implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

162
INPLEMENTACION DE QUEMADORES A GAS Y MEJORAMIENTO DE UN EQUIPO CALENTADOR OMAR PEREZ GOMEZ CORPORACION TINIVERSITAITL{ AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIEnÍa wcANICA iY'; r8f r ruuuHfiilrü=uliiur u ru 027 47 5

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Page 1: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

INPLEMENTACION DE QUEMADORES A GAS Y MEJORAMIENTO DE UN

EQUIPO CALENTADOR

OMAR PEREZ GOMEZ

CORPORACION TINIVERSITAITL{ AUTONOMA DE OCCIDENTEFACULTAD DE INGENIEnÍa wcANICA

iY'; r8f r ruuuHfiilrü=uliiur

u ru

027 47 5

Page 2: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

INPLEMENTACION DE QUEMADORES A GAS Y MEJORAMIENTO DE UN

EQUIPO CALENTADOR

OMAR PEREZ GOMEZ

Proyecto de grado para optar al título deIngeniero Mec¿ínico

DirectorSONIA GOMEZ

Ingeniero Mecánico

CORPORACION UMVERSITARTA AUTONOMA DE OCCIDENTEFACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA

CALI1997

Page 3: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

6?6.áf?f,

Nota de aceptación

Aprobado por el comité de grado en

cumplimiento de los requisitos

exigidos por la Corporación

Universitaria Autónoma de

Occidente para optar al título de

Ingeniero Mec¿inico

Jurado

r¡\s\

\

e

$rr\\

rü\-a

N

\

$

\

\

-9i?resitfente del jurado

Ciudad y fecha (dí4 mes, año)---

Page 4: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

A mis padres y hennanas por brindarme

su constante apoyo, a mi esposa y mi

futuro hijo, a mi familia amigos y demás

Page 5: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a :

La fabrica de Helados "Primos" y en especial a la Ingeni eraL¡zMarina y su esposo

por permitirme realizar este proyecto en sus instalaciones.

Roosevelt Moreno, Ingeniero Mecánico por su constante colaboración.

A la Ingeniera Sonia Gómez, directora del proyecto por guiarrne para llevar a feltz

termino éste.

A todas las personas que coadyuvaron directa o indirectamente y que aportaron algo

en beneficio de este proyecto.

Page 6: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

TABLA DE CONTENIDO

I.INTRODUCCION

2. OBJETrVOS...... .........16

3. ruSTIFICACIÓN .......17

4. ASPECTOS TEÓRrCOS....... ..................18

4.t EL CALENTAMrENTO............ .........21

4.1.2 Tratamientos y procesos en la industria lechera. .........21

4.2 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL EQTJIPO

CALENTADOR E)(ISTENTE EN TIELADOS PRIMOS...... .. . . . . . .......22

4.2.1 Lamina interior de acero inoxidable............. ...............22

4.2.2 Lamina exterior A-36....... ............22

4.2.3 Resistencias eléctricas.......... ........22

4.2.4 Conexiones elécfiic¿1s............ .......23

4.2.5 Descripción del proceso... ............25

4.3 Tipos de mezcla ...............25

4.3.LMezcla de agua con azúcar .......25

4.3.2 Mezcla para helados y crema...... .............26

II

Page 7: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.3.3 Falencias del equipo en su parte funcional ...............27

4.4 CALCULO DE LAS PERDIDAS TEMNCAS EN EL EQUIPO

CALENTADOR DE HELADOS PRIMOS............. .............28

4.4.LBalance energético ........2g

4.4.2 Transferencia de calor....... ...........2g

4.4.3 calculo del coeficiente de transferencia por convección....... .....2g

4.5 UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y CONSUMO

EN KTLOVATTOS .................39

4.5.1Potencia consumida por el proceso en Kw..... ...........3g

4.6 REDUCCIÓN DE LA PERDIDA TÉru¡NCA EN EL EQUIPO

CALENTADOR.... .42

4.6.1Aislantes ténnicos.. .....42

4.6.2 Lana mineral... ...........42

4.6.3 Selección del ais1ante............. ....43

4.1 IMPLEMENTACION DEL USO DEL GAS (G.L.P.) COMO

SUSTITUTO DE LA ENERGÍA........ ....4g

4.7 -lcaracterística de los Gases Licuados del petróIeo........... ...........4g

4.7.1.1 Gases manufachnados.......... .....51

ru

Page 8: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.1.2 Gases mixtos..... ..........52

4.7.1.3 Propiedades de los hidrocarburos gaseosos............. ..................52

4.7.1.4 LÍmites de inflamabilidad...... .......54

4.7.1.5 Poder calorífico ............54

4.7.1.6 Gravedad específica ......54

4.7.1.7 Presión de vapor.. .........55

4.7.1.8 Puntos de ebullición.......... ..........55

4-7.1.9 Metros cúbicos de vapor formado por la vaporización de un

meüo cúbico de líqüdo a condiciones estánda¡ ......5g

4 .7 .1. I 0 Combustión de hidrocarbruos gaseosos.. .... . . .. .. ................. . . 5 g

4.7 .l.l l.l Combustión........... .............5g

4.7.1.11.2 Combustión de hidroca¡buros gaseosos............................5g

4.7 .1.11.3 Límites inferior y superior de la inflamabilidad................59

4.7.1.11.4 Temperahra de ignición ......ó0

4.7.2 La llama y sus ca¡acterísticas........ ...............61

4.7.2.1 Temperahra de la llana....... ..................61

4.7.2.2 Velocidad de la llama....... .......62

4.7.3 Elementos de un quemador ...........67

IV

Page 9: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.4.1 Cabezay orificios del quemador.......... ..................67

4.7.4.2 Mezclador y eshangulamis¡1s... .............69

4.1 .4.3 Inyector.. ..................71

4.7.5 Selección del quemador............ ....74

4.7.6 Selección del di¡imefro de la tubería y demás accesorios...........75

4.7.6-l Sistemas de regulación y selección del regulador.......... ........7g

4.7.6.2 Ventajas de la regulación de dos etapas..... ............7g

4.7.6.3 Menos congelación........... ........7g

4.7.6.4 Economía en la instalación............. .........7g

4.7 .6.5 Permite la instalación de aparatos adicionales en el futuro.....g0

4.7.6.6 Etapa de alta regulación ............g0

4.7.6.1 Etapade baja regulación............. .............g1

4.1.6.8 Accesorios de enfiada........... ....g2

4.7 .6.9 Manifolds para canrbio manual. ...............g4

4.7.6.10 Adaptador para manómeho de alta presión... ........g4

4.7.7 DEPOSITO PARA ALMACENAR EL GAS PROPANO..........88

4.7.7.1 Instalacionesparael consumototal........ ..............g9

4.7.7.2 Depósito para almacenar el gas G.L.p. segun ASME..........90

V

Page 10: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4 -7 .7 .3 Dimensionamiento del depósito de armacenamiento............90

4.7 .7 .4 Calculo de la capacidad del tanque .......g2

4.7 .7 .5 Manera de situa¡ correctamente los cilind¡os y tanques.......95

4.7 .7 .6 Calculo de la rejilla de ventilación.......... ..............95

4.8 SELECCIÓN DE LA CHIMENEA ......g7

4.8.1 conectores para equipos de gas homologados............................99

4.8.2 Efectos de la corrosión .................99

4.8.3 Dimensiones de la chimenea........... ...........100

4.8.3.1 Tiro teórico.... .........100

4.8.3.2 Coeficiente de resistencia...... ...............104

4.8.3.3 Equilibrio del sistema ............105

4.8.3.4 Contol de los humos..... ........10ó

5. METODOLOGÍA... ................109

5.1 Toma de datos del eqüpo calentador.............. ..109

5.2 Selección del quemador .....1l0

5.3 Sujeción del quemador .....1I I

5.4 Calculo de la cantidad de aire para la combustión.........................111

5.5 Selección del aislante térmico... .......112

VI

Page 11: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

5.6 Calculo del sistema de tiro inducido para la extracción de humos ..112

5.7 Recalculo de lacngatérmica... ........112

5.8 Recomendaciones a tener en cuenta ..1 13

5.9 Norrras y reglamentos....... ...............113

6. ESPECTFTCACTONES FTNALES DEL EQurpO ...115

7. RECOMENDACIONES GENERALES............. ....122

7 .l Para los reguladores de gas.......... .......122

7.1.1 Reguladores defectuosos e inoperantes............. .............123

7.1.2 Gas-Lp aaltapresión en un sistema.... ............123

7.1.3 Uniones roscadas. .............124

7.1.4 Accesorios............. ...........125

7.1.5 Tuberías de cobre.. ...........126

7.1.6 Prueba de instalación.......... .............127

7.1.7 Responsabilidades del instalador.............. ......12i

8. EVALUACTÓN BCONóMrCA..... .........rzs

9. EVALUACTÓN emrENTAL. ..............r32

9.1 Fuentes de contaminación........ ............132

9.2 Sistemas de combustión........ ...............132

Vtr

Page 12: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

9.1.2 La disminución del ozono en la estatosfera .....133

IO. DEFIMCIONES

I I. CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

VIII

Page 13: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

LISTA DE TABLAS

Tabla No. I Densidad de los elementos ........... 3l

Tabla No. 2 Características de la lana mineral... ............. 43

Tabla No. 3 Propiedades de no metales... .........4ó

Tabla No. 4 Productos de la combustión perfecta de algrmos g¿Nes, en m3 por

m3 de combustible............ .............47

Tabla No. 5 Características de combustibles gaseosos típicos.......................50

Tabla No. 6 Características principales del G.L.p............ ..............51

Tabla No. 7 Composición del G.L.p......

Tabla No. 8 Características de los hidrocarburos... .........57

Tabla No' 9 Temperaturas de ignición de algunos gases puros con aire.........60

Tabla No. l0 Temperatura m¿íxima de la llama en combustión con aire..........ó3

Tabla No' 1l Velocidad de propagación de la combustión de algunos gases con

el aire..... ..............64

Tabla No. 12 lWixima rata de entrada por unidad de ¿írea de orifico del

quemador y miiximos tamaños de orificios............. ...........6g

Univcrsidad Autónoma de CccidentoSTCCION BIBLIOTECA

Page 14: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No. 13 Presiones de operación del gas-LP.... ..........76

Tabla No. 14 Selección del regulador de la primera etapa....... .........81

Tabla No. 15 Selección del regulador de baja presión........... ...........82

Tabla No. l6 Selección de los accesorios de enfiada........... ............82

Tabla No. 17 Selección del manifolds.......... ......84

Tabla No. 18 Adaptador paramanómeüos........... ............85

Tabla No. 19 Selección del medidor rotatorio ....87

Tabla No. 20 Promedio de vaporización de los depósitos en función de la

temperatura promedio ..........91

Tabla No. 2l capacidad de vaporización del Gas propano......... .....94

Tabla No. 22 Selección de la chimenea .............99

Tabla No. 23 Espesor de metal para conectores de tubos de acero

galvanizado ..........99

Tabla No. 24 Presión barométrica y a1titud............. ........101

Tabla No. 25 Temperaturas de salida de algunos equipos ..............102

Tabla No. 26 Caudal rniísico.... ........104

Tabla No. 27 Tarifas utilizadas por la EPSA. Empresa de Energía del Pacifico

s.A. ESP ............130

Tabla No. 28 Descripción de precios unitarios.. .............131

Page 15: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

LISTA DE FIGURAS

Figura l. Resistencias eléctricas intemas ......25

Figura 2. Analogía eléctrica ...........38

Figura 3. Analogía eléctrica para recalcular las pérdidas .............46

Figrna 4. Quemador Bunsen ...........66

Figura 5. Quemador de gas afinosferico...... .................66

Figura 6. Efectos del aire sobre el desprendimiento de la llama....... ...........71

Figura 7. Quemador abnosferico tipo anillo .................74

Figura 8. Regulador de alta presión.... ..........g3

Figura 9. Accesorios de entrada.... ...............83

Figrna 10. Selección del Mantfulds ..............86

Figura I l. Adaptador para manómetro de alta presión.... ............gó

Figura 12. Medidor rotatorio.. ........97

Figura 13. Dimensiones de un depósito para G.L.p. según ASME.............93

Figura 14. Colocación de las rejillas de ventilación.......... ...........96

Figura 15. vist¿ en planta y partes que componen la chimenea................109

Page 16: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Figura ló. Fijación de la lana mineral y cerramiento de la parte baja del

equipo..... ......116

Figura 17. Instalación del quemador en la parte baja del equipo..... ..........117

Figura 18. Protección del grifo inferior por donde evacrurn el producto

tenninado ......120

Figura 19. Chimenea y filtros purificadores............ ...l2l

)flII

Page 17: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

LISTA DE ANEXOS

l. Detalles del equipo y resistencias internas

2. Analogía eléctrica

3. Ubicación de los cilindros

4. Plano de la chimenea

5. Plano de las instalaciones de helados ..primos',

6. Montaje para las instalaciones del gas

)ilv

Page 18: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

GLOSARIO

I: consurro de calor del equipo, W

M: constuno nrásico, kg de productos de combustión por 1.000 W de combustible

quemado

V: velocidad, m/s

M: consumo másico, kglh

p: densidad del gas de combustión,kg/^t

d: diámefro, mm

Cz:0.785

D¡ : tiro Teórico, Pa.

C1 :0,03413.

B : Presión barométrica, mm Hg

H: altura efectiva de la chims¡s¿, -.To: temperatura exterior, oC absolutos

C.p. : calor específico en J/I(g*"C.

XV

Page 19: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

SNG: sólidos no grasos eno6.

MG : materia grasa enoá.

E : estabilizantes

D: di¿írrefo exterior en pulgadas

L: longitud total en pulgadas

K: constante para el porcentaje del volumen del líquido-envase

G.L.P. : Gas Licuado del Petroleo

Q : Calor transferido por unidad de tiempo (hora)

A: Area de la pared en pies cuadrados, ff

L : Espesor de la pared, en pies o pulgadas (dependiendo del valor de K )

K: Conductividad térmica, en unidades de Btu pie (o pulgadas) / hr * pie2 * T

NPT: (National

Toint : Temperatura interior de la pared T

Toext: Temperatura exterior de la pared T

XVI

Page 20: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

RESUMEN

El proyecto consiste en sustituir la fuente de calor que se alimenta con energía

eléctrica por una que opere con gas propano (GLP), en un equipo calentador de

leche en la empresa de lácteos PRIMOS.

Para llevar a cabo la sustitución de esta fuente, se efectuó un reconocimisnle ¿

montaje existente; realizando planos y bosquejos del prototipo actual; se tomaron los

datos requeridos por el proceso (consumo de energí4 calor requerido por el proceso,

temperatura, etc.), utilizando estos datos para efectuar los c¿ilculos necesarios y

poder conocer así, el consumo de energía eléctrica y compararlo con el consumo de

gas propano (GLP) del equipo durante el tiempo que dura el proceso.

Se calculó la carga ténrrica y el depósito para almacenar el gas que se consumirá

durante el proceso en un mes de funcionamiento, rigiéndonos por las normas

técnicas y ambientales para la ejecución de este tipo de proyectos.

XVII

Page 21: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

La empresa de lácteos PRIMOS facilitó el acceso a sus instalaciones y brindó la

información necesaria para ejecutar el proyecto.

XVIII

Page 22: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

1. INTRODUCCION

Debido a la poca oferta y mucha demanda de energía que se daba en el Valle

del Cauca y en todo el territorio colombiano; el gobierno cenfial se vio en la

necesidad de buscar afanosamente otras alternativas que pudieran satisfacer la

gran deficiencia de energía eléctrica, estas altemativas debían provenir, ya sea

del petróleo o de otras fuentes.

Es por esto, que desde hace unos pocos años afiiís el gas propano y el gas

natural se han convertido en las nuevas fuentes de energía. El gobiemo

nacional ha iniciado la construcción de la inftaestructura necesaria pma lograr

distribuir estos combustibles a todo el territorio colombiano.

Los ingenieros debemos comprometemos más con la salvaguarda del medio

ambiente, recomendando y utilizando estos energéticos, adaptando equipos y

máquinas para que fi¡ncionen con estos nuevos combustibles que nos brinda la

Page 23: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

naturaleza, tratando al máximo de sustituir el consumo de la energía eléctrica

que tanto frabajo, dinero y destrucción del medio ambiente cuesta producirla.

l5

Page 24: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

2. OBJETTVOS.

Transformar y adaptar el sistema funcional de un equipo reactor que opera con

energía eléctrica para que fi¡ncione con gas propano (GLP), aprovechando las

bondades térmicas que ofrece el gas como sustituto.

