1. Nombre del proyecto.- Sauna Cabina Poseidon’’ ‘‘
NTRODUCCION Un sauna tiene efectos beneficiosos sobre el organismo, al liberar, mediante sudorización, que suele ser abundante y rápida, toxinas y activar la circulación sanguínea. Siempre va acompañada con contrastes de temperatura, a la sesión de calor le sigue una de enfriamiento, que amplía los efectos de la sudoración. Se toma con fines higiénicos y terapéuticos. El diseño de un sistema de vapor que sea capaz de alimentar un sauna es un proyecto innovador en la ciudad de Arequipa ya que no se usan estos tipos de instalaciones instalaciones por su costo y por el hecho que no se ha realizado un diseño que pudiera abastecer cámaras secas y cámaras húmedas de un sauna. Para poder tener una idea de cómo diseñar un sistema de vapor para saunas primero deberemos estudiar en forma abreviada los tipos de calderas más comunes: las acuotubulares y las pirotubulares, así como el proceso corrosivo del acero por el contacto con el agua, y el tratamiento del agua para calderos; evidentemente todos estos temas son atratados con un calado somero, debido a que su extensión y profundidad ameritan por sí solos otros temas de tesis, se toman los aspectos de mayor importancia y relevancia para el proyecto particular que es la construcción de una caldera para alimentar un baño sauna. Se justifica mediante la utilización de modelos matemáticos y termodinámicos la selección del vapor saturado y seco, alejándose del concepto tradicionalmente aceptado, que por definición las calderas operan con vapor saturado, mientras que los generadores de vapor lo hacen con vapor sobrecalentado. El tipo de combustible a utilizar considera: existencia en el mercado, facilidad de adquisición, transporte, costo, almacenamiento, rendimiento térmico, tecnología de combustión, instrumental para el control de la mezcla, contaminación y seguridad industrial. El diseño del sistema de abastecimiento para un sauna constara de la formulación de cantidad de vapor necesario asi como de la selección de los componentes ya sea la caldera, el sistema de tuberías, las trampas de vapor, el abastecimiento de combustible para la caldera entre otros puntos.
El análisis de la cantidad de vapor que se necesita para operar el sauna, toma en consideración la condición de ingeniería que tanto al vapor como al aire y la mezcla fina de ellos son gases ideales. Ante la eventualidad de que la caldera se quede seca porque todo el líquido se transformó en vapor, se calcula la cantidad de líquido a llenarse sea suficiente para un día de funcionamiento. El presente proyecto trata de cubrir en la forma más objetiva todos los temas necesarios, para que los procesos cálculo y selección que sean factibles y seguros. Está en la consciencia del grupo de investigación que subsisten muchos temas por evacuar, como la proyección que puede y debe generar el presente proyecto, la calificación de los materiales del mercado nacional para la construcción y la generación de tecnología propia, finalmente con el convencimiento de que se ha abierto una puerta en el campo de las investigaciones térmicas, los tratarán se tiene la confianza de que los procesos termodinámicos futuras.
2. OBJETIVOS Objetivos Generales:
Uno de los objetivos objetivos del del presente proyecto es es utilizar utilizar eficientemente eficientemente los los conceptos, postulados y leyes de la termodinamica en el diseño, cálculo y selección de componentes adecuados para hacer una instalación eficiente que pueda abastecer un baño sauna,
Otro objetivo es la utilización del producto principal que será el vapor de agua en estado saturado y seco, en cantidad suficiente y en las condiciones físico-termicas necesarias para su utilización en un baño sauna.
Objetivos Específicos:
Parte de los objetivos específicos específic os planteados para alcanzar en el
desarrollo de este proyecto, es comprender el funcionamiento de un caldero, diseñar una red de tuberías, un sistema de descarga a las cámaras húmedas y que sea económica y práctica en su uso, que se pueda construir con las normas disponibles y con los materiales existentes en el país.
Dar a conocer la aplicación del sauna portátil en la termodinámica termodinámic a
Dar a conocer el producto que se va a producir.
Saber la información información de materia prima que se empleara.
