Ingeniería conceptual, básica y de detalle del sistema de circulación y enfriamiento del agua

8/2/2019 Ingeniera conceptual, bsica y de detalle del sistema de circulacin y enfriamiento del agua

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Ingeniera conceptual, bsica y de detalle del sistema de circulacin yenfriamiento del agua para los procesos industriales y del sistema

contra incendios de la nueva planta Chova del Ecuador S.A.Luis Alberto Torres TapiaJorge Luis Valencia Prez

Carrera de Ingeniera Mecnica de la Escuela Politcnica del Ejrcito Av. Progreso S/N,Sangolqu Ecuador

RESUMENSe dise el sistema de circulacin de agua, poniendo especial atencin a los requerimientos de losprocesos, de esta manera se brinda a los procesos los parmetros requeridos, para as obtener unabuena calidad en los productos. Adems se dimension las bombas considerando que ests trabajen conuna potencia moderada para no tener un consumo excesivo de energa, lo que se traducir en mayoresgastos.Tambin se realiz el diseo del sistema de extincin, cumpliendo con los requerimientos del ReglamentoNacional y normas internacionales a fin de garantizar su correcto funcionamiento, de esta forma laimplementacin del sistema permite que la planta cuente con los mecanismos de defensa en caso de uneventual siniestro.

____________________________________________________________________________________ABSTRACT:We designed the water circulation system, paying attention to the process requirements, in this way theprocess are provided with required parameters, in order to obtain good quality products. Furthermore, wedimensioned pumps to work with a moderate power to avoid excessive energy consumption, which willresult in higher costs.

Also, we designed the extinguishing system, based in National Regulation and international standardswith purpose ofobtain correct operation, so the implementation of the system help to the company to have

fire equipment for a eventual emergency.

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1. Introduccin:Chova del Ecuador S.A. actualmente est implementando una nueva planta industrial en el sector delInga, con la finalidad de ampliar la produccin y crear nuevos productos.En los procesos industriales de la empresa se utiliza el agua como medio de refrigeracin o como partedel producto, para ello es necesario contar con un sistema de circulacin del agua que abastezca lasrespectivas lneas de produccin, aprovechando de manera ptima el recurso.Actualmente es un requisito para las instalaciones industriales contar con un sistema contra incendios,por lo que en el diseo de la nueva planta tambin se considera la implementacin del mismo como parteimportante de la seguridad, con el objeto de precautelar la integridad del personal y de las instalaciones.

2. Metodologa:

2.1 Descripcin del rea de Estudio:El presente estudio consta de dos partes, la primera se refiere al sistema de circulacin y enfriamiento delagua, en el que se dimensionarn las bombas y tuberas adecuadas para el transporte de los fluidos,hasta sus respectivos procesos.La segunda parte del proyecto desarrollar un segmento del sistema contra incendios, siendo este elsistema de extincin de incendios que comprender el clculo hidrulico, el dimensionamiento y laseleccin de la turbo maquinaria y equipos necesarios para combatir el fuego.


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El sistema de extincin de incendios no contempla los siguientes aspectos: planes de emergencia encaso de incendio, alertas, sealizacin, deteccin, ni las conexiones elctricas de los equipos.

2.2 Metodologa

2.2.1 Sistema de circulacinPara el diseo del sistema de circulacin del agua para los procesos industriales, se realizaronmediciones en los procesos actuales y clculos pertinentes para determinar parmetros como el flujomsico y temperaturas requeridas para cada proceso.Una vez establecidos los parmetros necesarios se realiz el diagrama de circulacin del agua, dondeconjuntamente se muestran los componentes de la planta de tratamiento de agua que va a ser construidapor la empresa Agua y Automatismo Industrial NAGANT contratada por Chova del Ecuador S.A, lamisma que se indica a continuacin.

Figura 1. Diagrama del sistema de circulacin

2.2.2 Sistema de extincin

Para el diseo del sistema de extincin se realiz una evaluacin de riesgo intrnseco que posee laplanta, segn el Reglamento de Seguridad Contraincendios en los Establecimientos Industriales deEspaa, obteniendo como resultado un riesgo intrnseco alto. En base a este criterio y a las hojas deseguridad de los fabricantes se consider un sistema que incluyan los siguientes elementos:rea de almacenamiento de materias primas y productos terminados:

- Rociadores- Gabinetes.

Planta de emulsiones:- Monitor de espuma que cubra los tanques de almacenamiento de diesel y calderos.- Boquillas aspersoras de agua para el enfriamiento de las paredes de los tanques de asfalto.

Tambin se consider la instalacin de hidrantes y extintores ubicados en lugares estratgicos con lafinalidad de cubrir las instalaciones de la planta en general.