Adaptando y utili-rndo la tecnología existente con los materiales y elementos

necesarios que p€rmitan el buen funcionaniento del equipo y por consiguiente,

proteger el medio ambiente.

t6

Page 25: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

3. ruSTIFICACION

Este proyecto es una obra que quiere despertar en el esfudiantado y demiís, el

espíritu de innovación que todos llevamos por denfro, pero que muchos no

explotamos en forma correcta y en beneficio de la sociedad.

Es una forma de mosfiar la importancia que se les debe dar a otros

combustibles, como el gas natural, el gas propano, etc., como posibles

sustitutos de la energía eléctrica en la producción de calor; aprovechando que la

natwaleza nos brinda estos elementos y de paso es una forma muy sana de

preservar el medio ambiente sin destruir el ecosistema a muy bajos costos para

la sociedad de consumo.

T7

Page 26: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4. ASPECTOS TEORICOS

Desde muchos años aüiis el hombre ha aprovechado las bondades que le ofrece

la naturaleza en cuanto a recursos nahrales se refiere. Estos recursos naturales

son los combustibles que estián en las enfiañas de la tierra, representados por

características y propiedades que los diferencian el uno del ofio. Los

combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural y propano) se queman ya sea

en forma direct¿ en el sitio para producir calor o v4por, o en ofa parte cerca

del suminisfio de combustible para producir la electricidad que se utiliza en la

industria. Los combustibles fósiles también se usan de manera directa para

cocción y calefacción domésticas, o en forma indirecta para el mismo objetivo

en fonna de electricidad.

Hasta hace poco tiempo, la madera era el combustible principal que utilizaba el

hombre. Hasta fines del siglo XD( los combustibles fosiles igualaron en

importancia a la madera, pero las emisiones cont¿mirumtes que produce la

combustión de la madera, o la devastación (deforestación sin conüoles

l8

Page 27: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

técnicos) son causas de contaminación y erosión, causas estas que han obtigado

al hombre (Ingenieros, científicos, etc.) a buscar otros combustibles para

reemplazar al carbón y la madera sin producir Índices de contaminación

elevados o erosiones a gran escala.

Es por estas razones, que el gas natrnal y el gas propano aparecen o brotan de

las profrrndidades de la tierra como rrnas fuentes de salvación que deben ser

aprovechadas al m¿íximo por nosoúos los ingenis¡65 mseánicos en la solución o

conversiÓn de las diferentes fuentes de calor y energía, en donde se puedan

implementar sistemas de combustión operados por gas (natural o propano).

Adem¿ls estos combustibles tienen reservas por muchos años, lo que asegrrra

una producción de estos ilimitada. Ahora le corresponde al gobiemo

colombiano crear la infraestructura necesaria (redes de distribución, estaciones

de bombeo y alm¿cenamiento) para que estos combustibles puedan llegar a

todos los rincones del país y ser aprovechados al m.áximo.

En cuanto a nuesfio habajo, queremos crear conciencia de utilizar el gas en

varios procesos en donde esté involucrada la producción de calor y ener$a,

utilizando quemadores que operen con gas, ya que estos son unidades de

Un¡vcrsidal Aotónom¿ ¿. ,.JIiFli:CC|0N EIBUC;i.'- 1 |

t9

Page 28: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

combustión muy eficientes e implícitamente libres de contaminación, excepto

por cantidades pequeñas de óxidos de ninógeno (un calentador bien diseñado

puede reducirlas considerablemente) que se fonnan úrante la combustión.

20

Page 29: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.1EL PROCESO DEL CALENTAMIENTO.

4.2 EL CALENTAMIENTO.

Es un tratamiento térmico que pretenden la destrucción de Mycobacterium

Tuberculosis en los productos lácteos. El calentamiento no destruye todos los

microorganismos, aunque reduce mucho su número y en muchos casos no

destruye los microorganismos esporulados.

4.2.1 Tratarrientos y procesos en la industria lechera.

Aquí se tratan somer¿Imente los procesos utilizados con más frecuencia en la

industria lácte4 para la conservación o hansformación, la homogenización que

morlifica la emulsión y los métodos destinados a sep¿r¿r fisicamente algunos

elementos.

Los tratamientos térmicos se utilizan en la destrucción de las bacterias por el

calor y es una de las opciones basicas en la industria lechera porque permite

prolongar significativamente el tiempo de conservación de la leche v demiis

productos.

2l

Page 30: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.3 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL

CALENTADOR EXISTENTE EN I{ELADOS PRIMOS.

EQUIPO

El equipo calentador que estudiaremos y al cual se le efectuará el respectivo

carnbio de su fuente de calor consta de los siguientes elementos:

Capacidad máxima del eqüpo: 400 Litros

4.3.1Lamina interior de acero inoxidable. Con un diámefio de 27.5 púgadas y

una longitud de 33 pulgadas, ver plano detalles de las laminas y las resistencias.

En capítulos posteriores se detallan más a fondo todas las características de

estos elementos.

4.3-2 Lamina exterior A-36. Con Yo " de espesor, di¿imeto 30" y una longitud

de 34", la lamina de acero inoxidable se encuenha inscrita dentro de esta"

existiendo un espacio de 2.5", el cual estii lleno de agua y es allí en donde se

alojan las resistencias.

4-3.3 Resistencias eléctricas. Se encuenhan alojadas en la parte inferior del

equipo en un número de cinco (5), estrin espaciadas a 72 una de otra. Como

22

Page 31: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

son resistencias del tipo de inmersión, suministran el calor directamente al agua

que se encuenüa enfre el espacio existente enüe las dos laminas, al calentarse

el agua, por convección transmite calor alamezcla que se encuentra denfio del

cilindro de acero.

Estas resistencias son tubulares como lo muestra la figura No. l, fabricadas en

alarnbre cantal, resisten 30C), tienen rosca en la parte de abajo y es de allí

donde se sujetan al equipo.

4.3.4 Conexiones eléctricas. El equipo está conectado en forma de esfiella es

un circuito resistivo que opera a 220 voltios. Tiene una cuchilla de 60 A. la

cual se uttlizapara abrir o cerrar el circuito.

El equipo tiene en su parte inferior una llave por donde se descarga el producto,

esta llave es de 1.5" de diiimetro. Dicha llave se protegerá con una camisa de

lamina de hierro A-36 y de espesor de 3/16", para eütar que el calor radiante

pueda dariarla en su parte funcional.

23

Page 32: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Figura I. Resisüencias eléc{rioas internas

Page 33: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

El equipo posee en su parte superior dos (2) agujeros: rmo de 12" üámefio por

donde se cargan los diferentes componentes de la mezcla, y otro de 2" de

di¿imefro por donde penetra un eje que hace parte de un agitador. Ver plano:

fijación del quemador.

4.3.5 Descripción del proceso. En la fabricación de helados "Primos" se

utlluqn dos tipos de mezcla: una de agua, azítcar, sabores y estabilizentes, la

ofra de agrra, antcar,leche en polvo, mantequilla pstabilizantes.

4.3 .6 Tipos de mezcla.

4.3.6.1 Mezcla de agua con azúcar. Para realiza esta mezcla" se llena el

equipo calentador con 327 lifios de agua, se sube la cuchill a para cerrar el

circuito y permitir el paso de la corriente hacia las resistencias.

Cuando la temperatura del agua que se encuentra en el interior del equipo,

alcanra los 40 oC, este proceso tarda enfie cuarenta (a0) y cincuenta (50)

minutos. Aquí se agregan todos los componentes (azúcar, sabores y

estabilizantes), se agtapor espacio de un (1) minuto, se reduce la temperatrna

25

Page 34: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

de la mezcla en cinco (5) "C, debido a la fiansferencia de calor por convección

fotzada que se sucede entre las moléculas que están miís calientes hacia las que

están más frías. El proceso y el tiempo de agitación se hacen de manera

manual, sin una adecuada instrumentación que controle mejor el proceso.

Cuando la mezcla alcanza los cuarenta y cinco (45) "C, se agita de nuevo y se

reduce en cuatro (4) "C la temperatura de la mezcla. Este proceso se repite

hasta que la temperatura de la mezcla alcance los sesenta y dos (62) "c,

presentándose reducciones de cuatro (4) a cinco (5) "c. El tiempo que dura

realtzar esta mezcla es de dos (2) horas, con l¿ implementación de los

quemadores a gas, se tratará de reducir este üempo. Culminados estos pasos se

apaga el equipo, dejitndose reposar por espacio de treinta (30) minutos para

luego retirar lamezcla en cantinas de diez (10) lifios y dejarla reposar hasta

que alcance la temperatura ambiente y continuat con el proceso.

4.3.6.2 Mezcla para helados y crerna. Se repite el proceso anterior hasta

cuando la temperatura del agua alcan slos curenta (40) .C, se agrega leche en

polvo, azircat y suero, se agita presentiándose una reducción en la temperatura

de neinta y siete (37) "C, se espra a que la temperatura suba a cincuenta (50)

26

Page 35: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

'C para agliegar la margarina descremada y el estabilizante, agitando de nuevo

cada que la temperatura suba cinco (5) "C. Cuando la temperatura de la mezcla

alcanza los setenta y dos (72) "c, se apaga el equipo y se deja reposar para

retirar lamezcla en cantinas y continuar con el proceso. Larealtzación de esta

mezcla dura dos horas neinta minutos (2.5).

4.3.ó.3 Falencias del equipo en su parte funcional.

El equipo en su parte funcional posee las siguientes falencias

I No posee ningún tipo de aislante térmico, lo que facilita que el calor se

pierda en al ambiente y el proceso de calentamiento sea más demorado, lo

que conlleva a un consumo excesivo de energía y al incremento en los

costos. Si no hay material aislante, el aislamiento térmico es solamente

producido por el aire que rodea al aparato, como sucede en nuesto caso; así

todo el espacio es de aire, entonces ocurre una pérdida m¿ixima por el

movimiento que adquiere el mismo, ó sea por las corrientes que se forman

debido a la deferencia de temperatura entre la superficie del equipo y la del

ambiente, esta perdida es la m¡ixima y se denomina convección, el aire

caliente tiende a subir y el frío que tiene más densidad tiende a bajar.

27

Page 36: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

r Sus instalaciones eléctricas no son las más adecuadas, ya que posee cables

muy delgados y de poca resistencia, lo que hace que estos se calienten.

I Todo el proceso se realiza de forma manual y sin un confiol de temperatura

previo y exacto.

4.4 Calculo de las perdidas térrnicas en el equipo calenüador de helados

"primos"

4.4.1 Balance Energético

Con el fin de conocer el calor total requerido en el eqüpo calentador,

identificaremos los posibles caminos por donde pueden ocurrir perdidas de

calor' Las perdidas de calor posibles en el equipo calentador son las siguientes:

l- Pérdidas de calor a fiavés de las paredes se pueden considerar del orden del

ra%.

2- Calor absorbido al calenta¡ lamezcla

La ecuación del balance térrnico quedará así:

calor total necesario : Perdidas por las paredes + calor absorbido en el

proceso + l0o/o factor de seguridad

28

Page 37: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.4.2 Transferencia de calor.

Para los cálculos de flujo de calor en nuestro diseño, es necesario traer a

colación las ecuaciones de la transferencia de calor, que pueden suceder por

conducción, convección, radiación o por alguna de estos procesos.

4.4.3 Calculo del coeficiente de transferencia de calor por convección, h.

Evans y Stefany han mostrado que la convección natural nansitoria durante el

calentamiento o enfriarniento, en espacios cilíndricos cerrados verticales u

horizontales, puede calcularse con;

I-Inu: 0.22 (Gr. *It)u4 {01}

Para el rango de 0.72 < l/D < 2.0, el número de Grashof se forma con la

longitud del cilindro l.

Donde l: Longitud del cilindro

D : Díamefio del cilindro

Para nuestro caso Q.72 < l.l2 <2.0.

29

Page 38: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Aquí el número deGrashof se calcula como;

6, _FÁT _r)8n" {02}

Donde,

g: gravedad enFlseg.

B: coeficiente de temperatura de conductiüdad

T1/ T2: temperaturas del fluido o mezcla

6: separación entre placas enFt3

v: üscosidad cinem áticaenFf/seg.

A números de Grashof muy bajos hay corrientes de convección libre muy

pequeñas, y la transferencia de calor ocurre principalmente por conducción a

través de la capa de fluido.

Como en nuestro caso el fluido es una mezcla que se compone de varios

productos, hallaremos la densidad total de dicha mezcla. La composición en

porcentaje de cada elemento es la siguiente:

- Grasa 87o

30

- Azucar 12-20%

Page 39: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Leche en Polvo 10-12% - Estabitiz ante 3oA

Lamezcla tiene aproximadamente 4lo/o de sólidosy zgyo de agua.

La densidad de cada elemento a 70"C es la que se muesüa en la tablaNo.l.

Tabla No. I Densidad de los elementos

Fuente: Eckert y Drake. Analisis de Calor y Transferencia de Masa. Mccta*-tfill b""k1972.

Para halla¡ la densidad D de lamezcla¡t'lizemos la siguiente formula:

p: (o/oF/Df + o/NFS/DNFS + o/oW/Dw+ %SP/Dsp {03}

donde o/oF: porcentaje de partes grasas

31

Elemento Densidad (g,t-)

Azucar 1.389

Grasa 0.93

Agua 1.0

Estabilizante 1.28

Leche en polvo 1.022

Page 40: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

ToNFS: porcentaje partículas sólidas No Grasas

%oW. porcentaje de agua en la mezcla

%SP: porcentaje de productos azucarados o antcan

Df, DFNS, DSP : densidad de cada elemento

(8 / 3 +(17 .2+3 +12 .2)/ I . 3 8+ t .29+t .022))+ .62 / | .0 : | .0 t2 sl an

La viscosidad de lamezclaes 0.06g *ldff/seg.

Para hallar el coeficiente de temperatura de conductivida0, us¿rmos:

B_(pr- pz)

{04}P{Tz-T)

Donde, pr: Densidad de lamezclaa temperatura I

p2 : Densidad de lamezclaa temperatura 2

Luego p del agge a 40 "c: 61.24 Lbm/ft3, como lLbm/ft3: 16.0lg2 Kglm3,

entonces p IüO :997 .6Kg/ñ

F: 3.1 * 10{"Fr997.6Kd-, (189.6 _ 183IF

Con este valor se halla el número de Qh6):

Gr 6:g10_(Jr=_T:Jfú

Seg2 * T'* (.068 tiorF@f

{0s}

Gr6:3

32

Page 41: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Gr 6: 12728 (adimensional)

Para superficies verticales, los números de Nusselt y Grashofson formados con

L,la altna de la superficie como la dimensión característica entonces podemos

considerar que un cilindro vertical puede ser tratado como una placa plana

cuando:

D/L> 32/Crf*L1t4 {0ó}

30134.2>32/ (r2728.s* 34.f-2\ {07}

0.87 > 1.156 *103, cumple.

El número dePrandtl se halla por pr : v/a.,

Pr:0.068 *lO3 Ft2 * 3600ry:63.3(adimensional)Seg * 3.98 * lO3 fP

ComoNuñ: Ke/K o Nu6: (h * S)/K {0g}

Donde Ke: conductiüdad térmica efectiva o aparente

h: coeficiente de convección térmica enBtuAr*Ff*"F

Ke/k : 0.069 G.6'3I * It0.407, para 3 *ld<Gr6.< 7 *ld {09}

33

Page 42: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

3*lú<9.6*ld<7*lú

luego Ke/tr( :92.6 (adimensional)

Despejando h se tiene:

h mezcla :lh¡6_-t Kacero6

{10}

h mezcla :92.6 * 23Btu :879 Btu/hr*Ff*T.fu.*p¡*op*2.zFt

Ahora hallamos el coeficiente de conductividad térmica para el agua a una

temperatura de 1 50.4"F:

p : 60.27 LbmFt3 p : 0.84*lO5 Lbm/Ft*hr pr : 2.16

0.MLbm+Ft3

p- Fr*tu60.27Lbm {ll}

B : l/I" : l/176"F :6.65*103/ T.

