TAREA MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS 1

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTEPEC

AHORRO DE ENERGÍA • TEMA: CLASIFICACIÓN, SELECCIÓN, REGLAMENTOS INDUSTRIALES • CATEDRÁTICO: JUAN DE DIOS TINOCO RIVAS • NOMBRE DEL ALUMNO: LÓPEZ RODRÍGUEZ EDWIN SAID • MATRÍCULA: 19350717 • INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA • SAN JUAN BAUTISTA TUXTEPEC, OAXACA. A 03 DE DICIEMBRE DE 2020.

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Normas del sector A veces los reglamentos de las normas pueden ser vinculantes cuando entran en vigor a través de la legislación. Una norma también puede ser vinculante si se cita en un acuerdo comercial. Los reglamentos vinculantes pueden aplicarse, por ejemplo, a la seguridad de las personas y de los bienes, mientras que las normas opcionales se utilizan para facilitar el trabajo con las especificaciones, la selección de la calidad, las mediciones y su registro, los

planos

de

fabricación,

etc.

Las ventajas de la normalización internacional son evidentes tanto para los fabricantes como para los intermediarios, tales como empresas de ingeniería, y los usuarios finales. Aumenta la capacidad de intercambio de productos y sistemas, y permite comparar las declaraciones de rendimiento en igualdad de condiciones. Estas declaraciones de rendimiento pueden incluir aspectos operativos, medioambientales y de seguridad.

Los legisladores mencionan las normas frecuentemente como una manera de causar un impacto uniforme en el mercado. Las normas pueden elaborarlas, emitirlas y mantenerlas las organizaciones de normalización a nivel nacional, supranacional (europeo) e internacional, pero también por asociaciones comerciales específicas centradas en determinados sectores industriales (la industria del petróleo, la industria del aire comprimido,

la

industria

electrónica,

etc.).

Las normas elaboradas por la Organización Internacional de Normalización (ISO) se pueden convertir en normas nacionales por los países miembros de la ISO a su discreción. Las normas elaboradas por el CEN (Comité Europeo de Normalización) se han desarrollado para que las usen los 30 miembros nacionales, y su conversión en normas nacionales puede ser obligatoria en el caso de normas armonizadas.

Todas las normas se pueden adquirir a través de los distintos organismos nacionales de normalización. En la industria del aire comprimido, las normas también pueden elaborarlas asociaciones

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comerciales como PNEUROP (Comité europeo de fabricantes de equipos de aire comprimido, bombas de vacío, herramientas neumáticas y equipos afines) o su homólogo CAGI (Instituto de gas y aire comprimido de Estados Unidos). Algunos ejemplos de estos documentos son las normas de medición del rendimiento para la capacidad del compresor, el contenido de aceite en el aire comprimido, etc., que se emitieron mientras se esperaba al desarrollo de una norma internacional. Recopilación A continuación encontrará una lista no exhaustiva de las normas actuales (2010) dentro de la industria del aire comprimido. Las referencias indicadas son tanto europeas como estadounidenses. Las iniciativas de las normas de PNEUROP suelen emitirse en paralelo con una emisión del CAGI para el mercado estadounidense. Se recomienda consultar al organismo emisor para asegurarse de que se está utilizando la última edición, salvo que la necesidad o demanda especial del mercado se refiera a una emisión con fecha específica. Seguridad de la maquinaria Directiva sobre maquinaria de la UE 2006/42/CE, que se refiere a las normas siguientes: •

EN 1012-1 Compresores y bombas de vacío - Requisitos de seguridad

•

EN ISO 12100-1:2003 AMD 1 2009, Seguridad de las máquinas. Conceptos básicos, principios generales para el diseño. Parte 1: Terminología básica, metodología

•

EN ISO 12100-2:2003 AMD 1 2009, Seguridad de las máquinas. Conceptos básicos, principios generales para el diseño. Parte 2: Principios básicos

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Seguridad de equipos a presión Directiva

de

la

UE

87/404/CE,

Recipientes

a

presión

simples

Directiva de la UE 97/23/CE, Equipos a presión, con referencia a las normas siguientes: •

EN 764-1 a 7, Equipos a presión

•

EN 286-1 a 4, Recipientes a presión simple, no sometidos a la llama, diseñados para contener aire o nitrógeno

Medioambiente Directiva de la UE 2000/14/CE, Emisiones sonoras en el entorno, con referencia a las normas siguientes: •

EN ISO 3744:2009, Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido a partir de la presión acústica. Método de ingeniería

