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DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO DE FILTRACIÓN DE GASES A 25 bar Y 265º C
Autor:
José Enrique Myro Borrero
Tutor:
Francisco Javier Gutiérrez Ortiz
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 1
1 MEMORIA DESCRIPTIVA...............................................................................................3
1.1 CONSIDERACIONES GENERALES .......................................................................3
1.1.1 PETCIONARIO ..................................................................................................3
1.1.2 LOCALIZACIÓN Y EMPLAZAMIENTO ........................................................3
1.1.3 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN GENERAL, CONDICIONANTES Y
OBJETIVO DEL PROYECTO. ..........................................................................................4
1.2 ALCANCE DEL PROYECTO .................................................................................11
1.3 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA .............................11
1.4 CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS EQUIPOS........................................................13
1.4.1 SISTEMA DE COMPRESIÓN.........................................................................15
1.4.2 VASIJAS Y DEPÓSITOS.................................................................................15
1.4.3 TUBERÍAS........................................................................................................21
1.4.4 SISTEMA DE CALENTADORES ...................................................................21
1.4.5 ESTRUCTURA.................................................................................................22
1.4.6 SISTEMA ELÉCTRICO Y ALIMENTACIÓN ...............................................23
1.5 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS........................................................................24
1.5.1 SISTEMA DE COMPRESIÓN.........................................................................43
1.5.2 VASIJAS Y DEPÓSITOS.................................................................................64
1.5.3 CALENTADORES ...........................................................................................75
1.6 TUBERÍAS................................................................................................................84
1.7 DESCRIPCIÓN DE ESTRUTURAS........................................................................86
1.7.1 ESTRUCTURA SOPORTE..............................................................................86
1.7.2 ESTRUCTURA TECHO COMPRESOR .........................................................87
1.8 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE NITRÓGENO .............................................88
1.9 SISTEMA ELÉCTRICO...........................................................................................88
2 MEMORIA CÁLCULO ..................................................................................................104 2.1 DIÁMETRO DE TUBERÍAS .................................................................................104
2.2 VASIJA DE FILTROS............................................................................................106
2.2.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA.........................................................................106
2.2.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA...................................................................106
2.2.3 CALORIFUGADO..........................................................................................108
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 2
2.3 VASIJA DE LIMPIEZA .........................................................................................109
2.3.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA.........................................................................109
2.3.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA...................................................................110
2.3.3 CALORIFUGADO..........................................................................................112
2.4 VASIJA DE SÓLIDOS...........................................................................................112
2.4.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA.........................................................................112
2.4.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA...................................................................113
2.4.3 CALORIFUGADO..........................................................................................115
2.5 DEPÓSITO DE NITRÓGENO ...............................................................................115
2.5.1 DIMENSIONES DEL DEPÓSITO .................................................................115
2.5.2 CALORIFUGADO..........................................................................................116
2.6 POTENCIA DE LOS CALENTADORES..............................................................116
2.6.1 CALENTADOR DE OPERACIÓN................................................................116
2.6.2 CALENTADOR DE LIMPIEZA....................................................................117
2.7 ESTRUCTURA.......................................................................................................118
3 ANEXO ...........................................................................................................................119 4 PRESUPUESTO..............................................................................................................129 5 PLANOS..........................................................................................................................140 6 HOJAS DE CARACTERÍSTICAS .................................................................................143
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 3
1 MEMORIA DESCRIPTIVA
1.1 CONSIDERACIONES GENERALES
1.1.1 PETCIONARIO
El presente proyecto se redacta como proyecto fin de carrera con
el finalizan los estudios de Ingeniero Industrial del alumno de la Escuela
Superior de Ingenieros de Sevilla José Enrique Myro Borrero, y a petición
del departamento de Ingeniería Química y Medioambiental de la
Universidad de Sevilla como diseño de la planta piloto de filtración de
gases a alta presión y alta temperatura a instalar en dicha Escuela de
Ingenieros.
1.1.2 LOCALIZACIÓN Y EMPLAZAMIENTO
La planta piloto proyectada se encontrará situada en la ciudad
de Sevilla, en las instalaciones de talleres y laboratorios pertenecientes a
la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla situada en la Isla de la
Cartuja, en el patio formado por los edificios L-2, L-3, L-4, L-5 y los talleres
de mecánica pertenecientes a dichas instalaciones, tal y como se observa
en el plano general de situación, plano nº 1.
En dicho patio, la planta piloto se situará anexa al L-5, de forma
que uno de sus límites sea la pared del L-5 que, tal y como se describe en
el plano de situación general, plano nº 1, cierra el patio mencionado.
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 4
Debido a que el emplazamiento de la planta piloto estará en
instalaciones pertenecientes a la Universidad de Sevilla, y por lo tanto
frecuentado por estudiantes, personal sin la formación característica de un
recinto industrial, y ajeno al funcionamiento de la planta, la planta piloto
estará delimitada por una valla, de dimensiones que se describen en los
planos, para evitar el paso de toda persona ajena la planta, ya que,
aunque las sustancias, gases y sólidos, que serán usadas en la planta no
son peligrosas en sí mismas por su toxicidad o inflamabilidad, las
condiciones de operación y almacenamiento de las mismas, condiciones
de alta presión y alta temperatura, sí pueden ser peligrosas si los equipos
son manejados por personal no cualificado .
1.1.3 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN GENERAL,
CONDICIONANTES Y OBJETIVO DEL PROYECTO.
El desarrollo de sistemas de filtración de gases a alta
temperatura y a alta presión es de vital importancia en muchos y diversos
procesos industriales hoy día.
Actualmente son muchos los procesos industriales en los que
como consecuencia del mismo o por ser introducidas en él a través de las
corrientes de alimentación, se generan corrientes gaseosas que contienen
partículas sólidas en suspensión de diversa naturaleza.
En muchos de estos procesos es muy importante eliminar las
partículas de las corrientes gaseosas por distintas razones. Éstas pueden
tener distinta naturaleza. Entre las muchas razones existentes podemos
destacar tres:
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.-Los requisitos de la legislación vigente, y más importante aún,
de la legislación venidera, la cual pondrá importantes
restricciones a la emisión de partículas a la atmósfera.
.-La necesidad de recuperar dichas partículas bien porque sean
productos de valor añadido, bien porque sean productos
objetivos del proceso o bien que sean productos secundarios
derivados del mismo.
