CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
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CONTENIDO: Introducción Objetivos Diseño de la red de aire comprimido

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Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA “DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO, DEL RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE Y DELSISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DEL ÁREA DE PINTURA PARA LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE RECIPIENTES A PRESIÓN Y FACILIDADES DE CONSTRUCCIÓN DE LA COMPAÑÍA SERTECPET S.A.-ECUADOR. UBICADA EN LA CIUDAD DE FRANCISCO DE ORELLANA-PROVINCIA DE ORELLANA” PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO CRISTINA GISELLE OSCULLO NARANJOJOSÉ LUIS JÁCOME TAPIADIRECTOR: ING. FERNANDO MONTENEGRO CODIRECTOR: ING. HERNÁN LARASangolquí, 27 de Junio del 2011


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CONTENIDO:

Introducción

Objetivos

Diseño de la red de aire comprimido

Diseño del recipiente de almacenamiento de aire

Diseño del sistema de climatización del área de pintura

Análisis económico y financiero

Conclusiones y recomendaciones


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

INTRODUCCIÓN


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

OBJETIVO GENERAL

Diseñar la Red de Aire Comprimido, del Recipiente de Almacenamiento de Aire y del Sistema de Climatización para el Área de pintura, para Planta de Producción de Recipientes a Presión y Facilidades de Producción de la Compañía SERTECPET S.A.

ESPECÍFICOS

Desarrollar el Marco Teórico del aire comprimido, del recipiente a presión y del sistema de climatización descrito en el índice del proyecto

Analizar y Seleccionar la mejor alternativa para la red y el recipiente de aire comprimido de la planta PPRP

Analizar y Seleccionar la mejor alternativa para el sistema de climatización del área de pintura de la planta PPRP

Desarrollar el diseño mecánico e ingeniería de detalle de la red y del recipiente de aire comprimido a instalarse en la Planta PPRP

Desarrollar el diseño mecánico e ingeniería de detalle del sistema de climatización del área de pintura de la Planta PPRP

Realizar un análisis Económico y Financiero del proyecto


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

LAYOUT DE LA PLANTA DE RECIPIENTES A PRESIÓN Y FACILIDADES DE PRODUCCIÓN


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CONSUMO DE AIRE COMPRIMIDO


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CALIDAD DEL AIRE

Para los diferentes servicios de la planta se requiere una calidad diferente de aire

Para obtener una calidad 4 en contenido de humedad se requiere el uso de un secador frigorífico.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

COMPRESORES

Los compresores seleccionados son:

Compresor BOGE modelo S 50-2

Compresor BOGE modelo S 40-2

Caudal entregado a 11.53 m3/min a una presión de 8 bar

Seteados de la siguiente manera:


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

MATERIAL Y CÉDULA DE TUBERÍA

MATERIAL

Para toda la red de aire comprimido, el material de la tubería es A-53 grado B, roscada y galvanizada.

CÉDULA DE TUBERÍA

El espesor de la tubería, fue calculado de acuerdo al código ASME B31.3 utilizando las siguientes ecuaciones:

Se considera 12.5 % de tolerancia en espesor por fabricación


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

ESPESOR DE TUBERÍAS

Fuente:MEGYESY E.F. Pressure Vessel Handbook. 12va ed.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO

METODOLOGÍA

  • Se determina los datos de diseño

  • Se asume un diámetro de tubería

  • Se calcula la caída de presión, aplicando la siguiente ecuación:

  • Se compara la caída de presion calculada en el ítem 3 con la caída de presión recomendada.

  • Se determina la longitud equivalente de accesorios.

  • Se procede a calcular nuevamente la caída de presión, con la suma de la longitud real + longitud equivalente (aportada por los accesorios). Si la caída de presión se encuentra dentro de las recomendaciones, se considera que el diámetro asumido es el diámetro de tubería adecuado.


