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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO, DEL RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE Y DELSISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DEL ÁREA DE.

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1 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 NARANJO JOSÉ LUIS JÁCOME TAPIA DIRECTOR: ING. FERNANDO MONTENEGRO CODIRECTOR: ING. HERNÁN LARA Sangolquí, 27 de Junio del 2011

2 CONTENIDO: 1.Introducción 2.Objetivos 3.Diseño de la red de aire comprimido 4.Diseño del recipiente de almacenamiento de aire 5.Diseño del sistema de climatización del área de pintura 6.Análisis económico y financiero 7.Conclusiones y recomendaciones

3 INTRODUCCIÓN

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5 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

6 DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO

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

8 CONSUMO DE AIRE COMPRIMIDO Ítem Equipo / herramienta neumática Cantidad Consumo de aire a 6 bar (m3/min) Factor de utilización Total de Consumo de aire (m3/min) 1Granallado Aire de Vida-granallado Micro-granallado Pintura Corte plasma-aire Soldadora SAW Pistola Limpieza Pistola de impacto Subtotal Consumo de aire (m 3 /min) Total Consumo de aire con factor de simultaneidad (m 3 /min) Consumo de aire por corrección por fugas (m 3 /min)5%0.37 Consumo de aire por corrección por expansión (m 3 /min)20%1.48 Consumo de aire por corrección por error (m 3 /min)10%0.74 Total Consumo de aire (m 3 /min) Caudal Total Corregido por altitud (256 msnm) (m 3 /min)10.23

9 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 máximo de Impurezas Sólidas Contenido Máximo de Humedad Contenido Máximo de Aceite Clase Granallado x Granallado altas exigencias x x x Pintura tipo airless x Equipo de Cortex x x Equipo SAWx x x Pistolas de Limpieza Pistolas de Armado Fuente: Adaptada de Catálogo Tratamiento de Aire Comprimido

10 COMPRESORES Los compresores seleccionados son: Compresor BOGE modelo S 50-2 Compresor BOGE modelo S 40-2 Caudal entregado a m 3 /min a una presión de 8 bar Seteados de la siguiente manera:

11 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

12 ESPESOR DE TUBERÍAS Fuente: MEGYESY E.F. Pressure Vessel Handbook. 12va ed. Diámetro Nominal (pulgadas) Diámetro exterior (mm) Cédula Espesor (pulgadas) Espesor (mm) 3/8" /2" /4" " /4" /2" " /2" "

13 DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO METODOLOGÍA 1.Se determina los datos de diseño 2.Se asume un diámetro de tubería 3.Se calcula la caída de presión, aplicando la siguiente ecuación: 4.Se compara la caída de presion calculada en el ítem 3 con la caída de presión recomendada. 5.Se determina la longitud equivalente de accesorios. 6.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.

14 DIÁMETROS DE TUBERÍAS POR ÁREAS Diámetro de tuberías en pulgadas GranalladoPintura Taller ArmadoCorteSoldadura Línea Principal Línea Principal Línea de Distribución321-1/2 Línea de Servicio1-1/21111/2 Línea de Interconexión13/41/21/41/2

15 DISEÑO DEL RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO

16 FUNCIONES Almacenamiento de aire Eliminar condensado Disminuir temperatura del aire a la salida de compresores Amortiguar pulsaciones del compresor

17 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 o C –Presión de diseño: 150 psi –Espesor de corrosión: 1.59 mm (1/16¨) 3.2 mm (1/8¨) –Volumen del recipiente: 3 m 3

18 TIPO DE RECIPIENTE El tipo de recipiente es vertical cilíndrico, tipo de cabezas toriesféricas Eficiencia de junta ParámetrosMedidas SI (m) Medidas Inglesas (pulgadas) Diámetro Interior Longitud entre costuras MaterialA 36 Cordones de Soldadura en el recipiente ÍtemTipo de juntaEficiencia Junta A10.85 B C10.85 C1 Fuente: Adaptado del código ASME VIII tabla UW-12 Tipos de Junta del recipiente

19 CÁLCULOS DE ESPESORES Espesor de Cuerpo Espesor de Cabeza Espesor de cuellos de boquillas

20 ESPESOR DE CUERPO Para determinar el espesor del cuerpo del recipiente se utiliza la siguiente ecuación tsc= 9.89 mm P=150Psi Ri=(627.38) 24.7 mm Sv=16600Psi E=0.85 (Spot) CA=1.58 1/8 mm Espesor Comercial= 12 mm

21 ESPESOR DE CABEZA Tipo de cabeza torisférica L/r=1250/76.2= 16.4 M= 1.77 En condiciones corroídas. th= mm P=150Psi Ri=(627.38) 24.7 mm Sv=16600Psi E=0.85 (Spot) CA=1.58 1/8 mm Espesor Comercial= 16 mm

22 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

23 PRESIÓN HIDROSTÁTICA Para determinar la Presión Hidrostática se utiliza la siguiente ecuación: PH= 1.3 x MAWP x STp/STd PH= 195 psi MAWP150psi STp16600psi Sv=16600Psi

24 RECIPIENTE DE ALMACENAMIENTO DE AIRE

25 DISEÑO DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN PARA EL ÁREA DE PINTURA

26 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.

