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7/23/2019 Proyecto Sistema de Vapor de un Hotel
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INSTITUTO TECNOLGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTROMECNICA
Ingeniera en Mantenimiento Industrial
Proyecto Sistemas de Vapor
DISEODELANTADE!AORDEUNAINDUSTRIA"OTELERA
RO#ESOR$ ING% OSCAR&ASTOSMOLINA
ESTUDIANTES
$MARCOSDURANGUTI'RRE()*+),-.,/
CRISTO"ERGON(LE(NA!ARRO)*+)0+.)/
CRIST"IANO!IEDO'RE()*+)//-.-
GRUO$ *+Cartago, Costa Rica
9 de Noviembre del 2015
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ndice General
1. Introduccin...................................................................................................5
1.1. Integrantes del grupo..............................................................................5
1.2. Deinicin inicial del problema.................................................................5
2. Rese!a de la empresa..................................................................................5
2.1. "ctividad #ue reali$a la empresa............................................................5
2.2. %bicacin.................................................................................................&
2.'. (r)genes* +istoria undacin................................................................&
2.-. ervicios brindados.................................................................................&
'. Nombre del /roecto.....................................................................................&
'.1. Descripcin del proecto.........................................................................&
-. (betivos........................................................................................................
-.1. (betivo general......................................................................................
-.2. (betivos espec)icos..............................................................................
5. ustiicacin...................................................................................................9
&. 3etodolog)a.................................................................................................10
4. Desarrollo de proecto.................................................................................11
4.1. istema Instalado actualmente.............................................................11
4.2. #uipo instalado....................................................................................1'
4.'. eleccin de la caldera. 67alta seleccin de la bomba8........................14
4.-. Dise!o del sistema de combustible.......................................................21
4.5. Clculo de dimetros de tuber)as de vapor..........................................25
4.&. Calculo del espesor del aislante en las tuber)as de vapor...................24
4.4. eleccin de las vlvulas reductoras de presin..................................'0
4.. eleccin de las vlvulas de seguridad................................................-2
4.9. Dise!o del sistema de retorno de condensado.....................................-'
4.9.1. :an#ue de condesados...................................................................-'
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eg;n dice el manual de
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1-.1.1. ecadora 3"DRE "D120..................................................&&
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ndice de Tablas
:abla 1. Integrantes del grupo..............................................................................5
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ndice de Figuras
7igura 1* %bicacin de la +otel +olida Inn an osBF"urola.............................&
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1 Introduccin
1 Integrantes del grupo
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2 %bicacin
l Aotel +olida Inn an osBF"urola se encuentra ubicado eactamente en an
osB, Costa Rica, en avenida 5 calle '.
Figura 1: -bicacin de la otel oliday Inn San /os#0urola
7uente* Attp*JJJ.Aolidainn.com
' (r)genes* +istoria undacin
- ervicios brindados
Dentro de los servicios brindados en esta empresa, cuenta con modernas
Aabitaciones para el aloamiento de personas, restaurante, limpie$a lavander)a,
piscina, servicios eecutivos de negocios, gimnasio, internet estndar, casino,
bar, entre otros.
2 'ombre del Proyecto
1 Descripcin del proecto
l presente proecto, se basa en reali$ar el dise!o de un planta de vapor en el
campo espec)ico de estudio es la industria Aotelera en Costa Rica. Consiste
4/roecto istemas de Gapor
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bsicamente, en anali$ar las necesidades de vapor seg;n las aplicaciones #ue
esta industria re#uiera, tomando en cuenta cada una de las condiciones
espec)icas de la empresa en estudio. e deben de tomar en cuenta todas las
variables lo ms detalladamente posible para reali$ar la escogencia adecuada del
e#uipo generador de vapor el dise!o del cuarto de calderas adecuado, todo esto
tomando en cuenta la normativa costarricense establecida por el Reglamento de
Calderas de Costa Rica en vigencia.