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3. Resultados

3.1 Requerimientos del sistema de circulacin de agua:Los requerimientos de los procesos, y de transporte de fluido son los siguientes:

Tabla.1

ProcesoFlujo msico

(kg/s) Tin (C) Tout (C)

Emulsiones 6,30 30 n/aLaminacin 7,56 18 30

Tabla 2Transporte de Fluido Flujo msico (Kg/s)

Piscina - Reservorio 9,46

Pozo - Reservorio 3,15

En base a los parmetros mostrados, se realiz el clculo hidrulico que se resume a continuacin:

Tabla 3 Resumen de las cargas caudales de los sistemas de transporte de fluido

Utilizando los datos obtenidos de cargas y caudales de los sistemas de transporte del agua, se determinlas siguientes bombas para el sistema de circulacin considerando un consumo moderado de energa:

Tabla 4 Bombas dimensionadas para el sistema de circulacin de agua


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3.2 Requerimientos del Sistema Contra IncendiosSe realiz la distribucin de los equipos para el sistema de extincin segn las normas NFPA aplicables yel Reglamento de Seguridad Contraincendios en los Establecimientos Industriales de Espaa

Figura 2. Distribucin general de tubera y de equipos para el sistema contra incendios

- Extintores:Se determin la cantidad y ubicacin de extintores segn la norma NFPA 10 y para el rea de calderosse tom como referencia una publicacin de www.energuia.com.

Tabla 5. rea mxima protegida por extintores clasificacin A

Tabla 6. Distancia mxima a recorrer para extintores clasificacin B


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- Sistema de boquillas aspersoras de aguaPara el sistema de boquillas aspersoras de agua para el enfriamiento de las paredes de los tanques deasfalto, se tom como referencia la norma NFPA 15, donde se indica que el agua pulverizada debe

aplicarse a una densidad no menor a 0,30 gpm/pie

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para controlar la combustin; mientras que, para lostanques expuestos al fuego la tasa neta no debe ser inferior a 0,25 gpm/pie2.Una vez determinadas los parmetros de diseo se seleccionaron boquillas aspersoras abiertas, conconexin roscada NPT 1/2, factor de descarga k=5.6, ngulo de accin de 140y una cantidad de 15.

- Hidrantes:Para la ubicacin de los hidrantes se consideraron las recomendaciones del Reglamento de SeguridadContra Incendios en los Establecimientos Industriales que seala que la zona protegida por cada uno deellos es la cubierta por un radio de 40 m. Su caudal debe ser 500 gpm a una presin de 100 psi.Por lo tanto se plante instalar 6 hidrantes de columna hmeda bridados de 4 con vlvulas decompuerta y un cabezal de prueba.

- Sistema de espumaSe consider como mtodo primario de proteccin para los tanques de almacenamiento de diesel, unaboquilla monitora que provea espuma de baja expansin, segn lo establece la NFPA 11 y segn laTabla 8 se tom una tasa de aplicacin de 0.16 gpm/pie2 y un tiempo de descarga de 50 min.

Tabla 8. Proteccin de monitores para tanques de techo fijo que contienen hidrocarburos.

Se plante instalar en el monitor una boquilla auto-inductora la misma que permite realizar la dosificacinde agua y concentrado de espuma utilizando la presin de la bomba del sistema contra incendios.El concentrado de espuma seleccionado fue AFFF al 3%, el mismo que es recomendable para combatir

fuego clase B.

3.3 Diseo hidrulico

Para el diseo hidrulico se utilizaron las ecuaciones mostradas a continuacin, tomadas de la NFPA 13.

- Prdida por friccin: las prdidas por friccin de las tuberas deben ser determinadas en base a lafrmula de Hazen-Williams:


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- Presin de velocidad: se la calcula en base a la siguiente frmula:

- Presin normal: se la determina de acuerdo a la ecuacin:

- Presin de descarga: se la determina de acuerdo a la ecuacin:

Para iniciar el clculo se debe tener en cuenta el rea de mayor demanda hidrulica (ver Figuras 4, 5 y 6)

Figura. 4reas de diseo de mayor demanda hidrulica


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Figura. 5Rociadores de las bodegas e hidrante

Figura. 6Boquillas aspersoras para tanques de asfalto e hidrante


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Se realiz el clculo hidrulico para determinar las zonas que demandan el mayor consumo y seestableci que el caudal viene dado por los rociadores- gabinetes, mientras que la presin es fijada porlos hidrantes, de esto se tiene la demanda del sistema:

Una vez determinado el consumo se calcula la demanda de agua en base a la Tabla 9, de esta manerase obtuvo un volumen de 156 m3, los mismos que debern ser abastecidos por el reservorio de 270 m3.