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DIÁMETROS DE TUBERÍAS POR ÁREAS


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DISEÑO DEL RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

FUNCIONES

  • Almacenamiento de aire

  • Eliminar condensado

  • Disminuir temperatura del aire a la salida

    de compresores

  • Amortiguar pulsaciones del compresor


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CRITERIOS DE DISEÑO

  • Código y Normas Aplicables: ASME VIII Div. 1, Edición 2007, adenda 2009

  • Parámetros de diseño

    • Tipo de servicio: Baja temperatura

    • Temperatura de diseño: 58 oC

    • Presión de diseño: 150 psi

    • Espesor de corrosión:

      • 1.59 mm (1/16¨)

      • 3.2 mm (1/8¨)

    • Volumen del recipiente: 3 m3


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TIPO DE RECIPIENTE

El tipo de recipiente es vertical cilíndrico, tipo de cabezas toriesféricas

Eficiencia de junta

Tipos de Junta del recipiente

Cordones de Soldadura en el recipiente

Fuente: Adaptado del código ASME VIII tabla UW-12


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CÁLCULOS DE ESPESORES

  • Espesor de Cuerpo

  • Espesor de Cabeza

  • Espesor de cuellos de boquillas


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ESPESOR DE CUERPO

Para determinar el espesor del cuerpo del recipiente se utiliza la siguiente ecuación

tsc= 9.89 mm

Espesor Comercial= 12 mm


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ESPESOR DE CABEZA

Tipo de cabeza torisférica

L/r=1250/76.2= 16.4

M= 1.77

En condiciones corroídas.

th= 14.98 mm

Espesor Comercial= 16 mm


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ESPESOR DE CUELLO DE BOQUILLAS

Para determinar el espesor de cuellos de boquillas se utiliza la ecuación del espesor de cuerpo

  • Entrada de Hombre( Manhole) 18 “ cédula 10

  • Tubería 3 “ cédula 40

  • Tubería 2 “cédula 40


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PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Para determinar la Presión Hidrostática se utiliza la siguiente ecuación:

PH= 1.3 x MAWP x STp/STd

PH= 195 psi


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RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DISEÑO DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN PARA EL ÁREA DE PINTURA


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

INTRODUCCIÓN

  • El objetivo es controlar las condiciones de temperatura y humedad del ambiente para la aplicación y curado de la pintura a ser aplicado en las superficies internas y externas de los recipientes de presión, piezas mecánicas.

  • El zonas corrosivas, la pintura industrial tiene como objetivo proteger el metal de las agresiones a las que está expuesto.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA A CLIMATIZAR

CONDICIONES EXTERIORES

  • Temperatura promedio máxima absoluta= 35 oC

  • Temperatura promedio mínima absoluta= 17 oC

  • Humedad relativa máxima= 100%

    CONDICIONES INTERNAS

  • Temperatura interior =26 oC

  • Máxima Humedad Relativa interior=80%


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

35 C; 100% HR

26 C; 80% HR

22 C; 100% HR


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CARGAS TÉRMICA POR ENFRIAMIENTO

  • Rango de Temperatura: 35 oC a 22 oC

    Para determinar la carga de enfriamiento se considera las siguientes ganancias de calor:

  • Ganancia de calor a través de paredes, techo que dan al exterior.

  • Ganancia de calor a través de paredes internas y pisos

  • Radiación solar a través de vidrios

  • Ganancia de calor por infiltraciones

  • Ganancia de calor por Interiores


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

GANANCIAS DE CALOR A TRAVÉS DE PAREDES EXTERIORES

Para determinar la ganancia de calor a través de paredes exteriores se utiliza la siguiente ecuación:

Q = U x A x Δte


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

GANANCIAS DE CALOR A TRAVÉS DE PAREDES INTERIORES


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

GANANCIAS DE CALOR POR INFILTRACIÓN

q= f x Atp x Dfe x Cp x Cve x Fv

q= 1142 Kcal/h


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

GANANCIAS DE CALOR POR INTERIORES

GANANCIA POR PERSONAS

qsensible = Np x Gsensible = 124 kcal/h

qlatente = Np x Glatente = 254 kcal/h

GANANCIA POR ILUMINACIÓN

qsensible = 0.8 E x 1.25 x 0.86 = 38.7 = 154.8 kcal/h

GANANCIA POR EQUIPOS

qequipos = Nequipos x Fc x Geq = 660 kcal/h


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CARGAS TÉRMICA POR CALEFACCIÓN

  • Rango de Temperatura: 17 oC a 26 oC

    Para determinar la carga de calefacción se considera las siguientes pérdidas calor:

  • Pérdidas de calor a través de paredes, techo que dan al exterior.

  • Pérdidas de calor a través de paredes internas y pisos

  • Pérdidas de calor por infiltraciones


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CAUDAL DE ENFRIAMIENTO

Q = m x Cp x ΔT

m= 7816.66 kg/h

= 6514 m3/h (3834 CFM)

CAUDAL DE CALEFACCIÓN

Q = m x Cp x ΔT

m= 1929.62 kg/h

= 1608 m3/h (946 CFM)

Caudal de diseño= 4000 CFM

CORRECIÓN DE CALOR DE CALEFACCIÓN

Q= 17615.23 kcal/h


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CLIMATIZACIÓN


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CLIMATIZACIÓN (Cont.)