3ediante visitas a la empresa, se deben de tomar en cuenta los detalles a
mencionados, para posteriormente plasmar los resultados obtenidos en
documentos planos, de tal manera #ue se pueda describir lo ms
detalladamente posible el dise!o de la planta de vapor elaborado por los
estudiantes. 7inalmente, se deber reali$ar una presentacin en la cual se
eponga claramente la planta de vapor dise!ada al proesor dierentes invitados.
/roecto istemas de Gapor
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3 )b4eti(os
1 (betivo general
1. Redise!ar la planta el sistema de suministro de vapor necesario en el
+otel +olida Inn an osB "urola.
2 (betivos espec)icos
1. Investigar sobre las dierentes ormas de generacin de vapor2. studiar las dierentes aplicaciones #ue se le dan a los componentes
utili$ados en las calderas, esto para seleccionar los componentes
adecuados
'. Calcular el caudal aproimado de vapor #ue re#uiere para cumplir con las
necesidades del Aotel-. Dimensionar las tuber)as para suministro de vapor, as) como las tuber)as
para el retorno de condensado del Aotel5. eleccionar el conunto de elementos necesarios para cumplir con el
consumo re#uerido para un Aotel como lo es el +olida Inn an osB
"urola.&. Crear los planos del dise!o propuesto para brindar una idea eacta del
mismo.4. Reali$ar un anlisis econmico del proecto
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5 /usti6icacin
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7 etodolog8a
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9 !esarrollo de proyecto
1 istema Instalado actualmente
"ctualmente el +otel tiene instaladas dos calderas pirotubulares de &0 @+/ de
capacidad, estas son gemelas de uso no simultneo, por lo #ue solo se tiene
alguna de las dos encendida la otra unciona como rempla$o, estas son de la
marca Cleaver @rooLs, modelo C@F&00F&0.
Figura *. %aldera %lea(er roo;s instalada en el oliday Inn San /os# urola
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Figura 2. Tan
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Figura 3. !iagrama de tratamiento de aguas
7uente* laboracin propia en
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%aracter8sticas t#cnicas
E
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%onsumo de (apor
E
%onsumo
unitario=;g?&r>
%onsumo
unitario=lb?&r>
%onsumo total=;g?&r>
%onsumo total=lb?&r>
ecadoras ' 100 12,-4 -02,2- 5-4,-1 120&,42
/lancAas 2 100 -2,11 92,' -,22 15,&&Rodillo 1 100 1-,0- '0,9- 1-,0- '0,9-
:an#ue de agua caliente 1 100 205,' -52,49 205,' -52,49
Totales1/+2*/
+1.32++
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14/roecto istemas de Gapor
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eg;n el manual de piraFarco, Design o 7luid stems, para
seleccionar la presin de trabao se debe considerar lo siguiente*
/resin re#uerida en el punto de uso
Ca)da de presin a lo largo de la tuber)a debido a la riccin
/Brdidas de calor a travBs de las tuber)as.
s recomendado seleccionar una presin de trabao de la caldera maor
#ue la presin re#uerida por el e#uipo, a #ue la presin caer a medida #ue el
vapor para por las tuber)as. "dems, se selecciona una presin maor debido a
#ue a maores presiones el vapor tiene un volumen espec)ico menor, por lo #ue
las tuber)as de distribucin sern ms pe#ue!as. in embargo, se debe tomar en
cuenta #ue si la presin seleccionada en la caldera es mucAo maor #ue la
re#uerida, al momento de operar la caldera a una presin menor #ue la dise!ada,
entonces Aabr una reduccin en la eiciencia de la misma, debido al incremento
de las pBrdidas por radiacin conveccin, tambiBn se debe a la baa calidad del
vapor producido >esto debido al aumento del nivel de agua en la caldera al
incremento del tama!o de las burbuas de vapor #ue se producen por la baa
presin?.
