Proyecto-linea de Vapor Hotel

DISEÑO DE UNA RED DE VAPOR PARA UN HOTEL ING. CARLOS GORDILLO ANDÍA M.Sc.

INDICE

CAPITULO I PLANTEAMIENTO TEORICO - Resumen - Introducción - Memoria Descriptiva - Alcances del Proyecto

CAPITULO II INGENIERIA DEL PROYECTO - Cálculos de Ingeniería - Diseño de las Instalaciones - Selección de Equipos - Planos -

Anexos y Catálogos

DISEÑO DE UNA LINEA DE DISTRIBUCION DE VAPOR PARA UN HOTEL DE 10 PISOS DE ALTURA PARA ESPINAR- CUSCO

CAPITULO I PLANTEAMIENTO TEORICO

1


CAPITULO I PLANTEAMIENTO TEORICO

1


RESUMEN El vapor es uno de los elementos esenciales en un sistema de acondicionamiento de aire aire utilizados utilizados en en espacios requeridos requeridos para su uso , necesidad y confort que las personas necesitan, el objetivo del proyecto es precisamente calcular un sistema de vapor de acuerdo a los requerimientos básicos para un hotel de 10 pisos de altura con los diferentes compartimientos necesarios.

Para este proyecto se hizo un estudio de ingeniería para luego en un futuro posterior poder ampliar el sistema de acondicionamiento de aire y así mejorar sus instalaciones del hotel , para eso se determinó , selecciono los siguientes equipos a utilizar siendo estos necesarios y puedan abastecer los requerimientos básicos para el sistema .

Luego se determinó los requerimientos de vapor total según las proyecciones a futuro y de acuerdo a eso se seleccionó el tipo de caldera y sus dispositivos de control que se emplearán para el sistema de acondicionamiento de aire. Luego se realizó el cálculo de las tuberías de vapor, de retorno de condensado y la selección de las trampas de vapor.

2


INTRODUCCION

El generador de vapor o caldera, es una máquina de vital importancia para el proceso de aire acondicionado , pero esta a su vez es complementada con equipos, maquinarias y accesorios que se necesitarán para completar el circuito de vapor del proceso acondicionado, lo primero que se debe de tomar en consideración para determinar la capacidad de la caldera es precisamente la demanda de vapor que existe en el proceso.

Otro factor muy importante que se debe de considerar es la Presión de Vapor que se requiere en el proceso térmico en los equipos en donde se vaya a utilizar para ser distribuida el vapor proveniente de la caldera.

3


MEMORIA DESCRIPTIVA

GENERALIDADES: El Presente proyecto de Ingeniería contempla del“Diseño de una Línea de

Distribución de vapor para un Hotel de 10 pisos de altura para Espinar - Cusco ” , proyecto a desarrollarse con los equipos necesarios , materiales y acabados respectivos de Suministros Energéticos

Para el desarrollo del Proyecto, se ha requerido de un estudio necesario de ser utilizado y que utilidad se le va a dar a las áreas de confort y acondicionado a desarrollarse del hotel. Este proyecto se ha desarrollado con el fin que las instalaciones y suministros energéticos brinden las mayores y mejores condiciones de productividad y sobre todo de seguridad y operaciones.

Bajo esas consideraciones y considerando la envergadura de las instalaciones se ha elaborado el presente Proyecto

4


1.1 Nombre del proyecto “Diseño de una línea de distribución de vapor para un hotel 10

pisos de

altura para Espinar –Cusco Ubicación del proyecto Dicho proyecto estará ubicado en la localidad de “Espinar – Cusco”, ubicado en:



Ubicación

:

Espinar



Departamento

:

Cusco



Altitud

:

3900 m.s.n.m.



Temperatura Promedio

:

10ºC

ESPINAR

HOTEL

5


1.1.1 Alcances del Proyecto 

La disponibilidad de contar con una línea de suministro Energético para un hotel y cumplir con las necesidades correspondientes y brinden un mayor confort para los usuarios.