.-La necesidad de proteger las instalaciones y equipos del
proceso para no reducir la vida útil de los mismos, ya que debido
al tamaño, naturaleza y condiciones de operación de estas
partículas pueden llegar a ser muy abrasivas, pudiendo llegar a
causar graves daños sobre ellos. Estos daños significarán una
pérdida de rentabilidad económica de las instalaciones y equipos
necesarios para desarrollar el proceso, ya que, por un lado
disminuirá la eficiencia de los mismos, obteniendo peores
rendimientos y por tanto peores producciones cualitativa y/o
cuantitativamente, y por otro lado provocará un aumento de los
periodos de parada de producción para el mantenimiento y
reparación de los equipos, lo que, indiscutiblemente, significa
una disminución del periodo de producción y por tanto de la
capacidad de producción de las instalaciones, disminuyendo la
rentabilidad en el tiempo de las mismas, ya que lo normal es que
durante estos periodos de parada los costes no sólo no
diminuyan, sino que aumenten, lo cual se suma al hecho de que
durante estos periodos de parada no se está produciendo.
Además de todo lo anterior, hemos de sumar el alto coste que
suelen tener estos equipos y sus elementos ya que suelen ser
de un alto nivel tecnológico. No hemos de obviar que los daños
producidos a los distintos equipos pueden afectar gravemente a
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la seguridad de las condiciones de operación de los mismos, lo
que a la postre vuelve a incidir en mayores costes monetarios, y
como consecuencia, menor rentabilidad
Uno de los procesos industriales característicos en los que se
producen corrientes gaseosas con partículas sólidas en suspensión que
deben retiradas son aquellos en los que se la realiza la gasificación de una
mezcla sólida para posteriormente ser usada como reactivo en otro
proceso. La corriente gaseosa producto arrastrará partículas en
suspensión debido a que la gasificación de dicha mezcla sólida en
procesos a nivel industrial nunca es completa, bien por la naturaleza del
propio proceso de gasificación o bien porque no interese económicamente
obtener una gasificación completa, ya que el coste diferencial de gasificar
la última fracción sólida puede ser muy elevado, lo que diminuye la
rentabilidad de la operación.
Generalmente la granulometría de las partículas en dicha
corriente son del orden de micras de metro y además se encuentran en
condiciones de alta presión, alta temperatura y a alta velocidad, por lo que
tienen un alto poder de abrasión. Como consecuencia, al ser introducidas
otros equipos, generalmente calderas o turbinas de gas, con el objetivo de
generar energía térmica y/o eléctrica, pueden causar graves daños en
ellos, erosionando elementos importantes de los mismos, como pueden
ser los álabes de una turbina de gas, los pistones de un motor o
obstruyendo los quemadores de una caldera, lo cual, como ya se ha
comentado anteriormente se traduce en graves pérdidas económicas.
Los sistemas de filtración más desarrollados y extendidos en la
industria son realizados a baja temperatura. Estos procesos de filtración
son útiles en aquellos procesos en los que la filtración se realiza a
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corrientes gaseosas cuyo nivel energético final sea bajo o no sea
relevante, bien porque sea una operación final, bien porque no sea
necesario mantener el nivel energético de la corriente para rentabilizarlo
con posterioridad.
Los procesos de combustión tiene el mayor rendimiento
energético a alta temperatura y a alta presión.
En los procesos industriales de gasificación de una mezcla
sólida el gas producto es generado a alta presión y a alta temperatura. En
muchos casos este gas es usado posteriormente en procesos de
combustión, bien sea en la cámara de combustión de una turbina de gas,
bien sea en el lecho fluidizado de una planta de PFCB, bien en el hogar de
una caldera, bien en los pistones de un motor de combustión.
En las plantas de gasificación integrada de ciclo combinado,
GICC, el gas sale del gasificador a alta temperatura y a alta presión, para
posteriormente introducirse en la cámara de combustión de la turbina de
gas, tal y como se ve en el esquema nº 1 del Anexo.
En el proceso de combustión es de vital importancia mantener el
nivel energético de la corriente saliente del gasificador, ya que se obtienen
los mejores rendimientos de combustión y el mejor aprovechamiento de la
mezcla sólida gasificada.
Al la salida del gasificador, el gas va cargado de partículas
sólidas en suspensión provenientes del proceso de gasificación, debido a
la imperfección de la gasificación. Como se ha explicado con anterioridad,
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estas partículas son perjudiciales para los equipos aguas abajo del
gasificador, y por lo tanto han de ser eliminadas de la misma.
Si se emplearan sistemas de filtración a baja temperatura, sería
inevitable tener que disminuir la temperatura de la corriente gaseosa, de
alto nivel energético, para poder obtener rendimientos de filtración
aceptables, y posteriormente, para recuperar el nivel energético de la
corriente de la mezcla gasificada, volver a calentarla.
En los procesos de intercambio de calor se producen pérdidas
de calor incontroladas e inevitables, y más acentuadas a mayores saltos
de temperatura entre los que intercambian calor, como son el
calentamiento de los equipos con los que se realiza la transferencia,
calentamiento del ambiente alrededor del que se realiza el intercambio
etc.… Por lo que si buscáramos un sistema a través del cual
trasladáramos el calor de la corriente gaseosa desde un punto antes de su
filtración a baja temperatura, a la corriente gaseosa filtrada a baja
temperatura tras, obtendríamos un resultado perfecto. Pero como se ha
señalado estas pérdidas son muy difíciles de reducir, y por lo tanto
asumirlas o reducirlas representaría un alto coste, sin conseguir que el
fluido recuperara su nivel energético inicial. Por tanto, el fluido entraría en
la cámara de gas de la turbina, o la cámara de combustión del motor con
un nivel energético inferior al que tendría si realizamos la filtración a alta
temperatura y presión.
Los sistemas de filtración a alta temperatura no alcanzan a
operar a las temperaturas de operación de los procesos de gasificación,
pero sí a niveles intermedios.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 9
Es por tanto indispensable desarrollar sistemas de filtración de
gases a alta temperatura y presión para aumentar, o al menos no
disminuir, el rendimiento energético de los procesos de generación de
energía a partir de una mezcla sólida sometida a un proceso de
gasificación.
Los sistemas de filtración a alta temperatura y alta presión
necesitan, evidentemente, elementos filtrantes capaces de soportar las
condiciones de operación muy exigentes. Los materiales que mejores
resultados han dado hoy por hoy son los filtros cerámicos, en concreto los
carbosilicatos, capaces de mantener altos niveles de filtración por tener
una porosidad adecuada, entre 40 al 50 %, con suficiente resistencia
mecánica, capaces de trabajar a temperaturas mayores de 700 ºC.
Los elementos filtrantes cerámicos más extendidos en estos
sistemas de filtración a alta temperatura y a alta presión son los filtros
cerámicos denominados candelas.
Las candelas tiene la forma geométrica de un cilindro hueco,
cerrado en uno de sus extremos, generalmente de diámetro de 0,06 m, de
longitud de 1 a 1,5 m y un espesor de 0,008 a 0,015 m. Son capaces de
trabajar a temperaturas superiores a los 600 º C, con velocidades de
filtración de 4 a 8 ft/min. Una foto de las candelas se puede ver en la figura
nº 2 del anexo.