/or lo tanto, en este caso se considerar una presin de trabao de 125 psi,
as) como la utili$ada en el Aotel. E se utili$a un actor de pBrdidas por radiacin de
1= por cada '0 m de tuber)a e#uivalente.
eg;n los aneos la escogencia de la caldera Cleaver @rooL modelo C@
de &0 @+/, debe de poseer las siguientes caracter)sticas*
%na eiciencia ente combustibleFvapor producido a 125 psi, presin de
trabao de caldera utili$ando como combustible NO& de*
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22/roecto istemas de Gapor
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- Dise!o del sistema de combustible
n el +otel "urola se utili$a @unLer como combustible para las calderas.
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%aldera 1
Capacidad caldera &0 @+/
+oras trabao del #uemador 2 Ar
Cp @unLer 150000 @tugal
Consumo de Combustible 1&,4 gpA
Golumen combustible '',- galGolumen tan#ue diario
Golumen '',- gal 12& 2015?
e selecciona el tipo de vlvula seg;n la eactitud re#uerida, en este caso
se selecciona vlvula piloteada internamente
'/roecto istemas de Gapor
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Figura . Seleccin del tipo de ("l(ula
7uente* otJare "rmstrong >2015?
e selecciona el material de la vlvula, en este caso se selecciona Aierro
undido.
'9/roecto istemas de Gapor
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Figura 1. Seleccin del material de la ("l(ula
7uente* otJare "rmstrong >2015?
l programa recomienda una vlvula adems se pueden ver todas las
especiicaciones
-0/roecto istemas de Gapor
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Figura 11. V"l(ula recomendada por el programa de rmstrong
7uente* otJare "rmstrong >2015?
/or ;ltimo se completa la inormacin de reerencia
-1/roecto istemas de Gapor
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Figura 1*. Introduccin de la in6ormacin de re6erencia
7uente* otJare "rmstrong >2015?
n resumen la valvula seleccionada para el tan#ue calentador de agua es lasiguente*
-2/roecto istemas de Gapor
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Figura 12. V"l(ula reductora de presin para el tan
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Figura 13. V"l(ula reductora de presin para la bater8a de secadoras
7uente* otJare "rmstrong >2015?
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Figura 15. V"l(ula reguladora de presin seleccionada para el con4unto de planc&as de(apor
7uente* otJare "rmstrong >2015?
" continuacin se muestra un cuadro resumen de las vlvulas seleccionadas
Tabla 9. %uadro resumen de las ("l(ulas seleccionadas
Usuario Ti=o Modelo
Tamaode
7onei>n:in;
resi>nde
entrada:=si;
resi>nde salida
:=si;
Ca=a7idad :lFs8r;
C9re6uerid
o
Tan6ue7alentad
or deagua
Eta=a
sim=le G4+*** + +), +** /-, 0230
&aterade
se7adoras
Eta=asim=le
G4)*** +2/ +)* +** +0/* -2+
&aterade
Eta=asim=le
G4+*** + +)* +** 0/. )2,+
-5/roecto istemas de Gapor
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=lan78a
7uente* +oa de clculos
eleccin de las vlvulas de seguridad
/ara la seleccin de las vlvulas se seleccionara una antes del tan#ue de
calentamiento de agua, otra antes de la bater)a de secadoras otra antes de la
bater)a de plancAas.
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Tabla . Tabla para la seleccin de la ("l(ula de seguridad SV715
7uente* pira arco >2015?
eg;n las tablas mostradas anteriormente se pueden seleccionar todas las
vlvulas del mismo tipo, solo #ue una ms grande #ue las otras dos, a
continuacin se muestra una tabla resumen de la seleccin*
Tabla 1. !imensiones de la ("l(ula de seguridad VS715 seleccionadas
Usuario
Tamaode
9nde auste
:&ar;
Caudal:g8;
Tan6ue7alentador
de agua+/)* ++0 12/ ,+-
&atera dese7adoras
)*0) 0+, 12/ ++30
-4/roecto istemas de Gapor
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&atera de=lan78a
+/)* ++0 12/ ,+-
7uente* +oa de calculos
-/roecto istemas de Gapor
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9 Dise!o del sistema de retorno de condensado
l aislamiento tBrmico puede disminuir la transerencia de calor de la tuber)a, pero
no puede eliminarla por completo, ni tampoco puede prevenir la ormacin de
condensado. "dems este condensado dentro de las tuber)as de vapor vivo, lo
#ue genera son tuber)as suetas a la corrosin por la ormacin de cido
carbnico, no solo eso, a #ue crea golpe de ariete.