•

EN ISO 2151:2004, Código de ensayo de ruido para compresores y bombas de vacío. Método de ingeniería

•

Directiva de la UE 2004/26/CE, Norma de emisiones de los motores de las máquinas móviles no de carretera. Niveles de la fase III implementados desde 2006 hasta 2013; fase IV a partir de 2014

•

Norma federal de EE. UU. sobre emisiones para los motores de las máquinas móviles no de carretera. Niveles Tier III implementados desde 2006 hasta 2008; niveles Tier IV desde 2008 hasta 2015

Seguridad eléctrica Directiva de la UE 2004/108/CE, Compatibilidad electromagnética, con referencia a las normas siguientes: •

EN 61000-6-2:2005, Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 6-2: Normas genéricas. Inmunidad en entornos industriales

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•

EN 61000-6-4:2006, Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 6-4: Normas genéricas. Norma de emisión en entornos industriales

Directiva de la UE 2006/95/CE, Equipos de baja tensión, con referencia a las normas siguientes: •

EN 60034, Partes 1 a 30, Maquinas eléctricas rotativas. Características asignadas y características de funcionamiento

•

EN 60204-1:2009, Seguridad de las máquinas. Equipo eléctrico de las máquinas. Parte 1: Requisitos generales

•

EN 60439-1:2004, Cuadros de control de baja tensión. Parte 1: Tipo probado y conjuntos parcialmente probados

Dispositivos médicos generales Directiva de la UE 93/42/CE, con referencia a las normas siguientes: •

EN ISO 13485:2000, Sistema de tuberías de plástico. Método de prueba de estanqueidad bajo presión interna

•

EN ISO 14971:2007, Aparatos médicos. Aplicación de gestión de riesgos a aparatos médicos

Normalización ISO 3857-1:1977, Compresores, maquinaria y herramientas neumáticas. Vocabulario. Parte 1: General ISO 3857-2:1977, Compresores, maquinaria y herramientas neumáticas. Vocabulario. Parte 2: Compresores ISO 5390:1977, Compresores: Clasificación

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Especificaciones y pruebas ISO 1217:2009, Compresores de desplazamiento: Pruebas de aceptación ISO 5389:2005, Turbocompresores. Código de prueba de rendimiento ISO 7183:2007, Secadores de aire comprimido. Especificaciones y pruebas ISO 12500:2007. Partes 1 a 3, Filtros de aire comprimido. Métodos de ensayo ISO 8573. Partes 1 a 9. Aire comprimido. Contaminantes y grados de pureza. Métodos de ensayo. Componentes de un Sistema de Abastecimiento SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. Es el conjunto de tuberías, instalaciones y accesorios destinados a conducir las aguas requeridas por una población y determinada con el fin de satisfacer sus necesidades, desde su lugar de existencia natural o fuente hasta el hogar de los usuarios. Los sistemas de abastecimiento de agua potable se pueden clasificar por la fuente del agua, de la que se obtienen en: Agua de lluvia almacenada en aljibes Agua proveniente de manantiales naturales, donde el agua subterránea aflora a la superficie; Agua subterránea, captada a través de pozos o galerías filtrantes Agua superficial, proveniente de ríos, arroyos, embalses o lagos naturales Agua de mar. El sistema de abastecimiento de agua también se clasifica dependiendo del tipo de usuario, en urbano o rural. Los sistemas de abastecimientos rurales suelen ser sencillos

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y no cuentan en su mayoría con redes de distribución eficientes. Los sistemas de abastecimiento urbano son sistemas complejos que cuentan con una serie de componentes como los que citamos a continuación: Fuente: es el espacio natural desde el cual se derivan los caudales demandados por la población a ser abastecida. Deben ser básicamente permanentes y suficientes, pudiendo ser superficiales y subterráneas, suministrando el agua por gravedad o por bombeo. Obra de Captación: son estructuras y/o dispositivos ubicados en la fuente y destinados a facilitar la derivación de los caudales demandados por la población. Las tomas son orificios protegidos a través de los cuales el agua entra a una tanquilla y luego a un canal o tubo que la transporta, por gravedad o mediante bombeo, al sitio de consumo. Estas obras deben ser estables, para que en todo tiempo puedan suministrar el caudal estipulado en el diseño. Línea de aducción o impulsión: son tuberías usadas para transportar los caudales desde la obra de captación hasta el estanque de almacenamiento o la planta de tratamiento y consta de una serie de dispositivos necesarios para su buen funcionamiento, tales como: ventosas, limpiezas, , desarenador, tanquillas rompe carga, válvulas reductoras de presión, codos, etc. La mayoría de las veces el agua es conducida en tuberías a presión, bien por gravedad o con la ayuda de bombas. Algunas veces, a lo largo de canales abiertos, puentes-canales y túneles. El tipo de conducto que se adopta depende de la topografía general del terreno a través del cual se tienden los conductos. Planta de Tratamiento: Es el conjunto de estructuras y/o dispositivos destinados a dotar el agua de la fuente de la calidad necesaria para el consumo humano, es decir potabilizarla a través de diferentes procesos como: mezcla rapida, floculación, sedimentación, filtración, desinfección, etc. Estanque de Almacenamiento: son depósitos para almacenar agua con el propósito de compensar variaciones de consumo, atender situaciones de emergencias como 7