La distribución de los ambientes, el número de ocupantes, los servicios provistos por el hotel y los distintos requerimientos de vapor que existan. El hotel va a presentar la siguiente distribución de cuartos: Pisos de 1 al 9: a) 10 cuartos dobles b) 10 cuartos simples c) 10 cuartos triples d) 10 cuartos cuádruples Piso 10: 12 suites presidenciales con sauna y jacuzzi.



Ser una alternativa de inversión acorde, y a la medida de las actividades industriales y comerciales.

1.1.2 Propósito 

Estudio de los aspectos técnicos, los que determinará parámetros necesarios para él cálculo y en la selección de los equipos y realizar mejoras para el uso adecuado de sus instalaciones del hotel .

6


CAPITULO II INGENIERIA DE PROYECTO

7


2

Capítulo 2 Ingeniería del proyecto

2. CALCULOS DE INGENIERIA

2.1 Descripción del proyecto El presente proyecto consta del diseño de una línea de vapor para un hotel para brindar buen confort para sus habitaciones, requiriendo de sistemas de generación de vapor , por medio de un caldero y ser suministrado a diferentes áreas del hotel , como sauna , jacuzzi, comedor, sistemas de secado. , consta de un sistema de generación de vapor por medio de una caldera pirotubular que será suministrada a los compartimientos

2. 2 Selección del Generador de Vapor.

La presente distribución contempla de áreas de confort sauna spa y los jacuzzis que estarán ubicados en el décimo piso por parte de diseño de arquitectura, donde se encuentran conjuntamente las 12 suites presidenciales.

Figura n°2: Sauna Jacuzzi

8


DATOS TECNICOS  

Consumo alcanza los 100 kg de vapor por hora Presión debe ser de 6 bar (87 PSIG).

Además de los servicios de cuarto de agua caliente mediante vapor y de vapor directo, el hotel requiere provisión de vapor para los servicios de

En los mismos se utilizan las siguientes sistemas de utilización: -

Área de sistemas de Lavado Área de Secado Área de Planchado Área de Calandria

Las mismas se encontrarán instaladas en el primer nivel del hotel. Siguientes requerimientos

Tabla 1. Tabla 1. Cargas térmicas, servicio de lavandería.

CARGAS DE CONSUMO TÉRMICO CONSUMO APROXIMADO DE VAPOR POR HORA MÁQUINAS DE LAVANDERÍA: PRESIÓN 7 KG/CM 2 (100 PSI)

Área de sistemas de Lavado

-

Área de Secado -

Área de Planchado

-

Área de Calandria

UNIVERSAL

0.127 KG-VAPOR/H

90 X 75 CM 18 KG DE CARGA SISTEMA TRIPL

90 KG-VAPOR/H

4 ROLLOS DE 4 M DE CUMPLIMIENTO

27 KG-VAPOR/H 204 KG-VAPOR/H

9


Además de esto, el hotel contará con un restaurant que demandará las siguientes cantidades de vapor para los equipos que en el mismo se utilizan: Tabla 2. Cargas térmicas, restaurant.

EQUIPOS DE COCINA: PRESIÓN 0,70 KG/CM 2 (10 PSI) SIST. CAFETERA (PARA CADA LITRO)

0,410 KG-VAPOR/H

SIST. BAÑO MARíA (PARA CADA M2)

16,600 KG-VAPOR/H

SIST.MESA TÉRMICA (PARA CADA M2)

8,300 KG-VAPOR/H

ESTUFA PARA LEGUMBRES POR COMPARTIMIENTO 18,800 KG-VAPOR/H MÁQUINA DE LAVAR PLATOS

26,000 KG-VAPOR/H

MARMITAS

0,269 KG-VAPOR/H

Se va consumir vapor desde el 1ERO hasta el 9no Piso

Considerando el siguiente consumo de vapor unitario, por t ipo de cuarto, teniendo lo siguiente. N1

cuarto simple

N2

cuarto doble

N3

cuarto triple

N4

cuarto cuádruple

                   

DISTRIBUCION POR CUARTOS Y considerando que la distribución de cuartos por piso es: a) b) c) d)

10 cuartos dobles 10 cuartos simples 10 cuartos triples 10 cuartos cuádruples

10


CUADRO DE CARGAS POR TIPO DE CUARTOS Se puede estimar el consumo de vapor por piso de la siguiente manera: Tabla 2. Consumos por tipo de cuarto.

