Reingeniería del sistema de vapor para el Hospital Naval

Contenido Requerimientos de vapor para el Hospital Naval. Selección de las calderas. Sistema de agua de alimentación. Sistema de combustible. Controles de las calderas. Tuberías para vapor y retorno de condensado. Trampas de vapor. Ablandador de agua. Análisis económico.

Requerimientos de vapor para el Hospital Naval

Requerimientos de vapor para el Hospital Naval

Demanda de vapor para el Hospital Naval Sección Equipos-Necesidad Demanda de vapor ( lb / h ) Quirófano 3 equipos esterilizadores 360 lb/h Lavandería 2 lavadoras – secadoras. 2 planchas. 1 rodillo planchador. 638 lb/h 212 lb/h Cocina 3 marmitas Régimen alimenticio 795 lb/h 1166 lb/h Fisiatría-Varios Agua caliente 1311 lb/h Demanda Total : 4842 lb/h  140 CC * Requerimiento ( + 10% )  154 CC

Selección de las calderas En base a la demanda de vapor. En base a factores de selección.

Sistema de agua de alimentación

Sistema de agua de alimentación Diseño del tanque de agua de alimentación. Tanque existente para agua de alimentación

Tanque seleccionado para agua de alimentación   Tanque seleccionado para agua de alimentación Fabricantes Donlee - Technologies

Tanque seleccionado para agua de alimentación

Circuito de ingreso del agua de alimentación.

Circuito de ingreso del agua de alimentación.

Purgas de superficie

Sistema de recuperación de calor de las purgas de superficie

Dimensionamiento del tanque flash

Dimensionamiento del tanque flash

Dimensionamiento del tanque flash

Selección de las bombas para agua de alimentación Operación continua o intermitente. Temperatura del agua a la succión. Capacidad. Presión de descarga. Carga neta de succión positiva ( NPSH ).

Presión de descarga Coeficientes/ pérdidas locales para accesorios ( k ) [ Anexo 3 ] Coeficientes/ pérdidas por fricción en tuberías ( hf ) [ Anexo 2 ] TUBERIAS : Ej : Ht = ( hf )  ( longitud de tubería) / 100 Ht = 0.4577 pies PP t = ( H t )  ( densidad del agua 70 ˚C aprox. )  ( gravedad ). PP t = ( 0.4577 pies )  ( 61.38 lb/pie3 )  ( 32.17 pies/seg2 ). PP t = 0.195 psi

Presión de descarga ACCESORIOS : hv = k ( v2 / 2g ) Ej : hv para los codos: (1.177) [(1.735pies/seg)2/2(32.17pies/seg2 )] 10 codos = 0.55 pies. Como Ha son las pérdidas en todos los accesorios, tendremos : 0.55 + 2.38 + 0.56 = 3.49 pies. PP a = ( H a )  ( densidad del agua 70 ˚C aprox. )  ( gravedad ). PP a = ( 3.49 )  ( 61.38 lb/pie3 )  ( 32.17 pies/seg2 ). PP a = 1.49 psi. PERDIDAS TOTALES : PP t + PP a.  1.685 psi.

Carga neta de succión positiva (NPSH). * Carga neta de succión positiva requerida ( NPSH )R * Carga neta de succión positiva disponible ( NPSH )A Condición : ( NPSH )A > ( NPSH )R ( NPSH )A, = { [ 2.31 ( Ps – Pv ) ] / ( sp.gr ) } + Z – ( Hfs + Hi ) Hfs : Fricción en la succión : Tubería de succión : Ht = f Lv2 / 2Dg. Accesorios de succión : hv = k ( v2 / 2g ) Hi : Pérdidas en la entrada : Entrada perpendicular reentrante : Hi = k ( v2 / 2g )

Carga neta de succión positiva disponible ( NPSH )A Carga neta de succión positiva (NPSH). Carga neta de succión positiva disponible ( NPSH )A ( NPSH )A = { [ 2.31 ( Ps – Pv ) ] / ( sp.gr ) } + Z – ( Hfs + Hi ) ( NPSH )A = { [ 2.31 ( Ps – Pv ) ] / ( sp.gr ) } + Z – ( Hfs + Hi ) ( NPSH )A = { [ 2.31pies/psi ( 15 – 4.519 )psi ] / ( 0.978 ) } + 7.54pies – ( 0.124 + + 0.037 )pies. ( NPSH )A  32 pies.