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

MANEJADORA DE AIRE

Modelo: 39M W 08

Capacidad: 4000 CFM

SERPENTÍN DE ENFRIAMIENTO

  • Bandeja de drenaje de acero inoxidable, ubicado en el lado derecho

  • Diámetro exterior de tubería ½ pulgada, 6 filas con una área de 0.71 m2, 8 aletas por pulgada

    SERPENTÍN DE CALENTAMIENTO

  • Diámetro exterior de tubería ½ pulgada,1 fila con una área de 0.45 m2, 8 aletas por pulgada

    VENTILADOR

  • Tipo:Centrífugo aerodinámico

  • RPM: 2713

  • BHP= 3.3

  • Presión Estática= 50.8 mmca


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DUCTOS DE AIRE ACONDICIONADO

Transmite el aire climatizado desde la manejadora de aire hasta el taller de pintura.

Velocidad para ductos de suministro= 11 m/s

Velocidad para ductos de retorno = 9 m/s

Calculados por el método de pérdida de carga constante


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DUCTOS DE SUMINISTRO


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

DUCTOS DE RETORNO


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ANÁLISIS ECONÓMICO Y FINANCIERO


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COSTO DEL PROYECTO


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ESTUDIO ECONÓMICO

Inversión Global= 1,560,000

Tasa de interés= 18%

R= Relación subproyectos

Ventas Anuales= 2,500,000

El Valor Actual Neto (VAN) y Tasa Interna de Retorno (TIR) calculadas con la siguiente ecuación


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

COSTO DE OPERACIÓN

FLUJO DE CAJA

Fuente: Sertecpet S.A


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

VALOR ACTUAL NETO, TASA INTERNA DE RETORNO Y COSTO BENEFICIO

Fuente: Propia


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CONCLUSIONES

  • Se realizó el diseño de la red de aire comprimido, del recipiente de almacenamiento de aire y del sistema de climatización del área de pintura, para la Planta de Producción de Recipientes a Presión y Facilidades de Producción de la Compañía SERTECPET S.A, que garantizarán un correcto suministro y almacenamiento de aire comprimido, y acondicionamiento del taller de pintura.

  • Los diseños mecánicos fueron realizados de acuerdo a los códigos ASME B31.3 para la red de aire comprimido, con el código ASME VIII Div 1 para el recipiente de almacenamiento de aire a presión y de acuerdo a la norma ASHRAE para el sistema de climatización del área de pintura, garantizando integridad mecánica de los sistemas, seguridad en la operación y un correcto funcionamiento cuando sean implementados y entren en funcionamiento.

  • Los diseños fueron revisados y aprobados para construcción por parte de la Compañía SERTECPET.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

CONCLUSIONES (Cont.)

  • Para la red de aire comprimido se seleccionó dos compresores tipo tornillo que abastecerán aire comprimido a la planta, taller de pintura y taller de granallado mediante tres circuitos abiertos.

  • El recipiente de almacenamiento es del tipo cilíndrico vertical de cabezas toriesféricas y sostenido mediante un faldón empernado al concreto con pernos de anclaje.

  • El acondicionamiento del taller de pintura será mediante una manejadora de aire, tanto el suministro de aire climatizado como la extracción de aire posee su propio sistema abierto de ductos.

  • El análisis económico y financiero determinó que el proyecto es rentable.

  • La verificación del diseño mediante softwares de ayuda como Compress son una buena guía para obtener resultados pero se debe considerar que siempre se presentará diferencias mínimas entre los resultados obtenidos analíticamente y numéricamente.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

RECOMENDACIONES

  • Se recomienda que proyectos de ingeniería cumplan con normas nacionales e internacionales ya establecidas.

  •  Debido a la complejidad de los equipos se sugiere que al momento de instalación se cuente con servicio técnico especializado.

  • Resultaría de gran utilidad después de la instalación calibrar, realizar pruebas necesarias y cumplir con planes de mantenimiento para asegurar el buen desempeño de los equipos.

  • El cálculo de diseño debería considerar la facilidad de adquisición de materiales, equipos y fabricación nacional para evitar un incremento de costos por importaciones.

  • Cuando se realiza un diseño de ingeniería se debe realizar las correcciones pertinentes por altitud y condiciones climatográficas de la zona.


Contenido introducci n objetivos dise o de la red de aire comprimido

GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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