1.1.1. Tan
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50/roecto istemas de Gapor
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Tramo
!i"metro
tuber8a =in>
!i"metro
piernacolectora !=in>
Aongitud pierna=in>
3aniold 5 - 12
5F 2 2 10
5F 2 2 10
F9 1,5 1,5 10
F15 1 1 10
10 :uber)as de condensado entre el e#uipo las
trampas
eg;n el documento Design o 7luid stems de pira arco, para
determinar las tuber)as #ue unen el e#uipo con las trampas deben tener un declive
de 1 cada 10 t. "dems, se menciona #ue para dimensionar estas tuber)as es
suiciente seleccionar la tuber)a para el doble de la capacidad #ue Aa durante la
operacin. lbAr?
Ca)da depresin >Hg?
Dimetrotuber)a >in?
/lancAa " 51.4 10'.- 1 M
/lancAa @ .5 14.1& 1 M
/lancAa C 25.4- 51.- 1 M
51/roecto istemas de Gapor
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/lancAa D 25.4- 51.- 1 M
:;nel 25' 50& 5 V
/lancAa dobladora 1'2 2&- 4 M
ecadora --.4 9&9.- 10 V
Dr cleanning 14& 5 M
:an#ues de agua 49&.-2 1592.- 10 1
11 Dimensionamiento de las tuber)as de
condesado >descarga de las trampas?
/ara dimensionar estas tuber)as se debe tomar en cuenta #ue estas no slo
transportan condensado, sino #ue adems transportan vapor lasA otros gases
no condensables. /or lo tanto, cuando se dimensionan tuber)as de condesados se
debe considerar el volumen espec)ico del vapor lasA, a #ue el volumen de
condensado es mucAo menor #ue el del vapor. ntonces, las tuber)as se
dimensionan como si uesen tuber)as de vapor lasA.
e deben tener ciertos datos para dimensionar estas tuber)as*
/resin a inal de la l)nea de retorno
Cabe$a Aidrosttica #ue se debe elevar el condensado
Ca)da de presin necesaria para llevar el condesado vapor lasA a lo
largo de la l)nea.
7luo de vapor lasA
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Tabla 1*. !imensiones de las tuber8as de retorno de condensado
:ramo7luo vapor
>lbAr?= Gapor lasA
7luo vaporlasA >lbAr?
Dimetro>in?
1F2 111.4& 1-. 1&.5- M
2F' 51.4 1-. 4.&5 M
-F5 .5 1-. 1.24 M&F4 25.4- 1-. '.1 M
F9 25.4- 1-. '.1 M
10F11 -4' 1-. 40.00 1 W
11F12 1-. 1'.02 M
1'F1- 1'2 1-. 19.5- M
15F1& 25' 1-. '4.-- V
14F1 1-5-.1 1-. 215.21 2
1F19 --.4 1-. 41.4- 1 W
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12 :rampas de vapor
/ara la seleccin de las trampas de vapor se re#uiere conocer el e#uipo
para Aacer la seleccin del tipo de trampa a utili$ar, en este caso se re#uieren
trampas de lotador termosttica por#ue uncionan detectando la dierencia de
temperatura entre el vapor el condesado #ue se Aa enriado.
/ara el dise!o de las trampas de vapor de las l)neas principales se decidi
agrupar las cargas seg;n su uncin ubicacin dentro del Aotel, como se muestra
en las siguientes tablas. "dems, para su seleccin se re#uiere conocer la presin
de entrada la presin causada por la altura a la cual se debe llevar el
condensado, obteniendo la contrapresin causada por la dierencia de las
presiones anteriores.
5-/roecto istemas de Gapor
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Tabla 13. !atos necesarios para la seleccin de la trampa de (apor en l8neas principales.
#uipoGapor
consumido
>lbA?
