 𝑚³/𝑘𝑔 𝐴 = 𝑄𝑐 ∗ 𝑉𝑒

𝑉𝑤

𝑄_𝐶 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = 𝐴 ∗𝑉_𝑊 𝑉_𝑒

%𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑙𝑎𝑠ℎ 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖) − 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 (𝐻𝑠) 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝐻𝑣𝑎𝑝. )

(𝐻𝑖)623.25 − (𝐻𝑠)520.72

(𝐻𝑣𝑎𝑝. )2191.3 =102.78

2191.3= 4.7%

% 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑙𝑎𝑠ℎ = 4.7%

𝑉𝑒 = 𝑉1 ∗ (1 − %𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ) + 𝑉2(%𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ) 𝑉𝑒 = 0.001064 ∗ (1 − 4.7) + 0.7933(4.7)

𝑉𝑒 = 0.038132

𝑉1 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎 25 𝑝𝑠𝑖 𝑉2 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎 25 𝑝𝑠𝑖