Conocer el procedimiento para la obtención del producto.
3. LA APLICACIÓN INDUSTRIAL EN LA TERMODINAMICA El diseño de los tubos calentadores, en cantidad y dimensiones así como de los ductos para favorecer el movimiento convectivo del líquido se hacen en base a cálculos de transferencia de calor, de la misma forma se procede para el cálculo del aislamiento térmico. El sistema de control de la caldera básicamente toma en cuenta la presión en el interior de ésta, valor que es detectado por un manómetro y mediante un presóstato se lleva la señal a un sistema de control para que cierre o abra la válvula del suministro de gas a los quemadores, la seguridad a las sobrepresiones se da mediante una válvula de alivio. El agua es rociada, pulverizada o goteada sobre una torre con bandejas metálicas para que presente la máxima superficie posible, mientas que el vapor se admite y dirige de manera que el flujo pueda barrer los gases no condensables a medida que se desprenden de la solución, empleando el vapor a una presión no menor a 34.32 KPa con una temperatura de saturación de 108 °C, una distribución eficaz y una ventilación liberal a través de un condensador con respiraderos, respiraderos, se reduce el oxígeno residual a 5 ^l. por litro.
4. ESCOGER EL PRODUCTO QUE SE VA PRODUCIR 4.1 VAPOR DE AGUA Cuando el agua por efecto de la adición de calor se transforma en vapor se convierte en una sustancia gaseosa, pero la transformación no es instantánea sino que existe un tiempo en que coexisten las dos fases la líquida y el vapor saturado, en estas condiciones muchos tratadistas le llaman vapor húmedo a la mezcla, este vapor presenta las clásicas dificultades de una mezcla para ser bombeado, por ello en los casos de turbinas y maquinaria se prefiere un vapor que no contenga líquido, para conocer cuánto de líquido existe en un vapor, se analiza una relación matemática conocida como la calidad del vapor.
Vapor húmedo Cuando el vapor se encuentra dentro del área de la campana se conceptúa que el vapor es un vapor saturado o húmedo, es decir que existe una mezcla de vapor y líquido. El vapor de agua puro es un gas invisible, con frecuencia, no obstante, cuando el agua hierve, el vapor arrastra minúsculas
gotas de agua, y puede verse la mezcla blanquecina resultante. Un efecto similar tiene lugar cuando se expulsa vapor de agua seco a la atmósfera, más fría. Parte del vapor se enfría y se condensa formando las familiares nubes blancas que se ven cuando hierve una cazuela en la cocina. En estos casos se dice que el vapor está húmedo. Industrialmente el vapor saturado es considerado una mezcla que presenta dificultades para ser bombeada, la condición de que existan cantidades de agua que generalmente se presentan en forma de pequeñas esferas líquidas le dan la característica de corrosiva a esta agua, tal es el caso del fenómeno de la cavitación que se presenta especialmente en la turbinas de generación eléctrica en las que se prefiere vapor que no contenga agua en su interior. Para el presente proyecto, teniendo en mente el ahorro energético, se prevé que el empleo de vapor de muy alta energía no es necesario, ya que la presión en el interior del generador debe ser solo la suficiente para que le permita llegar mediante las cañerías al baño sauna, además su utilización debe considerarse fundamentalmente como un medio de calentamiento.
Vapor saturado y seco Cuando por efecto de la adición de calor toda la masa de líquido se ha transformado en vapor, se dice que vapor es saturado y seco para distinguirlo del vapor que contiene humedad, en las figuras N° 1.4 y 1.5 se puede advertir que la línea horizontal de la presión constante corta la línea de vapor CB, por lo general el vapor saturado y seco por su condición de gas es más fácil de ser transportado y bombeado, no presenta las características de la mezcla de las dos fases, en este caso la calidad vale 1 y el volumen específico es el del vapor
Vapor sobrecalentado sobrecalent ado Cuando por efecto de la adición de calor el vapor traspasa la línea de vapor CB, figura 1.7, éste entra en la región del vapor sobrecalentado, zona ubicada a la derecha de la línea de vapor y bajo la temperatura y presión críticas. En la figura f igura N° 1.7, la t rayectoria DE, es una recorrido caracterizado por la independencia de la presión y la temperatura, donde el volumen específico es mucho mayor que el volumen del vapor saturado y seco. Este
vapor es muy apetecido en la producción industrial de energía eléctrica por que al no contener agua, evita la cavitación de los álabes de las turbinas.