_p

Luego crr6: 322 +l *14"F *e.z!2f :727 .lg5 (adimencional)I 50.4 "F (3.82 * I d Fflseg)2

34

Page 43: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Como 3.0 * tÚ <lzl185 < z.o * ld

Tenemos queNu8: Ke/I(: 0.069 Gr6'333 * pr0.407 $Z|

Nu6 : 8.45 (adimencional)

hagua==:,Nu6*Kacero6

{13}

h agua : 8.45 * 22.2Bta : 902 Btu0.20g Ff * hr* "F Ff *b.r*T

Ahora hallamos el coeficiente convectivo del aire que rodea al equipo, ya que

este no esta aislado térmicamente:

Las propiedades del fluido se evalúan a la temperatura de películ4

Tp:la3ó+80.ó: 112.1 T'2

p :0 .07 32 LbmFt3 p : I .243* I 05 Lbm/Ft*hr pr : 0.669

K:0.0 I 5 20 Btu/hr*Ft'roF

Gr 6 :L3 *g*B ( Tr - T2É {14}i

(2.83ft)3 * (0.0732 4)' * 8'9r l0_, * 32.z1t / *g' * 62.2oFGr6 - Ft' ' 'E

= L42* 10"(1.243* l0-n)'Lb' / seg2 t plz

Gr*pr : 1.42+ld *0.699:9.9* ldLuego,

35

Page 44: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Nq:g.55(9.9* lú*A6ggf:5 : 50

de la ecuación {13} se tiene; h aire:Nu6 * Kaire6

h aire:Nu6 * Kaire: 50*.01520: 3.ó5BtuAr*.F*Ff6 2.83

4.4.4 Calculo de las pérdidas térmicas.

como el equipo calentador o el equipo actual no tiene ningun tipo de

recubrimiento que impida la fuga de calor por los todos los costados del

equipo, lo que disminuye considerablemente su frrncionamiento y aumenta el

consumo de energía.

En la figura 2 podemos apreciar la analogía eléctric a ullizadapara calcular las

pérdidas de calor. se utiliza¡on los siguientes datos;

Temperatura del aire medida con un termocupla colocada en los alrededores del

equipo, 27 "C ó 8l "F.

Conductiüdad térmica del acero | 020, K: 32 Btuihr-Ft-"F

36

Page 45: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Temperatura del agua que se encuentra dentro del equipo después de dos horas,

tiempo que tarda el agua en llegar a 144F.

El calor para salir al exterior debe vencer la resistencia del acero 1020, de la

mezcla, del agua y el aire que lo rodea la cual se calcula así:

tnLResistencia del acero, Rz = ffi {15}

a

L, 3o

&-- - ""29.72 - 2.og*lo3

lr*Ft*oF- 2*3*3.1416*32*0.020 Bn

Resistencia de la mezclar R. = a-r- - 5'8 * l0* hf *o Fhm*A 879*19.6 Btu

Resistencia del aire: Rair - 0'019 * lO-'hr *0 F3.65 * 14.33 Btu

Por lo tanto la pérdida de calor será:

q*_ (144 - 81) 32y2Bttr=h,

Este ciilculo nos demuestra que las pérdidas son muy elevadas y que se debe

aislar térrnicamente el equipo.

37

Page 46: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

.--'"-'-; .----

..-- '' ;-'----- -'\

' -,--

L---r_ trr, "tr,,at fz \ t. \'' .---.-.----....--.. \ '\ \,

,'' rt \. \ \- t),I --v l-{ *\i l.-"=,rj-*l*j i

\ o ' r' I ll I,illl'., / i Ir'* \---'

,/ ,/ /.--\\---._L ---/ .." /----____ *

_.-_-.--'t .r,u''---..--- t---.---'/

e)

4* ACERO INOX. !ló? ' ¿'r,j '-¿.l: t-AlllNA 1040D- HEZCLAo

-

-?-i ,qA rf-.;e R¡ -r::f

llc -T¿+

';-_. v\ ¡\,,,"*--*,r/ VA v/

. -.-*.r\ rlr/ *---cr

B) LN (Relrrt) LN <R5/i2) t-N (ñZ../itt>Ct.etl<al- ó-te Kr t_ ó.2e Kc r_

Figura. 2. Analogla eléctrica

3E

Page 47: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.5 UTLIZACION DE LA

KILOVATIOS.

ENERGIA ELECTRICA Y CONSUMO EN

4.5.1 Potencia Consumida por el proceso en Kw.

En nuesto caso se determinnála potencia consumida en Kw. necesaria para

realtzar el proceso de la pasteurización.

Par:a realizat el c¿ílculo de la potencia consumida se tomaron los datos de la

enhada de voltaje utili-an¿s una pinza voltiamperimétrica facilitada por los

laboratorios de la trniverSidad. Estos datos se tomaron en pleno funcionamiento

del equipo.

Como la conexión del equipo es en forma de estrella" tiene tres fases que

alimentan las resistencias que conforman la parte eléctrica del sistema, se

tomaron los datos a la entrada de la cuchilla principal ,midiendo el voltaje entre

cada fase los resultados fueron.

UnivcrsiJaJ Autóno,na Ce Occidcntci F.{rit,JN 8t 8r. tillEu q

Yl:243 Y

39

Page 48: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Y2:244 Y

V3:238 V

Estos resultados nos muesfian que las conexiones eléctricas están por fuera de

los 220 V. establecidos para este tipo de conexión. Para nueshos ciilculos

utilizaremos los datos reales.

Y: 242 Voltios

I:40 Amperios

R: 30 Ohmios

Utilizaremos la siguiente formula para hallar la potencia real consumida por el

equipo en una jornada de trabajo:

P - JtüW It, Cos7 { ló}

p: ^lz*z+2*40*0.g

: l37lg w: 15 Kw

Energía consumida: P*30*24*Fv. tl7]l

Donde Fu: factor de utilización que depende de la tarifa (residencial, 0.1;

comercial, 0.2; industrial, 0.2).

40

Page 49: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Corroborada la ficha catastral de eshatificación del municipio, dicha empresa

se halla ubicada en el estrato residencial (0.2).

Reemplazando en {lT} tenemos,

Energía consumida: 15*24*0.2 :75.4 Kwh, estos Kwh se deben pasar a

Btu,

Btu: (75.4 Kwh + 3.413)/l Kwh :2573400 Btu

4l

Page 50: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.6 REDUCCION DE

CALENTADOR

LA PERDIDA TERMICA EN EL EQUIPO

4 .6.1 Aislantes térmicos.

Fundamentalmente, los aislamientos térmicos son materiales que se usan para

aislar, demorar, atajar o eütar el paso del calor; esto con el propósito de

conservar la energía. Esta energía que está en forma de calor tiene un costo

monetario, por consiguiente el aislamiento ahorra dinero.

4'6'l'2 Lana Mineral. Estií constituida por finas fibras inorgiinicas que son

procesadas a partir de rocas en estado líqüdo, formando una masa suave de

fibras enhemezcladas uuts con otras y de peso ligero, compuestas por silicatos

complejos de calcio y aluminio.

Las propiedades aislantes de las mantas y de las lanas minerales en general

resultan de la presencia de aire en los intersticios enüe las fibras, la función de

las fibras es prevenir la circulación de corrientes de convección en el espacio

del aislarriento.

42

Page 51: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Las propiedades aislantes de las mantas y de las lanas minerales en general

resultan de la presencia del aire en los intersticios enhe las fibras, la función de

las fibras es prevenir la circulación de corrientes de convección en el espacio

del aislarniento.

4.6-2 Selección del aislante: Para aislar térmicamente el equipo calentador

utilizaremos lana mineral por ser liviana y de fácil consecución.

Lalana mineral üene en láminas de 1.20m * 2.20mpor I pulgada de espesor,

üene recubiert¿ por una de sus caras con papel altrminio. La tabla No. 2 nos

muestra algunas propiedades de la lana mineral.

Tabla No. 2 Características de la lana mineral.

Fuente: Transferencia de calor. C. Karlecar

43

Temperatura de aplicación hasta 648 "C (1200 T)

Conductiüdad térmica 0.22 Btulhr.pie.T a una temperatura

media de 100 T

Densidad 140 Kgr/m3

Page 52: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Los datos que utilizaremos son los siguientes:

.Temperatura del aire exterior: 27 "C:81 T

Se debe hallar el coeficiente convectivo del aire alojado ente la lana mineral y

la parte externa del eqüpo. Las propiedades del aire se evalúan a la

temperatura de película:

Tp:f43.6+127 .4:135.52

p :0.0628 Lbmfft3 p: I .256*10-5 LbmlFt*h pr: 0.200

K:0.01528 Btulhr*Ft*T, de la ecuación {14} se tiene:

Gr 6:L1iet&LTr =J:)É {14}v'

(2.83Ft)' .(0062*)' *!8*]9 ' ,.3z.zFtI seg'*t62oFGr6 - Ft" uF -'-- -' --'

(1.256+10'¡',, - 2'542* loe

Gr*Pr :2.542+l0e *0.700: 1.75*lOe

Luego,

Nq:o.o65crr/39-/b)o 33 : 99.6

de la ecuación {13} se tiene; h aire :1fu6 *_Kaire

6

h aire :lh&*K4rilg : 99.6*0.01-5280 : 0.54Bh¡/hr*T*Ff6 2.83

44

Page 53: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

luego,

_ AT tM_81Q._ =-rÁ lResit. Rnrez+Ragual+ Raire+ Rlau+ Raire2

Temperatura del agua interior: 72"C: ló2 T

Lana mineral: L: 1" : 0.83 Ft.

R: ló"

K : 0.022 Btu/hr x Ft. x T

Resistencia de la lana mineral:

Ln'R, Ln.15.25

R = n, : 15 htxoF

2*3.14t6* L 2fi.14rc*AOZO*SZ= 158;tu

Resistencia del aire interno:

1 0.092h *o FRaire :0.54 * 22.62 Bru

a _ 144_gl-1k

37.5Btu^ 5.8 * l0-' + 7 .75 * l0-' + 0.019+.0g2 + l05g hr

Ver figura 3 en donde se muesha la analogía eléctrica para el recalc¡lo de la

pérdida térmica.

Este calculo nos demuestra que la eficacia del aislante es muy buena.

45

Page 54: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

AHEZCLAB.¡GITAC:AIRED!AISLqñITEE:AIRE EXTERI'IO

G

-

-r-¡ Fta T? ,tt T3 nc TS racT4 ¡h TEr or\Av^--+-,\A,/.t..o-",AÁ/* ¡^*-+-¡,Irf *---"

B) LA| (itlrt) L¡i. (rE/r-) L¡. <¡3rrr¡)é.ta|<AL €.re r<a L .}.ra frt3 LFigura 3. Analogía eléctica para recalcuhrlñ-p#Ai&" de calor.

4.6.4 Aire nmuio pffia la cmh¡stifu de m Crc y Cqosigim & los

Ilrlttlos: ka el cálsulo de la ciltidad & airc ffiüio, ss pute & q¡6 estí

comtrrcso pm widun (31) pffies & oxígm y sffi y nrr¡e (79) p@tes de

nihégm, ptr lo ffio calculando la cdidad de oxígsno, se mr¡ltrfüha p 4.763

pra ohener el aire necesfrio. I¿ cdidd & aire aS obffiida es la fuminada

estequiométrica o teórica. En la práctica, esta cantidad de aire no

3E

Page 55: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No. 3 Propiedades de no metales

es suficiente para obtener una combustión completa y para evitar la formación

del monóxido de carbono, que tiene un alto grado de toxicidad. Se requiere un

exceso de aire al estequiométrico. La cantidad de productos de la combustión

es importante para el diseño de las chimeneas. En la tabla 4 se muesfian los

productos de la combustión.

Para calcular el aire necesario y adecuado que produzca una combustión

perfecta, partimos de que la cantidad de calor total necesaria en el proceso de

la pasteurización es de 83.000 Btu/hr.

Sustancia Temperatura en T K en BtuFk*Ft+T

Ladrillo refractario 932 0.28

Hojas de asbesto 124 0.040

Lana de balsamo 90 0.023

Fieltro, lana 8ó 0.03

Lana de üdrio 72 0.022

Fuente: Heat Transfer bv J.P.Holman

47

Page 56: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No.4. Productos de la combustión perfecta de algunos gases, en m3 por

m3 de combustible.

El poder calorífico del G.L.P. es de 2550 Bfi¡/ft3

consumodegas:#=;ffi=# {rs}

donde n: rendimiento de la combustión en el equipo 50%

Por lo tanto el aire necesario según la tabla 6 es 23.8 volumen requerido por

volumen de gas,

Aire requerido : ffi.qt#- = 111+S= {re}

Productos de la combustión según tabla 6.

48

Combustible CO¡ H3 N3 TotalMetano 1.0 3.0 7.s38 10.s38Etano 3.0 3.0 T3.175 18.175Propano 3.0 4.0 18.831 35.831Butanos 4.0 5.0 34.367 33.467Pentanos 5.0 6.0 30.1l4 4t.tt4Fuente: Ibid.

Page 57: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

COr: 2.98 Ft3 * 65 Ft3 de gas : 1547 Ft3 de aireFtt de gas hr hr

H2Q: :.98 tt3 * 6S pC de gas :259 Ft3 de HzOFt3 de gas hr hr

Nz: 18.80 !'t3 * 65 Ft3 de gas : 1222 rt3 de Nz

Ft3de gas hr bt

Total productos de la combustión : 193.7 + 259 + 1222::7675 Ft3 productos

hr

4.7 IMPLEMENIACIÓN DEL USO DEL GAS (G.L.P.) COMO SUSTITUTO

DE LA ENERGIA

4.7.T CARACTERÍSTICA DE LOS GASES LICUADOS DEL PETRÓLEO.

(G.L.P.)

Los Gases Licuados del Pefióleo, conocidos mas popularmente por sus iniciales,

son mezclas de hidrocarburos que pueden ser obtenidos de procesos de refinería

del pefróleo o de tratamientos de los gases naturales, generalmente en boca de

pozo.

Desde el punto de üst¿ práctico, una de las propiedades m¿ás importantes de los

G.L.P., es su f;ícil licuefacción a temperaturas ambientales normales con la

49

Page 58: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

aplicación de presión; esto facilita su fiansporte, almacenamiento y manejo

como líquido; pudiendo ser quemados con todas las ventajas características de

Tabla No.5 Características de combustibles gaseosos típicos.

los gases. Cuando se requiere su utilización en procesos de combustión, son

regresados al estado gaseoso mediante la absorción del calor, ya sea de una

fuente de calor artificial (en un vaporizador) o del ambiente que rodea el

recipiente en que se encuenhan contenidos. Se logra así aprovechar todas las

ventajas de los combustibles gaseosos en el proceso de la combustión.

COMBUSTIBLE

GRAVEDADRELATTVADEL AIRE

VALORCALORIFICO

BRUTO/VOL. DECOMBUSTIBLE

Bh¡/ft3

VOL. DE AIREREQUERIDO/VOL. DE GASrt' oe ArRE/Ft'DE GAS

PRODUCTOS DECOMBUSTIONFT/ Ft' DE GAS

COz rI2o N2 TOTAL

GASNATURAL

0.6 1036 9.71 1.04 2.01 7.68 t0.73

GAS DEALTOSHORNOS

1.02 92 0.68 0.39 0.01 t.l4 1.54

GAS DEHORNOSDECOOUE

0.40 449 3.83 0.47 0.92 3. 13 4.5r

PROPANo

1.55 2550 23.8 2.98 3.98 18.80 25.76

BUTANO 2.04 3210 30.6 3.94 4.94 24.20 33.08

Fuente : Ibid

50

Page 59: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Los componentes mas usuales de los G.L.P. son: el Propano ( C¡ ÉIs ) y los

Butanos ( C¿ Hro ). La tabla 7 presenta la composición de un G.L.P. de uso

comercial en nuesüo medio.

Tabla No. 7 Características principales del G.L.P.

COMPOSICION EN VOLUMEN

4.7.1.1 Gases Manufacturados. Son gases combustibles producidos a partir

del carbón (gasificación del carbón), de la gasolina, por reformas a gases

naturales o de G.L.P. Presentan grandes inconvenientes desde el punto

operativo y económico por su bajo poder calorífico, lo que exige la utilización

ELEMENTO (%)PROPANO 36.33PROPILENO 17.871 - BLNANO 30.50N - BUTANO 35.30

a

PODER CALORIFICO GTU/PIEJ 3E33GRAVEDAD ESPECIFICA LIQIID(AGUA:1)

) 0.5408

DENSIDAD LIQUIDO &B/GAL) 4.5085GRAVEDAD ESPECIFICA VAPC(AIRE:I)

t I .73t9

VOLUMEN ESPECIFICO @IE'/LB) 7.7384RELACION VOLUMEN (PIE3 GAS/ GAlÍouno

34.5704

PRESION CRITICA (PSIA) 590.E0TEMPERATURA CRITICA ('F) 343.70Fuente: Ibid

5l

Page 60: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

de tuberías de gran diiímetro. Generalmente se manejan a bajas presiones a las

cuales son producidos.