/resin deentrada
>/sig?
/resin poraltura
>/sig?
/resindierencia
l
>/sig?3aniold '&'.-1 12-.'1 0 0
:an#ues de aguacaliente
1592.- 12-.'1 2.4 121.5'
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#uipoGapor
consumido lbA7actor deseguridad
7actor deaplicacin
CaudalCorregido
3aniold '&'.-1 1.5 ' 1&545.'52Y
:an#ues de aguacaliente 1592.- ' ' 1-''5.5&
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Tabla 17. !atos necesarios para la seleccin de la trampa de (apor en ramales.
E
Presinde entrada
=psig>
Presinpor altura
=psig>
%ontrapresin=psig>
ecadora 500 100 - 9&
Rodillo 120 100 - 9&
/lancAa 120 100 - 9&
#uipoGapor
consumido>lbA?
/resin deentrada>/sig?
/resin poraltura>/sig?
Contrapresin>/sig?
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/lancAas @ .5 ' 2 51,-
/lancAas C 25.4- ' 2 15-,--
/lancAas D 25.4- ' 2 15-,--
/lancAas t;nel 25'.00 ' 2 151,00
Nuevamente utili$ando el caudal corregido la contrapresin entramos en
el grico para la seleccin de las trampas 7X:.
5/roecto istemas de Gapor
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Tabla 1D. Trampas de (apor seleccionadas en ramales.
E
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1- istema de condensado
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#ue con el lasAeo se pierde condensado. /or esta ra$n es de suma importancia
obtener el porcentae de vapor lasA.
Figura 17. Nomograma para la obtencin del porcentaje de vapor flash
7uente* "rmstrong
Con el nomograma se obtiene un porcentae de 1',2= de vapor lasA
De esta manera, se procede a calcular el luo #ue ir Aacia el recibidor.
()
&1/roecto istemas de Gapor
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15 @omba de condensado operada por presin
Desde la descarga de la bomba Aasta la l)nea principal de retorno de
condensado Aa 2'- t se deben considerar los accesorios >10= adicionales?,
por lo #ue se re#uiere una longitud e#uivalente*
Incluida en la longitud anterior, se encuentra la cabe$a #ue la bomba debe
levantar, la cual es de 10 t. /or ser un tramo corto, no se consideran pBrdidas por
riccin la contrapresin #ue se desea vencer es de 15 psi, a #ue la misma
garanti$ar el uncionamiento correcto de la bomba.
Con la inormacin anterior, es posible conocer determinar la mima
ca)da de presin aceptable para el tramo comprendido entre la descarga de la
bomba la l)nea principal de retorno. sto mediante la siguiente rmula*
()
iendo + la cabe$a, A las pBrdidas por riccin [/ la presin mimaaceptable, es entonces #ue se tiene lo siguiente*
()
eguidamente, se muestra la coniguracin t)pica del sistema de retorno de
condensado, donde se pueden apreciar las caracter)sticas de la tuber)a desde la
descarga de la bomba Aasta la l)nea principal de retorno de condensado, la cual
se dimensionar a continuacin.
&2/roecto istemas de Gapor
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Figura 18. Configuracin del sistema de retorno de condensado
7uente* pira arco
/ara entrar en la tabla de seleccin de tuber)a de acero cBdula -0, debe
conocerse la ca)da de presin por cada 1000 pies, la cual se calcula de la
siguiente manera*
/or lo tanto, en la tabla de seleccin de tuber)a de acero cBdula -0, debe
buscarse una ca)da de presin #ue no supere los 254,42 psi.
l siguiente dato de entrada a la tabla corresponde al caudal trasegado, el
cual, seg;n el abricante pira arco, debe ser de al menos seis veces el luo
actual.
&'/roecto istemas de Gapor
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Con los datos anteriores, es posible seleccionar un dimetro de tuber)a de
la siguiente tabla*
Figura 1.Flujo de agua a trav!s de tuber"a de acero #ch $% &'(tracto)
7uente* 7luid Components International
Como se observa, una tuber)a de dimetro 2 garanti$a las condiciones
para #ue el sistema uncione satisactoriamente, a #ue cuenta con una ca)da de
presin de 22,' psi por cada 100 t.