incendios, atender interrupciones de servicio y para prever diseños más económicos del sistema. Es necesario situar estos estanques, con relación al sistema de distribución a fin de asegurar un servicio eficiente. Línea Matriz: Es el tramo de tubería destinado a conducir el agua desde el estanque de almacenamiento y/o la planta de tratamiento hasta la red de distribución. Red de Distribución: Es el conjunto de tuberías y accesorios destinadas a conducir las aguas a todos y cada uno de los usuarios a través de las calles. Acometida Domiciliaria: Es el tramo de tubería que conduce las aguas desde la red de distribución hasta el interior de la vivienda. En este tramo de tubería se colocan los contadores o medidores que son equipos destinados a medir la cantidad de agua que utiliza cada usuario. Caudales de Diseño de un Acueducto Los diferentes componentes del sistema de abastecimiento de agua potable se diseñan tomando en cuenta las variaciones de consumo. Estas variaciones se expresan en función porcentual del consumo medio de la población, como: Caudal Medio Diario, Caudal Máximo Diario, Caudal Máximo horario, Caudal de Bombeo, Caudal de Incendio. Caudal Máximo Diario: Es el caudal correspondiente al promedio de los caudales diarios utilizados por una población determinada, dentro de una serie de valores medidos. En virtud de la insuficiencia de datos medidos, el caudal medio diario se obtiene de la relación de la dotación necesaria y el parámetro de la población de diseño calculada. . Caudal Máximo Diario: Es el caudal máximo correspondiente al día de máximo consumo de una serie de datos medidos, en ausencia de datos este caudal se consigue mediante la aplicación de un coeficiente de variación diaria entre 1,20(zonas húmedas) y 1,60(zonas secas).

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Caudal Máximo Horario: Es el caudal correspondiente a la hora de máximo consumo en el día de máximo consumo y se obtiene a partir del caudal medio y de un coeficiente de variación horaria que varía entre 200% y 275%. Caudal de Bombeo: Es el caudal requerido por las instalaciones destinadas a impulsar el agua a los puntos elevados del sistema de abastecimiento de agua y no es más que estimar el caudal equivalente al caudal medio para el número de horas de bombeo necesaria que no puede exceder las 16 horas diarias. Caudal de Incendio: Es el Caudal destinado a combatir las emergencias por causas de los incendios y para las zonas rurales este se estima entre cinco (5) y diez (10) litros por segundo. El incendio para las zonas urbanas está definido por las normas y depende del tipo de zona residencial. Estos Caudales se utilizan de la manera siguiente: • El Caudal Máximo Diario: Obra de Captación, Línea de aducción, Planta de tratamiento y el estanque de almacenamiento. • Caudal de Bombeo: Sistema de Bombeo y Línea de Impulsión. • La Red de Distribución: Se diseña con el mayor caudal entre el Caudal Máximo horario y el Caudal Máximo diario.

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Tratamiento de agua de calderas El tratamiento y acondicionamiento del agua de calderas debe satisfacer los siguientes objetivos: •

Intercambio de calor continuo

•

Protección contra la corrosión

•

Producción de vapor de alta calidad

El tratamiento externo consiste en la reducción y eliminación de impurezas del agua en la parte externa de la caldera. Por lo general, se emplea tratamiento externo cuando la cantidad de una o varias impurezas del agua es demasiado elevada como para ser tolerada por la caldera en cuestión. Hay una amplia variedad de tratamientos externos (ablandamiento, evaporación, desaireación, contactores de membrana etc.) que pueden ser empleados para adaptar el agua de alimentación a un sistema en particular. El tratamiento interno consiste en el acondicionamiento de impurezas dentro del sistema de la caldera. Las reacciones ocurren tanto en las líneas de alimentación como en la misma caldera. El tratamiento interno puede aplicarse sólo o conjuntamente con el tratamiento externo. Su propósito es reaccionar de forma adecuada con la dureza del agua de alimentación, acondicionar los lodos, eliminar el oxígeno y evitar la formación de espumas en el agua de la caldera. Tratamiento externo Las instalaciones de tratamiento de aguas purifican y desairean el agua de reposición o el

agua

de

alimentación.