Tipo de cuarto

Consumo unitario

Simple

Cantidad de cuartos

Consumo total por piso

por piso

por tipo de cuarto [lb/h]

11

10

110

Doble

22

10

220

Triple

33

10

330

Cuádruple

44

10

440

RESERVA

10

10

100

[lb/h]

TOTAL DE CONSUMO

1200

DISTRIBUCION EN EL PISO N10 En este piso va estar ubicado : - 12 suites presidenciales - Sauna - Jacuzzi

CARGAS DE VAPOR PISO N10

Tipo de cuarto

Consumo Sauna unitario, servicios Jacuzzi comunes

Cantidad de habitaciones en el piso n°10

Consumo tota por piso por tipo de cuarto

[lb/h]

[lb/h]

Suite presidencial

40

200

12

2880

RESERVA

10

20

10

300

TOTAL DE CONSUMO

[lb/h]

3180

11


CARGAS DE VAPOR LAVANDERIA

Tabla 3. Consumos, equipos de lavandería

Dispositivo utilizado

Consumo unitario

Cantidad de

Consumo total por tipo

unidades

de dispositivo

[lb/h]

[lb/h]

Areas de sistemas de lavado

030,8

2

061,6

Area de secado

198,0

1

198,0

Area de planchado

059,4

2

118,0

Area de calandria

448,8

1

448,8

RESERVA

100.0

1

100.0

TOTAL DE CONSUMO

925,60

-

Área de sistemas de Lavado

-

CARGAS DE VAPOR RESTAURANTE

Tabla 4. Consumos, equipos de restaurant.

Dispositivo utilizado

Consumo unitario Cantidad de Consumo total por tipo [lb/h]

unidades

de dispositivo [lb/h]

Cafetera

28,60

3

085,80

Baño María

74,80

2

149,60

Mesa térmica

37,40

2

74,80

Estufa para legumbres

41,36

1

041,36

Sist. Marmita

30.80

1

030.80

RECERVA

100.00

1

100.80

TOTAL DE CONSUMO

493,16

12


3 DISEÑO DE INSTALACIONES

3.1 DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS DE CONSUMO:

Para poder distribuir de las líneas de consumo se tendrá lo siguiente. El hotel presenta una luz entre piso y piso una altura de 3.00 m:

 ) ( Se va calcula la distancia más grande que existe entre un cuarto y la tubería matriz de distribución principal del mismo piso que el cuarto; para ello se consideran las distancias consideradas en el plano de cada piso y la ubicación posible de la tubería principal del piso:

Figura n°3: Esquema de distribución de tuberías.

13


obteniéndose el siguiente valor:

 Por último es importante destacar que la presión requerida por el sauna-jacuzzi es de: Promedio de

   -

Para la selección del caldero se consideran las distancias presentadas en el plano de la distribución de las líneas de consumo. Con ellas se calcula la demanda al caldero, sumando a los requerimientos especificados por cada dispositivo el valor correspondiente a las pérdidas de vapor debidas a las distancias entre el caldero y los puntos de consumo:

Tabla 5. Cuantificación de pérdidas en la tubería y cálculo de la demanda neta a la caldera. Tramo Distancia Caudal corregido

Caudal acumulado

[ft]

[lb/h]

[lb/h]