Propiedades Termodinámicas Termodinámi cas Del Vapor A Emplearse El tipo de vapor a emplearse en el proyecto es un concepto que especifica básicamente la calidad del mismo, es lógico suponer que no se empleará un vapor sobrecalentado por las siguientes consideraciones: en primer lugar por el alto costo en combustible que implica su generación, una segunda observación pone de manifiesto que no se requiere un vapor de alta energía, es decir con alta entalpía como el que se requiere para mover los álabes de una turbina. El proyecto requiere un vapor saturado con una calidad entre el líquido saturado y el vapor saturado y seco, que posea una presión suficiente para permitirle fluir por las tuberías y llenar el cuarto de la sauna calentando el aire del mismo. "Cerciórese de que la temperatura de la sauna es adecuada (entre 80 y 90 °C) para que la piel alcance los 39-40 grados, mientras se mantiene el interior del cuerpo entre 38 y 38.5°C".9 Evidentemente Evidentemente se procurará que la presión y temperatura del vapor sean las mínimas posibles, para que la lámina de acero con la que se construirá el recipiente del generador de vapor no resulte muy gruesa y no eleve demasiado el costo del proyecto.
5. MODIFICACIONES DEL EQUIPO
6. INDUSTRIAS QUE UTILIZAN UTILIZ AN EL CALDERO Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como: .
INDUSTRIA HOSPITALARIA
INDUSTRIA PETROLERA
ESTERILIZACIÓN
(tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental el instrumental médico; médico; también en los comedores, los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).
Donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleos petroleos pesados y mejorar su fluidez.
Calderas / Generadores de Vapor
Caldero pirotubular
INDUSTRIA ELECTRICA
INDUSTRIA PAPELERA
La caldera es fundamental las centrales las centrales termoeléctricas.
parte de
La industria papelera consume energía en una doble vertiente: electricidad para mover la maquinaria y vapor para secar la pasta y el papel.
LA INDUSTRIA DE INSUMOS DE CONFITERÍA
requieren procesos de deshidratación, secado y tostado de varios de sus ingredientes
Diagrama de flujo de un proceso de esterilización
7.- LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS QUE SE VAN A REALIZAR 8.- INFORMACION DE LA MATERIA PRIMA A) EL AGUA
Generalmente agua, es el nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto químico de hidrógeno y oxígeno cuya fórmula molecular es H2O. Se acepta que geométricamente la molécula de agua es plana y tiene forma de V, formando un ángulo de 104° 28' = 105° .Al estar unido cada átomo de hidrógeno con un elemento muy electronegativo como el oxígeno, el par de electrones del enlace estará muy atraído por éste. Estos forman una región de carga negativa, que polariza eléctricamente a la molécula, la desigual distribución de carga consecuencia del mayor efecto atractivo del oxígeno sobre los electrones del enlace, le da el carácter de polar. Esta cualidad polar explica el fuerte enlace entre las moléculas.
Características Características Físicas El agua se emplea en la fabricación de papel; en procesos textiles; como disolvente; como refrigerante industrial; en procesos de hidrólisis; en sistemas hidráulicos; como fuente de energía y como generadora de vapor, Como muchos otros líquidos, el agua puede existir en estado sobre enfriado, es decir, que puede permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de congelación; como ejemplo se cita el hecho de que se la puede enfriar fácilmente a unos 25°C bajo cero sin que se congele. El agua sobre enfriado se puede congelar agitándola, descendiendo más su temperatura o añadiéndole un cristal u otra partícula de hielo. Debido a que es un elemento tan difundido en la naturaleza, sus propiedades físicas se utilizaron como patrones para definir, la unidad de masa, y las escalas de temperatura. El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, sólido, líquido y gas El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura dada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura.