Las candelas trabajan filtrando principalmente por la pared
lateral del cilindro, como se puede observar en la figura nº 3 del anexo,
atacando la corriente gaseosa “sucia” a la pared lateral, y saliendo por el
hueco interior del cilindro, que forma la candela, gas “limpio”, dejando en la
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pared lateral de la candela las partículas sólidas en suspensión que
arrastraba el gas formando una torta.
Cuando la pérdida de carga a través de la candela es la
indicada, comienza el ciclo de limpieza de la candela. Esto se realiza
impulsando fluido, a mayor presión que la de operación, en la dirección
contraria al flujo del gas a filtrar, en pulsos, hacia el interior del cilindro,
provocando la caída de la torta formada en la pared lateral de la candela.
El objetivo de las instalaciones proyectadas es determinar la
capacidad de filtración de sistemas de filtración de gases a alta
temperatura y alta presión con elementos filtrantes cerámicos, candelas, y
mangas, mediante la realización de múltiples ensayos en condiciones de
operación reales de una planta de gasificación integrada de ciclo
combinado que usa como materia prima a gasificar una mezcla del 50 %
de carbón natural proveniente de una mina y 50 % coke proveniente de la
destilación del petróleo en una columna de destilación fraccionada.
Para determinar la capacidad de filtración de los sistemas de
filtración de gases a alta temperatura y a alta presión con elementos de
filtración cerámicos, es necesario determinar, no sólo la capacidad de
filtración, eficacia del filtro y tamaño partículas filtrada, de los elementos
filtrantes sometidos a diversas condiciones de temperatura, carga de
sólidos, velocidad de filtración, etc.…, sino también la capacidad del
sistema para limpiar los elementos filtrantes, y determinar así la
operatividad de dichos sistemas en condiciones reales de operación,
condiciones y forma de operación, determinando el número de ciclos de
impulsos y la frecuencia de los ciclos de limpieza necesarios para obtener
un funcionamiento correcto y óptimo del sistema.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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1.2 ALCANCE DEL PROYECTO
El alcance del presente proyecto es el diseño y valoración de los
equipos principales de la planta piloto, siendo estos el sistema de compresión,
el sistema de calefacción, el depósito de sólidos, la vasija de filtros, el
depósito de limpieza y el depósito de nitrógeno, así como de la estructura
soporte de la planta.
1.3 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA
El esquema general de funcionamiento de la planta será el que se
muestra en la figura nº 4 del anexo.
El aire, en condiciones atmosféricas, se introduce en el sistema de
compresión, elevando su presión a las de condiciones de operación, 25 bara,
y como consecuencia del proceso se eleva su temperatura.
A continuación, el aire comprimido se introduce en los calentadores
para elevar la temperatura a las condiciones de operación, 265 ºC.
Una vez el aire está en condiciones de operación, se carga con un
caudal de sólidos de una determinada granulometría, para posteriormente
introducirlo en vasija de filtración. Ésta estará compartimentada en dos zonas
de filtración totalmente separadas y estancas, para así poder estar operando
una en modo filtración y la otra en modo limpieza, alternándose conforme
van finalizando ambos procesos.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 12
Cuando la caída de presión del aire a través de los elementos filtrantes,
mangas o candelas, sea la determinada en cada ensayo, se procederá a la
limpieza de dichos elementos filtrantes.
Durante el periodo de limpieza, la torta de sólido caerá al fondo de la
vasija de filtración acumulándose hasta la capacidad de la tolva inferior de la
vasija, momento en el que se abrirá la válvula de conexión con la vasija de
limpieza...
La limpieza será realizada por un fluido a presión y a la temperatura de
operación, proveniente de depósitos de almacenamiento a presión y tras ser
calentado.
Cada periodo de tiempo determinado por las condiciones de diseño, la
vasija de limpieza será descomprimida y vaciada.
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1.4 CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS EQUIPOS
De manera genera, el diseño de los equipos ha sido realizado teniendo
en cuenta salvaguardar la seguridad de todo personal de la planta, todo
personal ajeno a la planta que pueda encontrarse en las cercanías de la
planta, y de los propios equipos.
Las condiciones de operación son:
.- Presión de operación, Pop: 25 bara
.- Temperatura de Operación, Top: 538 K
.-Velocidad de Filtración de Candelas, vf: 3 a 6 ft/min
.- Presión de Limpieza, PL: 35 bara
.-Temperatura de Limpieza, TL: 538 K
.- Fluido de Operación Aire
.- Fluido de Limpieza Nitrógeno
.- Velocidad mínima de Circulación, vc: 15 m/s
.- Concentración de sólidos
en la corriente de operación , Cs: 5 a 20 gr/Nm3
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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.- La granulometría del sólido es:
TAMAÑO (mm) %
>100 27,03
80-100 4,97
60-80 6,23
50-60 3,77
40-50 3
30-40 3,5
20-30 4,5
15-20 2
10-15 2,7
8-10 0,3
6-8 1
5-6 1
4-5 2,5
3-4 5
2-3 8,5
1,5-2 8
1-1,5 8,74
0,7-1 4,95
0,5-0,7 1,81
<0,5 0,5
El diagrama general de los equipos puede verse en la figura nº 5 del
anexo.
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1.4.1 SISTEMA DE COMPRESIÓN
Los criterios seguidos para diseñar el sistema de compresión
será:
.- La presión inicial es 1 atma.
.- La temperatura de entrada oscilará entre 0ºC en invierno a los
40 ºC en verano.
.- El fluido de trabajo será aire ambiente.
.- La presión de salida será 25 atma.
.- La temperatura de salida será lo más alta posible compatible
con las condiciones de operación.
.- La humedad de salida será la compatible con las condiciones
de operación de los distintos sistemas.
1.4.2 VASIJAS Y DEPÓSITOS
1.4.2.1 VASIJAS DE ALMACENAMIENTO DE
CENIZAS
Los criterios seguidos para diseñar la vasija de
almacenamiento de sólidos serán:
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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.- La capacidad de almacenamiento será tal que la
planta pueda operar sin recargar la vasija, es decir,
sin despresurizar la vasija durante dos turnos de
operación continua en máxima carga.
.- La geometría de la vasija será cilíndrica,
terminado en una tolva cónica.
.- La vasija tendrá una compuerta en la parte
superior de la misma para la carga de las cenizas.
.- La vasija estará a la presión y temperatura de
operación.
.-El material con el que se fabricará la vasija serán
acero inoxidable, capaz de soportar las
condiciones de operación de la planta.
.- La vasija contará con los distintos sistemas de
control para el correcto funcionamiento de la
planta.
.- La vasija contará con una válvula de seguridad.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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1.4.2.2 VASIJAS DE FILTRACIÓN
Los criterios seguidos para diseñar la vasija de filtración
serán:
.- Las dimensiones de la vasija será tal que la distribución de
los elementos filtrantes en su interior tal que se encuentren
todos en las mismas condiciones con respecto a las paredes
y elementos de la vasija, y con respecto a la distribución del
flujo de aire en su interior.