En

algunas

ocasiones,

el

agua

es

pretratada

mediante evaporación para producir vapor relativamente puro, el cual es posteriormente condensado y empleado para la alimentación de la caldera. Los evaporadores pueden ser de varios tipos, siendo el más simple un tanque de agua a través del cual pasan bobinas de vapor para calentar el agua hasta el punto de ebullición. Para aumentar la eficiencia de estos sistemas, el vapor del primer tanque puede pasar por el segundo

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tanque de agua mediante bobinas para producir calor adicional, y por consiguiente, evaporación del agua. Los evaporadores son adecuados cuando la disponibilidad de vapor como fuente de calor es elevada. Estos sistemas presentan ventajas con respecto a la desmineralización, por ejemplo, cuando la cantidad de sólidos disueltos en el agua bruta es muy elevada.

Ciertos materiales naturales y sintéticos tienen la habilidad de eliminar iones minerales del agua mediante intercambio con otros. Por ejemplo, al pasar agua por un ablandador de intercambio catiónico simple, todos los iones de calcio y magnesio son eliminados y reemplazados por iones de sodio. Debido a que un intercambio catiónico simple no es capaz de reducir la cantidad total de sólidos en el agua, este tratamiento es a menudo empleado conjuntamente con ablandamiento mediante precipitación. Uno de los tratamientos combinados más comunes y eficientes es el proceso cal-zeolita. Este proceso consiste en un pretratamiento del agua con cal para reducir la dureza, alcalinidad, y en algunos casos sílice, seguido por un tratamiento con ablandadores de intercambio catiónico. Este sistema de tratamiento cumple varias funciones: ablandamiento, reducción de alcalinidad y sílice, reducción de oxígeno y eliminación de sólidos suspendidos y turbidez. Normalmente, los tratamientos químicos del agua de dentro de la caldera son esenciales y complementan los tratamientos externos, ya que se ocupan de las impurezas que entran en la caldera mediante el agua de alimentación (dureza, oxígeno, sílice, etc.). En muchos casos, no es necesario el tratamiento externo del suministro de agua y el agua puede tratarse únicamente de forma interna. Tratamiento interno

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El tratamiento interno puede ser considerado como el único tratamiento necesario en los casos en los que las calderas operan a presiones bajas o moderadas, cuando grandes cantidades de vapor consensado son usadas como agua de alimentación, o cuando hay disponibilidad de agua bruta de alta calidad. El objetivo del tratamiento interno es: 1) reaccionar con cualquier dureza del agua de alimentación y prevenir su precipitación en la caldera formando incrustaciones; 2) acondicionar cualquier sólido suspendido, como por ejemplo lodo u óxido de hierro, en la caldera y hacer que no se adhiera al metal de la caldera; 3) proporcionar protección anti espuma para permitir una concentración razonable de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de la caldera sin que ocurra arrastre de espuma; 4) eliminar oxígeno del agua y proporcionar suficiente alcalinidad para prevenir la corrosión de la caldera. Además, como medidas complementarias, un tratamiento interno debe prevenir la corrosión e incrustación del sistema de alimentación de agua y proteger contra la corrosión en los sistemas de condensación de vapor. Durante el proceso de acondicionamiento, el cuál es un complemento esencial del programa de tratamiento de aguas, dosis específicas de productos acondicionadores se agregan al agua. Los productos más comúnmente empleados incluyen: •

Fosfatos-dispersantes,

polifosfatos-dispersantes

(productos

químicos

de

ablandamiento): estos productos reaccionan con la alcalinidad del agua de la caldera, neutralizando la dureza del agua mediante la formación de fosfato tricálcico, un compuesto insoluble que puede ser eliminado de forma continua o periódicamente a través del fondo de la caldera. •

Dispersantes naturales y sintéticos (Agentes Anti-incrustantes): aumentan las propiedades dispersivas de los productos de acondicionamiento. Pueden ser: 12

o

Polímeros naturales: lignosulfonatos, taninos.

o

Polímeros sintéticos: poliacrilatos, copolímero de acrilato maleico, copolímero de estireno maleico, sulfonatos de poliestireno, etc.