Características Químicas Desde el punto de vista químico propiamente dicho, el agua es un compuesto estable: es ampliamente conocida la característica que su vapor no empieza a disociarse hasta los 1300 °C. Pero puede descomponerse por la acción de los cuerpos que se combinan fácilmente con alguno de sus elementos, tal como lo hacen el flúor, el cloro y el bromo. También la descomponen los metales alcalinos y los alcalinotérreos, así mismo produce reacciones de hidrólisis descomponiendo sales de ácidos débiles, esteres, etc. Actualmente el agua es considerada uno de los agentes ionizantes más conocidos, puesto que se observa que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, debido a esta característica, se le conjetura frecuentemente como el disolvente universal. El agua combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de los metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas importantes. El comportamiento secuencial del agua frente a la adición de una fuente de energía calorífica, constituye el propósito fundamental del presente proyecto, para conceptuar, comprender y establecer aplicaciones industriales de este proceso y fenómeno se recurre al estudio y aplicación de la Termodinámica del agua.
Procesos Termodinámicos Del Agua Se analizará el proceso termodinámico mediante el cual el agua se transforma en vapor mediante la adición de calor, se hace por tanto necesario el estudio de las propiedades termodinámicas termodinámicas de la sustancias puras. Es evidente que la termodinámica proporciona un gran número de ecuaciones que relacionan las propiedades de las sustancias. Las propiedades dependen de la naturaleza de la sustancia y difieren de una sustancia a otra. En ningún sentido la termodinámica es un modelo o descripción del comportamiento de la materia; en vez de esto, su utilidad depende de la disponibilidad de valores experimentales o teóricos de un mínimo número de propiedades. A partir de datos apropiados, la termodinámica permite el desarrollo de un conjunto completo de valores de las propiedades termodinámicas mediante las cuales se pueden calcular los efectos de calor y de trabajo en los diversos procesos y determinar las condiciones de equilibrio en distintos sistemas B) ENERGIA ELECTRICA
Definimos energía eléctrica como la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. Cuando estos dos puntos se los pone en contacto mediante un conductor eléctrico obtenemos una corriente eléctrica. Aspectos físicos de la la energía eléctrica eléctrica Desde el punto de vista físico, la energía eléctrica son cargas eléctricas negativas (electrones) que se mueven a través del conductor eléctrico, generalmente metálico, debido a la diferencia de potencial entre sus extremos. El motivo por
el que se suelen utilizar conductores de origen metálico es porqué disponen de mayor cantidad de electrones de electrones libres.
Las cargas eléctricas que se desplazan a través del conductor forman parte de los átomos los átomos de las sustancias del propio conductor. En física el potencial de energía eléctrica también es llamado energía potencial electrostática. A un nivel de la física un poco más técnico, el potencial de energía eléctrica es la energía potencial del campo electrostático. Es la energía que posee una distribución distribució n de carga eléctrica que está vinculada a la fuerza ejercida por el campo generado de la misma distribución. Junto con la energía magnética, el potencial pot encial de energía eléctrica eléctri ca es la energía del campo electromagnético. electromagnético. C) EUCALIPTO
Eucalipto, Eucalyptus globulus, es un árbol de la familia botánica Myrtaceae originario de Australia. Es muy conocido por las propiedades medicinales de las hojas de eucalipto, las cuales se utilizan en remedios caseros para mejorar la salud. Debido a su acción expectorante, antiséptica y descongestionante, el eucalipto es excelente para los casos de gripe, resfriado, asma y bronquitis, se tomaría en infusión. El aceite esencial de eucalipto se puede incorporar a un bol de agua muy caliente para hacer vahos y mejorar la congestión, congestión, faringitis, tos y amigdalitis. Combate la gingivitis haciendo regularmente enjuagues con la infusión de eucalipto. El eucalipto es efectivo para los casos de vaginitis (aplicado localmente) e infecciones del tracto urinario, como la cistitis. Mejora los casos de dermatitis y otras afecciones de la piel con el eucalipto, aplicando emplastos, la infusión en forma de tónico o el aceite esencial de eucalipto mezclado en un aceite base. El eucalipto reduce la fiebre de forma natural y reduce o elimina el dolor de cabeza como la migraña. Por su acción antiinflamatoria el eucalipto es un buen aliado de las personas con artritis reumatoide, artrosis o dolor muscular. Mezcla el aceite esencial con aceite base y masajea la zona. D) CASCARA DE NARANJA
9.- BENEFICIOS acelera sus latidos para llevar Mejoría de la circulación. A medida que el corazón acelera sangre hasta la superficie de la piel con el fin de enfriarla, la velocidad circulatoria elimina más deprisa los productos de desecho del cuerpo.