.- La vasija estará compartimentada en tres partes. Por un
lado la que separará la entrada del fluido sucio y la salida del
aire limpio. Por otro lado, la zona de salida del fluido limpio
también estará separada en dos zonas.
.- La geometría de la vasija será cilíndrica, terminado en una
tolva troncocónica.
.- La vasija estará a la presión y a la temperatura de
operación.
.-El material con el que se fabricará la vasija serán acero
inoxidable, capaz de soportar las condiciones de operación
de la planta.
.- La vasija contará con los distintos sistemas de control para
el correcto funcionamiento de la planta. Deberá tener control
de temperatura y presión.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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.- La vasija contará con una válvula de seguridad.
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1.4.2.3 VASIJAS DE LIMPIEZA
Los criterios seguidos para diseñar la vasija de limpieza
serán:
.- Las dimensiones de la vasija será tal que pueda
almacenar la cantidad de sólidos que se filtre tras dos
días de operación con la máxima carga de sólido.
.- La geometría de la vasija será cilíndrica, terminado en
una tolva cónica.
.- La vasija estará a la presión y a la temperatura de
operación.
.-El material con el que se fabricará la vasija serán acero
inoxidable, capaz de soportar las condiciones de
operación de la planta.
.- La vasija contará con los distintos sistemas de control
para el correcto funcionamiento de la planta. Deberá tener
control de temperatura y presión.
.- La vasija contará con una válvula de seguridad.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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1.4.2.4 DEPÓSITO DE NITRÓGENO
Los criterios seguidos para diseñar depósito de
nitrógeno serán:
.- Las dimensiones del depósito será tal que pueda
almacenar la cantidad de nitrógeno necesario para que
se pueda realizar como mínimo dos ciclos de limpieza
seguidos.
.- La geometría del depósito será cilíndrico.
.- La vasija estará a la presión y a la temperatura de
operación.
.-El material con el que se fabricará la vasija serán
acero inoxidable, capaz de soportar las condiciones de
operación de la planta.
.- El depósito contará con los distintos sistemas de
control para el correcto funcionamiento de la planta.
Deberá tener control de temperatura y presión.
.- El depósito contará con una válvula de seguridad.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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1.4.3 TUBERÍAS
Las tuberías estarán diseñadas según los siguientes criterios:
.- La velocidad del aire en la tubería será como mínimo 15 m/s
en los tramos dónde el aire vaya cargado de sólido antes de la
filtración. Por motivos de eficiencia y económicos se adoptará el
mismo diámetro para todas las tuberías.
.- Irán calorifugadas en todo el trazado por razones de ahorro de
energía y de seguridad frente a posibles contactos.
.- Para compensar las dilataciones debidas a las variaciones de
temperatura, las tuberías llevarán los elementos y accesorios
necesarios.
1.4.4 SISTEMA DE CALENTADORES
1.4.4.1 CALENTADOR DE OPERACIÓN
.- Se diseñarán para calentar el caudal de aire de operación desde
la temperatura de salida sistema de compresión hasta la
temperatura de operación.
.- El material de los calentadores será tal que pueda soportar las
condiciones de caudal y presión de operación de los calentadores.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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.- Los calentadores serán operados mediante el sistema de
control.
1.4.4.2 CALENTADOR DE LIMPIEZA
- Se diseñarán para calentar el caudal de nitrógeno necesario para
reponer el consumo en los ciclos de limpieza hasta la temperatura
de limpieza.
.- El material de los calentadores será tal que pueda soportar las
condiciones de caudal y presión de limpieza de los calentadores.
.- Los calentadores serán operados mediante un sistema de
control.
1.4.5 ESTRUCTURA
.- La estructura se diseñará para que pueda soportar en dos plantas las
vasijas de sólido, limpieza y filtración, así como una grúa pluma que
será colocada en la última planta. Así mismo se diseñará para que
pueda soportar las cargas de uso y muertas reglamentarias a este tipo
de edificación.
.- El acceso a las plantas se hará mediante una escalera lateral.
.- Una barandilla recorrerá el perímetro de la primera y segunda planta.
.- La solera de las plantas será de planchas de tramex.
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1.4.6 SISTEMA ELÉCTRICO Y ALIMENTACIÓN
.-El sistema de alimentación de energía será eléctrico a través de un
cuadro general de protección.
.- La alimentación al cuadro se hará por el trazado más corto y directo.
.- La sección de los conductores y el nivel de las protecciones será el
necesario para asegurar un correcto funcionamiento de la planta.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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1.5 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS
Dado que las condiciones de operación de la planta son a 25 barg y
235º C, todos los equipos estarán diseñados cumpliendo el reglamento de
aparatos a presión aprobado por el Real Decreto 769/1999 de 7 de Mayo por el
que se dictan las disposiciones de aplicación de la directiva del parlamento
europeo y del consejo, 97/23/CE relativa a los equipos a presión y se modifica
el Real Decreto 1244/1979 de 4-4-1979 que aprobó el reglamento de aparatos a
presión.
En dicho reglamento se hacen las siguientes definiciones relativas a los
equipos que más tarde se diseñan:
.- Equipos a presión: Serán los recipientes, tuberías, accesorios de
seguridad y accesorios a presión. En su caso se considerarán que
forman parte de los equipos a presión los elementos fijados a las
partes sometidas a presión, como las bridas, tubuladuras,
acoplamientos, soportes, orejetas para izar, etc..
.- Recipiente: Se define como recipientes una cubierta diseñada y
fabricada para contener fluidos a presión, incluidos los elementos de
montaje directo hasta el dispositivo previsto para la conexión con otros
equipos. Un recipiente puede constar de más de una cámara.
.- Tuberías: Se define como tubería los elementos de canalización
destinado a la conducción de fluidos, cuando están conectados para
integrarse en un sistema a presión. Las tuberías comprenden, en
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 25
particular, un tubo o sistema de tubos, los conductos, piezas de ajuste,
juntas de expansión, tubos flexibles o, en su caso, otros elementos
resistentes a la presión. Se equiparán, a las tuberías los carburadores
de calor por tubos y destinados al enfriamiento o el calentamiento del
aire.
.- Accesorios de seguridad: Serán los dispositivos destinados a la
protección de los equipos a presión frente a la superación de los límites
admisibles. Estos dispositivos podrán ser: Órganos para la limitación
directa de la presión, tales como válvulas de seguridad, los dispositivos
de seguridad de discos de rotura, las varillas de pandeo y los
dispositivos de seguridad dirigidos, (CSPRS).