•

Agentes inhibidores: como por ejemplo fosfatos inorgánicos, que actúan como inhibidores e implementan un efecto umbral.

•

Eliminadores de oxígeno: sulfito de sodio, taninos, hidracina, derivados a base de hidroquinona/pirogalol, derivados de hidroxilamina, derivados del ácido ascórbico, etc. Estos eliminadores, catalizados o no, reducen los óxidos y el oxígeno disuelto. La mayoría también pasivan las superficies metálicas. La elección del producto y la dosis requerida dependerán de si se utilizado un calentador de desaireación.

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BALANCE TÉRMICO DE LOS GENERADORES DE VAPOR La distribución del calor resultante de la combustión del combustible en el hogar de una caldera se comprende mejor por medio del balance térmico. Los conceptos que hay que considerar son los siguientes: 1. Calor absorbido por el generador de vapor Incluyendo el economizador y el recalentador, en caso de utilizarlo H1 =

ms (h - h f ) mf

H1 = Kcal absorbida por el agua y vapor por Kg de combustible 2. Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del combustible. La humedad del combustible se vaporiza y abandona la caldera en forma de vapor recalentado. La presión absoluta parcial del vapor recalentado en los gases de los humerales se supone que vale 0.07 kg/cm2. Su temperatura es la de dichos gases

(

H 2 = m m h " - h 'f

)

H2 = pérdidas caloríficas Kcal/Kg de combustible tal como se quema mm = peso de la humedad libre, en Kg/Kg de combustible tal como se quema h” = entalpía del vapor recalentado a la T de los gases de los humerales y a una Presión absoluta de 0.07 kg/cm2, en Kcal/kg hf’ = entalpía del líquido a la T a la cual el combustible entra en el hogar, Kcal/Kg 3. Pérdidas caloríficas debidas a el agua procedente de la combustión del hidrógeno El hidrógeno del combustible al quemarse se transforma en agua, la cual abandona la caldera en forma de vapor, recalentado

(

H3 = 9 H y h " - h 'f

)

H3 = pérdidas caloríficas en Kcal/kg de combustible tal como se quema Hy = peso Kg/Kg de combustible tal como se quema 4. Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del aire suministrado Son pequeñas y se pueden calcular mediante fórmula

H4 = m x 0.46 (t g - t a ) H4 = Pérdidas caloríficas, en Kcal/Kg de combustible 14

mυ = porcentaje de saturación expresado en forma decimal multiplicado por el peso de vapor de agua requerido para saturar un Kg de aire seco (tabla), a ta, multiplicado por el peso de aire seco empleado por Kg de Combustible, tal como se quema 0.46 = calor específico del vapor de agua desde tg a ta. tg = temperatura de los gases de la combustión a la salida de la caldera ºC ta = temperatura del aire al entrar en el hogar, en ºC

5. Pérdidas caloríficas debidas a los gases de la chimenea secos Esta perdida es la más importante y se calcula

H5 = mdg cp (t g - t a ) H5 = pérdidas en Kcal/ Kg de combustible tal como se quema mdg= peso de los gases secos a la salida de la caldera, Kg/Kg de combustible (ver formula) cp = calor especifico medio de los gases secos (valor aprox. =.24) 6. Pérdidas caloríficas debidas al combustible gaseoso sin quemar Es pequeña y es debida a que el aire se suministra en cantidad insuficiente, lo cual da como resultado que parte del carbono del combustible forme óxido de carbono. H6 =

CO x 5686.6 x C1 CO 2 + CO

H6 = pérdidas caloríficas en Kcal/Kg de combustible tal como se quema CO y CO2 = porcentaje en volumen determinados por análisis de los gases de los humerales C1 = peso del carbono realmente quemado por Kg de combustible (formula) 7. Pérdidas caloríficas debidas al combustible sin consumir contenido en las cenizas y escorias Estas pérdidas dependen del tipo de parrilla, velocidad de combustión y tamaño y clase de carbón. H7 =

8148 m r C r mf

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H7 = pérdidas caloríficas en Kcak/Kg de combustible tal como se quema mr = peso de la cenizas y escorias, en Kg/hr Cr = peso de carbono, en Kg /Kg de cenizas y escorias 8. Pérdidas caloríficas debidas al hidrógeno e hidrocarburos sin consumir, radiación y otras pérdidas. Se determina restando el calor absorbido por la caldera, y las perdidas caloríficas 1 a 7, de la potencia calorífica del combustible tal como se quema.

Hs = F – (H2+H3+H4+H5+H6+H7)

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