Mejoría de la respuesta del sudor . El cuerpo caliente respira para enfriarse,
entrenando las glándulas su doríferas y manteniendo funcional la respuesta del sudor para favorecer la regulación termal fuera de la sauna, especialmente durante el ejercicio y el tiempo cálido. Eliminación de toxinas . Se sabía que en la sauna se elimina minerales del cuerpo, pero era su papel de ayudar a la expulsión de toxinas era desconocida, hasta que se efectuó un análisis y la lista de plomo expulsado durante una sesión de sauna resultó impresionante. Es cierto que los minerales positivos para el organismo también se eliminan cuando sudamos mucho, por lo que debemos asegurar su reemplazo con una dieta sana y no arriesgarnos a perder líquidos que no nos sobran. Alivio del dolor. La combinación de calor corporal, mejoría de la circulación, emisiones de endorfinas y calentamiento de las articulaciones rígidas alivia el dolor y las molestias. Un cuerpo caliente también es menos sensible al dolor. Ayuda para el sueño. Al relajar el cuerpo y eliminar muchos de los dolores, la sauna nos permite dormir mejor. Mejoría de la función cardiovascular . Los investigadores japoneses dicen que el uso de la sauna puede ayudar a las personas con fallos cardíacos congestivos al mejorar su eficiencia de bombeo cardíaco y el flujo sanguíneo. Su investigación utilizó utilizó una sauna templada, a temperaturas de unos 60 grados. Mejor respiración . Investigadores holandeses preocupados porque la sauna pudiera producir bronco constricción (y dificultades respiratorias) descubrieron que sucedía exactamente lo contrario. Comprobaron que los pacientes con enfermedades pulmonares obstructivas mejoraban transitoriamente sus funciones pulmonares. pulmonares. Alivio de la artritis . La sauna puede reducir los efectos de la artritis reumatoide. Investigadores rusos descubrieron que la sauna ejerce un efecto positivo sobre el sistema locomotor y el estado psicoemocional además de aliviar el dolor.
10.- PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCION DEL PRODUCTO 11.- BALANCE DE INGRESOS Y SALIDA 12.- RECOMENDACIONES Antes de tomar una sauna *Es muy recomendable tomarla después de un esfuerzo, por ejemplo, tras practicar deporte, pero se aconseja descansar entre 15 y 30 minutos antes, para que el cuerpo pueda reaccionar sin problemas al calor. *Si ha transcurrido mucho tiempo desde la última comida, se debe tomar un poco de pan o un dulce para que la sangre contenga glucosa. *Por higiene, deberá ducharse a fondo con agua templada antes de entrar y secarse, ya que la piel seca suda más. Al salir hay que secarse bien, de lo contrario se retiene sudor en la piel, irritándola y provocando, en última instancia, un eczema. *Las personas con pies fríos deben introducirlos en agua caliente durante 4-5 minutos antes (o después) de una sauna. Acelera la irrigación sanguínea y saca el calor hacia el exterior.