Órgano limitadores que accionen medios de intervención o produzcan
el paro y el cierre, tales como los presostatos, los interruptores accionados por
la temperatura o por el nivel del fluido y los dispositivos de “ medida, control y
regulación que tengan una función de seguridad (SRMCR)”
.- Accesorios a presión: Los dispositivos con fines operativos cuya
cubierta esté sometida a presión.
.- Conjuntos: Varios equipos a presión ensamblados por un fabricante
de forma que constituyan una instalación funcional.
.- Presión: La presión relativa a la presión atmosférica, es decir, la
presión manométrica. En consecuencia, el vacío se expresa mediante
un signo negativo.
.- Presión Máxima Admisible: La presión máxima admisible, PS, será
la que está diseñado el equipo, especificada por el fabricante. Estará
definida en un lugar especificado por el fabricante, que será el lugar de
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conexión de los dispositivos de protección o de seguridad o la parte
superior del equipo, o si ello no fuera adecuado, cualquier otro lugar
especificado.
.- Temperatura máxima / mínima admisible: Serán las temperaturas
máximas y mínimas para las que esté diseñado el equipo,
especificadas por el fabricante.
.- Volumen: El volumen interno, V, de una cámara, incluido el volumen
de las tubuladuras hasta la primera conexión o soldadura y excluido el
volumen de los elementos internos permanentes.
.- Diámetro Nominal: DN, es una cifra de identificación del diámetro
común a todos los elementos de un sistema de tuberías, exceptuados
los elementos indicados por sus diámetros exteriores o por el calibre de
la rosca. Será un número redondeado a efectos de referencia, sin
relación estricta con las dimensiones de fabricación. Se
denominará con las letras DN seguidas de un número.
.-Fluidos: Se denominarán fluidos los gases, los líquidos, y los vapores
en fase pura o en mezclas
.- Uniones Permanentes: Se denominan uniones permanentes las
uniones que sólo pueden separarse por métodos destructivos.
.- Aprobación Europea de materiales: Será un documento técnico
que define las características de los materiales destinados a una
utilización reiterada en la fabricación de equipos a presión, que no sean
objeto de normas armonizadas.
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Todos los equipos irán sellados con el marcado CE, por lo que se
presumirá que cumplen todas las disposiciones del Real Decreto al que
hacemos referencia. Este marcado irá acompañado del número de
identificación del organismo notificado que interviene en la fase de control de la
producción. Deberá fijarse de forma visible, claramente legible e indeleble.
En cuanto a las condiciones de seguridad, todos los equipos seguirán
las mencionadas en el Real Decreto anteriormente mencionado. Por tanto, el
fabricante tendrá la obligación de analizar los riesgos a fin de definir aquellos
que se apliquen a sus equipos a causa de la presión y subsecuentemente
deberá diseñarlos y fabricarlos teniendo en cuenta los análisis.
Los requisitos básicos se interpretarán de manera que se tenga en
cuenta el nivel de la técnica y la práctica en el momento del diseño y la
fabricación así como las consideraciones técnicas y económicas que sean
compatibles con un alto grado de protección para la salud y la seguridad.
Todos los equipos a presión serán diseñados, fabricados, controlados y
montados e instalados de manera que se garantice la seguridad de los mismos
si se ponen en servicio de conformidad con las instrucciones del fabricante o en
condiciones razonablemente previsibles.
Para optar las soluciones más adecuadas el fabricante aplicará los
siguientes principios y en el siguiente orden:
1.- Eliminar o reducir los riesgos tanto como sea razonablemente
posible.
2.- Aplicar las medidas de protección adecuadas como los riesgos que
no puedan eliminarse.
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3.- Informar, en su caso, a los usuarios sobre los riesgos residuales e
indicar si es necesario adoptar medidas especiales adecuadas para
atenuar los riesgos en el momento de la instalación o del uso.
Dado que se trata de equipos cuyo emplazamiento será un recinto
universitario con posibilidad de que personal no cualificado acceda a la planta el
diseño de los equipos se hará para impedir los riesgos derivados de dicho uso
o, si esto no fuera posible, se deberá indicar la manera apropiada que el equipo
no se deba utilizar de ese modo.
El diseño de los equipos se hará correctamente teniendo en cuenta
todos los factores pertinentes para garantizar la seguridad del equipo durante
toda su vida prevista. El diseño incluirá coeficientes adecuados de seguridad
que se basarán en métodos generales que se considere que utilizan márgenes
de seguridad pertinentes para prevenir de manera coherente todo tipo de fallos.
El diseño se realizará para resistir las cargas correspondientes al uso
previsto, así como para otras condiciones de funcionamiento razonablemente
previsibles, en particular se tendrá en cuenta los siguientes factores:
1.- La presión exterior y la presión interior.
2.- La temperatura ambiente y la temperatura de servicio.
3.- La presión estática y la masa de la sustancia contenida en
condiciones de funcionamiento y de prueba.
4.-Las cargas debidas al tráfico, al viento, y a los terremotos.
5.- Las fuerzas y los momentos de reacción derivados de los soportes,
los dispositivos de montaje, las tuberías etc.
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6.- La corrosión, la erosión, la fatiga, etc…
7.-La descomposición de los fluidos inestables.
Teniendo en cuenta la posibilidad de que se den cargas o esfuerzos
simultáneamente.
El diseño para una resistencia adecuada se basará en el método de
cálculo que considera el reglamento de aparatos a presión, completado si fuese
necesario por un método experimental.
Las tensiones admisibles por los equipos a presión se limitarán en
función de los posibles fallos que razonablemente se puedan dar durante las
condiciones de funcionamiento. Por tanto se aplicarán los coeficientes de
seguridad que permitan eliminar por completo cualquier duda derivada de la
fabricación, las condiciones reales de utilización, las tensiones, los modelos de
cálculo y comportamiento de los materiales.
Para el cálculo de la resistencia, las presiones de cálculo no serán
inferiores a las presiones máximas admisibles, teniendo en cuenta posibles
elevaciones de la presión debido a la posible descomposición de gases.
En los depósitos o equipos dónde hay paredes de separación entre
cámaras en el interior de los mismos, el espesor de la pared divisoria se
calculará basándose en la máxima presión posible en la cámara adyacente.
Las temperaturas de cálculo deberán permitir márgenes de seguridad
adecuados, teniendo en cuenta todas las combinaciones posibles de
temperatura y presión razonablemente previsibles, manteniéndose dentro de los
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límites de seguridad las tensiones máximas y las concentraciones de
valores máximas de tensiones.
Se usarán los valores de las propiedades de los materiales de los
equipos basados en datos contrastados y demostrados y teniendo en cuenta
las condiciones de seguridad.
En concreto:
1.- El límite elástico, al 0,2 o al 1 por 100 de la tensión de ensayo,
serán los casos, a la temperatura de cálculo.
2.- La resistencia a la tracción.
3.- La resistencia a la fluencia diferida en el tiempo.