1-1´

280

3256,70

3256,70

1-2

8

0

3257,00

2-2´

280

1130,80

4387,80

2-3

8

4387,80

4387,80

3-3´

280

1130,80

5518,60

3-4

8

5518,6

5518,60

4-4´

280

1130,80

6649,40

4-5

8

6649,4

6649,40

6-6´

280

1130,80

7780,20

6-7

280

7780,20

7780,20

7-7´

8

1130,80

8911,00

8-9

280

8911,00

8911,00

9-9´

8

1130,80

10041,80

14


10-11

280

10041,80

10041,80

11-11´

8

1130,80

11172,60

11-12

280

11172,60

11172,60

12-12´

8

1130,80

12303,40

12-13

280

12303,40

12303,40

14-15

280

1130,80

13434,20

14-16

70

539,30

13973,50

17-18

0

18-18´

70

1183,00

15156,50

18-19

8

15156,50

15156,50

13973,50

Caudal de vapor demandado al caldero15000.00

3.2 CAPACIDAD NOMINAL DE CALDERO

Utilizando los valores calculados, los siguientes datos:

       Presión de caldera          {      

4 . SELECCIÓN DE EQUIPOS

4.1Tipo de Caldera a Usar. De acuerdo a la presión y capacidad (150 psi, 60 C.C.) se requiere una caldera Pirotubular, ya que cuyo valor esta dentro del rango establecido para la utilización de una Caldera Pirotubular

y la tabla siguiente se procede a calcular la capacidad nominal del caldero:

15


DATOS DE CALDERA:

-CALDERA PIROTUBULAR DE 500 HP - SIST DUAL GAS Y PETROLEO N*6 - PRESION HASTA 150 PSI PARA QUEMAR GAS - AÑO DE FABRICACION 1993 Tabla 6. Factor de evaporación.

16


De la tabla se obtiene:

            y con este valor se puede determinar la potencia:

 ⁄   ⁄ Se va seleccionar una caldero de 500 HP de acuerdo a las especificaciones técnicas y dimensiones que se muestra .

Tabla 7. Especificaciones técnicas y dimensiones calderas INTESA

El consumo de gas de las mismas será, según la misma tabla:



17


Mientras que el contenido de agua es de:

 4.2 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍAS: -

Diámetros de tuberías para los distintos tramos:

Para el dimensionamiento de tuberías aguas arriba se considera que la  . Se velocidad recomendada para transporte a baja presión es de  calcula cada uno de los tramos de la tubería utilizando el ábaco siguiente como se muestra a continuación:



Figura n°4: Ábaco para el cálculo de tuberías.

18


La caldera a utilizar será

             *Para el tramo 16-16 2 se tiene:

      

            *Para los tramos de los pisos N1 al pisos N9

      

         ⁄  Finalmente se utiliza el ábaco siguiente para verificar la línea principal:

19


Figura n°5: Ábaco para el dimensionamiento de tuberías. Se tendrá

    

20


                                   







Lo que significa que:

       Por lo que se verifica que el dimensionamiento de la tubería principal es correcto.

4. 3 SELECCIÓN DE AISLAMIENTO Se va a utilizar para el aislamiento de las tuberías el material cuyas características se presentan a continuación:

Material: Fibra de vidrio Marca de Fabricante: coquillas Isover Manta Telisol Temperatura promedio de 200ºC en las zonas de consumo

y mediante el uso de la siguiente tabla se obtienen los datos mostrados más abajo: Tabla 7. Espesores de aislamientos óptimos.

Tabla 8. Datos extraídos

21


Diámetros 2" 2 1/2" 6"

Espesor de aislamiento 40 mm 50 mm 70 mm

4.4 El Agua de Alimentación Disponible. Para dicho proyecto se deberá tener una tanque de almacenamiento de 100 m3 la cual es alimentada por tanqueros.

La calidad del agua será controlada por medio de un sistema de tratamiento permanente del tanque de almacenamiento.

4.5 Tiempo de Operación Diaria de la Caldera. Para la caldera seleccionada el tiempo de operación promedio es de 14 horas, como es una hotel de 5 estrellas con las comodidades buenas que brinda el servicio,

4.6 Número de Unidades . Este factor depende de la demanda de vapor, de acuerdo al balance térmico de caldera de 60 C.C

4.7 Selección del Combustible. Para calderas de hasta 60 C.C se recomienda utilizar diesel oíl, para valores mayores de 80 C.C, se deberá utilizar fuel oíl conocido también como Bunker Nº 6.