Los de mayores ventajas operativas son las mezclas de aire con propano

(aire propanado) o butano, que permiten obtener gases intercambiables con

los gases naturales.

4.7.1.2 Gases Mixtos. Son mezclas de gases manufacturados con gases

naturales o G.L.P. para lograr un poder calorífico superior al de los

manufacturados.

4.1.1.3 Propiedades de los Hidrocarbruos Gaseosos. Entre las propiedades que

presentan mayor importancia están: los límites de inflamabilidaq el poder

calorífico, la gravedad específica en su estado gaseoso y tíquido, la presión de

vapor, el punto de ebullición, las condiciones críticas, el calor latente, etc. En la

tabla 8 se presenta en resumen la composición del G.L.P.

Al hablar de combustibles que pueden presentars€ en estado líquido o gaseoso,

se utilizan términos vapor y gas. En general el término vapor se aplica a los

52

Page 61: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

gases saturados existentes en los cilindros o recipientes a presión que se

encuentran en equilibrio con la fase líquida y el de gas a los mismos vapores

después la expansión a baja presión a través de una v¿ílvula o un regulador, en

Tabla No. 8 Composición del G.L.P. Porcentaje Molar.

donde su comportamiento puede ser determinado con una mayor precisión por

las leyes de los gases.

COMPONENTES PORCENTAJE MOLAR

Etileno (C3H4) 0.59

Etano (C¡Hr) s.43

Propano (C3Hs) 70.99

Iso - Butano 10.44

Iso - Butileno 6.15

N - Butano 4.ls

Trans-3-Butano 1.53

Cis-3-Butano 0.73

Total 100.00

Fuente: Ibid.

53

Page 62: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.1.4 Límites de Tnflamabilidad: Desde el punto de üsta de seguridad, los

límites de inflamabilidad son características muy importantes de un

combustible. El límite inferior indica cuáü es el mínimo porcentaje de volumen

de combustible, respecto del volumen de una mezcla con aire, necesario para

que exista la posibilidad de combustión, para valores inferiores a éste, el

combrntible sí arde y se quema; pero la combustión no se auto - mantiene.

4.7.1.5 Poder Calorífico: El poder calorífico superior (p.C.S.) de un

combustible es la cantidad total de calor liberada por la combustión de la

unidad de volumen de combustible, que se encuentra junto con el comburente a

unas condiciones dadas de presión y temperatma, recuperando el calor

absorbido por los gases del producto de la combustión al ser llevados a las

condiciones iniciales de presión y temperatura recuperando también el calor

latente del vapor de agua producido.

4.7.1.6 Gravedad Especifica: La gravedad específica de un gas expresa la

relaciÓn enfre el peso por unidad de volumen del gas con respecto del peso de

un volumen igual de aire.

54

Page 63: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Su valor determina el comportamiento del líquido cuando se encuentra en

presencia de oüos líquidos; por ejemplo cuando se requiere efectuar la reparación

de una mezclapor métodos fisicos.

Tiene una gran importancia desde el punto de üsta de su manejo y de segrridad.

Cuando se presenta un escape de gas a la atmósfer4 conociendo la gravedad

específica del gas, podemos predecir su comportamiento.

4.1.1.7 Presión de Vapor: Es la presión existente en r¡n espacio cerrado por

encima del líquido, cuando no existen ofros vapores o gases en dicho recinto

cerrado; el valor de esta presión varía con la temperatura, aumentando cuando

ésta aurnenta.

Cuando se utiliza lavapoización natural de G.L.P. en recipientes, es necesario el

conocimiento de ésta magnitud para detenninar la necesidad o no de una

regulación de la presión antes de alimentar las redes de distribución.

4.7 .1.8 Puntos de ebullición: El punto de ebullición, a una presión dad4 indica

la temperatura a la cual se produce una rápida evaporación, suficiente para que

se presente una notable formación de burbujas de vapor. El valor dado en la

55

Page 64: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

tabla 10 , nos indica, a la presión afuosferica, cual es la temperatura a la que se

presenta una rápida evaporación del hidrocarburo. Es importante recordar que

para temperaturas por debajo de la ebullición se presenta evaporación pero no

se forma turbulencia.

4.7.1.9 Volumen de Gas Correspondiente a un Volumen de Líquido: Pa¡a la

combustión completa de un volumen de cada uno de los hidrocarburos. se

presentan

56

Page 65: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No. 9 Características de los hidrocarbwos.

NOMBRE Metano Etano Propano Iso- Butano

Fórmula cFI4 C¡FIO C¡FIg C¿FIro

Peso molecular 16.014 30.068 44.094 58.130

Estado acondicionesesüindar (15.5"1.013 bares)

Gas Gas Gas Gas

Límites deinflamabilidadinferior Yo enaire

5.00 3.90 3.00 1.80

superior o/o en

aire15.00 13.00 9.50 8.50

Podercaloríficoosuperior (Kwh/m')

10.44 18.30 36.03 33.63

Masa de vaporen Kg/m3

0.678 1.371 1.864 3.457

Punto de

ebullición apresiónatnosférica ("C

- 161.53 - 70.83 - 43.08 - 11.79

Calor latente dr

vaponzación apresiónafnosferica (k\hflk)

0.t4t7 0.13ó4 0.1183 0.1016

Volunen de air

para lacombustión

9.s5 16.70 33.87 31.03

Fuente: Ibid.

57

Page 66: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

los correspondientes volúmenes de aire necesarios, partiendo de que éste tiene

una composición de veintiuno (21) por ciento de oxigeno y sesenta y nueve

(69) por ciento de nitrógeno.

4.7.1.10 Metros Cúbicos de Vapor Formado por la Yapoirzación de un Metro

Cúbico de Líquido a Condiciones Estiíndar: Para el propano, un metro cúbico

de líquido se convierte en 373.3 mefros cúbicos de gas a condiciones estándar.

Podemos así evaluar el efecto de un escape de propano líquido a la ahósfera o

las necesidades de combustible líquido, conociendo los consumos de este en

estado gaseoso.

4.7 .l.l I Combustión de hidrocarburos gaseosos. Una de las utilizaciones de los

hidrocarbwos es como fuente de calor mediante su combustión, ya sea

mezclados con el oxigeno del aire o con oxigeno puro.

4.7.1.11.1 Combustión: Es la reacción química de oxígeno con un material

combustible, acompariado por la generación de luz y una nipida producción de

calor.

58

Page 67: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Para que en la prácica se obtenga una

requiere una cantidad mayor de aire de

exceso de aire.

combustión perfecta, generalmente se

la calculada teóricamente denominada

4.7 .l.ll.2 Lími1$ tnferior y Superior de la Inflamabilidad: Para larealización,

se requiere que se presenten tres condiciones: una combtrente, una combustible

en una proporción adecuada respecto del comburente y una fuente de ignición

que inicia la reacción.

La mezcla de combustible y comburente en proporciones adecuadas se

denomina mezcla inflamable o explosiv4 la cual permite que la llama pueda

propagarse a través de ella. La proporción en que cada combustible se mezcla

con el aire para formar una mezcla explosiva tiene que encontrarse en¡.e dos

valores exfremos denominados: límite inferior y límite superior de explosividad

o limites de inflamabilidad.

Los límites de inflamabilidad varían con la temperatwa y la presión iniciales.

Un incremento de la temperatura tiende a ampliar el rango de inflamabilidad.

59

Page 68: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.1.11.3 Temperatura de Ignición: A pesar de que se pueda tener una

mezcla de gas con aire denfro de los límites de explosiüda{ esto no es

suficiente para que la reacción se inicie, requiriéndose de una fuente extema de

calor que garantice una temperatura mínima. Esta temperatura se denomina

"temperafura de ignición".

La temperatura de ignición de muchas sustancias decrece con el aumento de la

presión y generalmente es menor en una mezcla con oxígeno que con aire.

En la tabla l0 se presentan las temperaturas de ignición p¿ra algunos

hidrocarburos en su fase gaseosa.

Tabla No.l0. Temperaturas de ignición de algunos gases puros con aire

4.7.4 LaLlama y sus Características: Definida la combustión como rna

Nombre Metano Etano Propano Mutano Ibutano

Fórmula CH4 CaHó C¡FIS Crllro Crllro

Temp. "C 450 515 450 36s 460

Fuente. Ibid

60

Page 69: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

reacción química enüe el combustible y el comburente, la llama se define como

la manifestación üsible y calórica de esa reacción.

Para la producción de la llana se requiere:

Contacto entre el combustible y el comburente que se puede reahzar sin la

mezcla previa de ambos, dando lugar a las llamas de difusión en las que se

alcanza la temperatura de incandescencia sin descomponeise y presentando

el depósito de hollín, siendo mejor la combustión, aunque puede producir

los efectos de retorno y desprendimiento de llama.

' Llevar la mezcla a la temperatura mínima de inflamación.

4.7.4.1 remperatura de la Llama. En los usos de la combustión, la

temperatura de la llama producida es uno de los factores más importantes a

tener en cuenta.

La temperatura de la llama en la combustión de los hidrocarburos es de poca

importancia en las aplicaciones domésticas, pues éstas opeftm en rangos de

6l

Page 70: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

temperatura relativamente bajas de (100 - 300 "C). Sin embargo, en procesos

industriales de calentamiento, la temperahra de la llama es de gan

importancia. En la tabla 9 se representan las temperaturas de la llama para

varios hidrocarburos.

En la práctica, la temperatura de la llama puede ser aumentada" así:

' Liberando el calor de la combustión tan nipido como sea posible.

' Utilizando el mínimo exceso de aire y procurando una buena mezclade aire v

gas.

. Superponiendo energía eléctrica a la llama de gas - aire.

4.7.4.2 Velocidad de la Llama. Esta varia para los diferentes gases y depende

de.

' La temperatura de la mezcla. La velocidad de propagación de la llnma

aumenta con la temperatura de los gases actuantes, con lo que se pueden

alcanzan altas velocidades con el precalentamiento de lamezcla.

' El tamaño y forma del recipiente en donde se efectua la medición.

62

Page 71: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

La característica de la velocidad de propagación de la llama es una información

b¿ísica para juzgar el comportamiento del gas, por ejemplo en los quemadores.

Tabla No.l l Temperatura máxima de la llama en combustión con aire (en

"c.)

Fuente: Ibid.

En la tabla 12 se presentan las velocidades obtenibles de la meznla de gas

combustible con aire. Cuando la combustión se produce en medios sometidos a

presión, su velocidad se aumenta. En pruebas de laboratorio; utilizando

mezclas de gas natural y aire se han alcanzado velocidades de llama de ló00

m,/s, con apreciable aumento de la presión, ocasionada por los gÍNes de la

combustión.

4.7.5 Quemadores de gas. Una de las aplicaciones más importantes de los

gases es la producción de calor mediante la combustión. Para obtener este

calor en una forma eficiente, los aparatos que utitizan el tienen un dispositivo

Nombre Metano Etano Propano IbutanoFórmula CH4 C¡FIT C.FI* C¡FIroTemp. Teóricaaire teórico

1990 3039 30ó3 3068

Temp. M¿áxima 1880 1895 1935 1900% gas en

mezclaá0 5.8 4.ts 3.35

63

Page 72: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

denominado quemador.; el cual cumple la función de proporcionar la mezcla

adecuada de combustible y comburente que garantice la producción de la llama

Tabla No.12 Velocidad de propagación de la combustión de algunos

gases con aire.

Fuente:

de la combustión en las condiciones requeridas de potencia, estabilidad y

temperatura.

Los primeros quemadores consistían en un fubo con perforaciones a fravés de

los cuales salía el gas para combinarse con el oúgeno de la atuósfera y

producirse la combustión. Estos quemadores presentan una llama amarilla

ocasionada por los átomos de carbono que no alcanzan a oxidarse

completamente, pero que en estado de incandescencia emiten dicho color.

En el siglo pasado, Robert Bunsen perfeccionó un quemador que utiliza una

mezcla previa de gas con aire de la atuósfera circrmdante (quemador aireado,

Nombre Metano Acetileno Propano Etileno HidróeenoFórrrula CH4 C¡Hr C¡lls C3Iü H¡Velocidad 35 l3l 33 3.5 367

64

Page 73: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

atmosférico), de arnplia utilización en los laboratorios, logrando la producción

de una llama aztrl, de mayor temperatura y sin la producción de hollín.

Los quemadores utilizados en aplicaciones domésticas y en gran variedad de

aplicaciones comerciales e industriales utilizan esta técnica.

En la figura 5 se ilustra el principio de operación del quemador atuosftrico

Bunsen. El gas es suministrado a una presión determinada por el üpo de gas

utilizado (18 mb. para el gas natural y 28 mb. para el gas propano G.L.p.). El

paso del gas a fravés de un orificio produce un chorro, con aumento de su

velocidad, dirigido hacia el centro del esfiangulamisnls del mezclador. La

velocidad del chorro de gas produce una disminución de la presión (con

respecto a la presión atnosferica) en el estrangulamiento que provoca la

absorción de aire circundante. El mezclado tiene como objeto poner en

contacto las moléculas del combustible con el oxígeno del aire para una

adecuada combustión. La mezcla obtenida sale por el o los orificios de la

cabeza del quemador, y en este sitio se produce la combustión.

La forma más adecuada y usual de los quemadores utilizados en la práctica es

mosfrada en la figrna 4.

65

Page 74: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Á¡Re Pnñ|¡XrU

SCNUILLA

Figura 4. Quemador Bunsen.

Figura 5. Quemador de gas atmosferico.

66

Page 75: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.5.1 Elementos de un quemador: Se presentará una breve explicación del

fimcionarniento de cada una de las parte de un quemador atnosférico y los

parrimefros generales para su correspondiente dimensionamiento. Dimensiones

diferentes pueden ser obtenidas por medio de la experimentación.

4.7.5.1.1 Cabeza y orificios del quemador. El adecuado diseño de la cabeza

del quemador, es uno de los factores necesarios para una buena combustión. El

punto de partida es la potencia que tendrá el quemador, que puede ser limitada

por el espacio disponible para la cabeza del mismo. De datos experimentales

se conoce el m¿íximo caudal por unidad de area que pueda pas¿r por los

orificios del quemador, como también el diámetro máximo de éstos cuando son

circulares o su máximo ancho cuando son rectángulares, los cuales son

presentados en la tabla No.13.

La separación enfre los orificios está determinada por dos condiciones: dejar

suficiente espacio para el aire secundario para completar la combustión; pero

no puede ser demasiado grande, pues impediría o reta¡daría la propagación de

la llama de un orificio a otro cuando se inicia la combustión de uno de ellos,

con la salida de mezcla combustible no quemada. En aparatos en los cuales la

67

Page 76: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

combustión se realiza en recintos cerrados (en un horno), el escape de este tipo

de mezcla puede producir pequeñas explosiones. Para los aparatos domésticos

que utilizan G.L.P. o gas natural, la separación entre orificios es del orden de

9.5 mm; para gases manufacturados o mezclas es del orden de 8.0 mm.

Tabla No.13. M¿íxima rata de enfiada por unidad de iirea de orificio del

quemador y miiximos tarnaños de orificios.

Fuente: Ibid.

La profrrnüdad de los orificios no debe ser menor de dos o tres veces su

diámefro, par que el quemador no tenga tendencia a presentar retomo de llama

y que la combustión se realice en el mezclador.

Gas Máximo Q

(Wmm2)

Ma¡rimo di:imeto

(mm)

M¿áximo ancho de

ranura (mm)

Natural 9.08 2.9-3.3 2.4

Manufacturado 12.t2 2.7 -2.8 2.0

Butano o Propano 8.17 2.9 2.4

68

Page 77: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Otro aspecto importante a tener en cuenta en dimensionamiento de la cabeza

del mezclador y en la posición de los orificios es el aire secundrio que

requiere la combustión" considerado ya en la separación enfre orificios; pero

que también es importante para la configuración de las filas de los orificios.

Cuando se utilizan m¿ás de un círculo de orificios en la cabezade tm quemador,

los círculos cenfiales no tendran un adecuado aporte de aire secundario si no se

dispone de inyecciones exfias del mismo. Si el quemador es mantenido a una

baja temperatura durante su operación, puede permitir una mayor utilización de

aire primario y disminuir la tendencia al retomo de la llama.