27 CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA A CLIMATIZAR CONDICIONES EXTERIORES Temperatura promedio máxima absoluta= 35 o C Temperatura promedio mínima absoluta= 17 o C Humedad relativa máxima= 100% CONDICIONES INTERNAS Temperatura interior =26 o C Máxima Humedad Relativa interior=80%

28 35 C; 100% HR 26 C; 80% HR 22 C; 100% HR

29 CARGAS TÉRMICA POR ENFRIAMIENTO Rango de Temperatura: 35 o C a 22 o C 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

30 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 Descripción Área (m 2 ) U (kcal/ h m 2 C) Δte ( o C) Ganancia de Calor (kcal/h) Pared Norte Pared Este Puerta Este Techo TOTAL CARGA PAREDES EXTERIORES7900 Fuente: Propia

31 GANANCIAS DE CALOR A TRAVÉS DE PAREDES INTERIORES Descripción Área ( m 2 ) U (kcal/ h m 2 C) Δte ( C) Ganancia de Calor (kcal/h) Pared Sur Puerta Sur Pared Oeste Piso Total carga térmica interior938 Fuente: Propia

32 GANANCIAS DE CALOR POR INFILTRACIÓN q= f x Atp x Dfe x Cp x Cve x Fv q= 1142 Kcal/h f=82m 3 /h Atp=59.5m2m2 Dfe=13C Cp=0.3Kcal/h C m 2 Cve= Fv=

33 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 = kcal/h GANANCIA POR EQUIPOS qequipos = Nequipos x Fc x Geq = 660 kcal/h

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35 CARGAS TÉRMICA POR CALEFACCIÓN Rango de Temperatura: 17 o C a 26 o C 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

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37 CAUDAL DE ENFRIAMIENTO Q = m x Cp x ΔT m= kg/h = 6514 m 3 /h (3834 CFM) CAUDAL DE CALEFACCIÓN Q = m x Cp x ΔT m= kg/h = 1608 m 3 /h (946 CFM) Q24388kcal/h Cp=0.24kcal/kg K ΔT13K d1.2kg/m 3 Q4168kcal/h Cp=0.24kcal/kg K ΔT9K d1.2kg/m 3 Caudal de diseño= 4000 CFM CORRECIÓN DE CALOR DE CALEFACCIÓN Q= kcal/h

38 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CLIMATIZACIÓN

39 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CLIMATIZACIÓN (Cont.)

40 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 m 2, 8 aletas por pulgada SERPENTÍN DE CALENTAMIENTO Diámetro exterior de tubería ½ pulgada,1 fila con una área de 0.45 m 2, 8 aletas por pulgada VENTILADOR Tipo:Centrífugo aerodinámico RPM: 2713 BHP= 3.3 Presión Estática= 50.8 mmca

41 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

42 DUCTOS DE SUMINISTRO Tramo Dimensión (m) Diámetro Equivalente (mm) Caudal (m 3 /h) Hasta A450 x A-B400 x B-6350 x Fuente: Propia

43 DUCTOS DE RETORNO Tramo Dimensión (m) Diámetro Equivalente (mm) Caudal (m 3 /h) Hasta Z500 x Z-Y450 x Y-X400 x X-4300 x Fuente: Propia Ventilador de Retorno MarcaDunham Bush ModeloFS Potencia1.78 BHP Presión Estática 25.4 mmca Revoluciones859 RPM

44 ANÁLISIS ECONÓMICO Y FINANCIERO

45 COSTO DEL PROYECTO ÍtemSubtotal Costo Material Directo 99,792 Costo Mano de Obra Directa 4,800 Costo de Diseño 3,840 Total (USD)108,432 Fuente: Propia DescripciónUSD Costos Indirectos (5% del costo total directo)5421 Fuente: Propia ÍtemDescripción Precio Total (USD) 1Costo Total Directo108,432 2Costo Total Indirecto5421 Total (USD)113,853 Fuente: Propia

46 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

47 COSTO DE OPERACIÓN FLUJO DE CAJA Fuente: Sertecpet S.A ÍtemDescripciónPrecio Total (USD) 1Costo Total Sistema de Aire Comprimido14,528 2Costo Total Sistema de Climatización4,938 Total (USD)19,467 Fuente: Propia

48 VALOR ACTUAL NETO, TASA INTERNA DE RETORNO Y COSTO BENEFICIO Descripción VALOR ACTUAL NETO (VAN)42,244 Fuente: Propia Descripción % TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)42% Fuente: Propia AÑOBENEFICIOCOSTO TOTALB/C Fuente: Propia

49 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.

50 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.

51 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.

52 GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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