4.8 Sistema de Agua de Alimentación. En el sistema de agua de alimentación de una caldera constituye la materia prima para la producción de vapor, por lo tanto este elemento debe ser

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suministrado permanentemente a la caldera a fin de mantener una generación de vapor constante.

Los componentes básicos del sistema de agua de alimentación de una caldera son:

-Tanque de almacenamiento - Bomba de alimentación.

4.9. Diseño del Tanque de Agua de Alimentación. Se sabe que para satisfacer la demanda de agua de un caballo caldera se requieren 0.07 galones americanos por minuto GPM o sea 0.261 litros por minuto.

Con las recomendaciones anteriores la capacidad del tanque será la siguiente:

                     

23


4.10. Bomba de agua de alimentación. Para calcular la bomba de agua de alimentación se debe de tomar en consideración algunos criterios de selección de una bomba, para las caldera son básicamente las siguientes: -

Operación continua ó intermitente. Temperatura del agua a la succión. Capacidad. Presión de descarga.

La operación de la Bomba de agua de alimentación es de tipo Intermitente, esto se debe a que este tipo de caldera trabajan generalmente con un flotador sobre el cual actúa un switch; este dispositivo hace que elmotor que impulsa la bomba pare o arranque entre cierto nivel.

La temperatura del agua en la succión deberá ser de 70ºC lo cual es seguro, ya que a temperaturas superiores se presentan problema de cavitación.

Este tipo de bomba tiene que ser seleccionada para una capacidad de 1.5 a 2.0 veces la capacidad de la caldera. La capacidad de la bomba depende de la siguiente ecuación.

)  (  (  )   

24


Figura N°1 Curvas Hidrostaticas (Bomba tipo turbina de 1750 rpm, 5hp)

25


4.11 Sistema de Combustible Se seleccionará como combustible el Diesel oil por ser mas recomendado para una caldera de 60CC, ya que este tiene mejor calidad y las propiedades son las mas apropiadas para el generador de vapor. El sistema de combustible lo comprenden los siguientes componentes.

- Tanque combustible - Bomba de combustible - Tipo de quemador 4.12 Tanque de Combustible Para poder dimensionar el tanque de servicio diario y el tanque de reserva se debe de conocer la demanda.

   El tanque de servicio diario, deberá tener una capacidad mínima de almacenamiento de 20 horas de operación de la caldera, recomendado

    El volumen del combustible es de 435 galones. El tanque de almacenamiento ó de reserva fundamentalmente es un tanque horizontal cilíndrico. Este tanque tendrá una capacidad de 30 días de operación

           Entonces el tiempo de operación de la caldera será 720 Horas. Lo cual se dispondrá de un volumen de combustible de 21840 galones Según tablas de catalogos.

26


Tabla 1.Diametro del tanque de combustible swgun su capacidad.

Las dimensiones del tanque de almacenamiento diario tendrá las siguientes dimensiones : d=1m, e= 3.5 pulg, L=2.09m. Las dimensiones del tanque de reserva, tendrá las siguientes dimensiones: d=4m , e=8 pulg, L=2.9m.

4.13 Bomba de Combustible Las bombas de combustible a usar son:

-Desplazamiento positivo -Rotativo -Engranajes La presión de la bomba puede fluctuar de 40 a 175 Psi

Donde: THD = Cabezal de presión de descarga en pies de columna de agua. SG=Gravedad específica Caudal de la bomba

   Con una eficiencia de operación  Como el cabezal de descarga es de 100 Psi entonces se tiene.

27


 Teniendo 231 pies de agua y la gravedad específica del diesel oil es de 0.85 Entonces. encontrando:

Potencia Requerida

       4.14 Tipos de quemador Para este sistema, en la cual se seleccionó una caldera de 60 C.C, esta viene con su quemador típico tal que es un quemador construido integralmente por atomización de aire.