4.- La resistencia a la fatiga.
5.- El módulo de Young
6.- El valor de deformación plástica admisible
7.- La resistencia al impacto, la resilencia.
8.- La tenacidad a la fractura.
Igualmente se aplicará a las características de los materiales
coeficientes de resistencia de las juntas en función del carácter de las pruebas
destructivas, de las propiedades de las uniones de materiales y de las
condiciones de funcionamiento previsto, teniendo en cuenta todos los procesos
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de degradación razonablemente previsibles correspondientes al uso de los
equipos.
Deberá tenerse en cuenta las características relativas a la vida de los
equipos, como son:
.- El número de horas de funcionamiento a temperaturas determinadas
para determinar la fluencia.
.- El número de ciclos a el nivel de tensión determinado para determinar
la fatiga.
.- La tolerancia a la corrosión.
Se asegurará que el espesor calculado permita la estabilidad permita la
estabilidad estructural suficiente.
Todos los equipos serán calculados con métodos de cálculo validad
tras un programa de pruebas que se realizarán con una muestra representativa
del equipo o de la categoría del equipo.
Este programa de pruebas se definir y de á claramente antes de las
pruebas, y será aceptado por el organismo competente. Así mismo deberán
determinarse los valores exactos de las medidas esenciales y de las
características de los materiales constitutivos de los equipos sometidos a
prueba.
Durante las pruebas las zonas críticas del equipo a presión deberán
poder observarse con instrumentos adecuados que puedan medir las
deformaciones y las tensiones con suficiente precisión.
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El programa de pruebas incluirá:
a) Una prueba de resistencia a la presión para verificar si, a una presión que
garantice un margen de seguridad definido respecto a la presión máxima
admisible, el equipo no presenta fugas significativas ni deformación
superior a un límite determinado. La presión de prueba deberá
determinarse teniendo en cuenta las diferencias entre los valores de las
características geométricas y de los materiales medidas en las condiciones
de prueba y los valores admitidos para el diseño; también deberá tener en
cuenta la diferencia entre las temperaturas de prueba y diseño.
b) Si en alguno de los equipos pueda existir riesgo de fluencia o de fatiga,
adecuadas pruebas serán determinadas en función de las condiciones de
servicio previstas para el equipo.
c) Cuando sea necesario, pruebas complementarias sobre otros factores
externos específicos como corrosión, acciones exteriores etc serán
practicadas, en concreto al tratarse de equipos a instalar en el exterior.
El diseño de los equipos se hará de forma que su manejo no entrañe
ningún riesgo razonablemente previsible. Deberá concederse especial atención
en su caso:
.- A las aperturas y a los cierres.
.- A las descargas peligrosas de las válvulas de seguridad.
.- A los dispositivos que impiden el acceso físico mientras haya presión
de trabajo.
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.- A la temperatura de la superficie, teniendo en cuenta el uso previsto.
.- A la descomposición de los fluidos inestables.
Dado que se trata de equipos que tendrán una puerta vista, deberán
estar dotados de un dispositivo manual o automático que permita al usuario
asegurarse fácilmente de que la apertura no representa peligro alguno.
Además deberá llevar un dispositivo que impida su apertura cuando el
equipo esté a presión
Los equipos serán diseñados de forma que puedan realizarse todas las
inspecciones necesarias para se seguridad.
Serán previstos medios para determinar el estado interior del equipo a
presión cuando ello sea necesario para asegurar la seguridad permanente del
equipo, tales como que permitan el acceso físico al interior del equipo para
poder realizar las inspecciones adecuadas de forma segura y ergonómica.
Podrán utilizarse otros medio que aseguren el equipo a presión reúne
todos los requisitos de seguridad en los equipos que
.- Sea demasiado pequeño para poder acceder físicamente a su
interior.
.- La apertura del equipo a presión pueda afectar negativamente al
interior.
.- Esté demostrado que la sustancia en el interior del equipo no
deteriora el material con el que está fabricado, y que no es
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razonablemente previsible ningún otro mecanismo de degradación
interna.
En los equipos se dispondrán sistemas adecuados de purga y de
ventilación para evitar los efectos perniciosos tales como golpe de ariete, el
colapso provocado por el vacío, la corrosión y las reacciones químicas no
controladas. Se tendrán en cuenta todas las fases del funcionamiento y las
pruebas, en particular las de presión, y permitir la limpieza el control y el
mantenimiento.
Para evitar la corrosión se dispondrá una tolerancia positiva o de la
protección adecuada contra acciones químicas, teniendo debidamente cuenta el
uso previsto y razonablemente previsible.
Dado que pueden darse condiciones de desgaste, erosión o de
abrasión se tomarán medidas para:
.- Reducir el mínimo de esos efectos mediante un diseño adecuado,
como por ejemplo aumentando el espesor de los equipos o utilizando
envueltas o materiales de revestimiento.
.- Permitir la sustitución de las partes más afectadas.
.- Llamar la atención en las instrucciones de uso de dichas condiciones.
Los conjuntos estarán diseñados de manera que los elementes que
vayan a unirse sean adecuados y fiables para su servicio. Todos los elementos
se integrarán correctamente y unan de manera adecuada.
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El equipo estará diseñado y provisto de accesorios adecuados para
asegurar que el llenado y el vaciado se realizaran en condiciones de seguridad
en lo que se refiere a los siguientes riesgos:
a) Para el llenado excesivo y la presión de vapor a la temperatura
de referencia.
b) Evitar el vaciado no controlado.
c) Durante ambos, llenados y vaciados, se dispondrán conexiones
y desconexiones para evitar posibles riesgos.
Todos los accesorios de seguridad deberán diseñarse y fabricarse de
manera que sena fiables y se adapten a las condiciones de servicio previstas y
que tengan en cuenta los requisitos en materia de mantenimiento y pruebas de
los dispositivos. Deberán ser independientes de las demás funciones, y
responder a los principios de diseño adecuados para conseguir una protección
adaptada y fiable. Estos principios incluirán en especial doble seguridad, la
redundancia, la diversidad y el autocontrol.
Se instalarán órganos limitadores de presión diseñados de manera que
la presión no sobrepase permanentemente la presión admisible, PS, sin
embargo se admitirá un aumento de corta duración de la presión cuando resulte
apropiado. Serán dispositivos independientes de las demás funciones, a menos
que éstas puedan afectar a sus funciones de seguridad. Además responderán
a los principios de diseño adecuados para conseguir una protección adaptada y
fiable.
Los dispositivos de control de temperatura tendrán un tiempo de
respuesta adecuado por razones de seguridad.
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Los equipos estarán diseñados para que tengan adaptados elementos
antiincendios.
Durante el proceso de fabricación se velará por una correcta ejecución
para que se mantengan las condiciones de diseño. No se ocasionarán defectos
ni fisuras ni cambios de las características mecánica de los materiales, de forma
que no se comprometa la seguridad de los equipos.