Potencia del motor requerido TDH = { [ 2.31 ( P2 – P1 ) ] / ( sp.gr ) } + Z2 + Hts + Htd TDH : Altura dinámica total de descarga P1 : Presión de succión. P2 : Presión máxima a desarrollar por la bomba, 150 psi. Hts : Pérdidas de succión, 0.124 pies + 0.037 pies = 0.161 pies. Htd : Pérdidas de descarga, 0.4577 pies +3.49 pies = 3.9477 pies. Ej : TDH = { [ 2.31 pies/psi( 150-15 )psi ] / ( 0.978) } +(3.93+0.161+3.94)pies. TDH  327 pies. BHP = Q  TDH  sp.gr / 3960  (eficiencia) BHP = ( 11 GPM )  (327 pies )  ( 0.978 ) / 3960  (eficiencia) BHP = 0.889 / ( eficiencia )   * 3.41 HP * 1.04 HP

Sistema de combustible

Sistema de combustible * Tanques de combustible : Capacidades mínimas para el tanque de almacenamiento Capacidad 12000 galones Tanque diario

Conjunto quemador – bomba de combustible

Controles de las calderas  

Controles de las calderas Control McDonnell tipo No. 150.  

Controles de las calderas Control Modulante  

Controles de las calderas

Control modelo BCS1 para los sólidos disueltos ( TDS ) en el agua de las calderas Válvula de interrupción. Controlador de purga BC 1000. Cámara sensora S10. Válvula controladora de purga. Válvula de retención. Válvula interruptora.

Tuberías para vapor y retorno de condensados

Dimensionamiento de las tuberías para vapor

Distribución del vapor en el Hospital Naval

Dimensionamiento de las tuberías de vapor

Dimensionamiento de las tuberías principales

Caída de presión a través de las tuberías principales

Dimensionamiento de las tuberías secundarias

Caída de presión a través de las tuberías secundarias

Presentación de resultados PD = 95 psi PC = 91 psi PA = 97 psi PE = 90 psi PG = 89 psi PD = 95 psi

Aislamiento de las tuberías de vapor y tanques de almacenamiento Recubrimiento aislante que contiene asbesto

Aislamiento de las tuberías de vapor Espesores económicos para el aislante lana vidrio. Fabricantes Owens Corning. Espesores de aislantes requeridos

Di Ausencia de tuberías para retorno de condensado e las tu Dimensionamiento de las tuberías

Retorno de condensado desde las marmitas.

Dimensionamiento de las tuberías para retorno de condensado

Dimensionamiento de las tuberías para retorno de condensado Figura 6.9 Diagrama Caudal VS Caída de presión Fuente de información : Calderas Industriales y Marinas, Angel Vargas Z.

Esquema general para retornos de condensado

Instalación propuesta para el Hospital Naval

Selección y distribución de trampas para vapor

Selección y distribución de trampas para vapor 1. Trampas tipo termodinámicas para los tramos de tuberías de vapor principales.  2. Trampas tipo mecánico de flotador con eliminador termostático de aire ( flotador – termostático ) para los equipos.  