4.7.5.1.2 Mezclador y esfiangulamisnlo. En esta parte del quemador se

encuenfra el orificio u orificios que permiten la enfiada de aire primario y se

tealiza su mezcla con el combustible. El aire primario puede ser regulado

mediante la variación de la sección de los orificios por donde üene acceso. Si

un quemador no dispone de control sobre la entrada del aire priÍurio, su

fiurcionarriento quedará limitado a las condiciones par las cuales fue diseñado

su orificio correspondiente.

69 I unirci.;*i nolono'L-frñ¡| . :,:ctuN DtBi ,.,:, ;

I

Page 78: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

La cantidad de aire primario depende de no sólo del tamaño de los orificios que

permiten su ingreso, sino de la presión de alimentación del gas y de la forma

del mezclador. Determinadala presión de suministro del gas, se trabaja con

relación enfie las otras dos variables. Para un mejor funcionamiento, se

recomienda el diseño del mezclador en forma de venturí, el cual tiene mayor

capacidad de inyección de aire primario que mezcladores realizados con tubos

de diámetro uniforme.

El ¿área de la sección fiansversal del venturí en su parte más estrecha, el

esfrangulamiento, debe estar entre el cuarenta y cinco (aD v el sesenta por

ciento (60) por ciento del iírea total de los orificios de la cabezadel quemador,

siendo el primer valor el más recomendado.

La longitud del mezclador debe ser como mínimo seis (6) veces el diámetro del

estrangularniento del venturí, y el ¿íngulo de abertu¡a de ües con ocho (3.S) a

cuatro (4) grados.

La cantidad de aire primario que debe contener lamezclaque llega ala cabeza

del quemador esta determinada por los efectos de desprendimiento de llama y

puntas amarillas, como lo muestra la figura 6.

70

Page 79: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

ffi$li'ir¡.:;'

#r,i!$ r't.a.1: al¡.!? i

ili'l '

FürS!,r,,r[jl'i'i' .

flif,ltlir

fll '

tN,,rj,lii$tt'.ffi,r,,hf:ifl*:' a¡t¡ c3 ofra¡a. c3 ar¡. y.tac ,ca ¡t(t¡cttc GU¡Ca¡cc o. ¡atl aa otlr¡Gtc

Figura 6. Efectos del aire sobre el desprendimiento de la llama.

4.7.5.1.3 Inyector. El inyector es un orificio a través del cual

admitido al quemador, teniendo dos fi.rnciones específicas.

el gas es

De acuerdo con su tanaño (determina la cantidad de gas por unidad de tiempo

que entra al quemador, dependiendo de la potencia del quemador ). Definidos

todos los demiís pariimefios del quemador, si er orificio es muy grande, dejará

pasar mucho gas y se producirá una combustión perfecta" pero el quemador no

i- -'--'--tri-¡iÍü¡¡r¡r¡.¡¡ \I

-^ É dh ¡ lctrr¡oct¡turcüri ¡¡¡ oa trfo :

D.. Oa riüf¡ Batu

71

Page 80: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

aportará toda su capacidad y se pueden presentar problemas en la ignición de la

mezcla.

La segunda función es dirigir el chorro hacia el cento del esfiangulamis6e ¿.1

venturí para que se logre una adecuada depresión y consecuentemente el

ingreso del aire primario adecuado.

Determinada la potencia del quemador y por tanto el caudal de gas necesario,

podemos seleccionar el diámetro del inyector. El caudal depende de la

velocidad con que el gas pasa por el inyector y de su ¿irea:

Q:K,*V*A l20l

Donde, Kr: coeficiente de contracción pa¡a compensar la

concentración que sufre la vena del gas al pasar por el inyectoq haciendo

que el caudal real sea menor que el teórico.

A: área del invector

V: velocidad del gas en el inyector

Utilizando la formula de Torricelli,

v=Kr,ffi

72

{2rlj

Page 81: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Donde, Kz: coeficiente de fricción del inyector, que depende de su forma

geométrica.

g: aceleración de la gravedad

h: presión estática de alimentación del gas.

d: peso específico del gas.

Si reunimos las dos constantes podemos halla¡ el valor del area del inyector (a),

pues todos los demiís valores son conocidos:

Q: depende de la potencia del quemador, d y h del tipo de gas utilizado, K del

tipo de inyector seleccionado y g, es la aceleración de la gravedad.

Para una m¿ixima inyección de aire primario, la distancia entre el inyector y el

estangulamiento debe ser de uno (l) a dos (2) dirámetros de la sección del

esfangulamiento, siendo más recomendado valores enfie uno (l) y uno con

cinco (1.5).

Los diferentes tipos de quemadores que se fabrican deben c¿mplir con las

normas establecidas para ello.

73

Page 82: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.6 Selección del quemador. Para nuestro requerimiento el catalogo REGO

recomienda utilizar un quemador tipo anillo o rueda de la serie 290-302, el cual

üene con un diámetro de 30 - 55 cm. y con una capacidad de hasta 450.000

Btu/hr (133.2 Kw), en nuesüo caso seleccionamos el de la serie 296 con una

capacidad de 380.000 Btu/hr, por que es el que más se ajusta a nuestros

requerimientos de espacio y capacidad. Ver figura ?.

FigtraT. Quemador atmosferico Tipo Anillo.

74

Page 83: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.6.1 SELECCTóN DEL nmwrno DE LA russRÍA y peuÁs

ACCESORIOS.

4.7.6.1.1 Diámeüo de la tubería. Para realizar el c¿ilculo de las instalaciones

interiores, debemos partir de las siguientes condiciones de las cuales depende

el gas directamente,

o Presión de operación

o Gravedad específica

o coeficiente de fricción, depende del tipo y estado de la tubería

o Longitud del namo de la tubería

o Diámetro del tubo

Se pueden utilizar dos métodos para calcular el ü¿imeüo adecuado de la

tubería, como son:

o A presiones bajas (menores de I psig.). A estas presiones el gas se

comporta como un fluido incomprensible, presentando una caída lineal de

presión.

75

Page 84: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Norrnalmente se calcula el diámetro requerido para garantizar que la caída

lineal de presión nunca supere el59/o de la presión inicial.

Teniendo en cuenta las presiones de operación de las instalaciones a baja

presión, la tabla No. 14 nos muestra.

De acuerdo con lo anterior, el diámefio adecuado es aquel que garantice la

presión mínima en todos los aparatos de consumo, drnante la hora de mayor

consumo simulüineo posible.

Existen muchas formulas empíricas parurealtzar este cálculo. Para tuberías de

acero o cobre se puede usar la siguiente:

Tabla No. 14. Presiones de operación del Gas- Lp.

Tipo de Gas Presión de

operación

Máxima caida Presión mínima

i.w.c cm de

H2O

l.w.c i.w.c

Gas natural 7.0 17.8 0.35 ó.65

Gas propano I1.0 27 .9 0.55 10.45

Fuente: Ibid

76

Page 85: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

/11- _ 2l9W (h* d)o'538Vn - @nrla. de Fritzche) t22]

donde, Qh: flujo en pies cúbicos standar por hora (scfir)

G: gravedad específica del Gas

h: caída de presión en pulgadas columna de agua (i.w.c)

L: longitud de la tubería en metros o pies.

o A presiones medias (mayores a I psig.). En estas condiciones la densidad del

gas es variable a fravés de la longitud de la tubería por efecto de la

compresibilidad. Además de los factores mencion¿dos en baja presión,

influyen los niveles de presión a la enfiada y la salida del fiamo estudiado.

Estas redes se deben diseñar peu:a garantizar que en la hora de mayor consumo

posible la presión en el punto más desfavorable de la red nunca descienda por

debajo de 15 psig. para garantizn una buena operación de los reguladores.

Para tuberías de poliestireno una de las formulas usadas es la siguiente:

t-tL 2826+ (Pr'* Pr')*0575* d2:nsun: GmIa. de Muller ) {21}

donde Qh: Caudal en GlnVmin

Page 86: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

P1: pr€sión inicial del tramo en psig

P2: pr€sión final del namo en psig

L : longitud de la tubería en millas (l mill¿: 1609 m)

4.7.6.2 SISTEMA DE REGULACION Y SELECCIÓN DEL REGULADOR.

Nuesfro sistema estará regulado por dos etapas.

4.7.6.1 ventajas de la regulación de dos etapas. El regulador es

verdaderamente el corazón de una instalación de gas propano (G.L.p.) Este

debe compensar por variaciones en la presión del tanque desde presiones tan

bajas como 8 psig. hasta 220 psig., y aun ¿5i 5rrministrar un flujo constante del

gas propano (G.L.P.) a I l" C.de Iüo a los aparatos consu'nidores. El

regulador debení suminis¡s'esta presión a pesar de la carga variable producida

por el uso intermitente de los aparatos elecfiodomésticos.

La instalación de un sistema de dos etapas ayuda a asegurar una eficiencia

m¿áxima y un frrncionamiento de problemas durante todo el año. Es importante

78

Page 87: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

hacer anotar que aunque la presión en los aparatos elecfiodomésticos puede

variar hasta 4" col.de tI2O. usando sistemas de etapa sencilla; los sistemas de

dos etapas mantienen la variación de la presión en 1,, c.de I{2o. Los nuevos

aparatos de mayor eficiencia requieren este conüol m¿ís estricto para encender

adecuadamente y operar estable y eficientemente.

4.7.6.-2 Menos congelación. La congelación del regulador ocurre cuando la

humedad del gas se condensa y se congela en las superficies frías de la boquilla

del regulador' La boquilla se enfría cuando gas a alta presión se expande a

través de ella hacia adenho del regulador. El enfriarniento es aun mayor en

sistemas de etapa sencilla a medida que el gas se expande de la presión del

tanque a ll" C.de I{2O. a fiavés de una sola boquilla del regulador. Esta

expansión del gas en los sistemas de dos etapas se diüde en dos partes, con el

efecto de congelación más reducido en cadaregulador.

4.7.6.3 Economía en la instalación. En un sistema de etapa sencilla, la tubería

de transmisión entre el depósito y los aparatos elecüodomésticos debe ser lo

suficientemente grande para que acomode el volumen de gas a ll', c.de Iüo.

79 ¡--%

I Univ:rsi.Jad.4:llilnom¡C...c¡Ccrt¡ |

I r;i:ut0N u8t rCiL_ l I

Page 88: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

En conhaste, en un sistema de dos etapas la tubería ente el regulador de

primera y segunda etapa puede ser más reducida, ya que strminista gas a l0

psig' al regulador de segunda etapa. Con frecuencia" el ahorro en el precio de

la tubería pagapor el segundo regulador.

Como beneficio adicional, los sistemas de etapa sencilla se pueden convertir

f;iciknente sistemas de dos etapas usando las fuberías existentes cuando ést¿s

se welven inadecuadas para llevar cargas adicionales. Este es el mejor método

y el miis barato para corregr el problema.

4'7 '6.4 Permite la instalación de aparatos adicionales en el futuro. Los

sistemas de dos etapas ofrecen un alto grado de flexibilidad en instalaciones

nuevas' En un futuro' se pueden añadir aparatos ala cargaacfual, siempre que

el regulador de alta pueda soportar el aumento, añadiendo un segundo

regulador de baja presión. Esto se logra proyectando adecuadamente las

futuras expansislles que pueda sufrir el sistema.

4'7'6'5 Etapa de alta regulación. Que comprende desde la salida del tanque

que suministra el gas hasta la enfiada del primer aparato instalado en Ia línea.

80

Page 89: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Nuestro consumo para seleccionar el quemador será igual a :

290.000+ ó5.000) + 3}yopara posibles ensanches.

El total será de 4ó1.500 Bh/hr

De acuerdo al catalogo REGO para la primera etapa de regulación podemos

seleccionar el siguiente. De la tabla No.r4 y de la figr'a g seleccionamos el

2302TR, con una capacidad de 500.000 Btulh.

Tabla No.l5. selección del regulador de la primera etapa

Fuente: Catalogo REGO

4'7 '6'6 Etapa de baja regulación. Esta conformada por la línea donde esüí

instalado el primero y el ultimo aparato o quemador del gas. Ver plano de la

instalación del sistema de regulación. Para esta etapa el catalogo REGO

recomienda seleccionar el de la tabla No.l5.

Númerode parte

Conexiónde

enfrada

Conexiónde salida

Dimensión delorificio

Presióndedescarga

de fabrica(psie)

Rango deajuste(psig)

Capacidad enBtulhr

2302TR NPTH der/^

NPTH del/2"

v," l0 psig 5-10 500.000

81

Page 90: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.2.7 Accesorios de entrada. Los accesorios de enfiada üenen disponibles

para ser ensarnblados en el regulador seleccionado. Para nuestro caso

utilizaremos los de la tabla ló y de la figura 9.

Tabla No.16. Selección del regulador de baja presión.

Fuente: Catalogo REGO

Tabla No. 17. Selección de los accesorios de entrada.

Fuente: Catalogo REGO.

Númerode parte

Conexiónde

entrada

Conexiónde salida

Dimensión delorificio

Presióndedescargade fabrica(psig)

Rango deajuste(psie)

CapacidadenBh¡lhr

LV4403B4

NPTH det//2

NPTH de

l/2l/2" I psig 5-10 935.000

Número de parte Descripción

970 AXS POL de punta dura con tuerca de llave

y exceso de flujo

82

Page 91: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

LV4O484LV44O3TR9

LV440384

Figna 8. Regulador de alta presión de la primera etapa.

97OAX 970N(S

83

Figura 9. Accesorios de entrada.

Page 92: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.2.8 Manifolds para cambio manual. Se utilizan para proporcionar una

forma positiva para cenar una línea de servicio inintemrmpido mienüas se

reemplaza el cilindro vacío. El manifolds seleccionado es el dala Tabla No.17

y el de la figura I l.

Tabla No.l7. Selección del Manifolds

4.7.2.9 Adaptador para manómetro de alta presión. Diseñado para probar las

lÍneas de alta presión, tiene un manómetro 9488. Se coloca¡á a la salida del

tanque o regulador para probar la calibración correcta de este y suministrar la

presión adecuada al sistema que debe ser de l0 psig. Ver Tabla No.l8 y la

fi,gwa 12.

4.7.2.10 Medidor rotatorio (Rotogages). Este medidor estii diseñado para

detenrrina¡ la cantidad precisa del contenido de Gas G.L.P. en un recipiente. se

Número de parte Conexiones de entrada Conexión de salida

l42t R Abocinado invertido de

Yo"

NPT M de l/4"

Fuente: Catalogo REGO.

84

Page 93: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No.18. Adaptador para manómefros.

* Conexión de manguera de Yo"

** Conexión de manguera NPT M. de l/8"

puede montar al lado o en la cabeza en un acoplarniento estándar NPT de 3A"

en recipientes móviles o estacionarios. Ver tabla 13 y figura 10.

Nota. El tubo de nivel debe cortarse a la longitud requerida (mit¿d del diámefo

interior del recipiente menos Yt"), cuando se monta en la línea del centro del

tanque.

rS,

Número de

parte

Servicio Material del

cuerpo

Presión

M¿ixima

Tamaño del

cuerpo

Diüsiones

de

incrementos

2434A-2+

Sólo Gas

G.L.P.

Acero

2 Y," l" c.A. Y I

oz.

2434-2 ** 35" C.A. y

20 0z(DOBLE)

3226A-3 30 psig 2" %psig

Fuente: Catalogo REGO.

85

Page 94: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Figura No.l0. Selección del Manifolds

Figura 11. Adaptador para manómetro de alta presión.

86

Page 95: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No.l9. Selección del medidor rotatorio.

Figura No. 12 Medidor rotatorio.

87

Número dedelparte

medidor

Número depafte del tubo

Para recip.Con undiámetrointerior:

Conexión altanque

Orificio delasiento de lavalvula

2070co 2071-L2s.7r'.

Hasta de 40" NPT M de314"

Tamaño debroca No. 54

207r-139.7 Hasta de 60"Fuente: Catalogo REGO.

Page 96: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.3 DEPOSITO PARA ALMACENAR EL GAS PROPANO.

Al salir el gas de un depósito de propano, disminuye la presión en el interior de

este, para compensar esta pérdida de presión, la fase líquida entra en ebullición

: cediendo calor para la vaporización, por lo que la temperatura del propano

h líquido decae.