Dentro de la sauna
*Es preferible no colocarse en el nivel inferior (sólo se consigue sobrecargar el corazón) sino en el banco intermedio o superior. Túmbese o siéntese con los pies sobre el asiento para que todo el cuerpo permanezca a la misma temperatura. *Cerciórese de que la temperatura de la sauna es adecuada (entre 80 y 90 grados centígrados) para que la piel alcance los 39-40 grados, mientras se mantiene el interior del cuerpo entre 38 y 38 grados y medio. *Lo normal es que a los 8-12 minutos el cuerpo sienta ya ganas de refrigerarse. Y en ese momento hay que salir, sin tomar en consideración si se ha transpirado lo suficiente o no. Las personas muy acostumbradas pueden permanecer hasta 15 minutos, pero se recomienda descansar después de ese periodo. *Antes de abandonar la cabina, siéntese con los pies colgando en el banco para que la circulación se adapte de nuevo a la posición vertical. Al incorporarse de forma súbita, la sangre puede acumularse y producir una especie de vértigo o síncope. Levántese pausadamente.
Después de la sauna *Al salir, es importante permanecer unos minutos (pocos, para no llegar a tiritar) fuera de la sauna (si se puede, al aire libre) para enfriar las vías respiratorias. Los pulmones necesitarán aire exterior. *Después, dúchese con agua fría (si la presión sanguínea es alta, que sea templada). Dirija el chorro desde las extremidades hacia el centro del cuerpo, en la dirección del corazón, para devolverle el ritmo. *Si todavía le queda tiempo -y ganas- un baño de inmersión en agua fría hará reaccionar a los vasos sanguíneos y aumentará la presión arterial. *Tomar un baño de sauna significa "calentarse" y "enfriarse", de forma alterna, por lo menos dos veces. Quien acabe de iniciarse en estas cuestiones no debería repetir más que una vez el ciclo calor-frío, mientras que los más experimentados ya pueden hacer una segunda, y hasta una tercera entrada en la sauna. *El enfriamiento adecuado después de la última “visita” deviene fundamental para no sudar después de vestirse y ahorrarse resfriados. Descansar tumbado 30 minutos también evitará un enfriamiento fuerte.
Lo que no hay que hacer *Entrar en la sauna con hambre, con el estómago lleno (deje que transcurra como mínimo una hora desde la comida) o en estado de agotamiento. Puede sufrir un colapso. *Durante la sesión no beba líquidos, ya que no se produciría la desintoxicación corporal. Después, tome zumos de fruta diluidos en agua o simplemente agua mineral. *No realice ejercicios de gimnasia dentro de la cabina, ni le dé charlas a sus vecinos porque se "cargan" la respiración y la circulación. *No se frote el sudor. Sólo conseguirá provocarse picores. *No alargue nunca la sesión más de 15 minutos, ni realice más de tres
*No se duche después de la sauna con agua caliente. Tampoco debe colocarse envolturas para seguir sudando porque interfieren en el buen ritmo que se consigue con la sauna
13.- CONCLUSIONES El requerimiento de vapor de un sauna es mínimo, por lo mismo el consumo de combustible, por lo que se deduce que el negocio es rentable. Las cámaras de la sauna deben tener un volumen adecuado para poder obtener una distribución uniforme de vapor. Es importante considerar el tiempo en que una persona puede permanecer dentro de la cámara, tanto en el aspecto de salud como de diseño. La pérdida de presión es casi nula a comparación de la inicial debido a que no se cuenta con grandes distancias.
BIBLIOGRAFIA
http://www.efameinsa.com/fabricantes-distribuidores-venta-delavadoras-centrifugas-ind lavadoras-centrifugas-industriales-en-li ustriales-en-lima-peru/lav ma-peru/lavanderiaanderiaindustrial/lavanderia-hosp industrial/lavanderia-hospitalaria/calde italaria/calderas-generad ras-generadoras-deoras-devapor/caldera-vertical-10-50 vapor/caldera-vertical-10-50-bhp.php -bhp.php http://operadorpetrolero.blogspot.pe/2015/01/calderas-generadores-devapor.html http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Procesos/pape /Procesos/papel.pdf l.pdf http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie http://es.globedia.com/aplicaciones-caldera caciones-calderas-vapor s-vapor http://es.globedia.com/apli https://www.bosch-industrial.com/es/soluciones/ambitos-deaplicacion/industria-empr aplicacion/industria-empresas-indivi esas-individuales.html duales.html