4.15 Calculo de tubería de vapor, de retorno de condensado y selección de trampas de vapor. El sistema de distribución de vapor constituye el objetivo de la generación de vapor desde la caldera y vendría a ser el medio de enlace entre ésta y los diferentes puntos de consumo. El aire y la humedad son dos elementos indeseables en el vapor.

4.16 Distribución de tuberías de vapor y de retorno de Condensado. Se muestra el diagrama de cómo vana ser instalada las tuberías con sus diferentes equipos los cuales son el punto de consumo de vapor y a la vez

28


tienen su retorno al tanque de condesado para luego ser enviados al tanque de agua de alimentación.

4.17. Trampas de Vapor La mayoría de las trampas para vapor funcionarán siempre que las condiciones de trabajo estén dentro de los rangos de presión y capacidad que posee la trampa, pero en un sistema de drenaje correcto, la idea es que la trampa además maximice la eficiencia y capacidad del equipo de proceso. Una trampa mal escogida puede resultar en baja eficiencia.

Tabla 3. Factores de Seguridad para Trampas de Vapor

29


4.19.Equipos , Instalación y Montaje En la industria los sistemas más populares utilizan vapor Industrias que usan vapor: energía, petroquímica, farmacéutica, textil, papel, alimentos, servicios, en este proyecto se seleccionaran y describirán el proceso de instalación de montaje de los equipos de suministro energéticos

Reglas generales de diseño Se deben de considerar las siguientes reglas para seleccionar y realizar un buen montaje de un equipo. 

No complicar los problemas



Considerar equipos estándar si es posible



Si queremos mejorar un proceso, considerar todo el sistema y no solamente los componentes individualmente



Si queremos mejorar un proceso, verificar el impacto en otros procesos

Ventajas del vapor : -

No tóxico, estable, barato, alta conductividad térmica (20ºC, líquido, 0.7 W/mK), alto calor específico (20ºC, líquido: 4.18 kJ/kg K; 70ºC: 4.10 kJ/kg K), gran calor de vaporización (20ºC, 2453 kJ/kg)

-

Limitaciones: presiones máximas de instalaciones, presión crítica (pc = 220 bar, Tc = 374ºC)

30


4.20. Válvulas de reducción de presión Se van a conectar juntamente con los colectores de vapor, lo cual compensan automáticamente faltas de vapor en un colector. Accionadas mediante control de presión del colector del nivel inferior.

4.21Desgasificador Estos son instalados y son encargados de la eliminación de O2 y CO2 del condensado y del agua desmineralizada de aporte

4.22Aspectos prácticos 4.22.1 Dimensionamiento de colectores de vapor •

Por perdida de presión

•

Por velocidad del vapor

4.22.2 Formación de condensados- Medidas para evitar el golpe de Ariete

4.22.3 Pendiente de tuberías Se va tomar una pendiende de aproximacion del orden del 4 %

31


Los cambios para alcanzar un nivel superior hay que practicarlos mediante una curva de 90° drenando el puntobajo.

4.24. Instalación de purgadores En la linea de vaporización se tendrá que suministrar el liquido condensado por medio de un purgador – pozo de goteo, lo que permitirá dar un mantenimiento mejor a las tuberías de vapor y evitar la corrosión que se genera por medio del agua acumuklada en las tuberías.



Drenar frecuamente



Pozo de goteo

32


4.25.Disminución del diámetro de la tubería Cuando, debido a las derivaciones, disminuyen los caudales de vapor de la tubería principal, puede ser económico disminuir el diámetro de la tubería. Reducción

Reducción en líneas de vapor

4.26Tipos de purgadores Purgadores a utilizar pueden ser mecánicos, termostáticos y termodinámicos.

4.27.Purgadores mecánicos Principio: Flotación de una boya

33


Dilataciones térmicas

Diferencia entre líneas Línea de retorno paralela a la línea de vapor

34

Proyecto-linea de Vapor Hotel

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