El calor perdido por la vapoización del líquido es reemplarado por el calor del

aire que rodea el depósito. Este calor se transmite del aire por las superficies

metiilicas del depósito hacia el líquido . Lazonadel depósito en contacto con la

fase gaseosa no se toma en consideración porque el calor que absorbe esta fase

es insignificante.

La superficie del depósito bañada por el líquido se conoce como la*zona

mojada". Mientras mayor sea esta zona mojada, o en oüas palabras, mienfias

mayor cantidad de líquido haya en el depósito, mayor será la capacidad de

vaponzación del sistema.

88

Page 97: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Un depósito de mayor tamaño, tendrá, como es natural, mayor zonamojada, y ,

por consiguiente, mayor capacidad de vaporización. Esta parte se debe

manejar muy bien al seleccionar el tanque, teniendo en cuenta los costos de

fabricación del mismo.

4.7.3.1 Instalaciones para el consumo total. Para poder determinar

apropiadamente el tamaño del depósito, el regulador y la tubería, deberá

determinarse preüamente, el consumo total en Btu. El consumo total es igual a

la suma de todas las cantidades de gas utilizadas en la instalación. El resultado

es el consumo total en Btu en todos los aparatos instalados.

Los consumos en Bfu se podnin obtener por las especificaciones contenidas en

las placas de los aparatos o refiriéndose a los manuales de los fabricantes.

Debemos considerar las futrnas inst¿laciones de aparatos para evitar cambios

futuros en los diiimefios de las tuberías y depósitos de almacenamiento.

Para nuestro caso se proyectará el depósito para abastecer el consrno del

equipo calentador y una estufa doméstica.

89

Page 98: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Aparato Consumo en Btu/hr Consumo en Btu

Estufa doméstica 65000 65000 * 1

Eqüpo calentador 72s00 72500 * 4

Total 360000 Btu

4.7.3.2 Depósito para almacenar el G.L.P. según ASME. para determinar la

cantidad y la vaporización del gas propano (G.L.P.) requerido por el sistema,

debemos utilizar la tabla 20.

Para cfimensionar el depósito se tendrá en cuenta la norma ICONTEC 3527 que

rige la construcción de dichos depósitos.

En el manejo de los G.L.P. se utilizan en general recipientes construidos con

las especificaciones de la ASME ( American Society of Enggtneers),llenados

con base a su voh'nen, y los construidos con especificaciones DOT

(Deparment of Transportacion) que anterionnente estaban construidos con las

especificaciones de la ICC (Interstate Commerce Commission), utilizados en

90

Page 99: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

nuestro medio para bajos volúmenes de combustible y llenados con base a su

peso.

Tabla No.20. Promedio de vaporización de los depósitos en función de la

temperatura promedio

Fuente: Ibid

Los recipientes construidos con las nonnas ASME se caractenzanporque sus

capacidades calculadas en volumen equivalente de agua que pueden contener,

generahnente expresadas en galones; son construidos en acero y, fll muchos

casos formados por dos cabezas soldadas a cada exfiemo de un cilindro o

"bala"; disponen de varios orificios o tomas para los diferentes accesorios de

que deben disponer.

LBS. DEPROPANO

ENCILINDRO

GASTO MA)ilMO CONTINUO EN Bru/hr A DISTtr nASTEMPERATURAS EN GRADOS FAHRENI{EIT-19 "c 20 0F 40 T. 60 0f 70 "F

0 "F (- 6'C) (4.5.C) (15 .C) (21 "C)100 I13.000 r67.000 214.000 277.000 300.00090 104.000 152.000 200.000 247.000 277.00080 94.000 137.000 180.000 214.000 236.00070 83.000 122.000 160.000 199.000 2t4.00060 75.000 109.000 140.000 176.000 192.00050 9.000 94.000 125.000 rs4.000 167.00040 55.000 79.000 105.000 131.000 141.00030 45.000 66.000 85.000 107.000 I18.00020 36.000 51.000 ó8.000 83.000 92.000l0 28.000 38.000 49.000 60.000 66.000

91

Page 100: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

La identificación del recipiente se encuenfia en su placa, con datos como su

capacidad en volumen de agua, el tipo de inst¿lación para el cual fue diseñado

(enterrado o expuesto), presión de diseño, su área exterior, dimensiones

generales, espesor de la lámina del cuerpo y de las cabezas, etc..

Los recipientes tipo ASME pueden ser diseñados para instalaciones móviles o

estacionarias y para cadauna de ellas tiene sus características importantes.

Los recipientes de gases licuados del petróleo deben ser dotados de una

instrumentación que garantice una adecuada operación" dentro de límites

aceptables de seguridad, tanto para los equipos como para las personas.

La figura .14 nos muesfia las medidas b¿isicas de un depósito para G.L.p.

4.7 -3.4 Calculo de la capacidad del tanque. Para hallar la capacidad del tanque

empleemos la formula de vapoización ;

D*L*K {nldonde, D: di¿ímefro exterior en pulgadas

L: longitud total en pulgadas

92

Page 101: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Figrra 14. Dimensiones de un de,pósito para G.L.p. segun ASME.

K: constante para el porcentaje del volumen del líquido-enrase

Para hallr el valor de K debemos utilizar la tabla 21.

En esta ecuación se ha considerado para la tanmisión del cals en la

superficie "mojada", como temperatura mínirna pra el liquido - 20 T yuna diferencia de temperatura con el meüo ambiente de 20 T. I-a znna

de fase gasffsa en el depósito, no ha sido tomada en cuenta, pues su

efecto es insignificante

93

Page 102: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

65000 Btu/hr x 1.0 hr : 65000 Btu

72500 Btr¡/hr x 4 hr : 290.0008tuTotal 355.000 Btr

Tabla No. 21. Capacidad de vaporización del Gas propano.

Fuente: Ibid

355.000 x 30 x 1.0: 10.650.000 x I Gln: 114.5 gnlones93000 Btu

que representan el consr¡mo realmente gastado.

150 + 30

I14.5 -+ X

X :23 días

se recomienda utilizar dos (2) pipetas de 100 libras cada rme

Porcentaje contenido enel depósito

o'K'o es igual a : Crycidad de

vaporizaeió'n del G.LP. a0 T €n th¡/hr)

ó0 100 DxLx 10050 90 DxLx9O40 80 DxLx8030 70 DxLx7020 ó0 DxLx60l0 45 DxLx45

94

Page 103: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.7.3.5 Manera de situar correctamente los silindros y taoqrns. Después de

haber determinado la cantidad necesaria de cilindros ICC o los tamaños

apropiados de depósitos ASME de almaoenamiento, dsberá sekccionase

cuidadosamente el sitio de mayor acceso y de mayon soguridad (ryrobada) para

su instalación.

Deber¿án tomarse en consideración los deseos del cliente en cuaüo al sitio de

su colocación; así como las facilidades para el cambio de silindros.

hnportante: Debe darse preferencia a cualquier reglmento local o nacional

sobre la materia para su miis estricto cumplimiento.

Para situn corrsctamente los cilindros véase la figura 15.

4.7.3.5 Calculo de la rejilla de ve,ntilación. I¿s rejillas de r¡e,ntilación deberán

ubicane tan serca del utefacto a gas como sea posible, IEro obserrando

precaución para evitar que las corrientes de aire puedm llegar a ryagar los

quemadores principales a los pilotos de los artefactos

355.000 Btr¡¡tr * 7.5 cm2 : l33l cm22000 Btu/br

9s

Page 104: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

I¡ forma & h (c) rcjiila (s) es mda dc rcoüdo al So y oryaob Ercso pqna pca ello, rrcr figrnr 16.

Figwa 15. Colocación de las rejitlas dc wüit*ién"

REJILLAS DEVENT¡LACIBN

PASTERIZADOR

96

Page 105: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

4.8 CÁLCULO Y DISEÑO DEL SISTEMA DE TIRO INDUCIDO:

Los contaminantes residuales se liberan hacia la ahósfera" idealmente a

niveles que se consideran inofensivos por completo. Esta liberación con

frecuencia se realiza mediante dilución aI utilizar chimeneas elevadas. las

cuales emiten los humos hacia la atmósfera a una altitud suficiente para

asegurar alguna dilución antes de que ocurra un contacto a nivel de la tierra.

Cuando la emisión ocurre por encima de una capa térmicamente estable,

entonces esta capa servirá como barrera para su dispersión hacia el nivel de la

tierra, creando una pluma (capa de humo) de elevación.

Cuando el terreno no es uniforme, como raÍa vez sucede, interfieren ofios

factores. Respecto a las chimeneas, el factor m¿is comr¡n es el incremento en

difusión que ocrilre hacia abajo sobre el lado de los edificios. La regla para

lograr una buena dispersión es construir la chimenea al menos dos y media

veces la altura de los edificios o casas vecinas, en nuesfio caso se utilizará una

altura de cinco metros, por no existir en la zonaedificaciones muy altas.

4.8.1 Selección de la chimenea. Nuesüo sistema de tiro inducido lo constituve

97

Page 106: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

una pequeña chimenea clasificada en el directorio de equipos de gas y gas-oil

de W como "chimeneas de tipo residencial, y de aplicación a la calefacción de

edificios", las cuales se destinan a ventilar gases de combustión con

temperaturas inferiores a 538 "C, según UL estiis chimeneas son del tipo A.

Tabla No.22. Selección de chimeneas

Fuente : Manual de diseño de calefacción y ventilación. IIVAC.

La chimgne¿ según la norma NFPA 221, nos recomienda una del tipo

prefabricado adecuada para calefacción de residencias y de edificios, el tipo de

chimenea es meüllica (lámina galvanizada calibre 22), conformada en forma

Columna I Columna tr Columna Itr

Tipo de shimenea.

l. Tipo prefabricado:

pña calefacción

residencial y de

edificios.

l. Tipo prefabricado:

pal:a calefacción

residencial y de

edifisis5.

I . Prefabri cada (760'C).

2.De albariilería, tipo

residencial.

2.De albarlilerí4

baja tasa térmica.

tipo 2.De albañilería, tipo

baja tasa térmica..

3. Metiilica, tipo de baja

tasa térmica.

3. Meüilicq tipo de baja

tasa ténnica.

98

Page 107: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

circular y con recubrimiento aislante de lana mineral o una pinhra metaltzada

anticorrosiva., ver plano en anexos @artes que componen la chimenea).

4.8.2 Conectores para equipos de gas homologados : Los conectores ser¿in del

tipo de material del tubo, de metal resistente a la corrosión y al calor, no menos

del acero galvantzado de 0.016" (0.406 mm) (galga 28) de espesor. La

distancia de seguridad para conectores galvanizados de pared simple será de

152 mm.

Tabla No.23. Espesor de metal para conectores de tubos de acero galvanizado.

Fuente : Manual de diseño de calefacción y ventilación. HVAC.

4.8.3 Efectos de corrosión: La mayoría de estas chimeneas (de baja

temperatura) son utilizadas en viüendas de uno o dos pisos, por lo que el

recorrido de la chimenea es relativamente corto. Hasta ahora no se ha

Diarnefro del conector,pulgadas (mm).

Calibre de la chapagalvant?ada. núm.

Grosor mínimo, pulgadas(mm).

<ó(<152)

6-r0(152-2s4)

rr-r6(2s4406)

>16(>406)

26

24

22

l6

0,019(0,49)

0,023(0,59)

0,029(0,74)

0,056(1,42)

Univcrsica,i Aulónom¿ rl? Lictdcnle !sEccloi'{ BrBLrorujA I

99

Page 108: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

detectado ningún problema real con el gas propano.

4.8.4 Dimensiones de la chimenea:

4.8.4.1 Tiro teórico: el diseño de chimenea incluye las fuerzas equilibradoras

que tienden a producir flujo (tro) confra aquellas que tienden a refrasar el flujo

(rozamiento). Lafuena que produce el flujo por gravedad o chimsns¿ de tiro

natural se denomina <<tiro teórico>>, definido como la presión estática que

resulta de la diferencia de densidad enfie una columna estancada de gases de

combustión caliente y una columna equivalente de aire ambiente. El tiro

teórico se puede calcula¡ mediante la ecuación:

D, =c,nH(f -1_,,) {24\

Siendo DE: tiro Teórico, Pa.

Cr :0,03413.

B : Presión barométrica, mm Hg

H: altura efectiva de la chimenea, m.

To: temperatura exterior, "C absolutos

100

Page 109: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Altitud sobre el nivel Presión

del mar (m) Hg. Pa.

610

T.219

1.829

2.438

3.048

29,92

27,8

25,8

24,0

22,3

20,6

tOr.293

94.116

87.34s

81.251

75.946

69.740

Tabla No.24. Presión barométrica v altitud

Fuente : Manual de diseño de calefacción v ventilación. HVAC.

De las tablas 23 y 24 tomamos la presión barométrica en función de la altitud y

el espesor de metal para conectores de tubos de acero galvanizado.

De la fórmtrla {24} tenemos que si reemplazamos los valores tenemos :

Dt =.034 13*23.4*4( +- ¡ = 0.073 io n O\307 4s5)

Dt = 0.073 rn H2O f Ju : .0.0003 pa249

4.8.4.2 Caudal m¿ísico de productos de combustión : El caudal (gasto) miisico

de una chimenea o sistema de ventilación puede ser üferente al del equipo

101

Page 110: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

dependiendo del tipo de control de tiro o el número de equipos en

fimcionarniento en el caso de un sistema multiple. El uso de consumo miisico

Tabla No.25. Temperaturas de salida de algunos equipos

es preferible (al caudal en mefros cúbicos) porque permanece constante en

cualquier porción continua del sistema indiferentemente de los cambios de

temperatura o presión. Para los gases de chimenea procedentes de cualquier

proceso de combustión, el consumo másico W, en Kgft^, se puede expresar

como :

w: MI {25}

siendo I: consumo de calor del equipo, W

Tipo de Equipo. Temperatura de salida, "CEquipo de calefacción a gas concamDana extractora

r82

Equipo de calefacción a gas GLP concamDana extractora

182

Equipo de calefacción a gas sinc¿unpana exfractora

238

Equipo de calefacción a fuel-oil,residencial

293

Incinerador convencional 760Fuente . Manual de diseño de calefacción v ventilación. HVAC.

102

Page 111: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

M: consumo másico, kg de productos de combustión por 1.000 W de

combustible quemado

La Tabla No. 26 indica los consumos másicos para distintos combustibles y

equipos.

Retomando la ecuación {23}, se tiene ;

225.000*0.9 ^A.W=1

- ='.zu}Lblh (gzKglh) de gases de combustión

1.000

Para determinar las pérdidas en la chimsas¿, la velocidad debe ser calculada

por la ecuación{24}

y = ----J{--P-*Cz *d2

siendo V: velocidad, rnls

{26}

M: consumo másico, kg/h

p: densidad del gas de combustión, kd-t

d: diámetro, mm

Cz:0'785

Si se desconoce el diámetro, se puede hacer una estimación razonable

utilizando una velocidad de 5.2 m/s, despejando d, en la ecuación {26),

103

Page 112: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Combustible Equipo Caudal másico. KlGas naturalGas naturalGas PropanoFuel-oil

Contaminantes c¿rmpana

extractoraSin campana extractoraContaminantes c¿unpana

exfractoraTodos

0.6880.3870.7050.533

Tabla No.26. Caudal masico

Manual de diseño de calefacción v ventilación. HVAC.

{2t}P-*Cz*V

-,y¿d--l- :3.6=4"\l 0.75*0.785*5.2*3600

De {2ó} se tiene,

V_0.75*0.78f (O.Olr+)'

= 18705.3 (5.19 m/s) velocidad real (17 Fls)

4.8.4.4 Coeficiente de resistencia . Debemos hallar el factor de rozamiento de

la figura 16.

Para nuesfro calculo inicial usaremos :

Tubería de 4" diámetro K:0.32 (.0914/101.6F 0.003

92

K:0.46 9Jtlld(mm)

Longitud 3 m

104

Page 113: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

6

E.Ecot€€r '6

sl¡ =5n!

oO!o>¡go.E7E¡¡¡É€rd 'qaáAE4!E¡--2: E

.g

0EI

E6

oÉoI6

ll60€{0e,2

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A

ü

¿

3qI-

I

I-T- -

I

'[.l -(

.f xo¡ccIu.¡ gq sJ¡¡sIf,¡JsoJ

Fuente : Manual de diseño de calefacción y ventilación. HVAC.