Tabla 9. Requisitos para demanda de chorros de mangueras y duracin del suministro de agua

3.4 Seleccin de bombas

El Reglamento de prevencin de incendios del Ecuador menciona que el sistema de extincin debecontar con una fuente de energa autnoma, por lo tanto se consideraron 3 bombas: una bomba elctricaprincipal que sea capaz de abastecer la demanda del sistema, una bomba de diesel secundaria:dimensionada de la misma manera que la principal y la bomba Jockey cuya funcin es mantenerpresurizada toda la lnea del sistema y est dimensionada para abastecer el caudal de un rociador, a unapresin que supere en 10 psi la carga de la bomba principal.


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Tabla 10. Sumario de bombas contra incendio

Es necesario tener en cuenta la clasificacin de las bombas permitidas por la NFPA 20 (Tabla 10), por lotanto los requerimientos del sistema se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 11. Cargas del sistema contra incendios

En la siguiente tabla se muestran las bombas dimensionadas con sus especificaciones tcnicas:


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Tabla 12. Especificaciones tcnica bombas del sistema contra incendios

4. Planos de los sistemas

4.1 Implantacin general de los sistemas


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4.2 Ejemplo de isomtrico de construccin y lista de materiales generado por AutoCad

Plant 3D 2011.

5. Conclusiones

Se dise el sistema de extincin de incendios cumpliendo los requerimientos del reglamento deprevencin, mitigacin y proteccin de incendios del Ecuador, y empleando criterios en base aestndares internacionales como las normas NFPA y el reglamento de seguridad contra incendios eninstalaciones industriales de Espaa.

Se realiz el diseo del sistema de circulacin, el mismo que permitir que el agua recircule y proveade un mayor caudal a los procesos industriales para cumplir con los requerimientos de incremento enla produccin.

SISTEMA DE CIRCULACIN DEL AGUA Al tener un conocimiento pleno del proceso, se determinaron los equipos necesarios para el sistema,

en el que se establecieron parmetros del agua, tales como: caudales, temperaturas y presionesrequeridas.

Se determin que la temperatura adecuada del agua para el proceso de laminacin esaproximadamente 18 C y para el proceso de emulsion es es alrededor de 30 C, las mismas quebrindan facilidad de trabajo y buenos resultados en el producto final.

Se dise el sistema de circulacin cumpliendo con los requerimientos de la empresa y minimizandoel nmero de lneas de tubera, a fin de reducir costos.

Se determin que el sistema de circulacin de agua no requiere de una torre de enfriamiento, ya quedebido a la gran masa de agua existente en el reservorio se lo puede considerar como un sumiderotrmico.

Se dimension las bombas y tuberas requeridas para la planta de laminacin, considerando unporcentaje de incremento al proceso, el mismo que podr variar dependiendo de la mquina delaminacin a emplearse.


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La bomba para el proceso de emulsiones trabaja con 100 gpm, pero se debe tener en cuenta que lafase ms lenta del proceso es calentar el agua a la temperatura requerida, por lo que esto limita eltiempo de produccin.

Se seleccion el dimetro de la tubera con el propsito de tener la menor prdida posible de energaen el transporte del fluido, a fin de lograr que las bombas trabajen con una potencia moderada. Se estableci que tratar el agua y hacer que recircule, permite aprovechar el recurso, reducir los

gastos y contribuir con el ambiente.SISTEMA CONTRA INCENDIOS Teniendo en cuenta que la planta posee un riesgo intrnseco alto, se consider un sistema de

extincin compuesto por rociadores, gabinetes, hidrantes, monitor de espuma y extintores para cubrirlas diferentes zonas de la empresa en caso de un eventual incendio.

Se estableci que la demanda del sistema de extincin viene dada por dos subsistemas: losrociadores de las bodegas fijaron el caudal y el hidrante ms lejano determin la presin.

En el diseo se consider la implementacin de un monitor de espuma para proteger el rea de lostanques de diesel y calderos en caso de emergencia.

En la nave, en la que se fabricarn productos con poliuretano, se consider nicamente la ubicacin

de extintores de polvo qumico, puesto que en caso de incendio, el fuego derivado de poliuretano nose debe extinguir con agua. La cantidad de agua mnima necesaria para abastecer el sistema contra incendios es de 156 m 3, la

misma que debe permanecer en el reservorio sin ser utilizada para los procesos de produccin. Las bombas del sistema se dimensionaron para una succin positiva, por cuanto se debe garantizar

este criterio para su correcto funcionamiento. La implementacin de un sistema contra incendios no debe ser visto como un gasto, si no como una

inversin en seguridad, puesto que ayuda a precautelar la integridad del personal, las instalaciones yequipos.

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10-Ene-2011.

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Ecuador.

7. Firmas de Responsabilidad y Revisin

_________________________________ _________________________________Ing. Javier Pozo Ing. Rosa Albuja

DIRECTOR CODIRECTORA

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