"Aora, se debe calcular la ca)da de presin real a lo largo del tramo de
tuber)a.
eguidamente, se calcula la contrapresin real para este subsistema.
()
&-/roecto istemas de Gapor
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Con la presin de operacin >100 psi?, una contrapresin de 12 psi, una
cabe$a de llenado predeinida de 12, se procede a seleccionar la bomba operada
por presin /ivotrol de pira arco.
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7uente* laboracin propia >3icrosot Hord, 2010?
&&/roecto istemas de Gapor
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Figura +%. Cat-logo de seleccin de la bomba ,ivotrol operada por presin
7uente* pira arco
1& Recibidor
e dimensionar un recibidor abierto, con su respectivo venteo #uedescarga a la atmsera.
/ara este dimensionamiento se utili$a la siguiente tabla, la cual unciona
para bombas de puertos de Aasta - se muestra a continuacin*
*abla +1. imensiones para un recibidor venteado de hasta $ pulgadas
%apacidad =lb?&> !i"metro =in> Aargo =in> !i"metro (enteo =in>1000 1& &0 &
2000 20 &0 '000 2- &0
-000 2& &0 10
5000 2 &0 10
&000 '0 42 12
4000 '2 42 12
000 '& 42 1-7uente* 3aterial didctico del curso Pistemas de Gapor
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s entonces como #ueda dimensionado el recibidor venteado para el
sistema de vapor en cuestin.
*abla ++. imensiones del recibidor venteado para el sistema de retorno de
condensado
:an#ue recibidor para bomba /ivotrol 2 2
!i"metro =in> '&Aargo =in> 9&
!i"metro de (enteo =in> 12%apacidad =lb?&> 10 &'0
7uente* laboracin propia >3icrosot Hord, 2010?
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siguiente se conoce #ue el motor debe ser de 1,5 LH o 2 Ap, la tuber)a de
alimentacin de la caldera debe ser de 2 pulgadas, el dimetro del tubo de venteo
es de 2F12 pulgadas, el rebose el dimetro es igual al de venteo por ;ltimo el
dimetro de la tuber)a de salida de la bomba es de 1F12 pulgadas
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!ise,o de la c&imenea
/ara el dise!o de la cAimenea se utili$ la :abla 50 mostrada en los
aneos, la cual muestra los dimetros re#ueridos seg;n la capacidad de la
caldera, para este caso, al no estar epl)citamente el valor para una caldera de 40+/ se decidi interpolar, para obtener un valor ms certero. /or lo #ue el dimetro
obtenido para la cAimenea es 0.249 m.
1 %onclusiones
11 +ecomendaciones
1
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1* ibliogra68a
12 p#ndices
1 3arco terico
Vapor:al igual #ue mucAas sustancias el agua puede permanecer en dierentes
estado, li#uido, vapor gas esto dependiendo de las condiciones a las #ue seencuentre sometida. n la transicin de la ase li#uida la ase gaseosa pueden
Aaber cambios en las propiedades. l vapor es el agua en estado gaseoso, este
contiene mucAo calor para transerir a dierentes procesos.
2 Calculo de consumo de vapor para los tan#ues de agua caliente
/ara el clculo del caudal de agua caliente se utili$ar el olleto del curso de
sistemas de vapor en el cual se encuentra la tabla siguiente la cual auda obtener
este valor.
Tabla *2. gua caliente re
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De acuerdo al procedimiento deinido en el olleto se procede a Aacer la siguiente
serie de clculos*
Tabla *3. %"lculos de agua caliente re
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l luo msico se calcula de la siguiente orma
Flujomsico=2807 L
hr
1m3
1000L1000!g
1m3 =2807
!g
hr
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- /lanos
13 neos
1 speciicaciones tBcnicas de los e#uipos
1.1.2. Secadora J!+K !S1*ES
:omado de* 7icAa tBcnica del e#uipo
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