Figura 16. Factor de rozamiento para tubería

Page 114: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

I conffacción gradual k:0.02

Perdidas del sistema:

K*O *v2 0.02+0.73*h7\'P - ---m = 0.01263In IüO5.19*2*9 5.19*2*32.2

P: 3.237 Pa

- Tiro teórico : Dt: 0.255 B*H (llTo - l/Tm) {281

Dt: 0.255*23.2*3 (11300- ll453Y 0.02 In IüO (a.98Pa)

4.8.4.5 Equilibrio del sistema:

Conocidos :presión neutral en la salida, tenemos que,

ap: Dt {2gl

Total pérdidas del sistema;(0.02*3.237)+(0.01*3.237):0.09 In de IüO (22.41

Pa).

Como las pérdidas son mayores que el tiro teórico, debemos recalcular el

diseño aumentando longitud o diámetro,

105

Page 115: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

ensayo l. Di¿ímefro a 6"

Longitud 5 m

Tubería zincada calibre 22. Acero 1025

u =4= 1.9 m/s velocidad real (6.25 Fls)0.75*0.785* (0.153)"

Coeficiente de resistencia : Tubería de 5 m, K: 0.46 t ,"*,1

p - 0'0ry'7jtL6?5)' =.00085 rn rüo (0.21 pa)

5.2*2*322

- Tiro teórico : DF 0.255 B*H (1/To - l/Tm) {30}

DF 0.255*23.2*5 (l/300- 11453):0.03 In IüO (S.3pa)

r Equilibrio del sistema :

ap: Dt

Total pérdidas del sistema; (0.02*.0151) *0.00085: 0.00003 InHzo (0.0074

Pa).

Como el tiro teórico Dt : 8.3 Pa, excede de las perdidas, por tanto los

humeros y la chimenea esüln bien dimensionados.

4.8.4.5 Control de los humos. Dado que tenemos una ventaja en nuestro

equipo por el poco gas que se consume, y? que el proceso sólo se reahza cada

106

Page 116: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

día y medio, coloca¡emos un filno llamado de tela o de fibra denfio de la

chimenea para depurar el aire de partículas contaminantes. Este filro se

introduce a la chimenea por medio de una pequeña ventana que tiene la

chimenea a una altura de 1.90 m.s.n.piso, este filno será en forma de tamiz con

un diámetro de 5 15/16 ", el cual va pegado a un redondel hecho de varilla % de

di¿ámetro para poder sacarlos f,ícilmente y limpiar o carrbiar latela. Ver figura

17 ,üsta en planta y partes que componen la chimenea.

La temperatura a la cual pueden fimcionar los filfios de tela es en esencia una

función de las características de las fibras con las cuales estiln hechos los tubos

o camisas. Pa¡a uso comercial a las temperahrras m¡ls elevadas se encuenfran

disponibles las telas de fibra de üdrio, las cuales funcionan a temperaturas

superiores a 270'C. las fibras sintéticas tales como Nylon, Terylene, Nomex,

frmcionan a temperaturas mris bajas pero dan tasas de filtración mucho más

elevadas que las de fibra de río.

107

Page 117: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

SOMBRERETE

TRO DE TELA

D. ó'

VARILLA D.III"'

,' DETALLE A

XION DELRESPIRADERO

Figura No.17. vista en planta y partes que componen la chimenea.

ffi#

108

Page 118: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

5. METODOLOGÍA

Para llevar a cabo este proyecto de grado fue necesario realizar los siguientes

pasos:

5.1 Toma de datos del eqüpo calentador. A través de un compañero de clase

se conoció del problema que afrontaba la fabrica de " Helados PRIMOS ' con

el equipo calentador actual debido al alto consumo de energía al reahzar el

proceso.

Para conocer el consurno real de kilovatios por cada proceso se midió el voltaje

a la entrada del equipo en la cuchilla principal. Utilizando para ello una pinza

voltiamperimétrica facilitada por los laboratorios de la universidad. Se

cronomefró el tiempo de duración de cadaproceso.

5.2 Calculo de la carga térmica. Para realizar los calculos de la carga ténnica,

se midieron las temperaturas en la parte interna y externa del equipo y la

mezcla; esto se realiz[ con una termocupla facilitada por los laboratorios de

109

Page 119: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

la universidad. Estas temperaturas se tomaron en pleno funcionamiento del

equipo y después de haber franscurrido un tiempo determinado, logrando con

esto tomar unas temperaturas más reales y con menos porcentaje de error.

Se realizaron planos del prototipo actual, describiendo los materiales y partes

que lo componen .

5.3 Calculo de la pérdida térmica. Se calculó la pérdida de calor a fiavés de las

paredes del equipo, debido a que este no est¡i aislado termicamente. Con

esta pérdida de calor se conoció la cantidad de aislante requerida por el

sistema para lograr una mejor eficiencia en el proceso y disminuir al miáximo

las pérdidas de calor.

5.4 Calculo del consumo de energía en Kilovatios. Se realizó el calctilo de la

energía consumida por el equipo en cada proceso realizado, esto para

conocer [a cantidad de calor en Bfulhora necesarios par:a satisfacer y

equilibrar el consumo de energía en kilovatiosihora (Kdhr).

5.5 Selección del quemador. Con estos c¿ilculos y conociendo la cantidad de

calor requerida en Bfulhr, se procedió a seleccionar el quemador adecuado, que

110

Page 120: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

satisfaga y cumpla con las características técnicas y de espacio requeridas por

el proceso.

5.6 Sujeción del quemador Se procedió a diseñar el sistema de sujeción del

quemador en la parte inferior del equipo, se usaron dos aros de varilla de y+',

pot 22 y 26"de diarnefio cada uno, soldados a las patas del equipo por medio

de varillas para así soportar el peso del quemador, adem¿is son materiales que

deben resistir el calor radiante que se producirá en esta parte.

5.7 Calculo de la cantidad de aire parala combustión. Como el equipo en la

parte donde se instaló el quemador estil descubierto totalmente, se calculó la

canüdad de aire necesaria requerida para lograr una optima combustión del gas

(G.L.P). Conocido el consumo de aire se procedió a cerrar la parte inferior del

equipo dejando un espacio de 1.5" sobre el piso, para permitir por allí el

ingreso del aire y proteger a las personas que trabajan en la zona del calor

radiante generado por el proceso, utilizando una liimina de 3/g ", acero 1045.

Esta l¿imina se aislará en su parte extema con lana mineral para eütar la fuga

de calor.

lil

Page 121: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

5.8 Selección del aislante Térmico. La selección del aislante térmico rs ¡salizó

después de conocer la cantidad de calor que se pierde por las paredes,

corroborando que las propiedades del aislante escogido cumplan con las

necesidades de soportar el calor y aislar bien el equipo sin sufrir cambios en su

estructura interna. Ver figura recubrimiento con aislante del capitulo 6.

Especificaciones finales del equipo.

5.9 Calculo del sistema de tiro inducido para la exhacción de humos. Como la

combustión del gas G.L.P. produce hrunos, estos se deben evacuar a la

atmósfera sin causar contaminación y deterioro del medio ambiente. Para eüta¡

esto se procedió a diseñar y calcular una chimenea de tiro inducido con la

cantidad de flujo masico producida por el.

A la chimenea se le adicionaron dos filtros de tela para purificar el aire arojado

a la atuósfera. Dichos filtros son remoübles y se pueden cambiar o limpiar.

5.10 Recalculo de la carga térmica. Después de aislar el equipo térmicamente,

se recalculó de nuevo la pérdida térmica" comprobando la eficiencia del aislante

t12

Page 122: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

al eütar pérdidas de calor al funcionar el equipo.

5.11 Recomendaciones a tener en cuenta. Las recomendaciones y cuidados a

tener en cuenta al manipular gas G.L.p. no se pas¿ron por alto y están

contenidas en el capitulo de recomendaciones generales. Se deben leer con

cuidado p¿Ira no tener accidentes graves y lograr aplicarlas en cualquier

eventualidad.

5.12 Normas y reglarnentos. Se acataron las normas y reglas que rigen la

ejecución de este tipo de proyectos, en donde está involucrado el uso de gas

G.L.P. y la energía eléctrica.

5.13 De la Instrumentación: Como el proceso de calentamiento es necesario

controlar la temperatura por un corto tiempo, se requiere utiltzar las siguientes

pafies:

Una viílvula Locldite (Lt), esta permite la graduación del paso del gas a una

orden generada del confiolador de temperahrra, entonces tenemos :

Variable controlada: La temperatura

ll3

Page 123: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Variable manipulada: El caudal de gas

Elemento final de conhol: Una viílvula

Elemento de realimentación: Medidor de bulbo y tubo capilar (tennopar)

Sistema controlado: Equipo calentador

Posibles causas de perturbaciones: La no variación de la temperatura en la

mezcla.

El elemento de enfiada, el Comparador y el Controlador, se ubican denfio de

un mismo dispositivo netrmático, que se denomina controlador de temperatura.

Generalnente los controladores utilizados en procesos industriales son

ajustables, lo que significa que el valor de referencia, valor deseado para la

variable controlada" se puede variar dentro de un rango preüamente definido.

El bulbo sensa la temperatura de la mezcla y transmite la información al

controlador por medio del tubo capilar. El conholador de temperafura, que en

este caso es una termocupla digital, compara la señal proveniente del tubo

capilar con el valor de referencia y aumenta o disminrrye la señal eléctrica que

gobierna la v¿ilvula que confiola el caudal del gas.

tt4

Page 124: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

6. ESPECIFICACIONES FINALES DEL EQUIPO

Después de realizados todos los c¿ilculos que nos demuestran la necesidad de

realizat carnbios o modificaciones al equipo existente, para lograr con esto que

el proceso sea más económico y más eficiente en su parte operacional, se

describen a continuación las especificaciones finales que tendrá el equipo:

o En cuanto a la lana mineral o recubrimiento (aislante térmico) para eüta¡ la

fuga de calor. Segun la figura 18.

Se dejó un espacio de Yr" entre la lana y el equipo para hacer más resistencia a

la fuga de calor hacia el exterioÍ, ya que aire contenido en el espacio, hace

mayor resistencia al escape de calor. La lana mineral se recubrirá con un foil

de Aluminio (kimina delgada de Alurrinio) protegerla del a$ny los productos

líquidos que allí se manipulan y darle un mejor acabado.

115

Page 125: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

CHt¡.tEltEA

AGITAi}Oñ

LANA HINERAL DE I.2O X 2 },I X I'

uActo flE 0.s"

Figura 18. Fijación de la lana mineral y cerramiento de la parte baja del

equipo.

o Para {iar la lana al equipo calentador se rúilizanin 2 correas de

poliestireno, resistente al calor, las cuales rodeanin el equipo. La forma

del equipo en su parte posterior senin dadas de acuerdo a las

especificaciones y medidas requeridas y estipuladas para ello.

Page 126: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

En cuanto al quemador. El quemador seleccionado y requerido por el

proceso es del tipo anillo o rueda con un dirimeüo de 30 a 45 cm. y con

rma capacidad de 460.000 Bü¡/hr.

tm¿¡ D. yg'

CoF Ér üortrr $nü.

DgfArt. r

Figra 19. In¡talaci& dd qrmafu cn h fro hF dd GSúpo.

nt

Page 127: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

380,000 a 500.000 Btu/hr, oon número de serie 292

Como este quemador irá instalado en la parte infaior del equipo (r¡er figura

19), en donde se muestra la fijación del quemador; se utilizmon pra ello dos

aros de varilla de ll4" W 22 y 26" de dfuámefro respectivamente, sujetados

por varillas, para dar mayor resistencia y firmeza d qpmador, soldadas en

todos sus rmiones o juntas con soldadr¡ra 6013. El quemador se colocmi

sobre estos aros a una distancia de 6 a l0 cm. de la pute inferior del equipo

para lograr que la llama alcance un estado perfwto de combustión y el calm

radiante abarque la mayor iirea posible.

En cuanto al grifo por donde sacan el producto terminado, como esúe es de

1.5" de diámefro, se le debe hacer rm alargroriento de 17", para sacar el

grifo de la zon donde el calor va a chocar directamente con el calor. Este

tubo se debe recubrir con r¡na lámina de 318" para witar que el calor pueda

ocasionar daños al material.

n8

Page 128: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

¡ Del cerramiento de la parte baja del quemador. Como el equipo gn su parte

baja es abierto por todo el di¿ámeüo, se debe proceder a cubrir esta parte con

una lámina de acero inoxidable calibre 22, porque es rm m6orial resistente al

calor y a la oxidación, esta lámina irá contenida desde el fondo del equip

hasta l" por encima del nivel del piso, esta abertura se deja con el fin de

permitir la entrada det aire primario esencial para logran rma br¡e,na

combustión. Ver figura 21.

o De la chimenea. Como la chimenea se fabricará con Lfoinas delg;adas,

quedará muy psada, lo qtre facilitará su colocación. La chimenea ini

recubierta en su parte externa por lana mineral para evitar que el calor por

convección se esparza por el recinto o sitio de trabqio. Se debe le dar buena

zujeción a la chimenea utili-ando tensores de alambre.

o De las partes que componen la instalación del gas. Esta parte está

conformada por dos cilindros de 100 libras cada uno Fra almacem el gas

L-P usado en el proceso, rlniones de cobre, manifolds, reguladOres, llaves,

medidores. Sus funciones y caracterlsticas se describen en un capitulo

anterior.

Ver plano en Anexos (Vista en planta de las instalaciones de las redes de gas)

u9

Page 129: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

0,f2c

:$ AUEMADOR

.75

Figura 20. Prrdccaión dd grifo id€dsf pq' dmde wrwl d foügotcrminú.

na

Page 130: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

SOMBRERETE

GUARDAGUAS Y JUNTADEL TEJADO

DETALLE A

FILTRO DE TELA

ONEXION DELRESPIRADERO

Figura 21. Chimenea y filfios purificadores.

t2l

ffi#ARILLA D.]/1"'

Page 131: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

7 RECOMENDACIONES GENERALES.

Nota: colocar en sitios visibles lefreros o aüsos alusivos a: NO FUMAR

PELIGRO GAS PROPANO.

7 .l Pan los reguladores de gas.

. Se deben inspeccionar regularmente.

' La üda de servicio confiable de un regulador es de menos de 15 años en la

máquina de las aplicaciones.

' Todos los reguladores de instalaciones extemas, excepto los reguladores

usados para aplicaciones industriales portiítiles, deben ser üseñados,

instalados o protegidos para que su operación no sea afectada por los

elementos (escarchas, ganizs, nieve, hielo, lodo o partículas), si se

encuenfran a la intemperie.

122

Page 132: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

7 .l .2 Reguladores defectuosos y/o inoperantes.

. Los reguladores defectuosos pueden causar fres tipos de peligro:

l. Presión alta de Gas-LP en un sistema corriente abajo del regulador.

2. Fugas de Gas-LP a la atnósfera del regulador mismo.

3. Pérdida de presión debido a una "congelación" en el orificio.

' El gas a alta presión en las tuberías y los aparatos elecfiodomésticos puede

causar fugas en las fuberías y daño a los controles de los quemadores de los

aparatos, con la posibilidad de incenüos y de explosiones.

Las causas de gas a alta presión en un sistema son:

o Respiraderos del regulador tapados u obstruidos.

o Los respiraderos deben estar limpios y completamente abiertos todo el

tiempo para que la v¡ílvula de aliüo de presión, descargue a la atuósfera a

través del respiradero.

t23

Page 133: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

. Los reguladores deben instalarse con el respiradero hacia abajo. En casos

en que el respiradero del regulador tenga un tubo de descarga, la salida de

este tubo debe ser hacia abajo.

o Los respiraderos y/o los tubos de descarga deben protegerse con 'na malla

para prevenir que los insectos los obsfuyan.

. Los reguladores se deben inspeccionar regularmente cuando se llenan los

cilindros.

. El regulador se debe carnbiar si falta la malla del respiradero y hay

evidencia de substancias for¿áneas alrededor del respiradero. Este tiene una

üda útil aproximada de l0 a 15 años dependiendo del medio donde este

funcionando y del mantenimiento que reciba.

o Se debe seleccionar muy bien el regulador apropiado para cada sistema.

o Si hay eüdencia de corrosión, reemplace el regulador.

7.1.4 Uniones roscadas. Las roscas a utilizar son las especificadas por las

normas ICONTEC v ANSI.

t24

Page 134: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

En las uniones roscadas se utilizará de preferencia cinta teflón o sellantes

anaeróbicos, quedando prohibido el uso de ceñamo y pinttna. Si las roscas se

encuenúan rotas o incompleta, deberá cortarse el fiamo roscado y rehacerse la

rosca.