Selección y distribución de trampas para vapor

Selección y distribución de trampas para vapor

Selección de trampas para vapor Quirófano : 792 lb/h Lavandería : 1404 lb /h Planchas : 1258 lb /h Cocina : 1748 lb /h

Selección de trampas para vapor

Selección de trampas para vapor

Cálculos y selección del ablandador para agua de alimentación   Cálculos y selección del ablandador para agua de alimentación

Cálculos y selección del ablandador para agua de alimentación ·        * 03 calderas de 80CC ( considerando la máxima producción ). ·        * Pruebas de dureza para el agua que ingresa al ablandador : 60 ppm. * Factor de conversión 1 ppm = 0.058 Granos por galón. ·       * Horas diarias de operación : 16 horas ( máximo ). ·        * Se conoce que se requieren 0.069 GPM de agua por cada CC .   a a) Considerando que prácticamente no existe retorno del condensado:   55324 granos Es decir la capacidad de remoción requerida de dureza diaria ≈ 56K b) Considerando un retorno de condensado del 20% : 44259 granos Es decir la capacidad de remoción requerida de dureza diaria ≈ 45K

Selección del ablandador para agua de alimentación ·       

  Aspectos económicos

Aspectos económicos Costo del vapor Combustible : 0.295 GPH  80 CC = 23.6  24 GPH. 24 GPH  $ 0.6 = $ 14.4 por hora. Por cada hora : Combustible = $ 14.4 ( 80% ) Agua y tratamiento químico: (20% del costo total ) = $ 3.6 ( 20% ) ________________ Costo total / hora $ 18 ( 100% ) ( 80 CC = 2760 lb/h = 1255 Kg/h de vapor ). $ 18/ 1255 Kg = $ 0.01434 / Kg. = $ 14.34 la tonelada de vapor ( 1000 Kg ).  

Aspectos económicos Ahorros económicos por implementación del sistema de vapor. Ej : Recuperación de calor de la purga de superficie : 101 Kg/h de las purgas Supongamos un 30% de 101 Kg/h = 30.3 Kg/h ( 104 días )  ( 16 horas diarias)  30.3 Kg/h = 50419.2 Kg. ( 104 días )  ( 8 horas diarias )  15.55 Kg/h = 12604.8 Kg. ( 157 días )  ( 16 horas diarias) 15.15Kg/h = 38056.8 Kg. __________ En 365 días 101080.8 Kg Ahorro : $0.01434 / Kg. 101080.8 Kg.  $ 1450 anuales. Recuperación de la inversión : $ 4021 / $ 1450  2.8 años.

Aspectos económicos Ahorros económicos por implementación del sistema de vapor. Ej : Instalación de tuberías de retorno de condensado y trampas de vapor : Cantidad de calor necesario para producir 1 Kg. de vapor : Reduciremos de 2518 KJoule/Kg a 2476 KJoule/Kg, es decir un 1.67% de ahorro.

Aspectos económicos Ahorro de combustible: 1.67% ($ 14.4/ hora )  ahorro de $ 0.24 / hora por combustible. Ahorro de agua y productos químicos : Supongo que sólo recupero un 20% de condensado: 20% ($ 3.6 / hora )  ahorro de $ 0.72 / hora por agua y tratamiento químico. Ahorro total : $ 0.24 /hora + $ 0.72/ hora = $ 0.96 / hora 104 días  8 horas  $ 0.96 /hora = $ 798.72 261 días  16 horas  $ 0.96 /hora = $ 4008.96 _________ Ahorro anual $ 4807.68 Recuperación de la inversión : $ 11900 / $ 4807.68 = 2.47  2.5 años.

Aspectos económicos Ahorros económicos por implementación del sistema de vapor. Ej : Recuperación de la inversión por recubrimiento de aislante a las instalaciones :

Aspectos económicos Costos finales para la implementación de la instalación propuesta:

CONCLUSIONES Se satisface los requerimientos de vapor para el Hospital Naval. Bombas de agua de alimentación. Control de la cantidad de TDS. Sistema de recuperación del calor de las purgas de superficie. Tuberías para vapor y retorno de condensado. Aislamiento. Ablandador para agua de alimentación. Recuperación de la inversión, máximo en 3 años.