Las uniones permanentes de los materiales y las zonas adyacentes
deberán estar exentas de deficiencias de superficie o interiores perjudiciales
para la seguridad de los equipos. Las propiedades de las uniones permanentes
deberán correspondan las propiedades mínimas especificadas para los
materiales que se unan. Las pruebas de las uniones permanentes se realizarán
por personal cualificado.
Todos los equipos llevarán un tratamiento térmico para evitar posibles
cambios de las propiedades de los materiales al ejecutar las uniones
permanentes.
Se hará una inspección final de los equipos que consistirá en someter
al equipo a un inspección inicial visual para comprobar que se cumplen las
condiciones de los documentos de acompañamiento del equipo. Se realizará
una prueba de resistencia de la presión. Se examinarán los dispositivos de
seguridad.
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En todos los equipos se tendrá la siguiente información:
.- Nombre y apellidos, dirección, y otras señas de identidad del
fabricante y si lo hubiera del representante en Andalucía.
.- Año de fabricación.
.- Identificación del equipo, el tipo y el número de serie.
.- Límites esenciales máximos y mínimos admisibles.
.- Volumen del equipo.
.- DN de las tuberías.
.- Presión de la prueba PT, y la fecha.
.- La presión de rotura del órgano dispositivo de seguridad, en bar.
.- La potencia del equipo en kW.
.- La tensión de alimentación en V
.- El grado de llenado, kg/l
.- La masa máxima de llenado, en kg.
.- La masa tarada, en kg.
.- El grupo de productos.
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Las tuberías deberán ser diseñadas y fabricadas de forma que se
garantice que no existe riesgo de deformación permanente derivada de
movimientos libres inadmisibles o de esfuerzos excesivos, como por ejemplo en
la bridas, las conexiones, los tubos flexibles ondulados o los tubos extensibles
se controlen adecuadamente mediante abrazaderas, tirantes o sujeciones,
ajustes o pretensores.
Se dispondrán de dispositivos para evacuar posibles condensaciones
en el interior de los tubos, de forma que puedan ser eliminados de manera
segura, de forma que se eviten daños debidos a golpes de ariete o corrosión.
En el diseño y fabricación de las tuberías se tendrán en cuenta posibles
efectos y daños derivados de las turbulencias y la formación de torbellinos. Se
tendrán en cuenta el riesgo debido a la fatiga causada por las vibraciones en los
tubos.
Se evitará la posibilidad de descarga accidental, marcando
visiblemente en la parte permanente en la que figura la inscripción del fluido
contenido.
Para determinar las tensiones admisibles se usarán la siguiente
terminología:
Re/t designa límite elástico. Designa el valor de la temperatura de
cálculo según los siguientes casos:
.-Del límite superior de cadencia para los materiales que
presenten límites inferiores u superiores de fluencia.
.- De la tensión al 1 por 100 de la extensión total para el acero
austenítico y el aluminio sin alear.
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.- De la tensión al 0,2 por 100 de la deformación permanente
en los demás casos.
Rm/20 designa el valor mínimo de resistencia a tracción máxima a 20 ºC.
Rm/t designa la resistencia a la tracción a al temperatura de cálculo.
La tensión general de membrana admisible para las cargas
predominantemente estáticas y para temperaturas situadas fuera de la gama en
la que los fenómenos de fluencia sena significativos, no deberán ser superior al
menor de los valores siguientes, según el material que se trate:
En el caso de acero ferrítico, incluido el acero normalizado (acero
laminado) y con exclusión de los aceros que hayan sufrido un
tratamiento térmico especial, 2/3 de Re/t y 5/12 de Rm/20
En el caso de acero austenítico, si su alargamiento después de la
rotura es superior a 30 %, 2/3 de Re/t .
O alternativamente y si su alargamiento después de la rotura es
superior al 35 %, 5/6 de Re/t y 1/3 de Rm/20.
En el caso del aluminio, 2/3 de Re/t .
Y para el caso de aleaciones de aluminio que no puedan se templadas,
2/3 de Re/t , y 5/12 de Rm/20
Para el coeficiente de las juntas soldadas, el coeficiente de resistencia
de las juntas no deberá exceder de los valores siguientes:
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.- Para los equipos que sean objeto de controles destructivos y no
destructivos que permitan comprobar que el conjunto de las juntas no
presentan deficiencias significativas superiores a 1.
.- Para los equipos que sean objeto de controles aleatorios no
destructivos: 0,85.
.- Para los equipos que no sean objeto de controles no destructivos de
la inspección ocular: 0,7.
Cuando sea necesario deberán tenerse en cuenta asimismo el tipo de
tensión y propiedades mecánicas y tecnológicas de la junta.
Los órganos limitadores de presión deberán limitarse al 10 % de la
presión máxima admisible.
La presión para la prueba hidrostática deberá ser como mínimo igual al
más elevado de los dos valores siguientes:
.- La presión correspondiente a la carga máxima que pueda soportar el
equipo en funcionamiento, habida cuenta de su presión máxima
admisibles y de su temperatura, multiplicada por el coeficiente 1,25.
.- La presión máxima admisible multiplicada por el coeficiente 1,43.
A menos que no se requieran valores de las características de los
materiales distintos con arreglo a criterios que hayan de tomarse en
consideración, el acero se considera con la suficiente ductilidad cuando su
alargamiento después de la rotura en una prueba de tracción realizada con
arreglo a un procedimiento normalizado se al menos igual al 14 % y cuando su
energía de flexión por choque sobre probeta ISO V sea al menos igual a 27 J, a
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una temperatura igual como máximo a 20 ºC, pero no superior a la temperatura
más baja de funcionamiento prevista.
Todos los equipos serán legalizados y tendrán la documentación
preceptiva. El fabricante elaborará la documentación técnica descrita en la
reglamentación pertinente, la cual conservará por al menos diez años a partir de
la fecha de fabricación. Esta documentación técnica permitirá la evaluación
de la conformidad del equipo a presión con los requisitos del real decreto que le
son aplicables. En la medida necesaria deberá llevar el diseño, la fabricación y
el funcionamiento a presión en incluirá:
.- Una descripción general del equipo a presión.
.- Los planos de diseño y de fabricación y los esquemas de los
elementos subconjuntos, circuitos, etc.
.- Las explicaciones y descripciones necesarias para la compresión de
dichos planos y esquemas y del funcionamiento del equipo a presión.
.- Una lista de las normas presitas en el reglamento aplicadas total o
parcialmente y la descripción de las soluciones adoptadas para cumplir
los requisitos esenciales del reglamento cuando no se hayan aplicado
las normas referidas.
.- Los resultados de los cálculos de diseño de los controles realizados
etc.
.- Los informes sobre las pruebas.