Las tuberías de las instalaciones intemas debenán quedar a salvo de daños

mecánicos cuando crucen pasillos o lugares del tr¿ánsito de personas o

vehículos.

Cuando queden adosadas a las paredes, deber¿in sujetarse con abraz-aderas,

soportes o grapas adecuadas de acuerdo con las distancias especificadas.

Deberá existir una sep¿Iración mínima de 20 cm. de conductos eléctricos.

No se admiten curvas o dobleces en las tuberías rígidas, debiendo absorberse

cualquier ca¡nbio en dirección por medio de accesorios. No se permitiran

uniones en framos rectos menores de 6 mehos que no tengan desüación.

t2s

7 .1.5 Accesorios.

Page 135: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Los accesorios utilizados deberan curnplir las normas establecidas. Para la

instalación de la valvula principal, reguladores, válvulas de corte y medidores

se deberá ttiüz-ar el menor número de ellos para reducir los puntos potenciales

de fuga.

Las válvulas roscadas para instalaciones domiciliarias y conexión de aparatos

de consumo serán de cierre por esfera no lubricada, con cuerpo de bronce, bola

en bronce cromada, asiento de teflón.

7 .1.6 Tuberías de cobre. Para la conexión de los aparatos de consumo se

utilizará tubería de cobre flexible tipo L, con espesor de pared de 0.039

pulgadas. Cuando las instalaciones internas se efectuen en este tipo de tubería,

se colocará a la vista y con soportes adecuados de acuerdo a las distancias

recomendadas para tal fin.

Esta tubería se procesa en caliente por extrusión obteniéndose así un tubo sin

costura. En la siguiente etapa de fabricación, en frío, se utili-an bancos de

estirado o bloques circulares para obtener los diámefros y espesores de pared

requeridos. En la etapa final se procede al enderezado, medición y corte, y a su

126

Page 136: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

enrollado. En el proceso de acabado final se le da a la tubería el temple

requerido, el cual puede ser rígido (drno) o flexible (recocido).

7.1.7 Prueba de la instalación. La prueba se deberá hacer con aire o algún gas

inerte a una presión de l 5 veces la presión de operación, pero no

inferior a 3 psi, durante un periodo de tiempo no menor de 10 minutos.

También se pennite ejecutar la prueba con gases combustibles de gravedad

específica inferior a 0.8, en aquellas líneas que operen a presiones inferiores de

0.5 psi.

En el evento de enconffar algún escape, se procederá a su localización

utilizando un detector de fugas ( de ulnasonido o de ionización de flama) o una

solución de agua jabonosa. Se prohibe el uso de fosforos o cualquier tipo de

llams directa para este fin.

7.1.8 Responsabilidades del instalador. Es la responsabilidad del distribuidor

el asegurarse que sus clientes se instruyan correctamente sobre asuntos de

seguridad relacionados con su instalación.

127

Page 137: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

En cuanto al mantenimiento y cuidado que se debe tener con los cilindros,

estos deben pintarse con anticorrosivos que protejan la lámina de posibles

medios oxidantes, no deben golpearse con fuerza, si presentan escapes deben

renovarse por ofros nuevos.

128

Page 138: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

8. EVALUACTóN BcoNóuca

8.1 Evaluación económica del proyecto. Se realizó un cuadro comparativo de

valores unitarios y se relacionarán estos precios, proyectiindolos hacia un

periodo en donde se llegue al equilibrio Inversión-Rentabilidad. Ver tabla No.

20 y 21.

La inversión inicial aproximada es de $ I ' 57 6.900 .oo pesos sin incluir el costo

de la parte de la instrumentación que es opcional.

Comparando el costo por el consumo de la energía se tiene que :

Como helados "PRIMOS" esfá en el rango de consumo 201-999999 Kwh paga

a $ 138.78 pesos el Kwh y el consumo aproximado es de 80 Kwh para un total

de $l 1.102.oo por Kwh x 4Wüa x 15 Días/mes : $ 666.144 pesos.*l2mes/año

: $7'993.728 pesos por año.

r-.---._ -I uni'"'r;J,a notonill'F;;.,i;flI sEcctoN erai,:,.t _ |

129

Page 139: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No. 27. Tarifas utilizadas por la EPSA. Empresa de Energía del Pacífico

S.A. ESP.

El valor de 100 libras de gas G.L.P. es de $ 13.000 pesos y tiene una dwación

de 12-16 horas de frabajo continuo, en nuestro caso sólo se usan de 2 a 4 horas

día de por medio, lo que significa un gasto de $ 390.000 pesos por año. La

inversión inicial sería de $3'700.000 incluvendo la instrumentación- esto nos

demuestra que la inversión se recupera en un tiempo inferior a 12 meses.

Rango Costo en pesos

Rango de 0 - 190 Kwh 2s.24

Rango de 191 - 200 Kwh 1t7.96

Rango de 201 - 999999 Kwh 138.78

Fuente : Empresa de Energía del Pacífico S.A. ESP.

130

Page 140: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Tabla No. 28 Descripción de precios unitarios.

Cantidad Descripción Valor

4 Laminas lana mingral 35600I Ouemador Bunsen S. 293 390.00I Pipeta de 100 Lbs. 70.00010 Metros tubo de cobre de3A" 17.4001 Manifolsd de3/i' 11.3002 Adapt¿dorss machos de cobre 6.2402 Adaptodores hembra 6.2002 Teesde cobredeT+ 5.600I Valvula se sesuridad de3/i' 35.600I Reducción cónica de 2"a 5" 5.000I Manométro alta presión 23.2004 Metros varilla de Yr" 2.000I Trozo lámina de 3/8" x l.2m x l.0m 20.0004 Laminas Cal. 26 Ztncadas 6.0001 Soldadr¡¡as 30.0002 Meüos de tela Numex 60.000I Mano de obra 620.000100 Libras Gas G.L.P. 13.000I Regulador alta presión 22.000I Reeulador baia presión 6.500

Sub-total r.371.M21506para imprevistos 205.656Total l'576.700

Fuente: Proveedores

l3l

Page 141: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

9. EVALUACION AMBIENTAL

9.1 Fuentes de contarrinación. A fin de controlar la contaminación del aire es

necesario conocer qué son las fuentes de contarninación y cómo operan. Es

posible, al menos en teoría, confrolar la contaminación del aire mediante la

eliminación de las fuentes. Sin embargo, esto tendría un efecto sumamente

destructor en nuesffa sociedad y el modo en que üvimos ; por ejemplo, no se

tendría posibilidad de utilizar demasiada electricidad, conducir automóüles ni

usar algo que contuüera metales o pliísticos. Por consiguiente, tenemos que

controlar la contaminación del aire producida por nuestras actiüdades, lo cual

requiere un conocimiento de los procesos que sostienen nuesfro estilo de vida.

Los grupos más importantes de fuentes contaminantes industriales son los de

refinación del petróleo, los de extracción de metales y los de elaboración de

productos químicos.

9.2 Sistemas de combustión intema. La ignición de combustibles fósiles

132

Page 142: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

(carbón, petróleo y gas natural), quemados ya sea en forma directa en el sitio

para producir la electricidad que se utiTtza, en la industria, en la cocción y

calefacción doméstica, o en forma indirecta para el mismo objetivo en forma de

electricidad.

Después de su formación los, contaminantes del aire se emiten hacia la

afrnósfera y se dispersan en ella. Una vez mezclados con el aire, algunos

contaminantes tales como hidrocarburos fluorados inertes, los cuales se utilizan

en atomizadores de aerosol, persisten en forma inalterada y se mezclan en toda

la afnósfera donde potencialmente tienen una influencia global. Los

contaminantes más reactivos tienen una vida media más corta en la atnósfera y

se remuevan ya sea por conversión a constituyentes atmosfericos normales, o

bien al depositarse sobre la superficie.

9.1.2 La disminución del OZONO en la estratosfera. La capa de ozono

estratosférica filtra la radiación ultraüoleta (uV) que entra en las regiones del

espectro biológicamente activas. La consecuencia posible de la disminución es,

por consigurente lo suficientemente seria para justificar el estudio intensivo de

las amenazas potenciales y para aconsejar precaución contaminantes respecto a

133

Page 143: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

las emisiones del aire que podrían estar contribuyendo a la disminución.

De la tabla 4 podemos estractar las cantidades de productos de la combustión

producidas al quemar gas propano:

Combustible COr H3 N¡ TOTAL

PROPANO 3.0 4.0 2.2 9.2 %

Esto nos demuestra que al llevar a cabo el proceso con el gas propano, la

contarrinación arrbiental es mínima y si tenemos en cuenta que el equipo sólo

funciona día de por medio y por un tiempo muy corto.

t34

Page 144: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

IO.2 DEFIMCIONES.

10.2.1 Línea de servicio. Conjunto de tuberías, eqüpos y accesorios

requeridos para la conducción de gas domiciliario, comprendido entre el anillo

de distribución y los puntos de salida para conexión de artefactos.

10.2.2 Familias de gases combustibles. Es la clasificación de los gases en

finción del índice de woobe. Existen tres familias de gases a saber:

- Primera familia: se encuentra construida por gases manufacturados,

obtenidos mediante proceso de fabricación a partir de varios componentes y

cuyo índice de Woobe está comprendido entre 5700 KcaUm3.

- Segunda familia: está conformada por el gas natural, aire propano o butano,

con alto poder calorífico, cuyo índice de Woobe está comprendido enfie

9580 KcaVm3 v 13850 KcaUm3.

135

Page 145: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

- Tercera familia: la forrnan el propano, el butano y sus mezclas, que son

productos derivados de la destilación del pefióleo y se alnacenan en forma

líquida, y cuyo índice de Woobe oscila entre 18500 KcaVm3 v 22070

KcaVm3.

10.2.3 Par¿ímetro de edificación. Es la delimitación del iirea permitida para

construcción de conformidad con las reglamentaciones legales vigentes.

10.2.4 Empresa suministradora. Es la persona jurídica de derecho público o

privado que presta el servicio de suministro de gas domiciliario meüante

contrato de concesión celebrado con la nación.

10'2'5 Demanda de gas. lv{iíxima cantidad de gas por unidad de tiempo

requerida para el funcionarniento de el.4os artefactos.

10'2.6 Caida de presión. Diferencia de presión que se produce en un fluido al

circular enfie dos secciones de un conducto.

136

Page 146: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

10.2.7 Regulador de presión. Dspositivo para reducir, contola¡ y mantener

uniforrre la presión de sunrinistro de gas dentro de un rango prefijado.

10.2.8 Artefactos a gas. Son aquellos en los cuales se desarolla la reacción de

combustión. Utilizando la energía química de los combustibles gaseosos que es

transforrnada en calor. luz u otra forma.

l0.2.9Presión de servicio. Es la presión especificada por el fabricante de los

artefactos para su normal funcionamiento, de acuerdo con el tipo de gas

surninistrado.

10.2.10 Factor de coincidencia. Es la relación que existe ente la máxima

demanda probable y la nuixima demanda potencial de gas.

l0.2.ll Regulación. Proceso que pennite abatir la presión de la red de

distribución a la presión especificada para el sumini5¡'6. La regulación puede

efectuarse en una o en varias etapas.

137

Page 147: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

Regulación en una etapa: es aquella donde solamente existe un sitio de

regulación en el cual se reduce la presión de servicio.

- Regulación en dos etapas: es aquella donde existen dos sitios de regulación.

En el primero se reduce la presión de la red de distribución de la presión

m¿ixima admitida denfro de las edificaciones; en el segundo se reduce esta

presión a la presión de servicio.

10.2.12 Instalación indiüdual. Sistemas de tuberías, accesorios y equipos

que penniten la conducción de gas desde el cenfio de medición hasta los

artefactos de consumo de un usuario.

10.2.13 Tubería mafriz. Es la tubería localiza dentro de una edificación-

que conduce al gas para uso de varios usuarios.

10.2.14 Tipos de uso. Es la diferenciación que se hace del de servicio de

gas domiciliario dependiendo de su aplicación y de la clase usuarios que

atiende. Se diüde en residencia (unifamiliar, mtrltifamiliar), comercial e

industrial.

138

Page 148: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

10.2.15 Anillo de distribución. Es una parte de la red de distribución

conformada por accesorios y fuberías, que se derivan de las redes troncales

formando mallas o anillos cerrados.

10'2.16 Acometida domiciliaria. Conjunto de tuberías, accesorios y

equipos requeridos para el suministro de gas a uno o varios usuarios desde el

anillo de distribución hasta el medidor inclusive.

10.2.17 Capacidad de la instalación.

unidad de tiempo que puede suministrar.

especificaciones de diseño de la misma.

Es el máximo volumen de gas por

una instalación en función de las

Urlvcnid¡C Auidnon: de cccid¡ntrSTCCiON BiBLIOiI:I]A

10'2'18 Combustión. Es el conjunto de reacciones químicas de oxidación

que ocurre con desprendimiento de energía.

10'2.19 Producto de combustión. Conjunto de gases, partículas sólidas v

vapor de agua que aparece en una combustión.

139

Page 149: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

10.2-20 Transición. Accesorio que penrrite la conexión entre dos tuberías

de diferente material que no pueden ser fusionadas o unidas directamente.

10.2.21 Elevador. Es un elemento de fiansición que permite la

interconexión de tuberías pkisticas y metálicas sobre el nivel del terreno.

10.2-22 Hermeticidad. Requisito que debe cumplir un sistema de tubería

para el suministro de gas el cual consiste en aislar el exterior del interior

eütando que se produzcan fugas.

10-2-23 Juntas mecánicas por compresión. Es la hansición que garantiza

la hermeticidad de la unión mediante un elemento de material el¿ístico.

10.2.24 Accesorios. Elementos utilizados para empalmar las tuberías para

conducción de gas. Forrnan parte de ellos los usados p¿ra hacer carrbio de

dirección, de nivel, ramificaciones, reducciones o acoples de fiamos de

tuberías.

t40

Page 150: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

10.2.25 Usuario. Persona natural o jurídica que utiliza el servicio de gas

entregado por la empresa suministradora.

l0-2.211 Corrosión. Es el desgastey/o degradación de unmetal, producido

por un agente en contacto con el mismo.

10.2.27 Cint¿ de señalización. Banda instalada a lo largo de anillos de

distribución y acometidas domiciliarias con el propósito de indicar su

ubicación.

10.2.28 Material dieléctrico. Elemento que aísla eléctricamente dos

métales.

10.2.29 Decapante. Agente químico que permite la desoxidación de las

superficies de un metal.

10.2.30 Conexión abocinada. Es aquella donde la hermeticidad se obtiene

por [a compresión enfie dos paredes cónicas y esfericas de dos metales en

contacto.

t4l

Page 151: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

10.2.31 Conexión roscada. Es aquella donde la hermeticidad se logra en

los filetes de la rosca de la unión.

rc.2.32 Trazado. Recorrido de una instalación para suminisfio de gas

dentro o fuera de una edificación.

10.2.33 Purga. Procedimiento para limpiar el interior de un sistema de

tuberías para suministro de gas, mediante la inyección de aíre o gas inerte.

10.2.34 Cabez,a o prueba. Elemento conformado por un instrumento de

medición y accesorios que perrniten el regisüo y verificación de la presión

suministrada a una instalación en un instante determinado.

10.2.35 Detector de gas combustible. Equipo de gran sensibilidad que

permite registrar la presencia de gas combustible en la afinósfera.

10.2.36 Gasificiación. Proceso mediante el cual se desplaza el aíre o gas

inerte existente en una tubería reemplaándola por gas combustible.

t42

Page 152: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

CONCLUSIONES

o Al terminar este proyecto podemos concluir que el gas propano G.L.P. y el

gas natural son las altemativas inmediatas como fuentes energéticas del

futuro.

o Que se les debe dar la importancia necesaria al usarlos como fuentes

generadoras de calor.

o Que se debe enseñar a la población y a la industria a perder el miedo al

manipular y utilizar estos combustoleos, y mosüar las ventajas en cuanto a

costos, debido a que el poder calorífico de estos es muy elevado y por

consiguiente agüza la cocción o los procesos en donde sea necesaria la

producción de calor.

143

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o Que se debe seguir adelante con el plan de expansión iniciado por el

gobierno nacional, para lograr llevar este preciado combustible a todas partes

de Colombia.

. Que este proyecto cumple con las normas ambientales y leyes que rigen la

contaminación producida por la combustión del gas propano GLP.

144

Page 154: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

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Page 161: Implementación de quemaduras a gas y mejoramiento de un

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UNIVIRSIDAD AUTONOMA

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