El fabricante tomará todas las medidas necesarias para que el
procedimiento de fabricación garantice la conformidad de los equipos a presión
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fabricados con el tipo descrito en el certificado de examen de CE y hará un
certificación escrita de conformidad.
El método de fabricación llevará un sistema de calidad aprobado como
se especifica en el reglamento. Este sistema de calidad será auditado por un
organismo competente. Todos lo elementos, requisitos y disposiciones
adoptados por el fabricante figurarán en una documentación llevada de
sistemática y ordenada en forma de medidas, procedimientos e instrucciones
escritas. Esta documentación sobre el sistema de calidad permitirá una
interpretación uniforme de los programas, de los planos, y de los expedientes
de calidad. En concreto:
.- Las técnicas, los procedimientos y las medidas temáticas de
fabricación, de control de calidad y de aseguramiento de la calidad que
se aplicarán y, en particular los métodos de unión permanente de las
piezas homologadas de conformidad con el reglamento en vigor.
.- Los controles y pruebas que se realizarán antes, durante y después
de la fabricación, así como la frecuencia con que se llevarán a cabo.
.- Los expedientes de calidad tales como los informes de inspección y
los datos de las pruebas y de la calibración, los informes sobre la
competencia o aprobación del personal correspondiente y en particular
las del personal encargado de la unión permanente de las piezas.
.- Los medios para vigilar la consecución y el funcionamiento eficaz del
sistema de calidad.
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1.5.1 SISTEMA DE COMPRESIÓN
El sistema de compresión seleccionado para poder obtener un caudal
máximo será un conjunto formado por un compresor de baja hasta 13 bar
seguido de un booster hasta los 25 bar. La regulación del booster se realizará
entre los valores de presión de 30-27 bar, y un reductor de presión a la salida
del booster a 25 bar.
El compresor de baja seleccionado será rotativo de tornillo lubricado de
una etapa con rotores de perfil asimétrico, guiados por un motor eléctrico y apto
para trabajo pesado. Se suministra como un conjunto integral completo para la
producción de aire comprimido. La unidad vendrá montada sobre una bancada,
completamente
Además, el compresor saldrá de fábrica probado y embalado.
El filtro del compresor está directamente montado en la aspiración del
compresor, y tiene un elemento filtrante de tipo seco que tiene una eficiencia del
99,9% para partículas de 5 micras y superiores. Esta filtración es más que
suficiente para esta aplicación.
El airend consiste en dos rotores de fundición de acero, lubricados, de
perfil asimétrico, dentro de una carcasa de hierro fundido. Los rotores llevan
rodamientos en rodillos en el lado de aspiración y de empuje cónicos dobles en
el lado de la descarga. Los vedamientos incorporan unas presas de lubricante
exclusivas que mantienen una cantidad de lubricante en el mismo para las
operaciones de arranque.
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Al ser el airend el componente principal en cualquier compresor rotativo
de tornillo, las prestaciones, fiabilidad y rendimiento estarán determinados en su
mayor parte por el diseño, tolerancias de fabricación y ensamblaje de este
elemento. El resto de componentes del sistema son elementos de soporte y
control que se incluyen para asegurar un correcto funcionamiento de la unidad.
Los rotores se fabrican de acero fundido AISI-C-1141. El perfil
asimétrico se consigue mediante un proceso único de mecanizado en dos
etapas. La primera etapa consiste en un coste basto para conseguir un perfil en
ángulo arrollado básico. La segunda etapa es un proceso de rectificado final
que asegura una superficie de rotor dura y perfilada. Los ejes de los rotores
tienen un rectificado de precisión con unas tolerancias de 0,0005”. Se asegura
el encaje de la pareja de rotores antes de montarlos en la carcasa.
Las carcasas de los rotores son de material de hierro fundido de alta
calidad de grano fino. Los rotores llevan rodamientos de rodillos para soportar
los esfuerzos radiales en el lado de aspiración y de empuje cónicos dobles en el
lado de la descarga. Los rodamientos incorporan unas presas de lubricante
exclusivas que mantienen una cantidad de lubricante en el mismo para las
operaciones de arranque. Se elimina por tanto la necesidad de prelubricación
cuando se producen paradas prolongadas.
El motor principal está específicamente dimensionado para los
requerimientos del compresor. Los requisitos de par y carga del compresor son
alcanzados por el motor de tal modo que se consiguen desarrollar los picos de
eficiencia y factor de potencia a plena carga.
Los motores estándar tienen un grado de protección IP-55.
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El motor va montado con brida y patas. La carcasa está diseñada para
proporcionar la máxima resistencia y rigidez para soportar los rodamientos y
mantener la separación rotor/estator uniforme e el alineamiento permanente.
La velocidad, par y características de operación han sido diseñadas
para alcanzar los valores de carga del compresor. El rendimiento del motor y el
factor de potencia han sido optimizados para cubrir el rango completo. Los
motores estándar están bobinados para cubrir los 380/415V.
Los rodamientos de bola para el lado de accionamiento y de rodillos
para el otro lado proporcionan un servicio fiable del motor. El eje del motor
posee el diámetro estándar mayor admisible. Esto implica que se montan
realinmientos de gran tamaño. Las operaciones de engrase de ambos
rodamientos son sencillas, desde el punto de vista del mantenimiento.
Los motores del compresor tienen aislamiento clase F como estándar.
Esto significa que está diseñado para trabajar continuamente con un
incremento de temperatura de 115 ºC. A pesar de esto, el motor no alcanza en
ningún momento temperaturas superiores a 89 ºC. Esto permite que se doble la
vida útil del motor. Todos los bobinados y conductores son de cobre con triple
capa de barniz aislante para añadir un margen extra de protección al motor.
El sistema de transmisión por engranajes integral porque es el diseño
más eficiente, fiable y robusto.
Los engranajes se han seleccionado de forma óptima y se montan en el
eje del motor y en el rotor macho. La brida del motor está unida al airend para
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mantener un alineamiento permanente. Los engranajes AGMA clase 11 de alta
calidad transmiten el movimiento al airend para que gire a la velocidad
específica que proporcione el máximo rendimiento. La carcasa de los
engranajes está completamente sellada frente a contaminantes atmosféricos
externos para asegurar un funcionamiento corrector de por vida.
El conjunto airend/motor está montado en una sub-estructura sobre
tacos antivibración para que tenga un funcionamiento suave y silencioso.
El filtro de aceite refrigerante tiene un elemento reemplazable de 5
micras con by-pass de presión.
El control de temperatura se realiza con una válvula termostática de
control con dos entradas y unas salida: (1) para el refrigerante que proviene del
refrigerador, (2) para el refrigerante que proviene del tanque separador
presurizado, y (3) para el refrigerante que va al orificio de inyección de
refrigerante en el airend. El elemento sensor de temperatura controla la
cantidad de refrigerante de cada fuente, refrigerado o no refrigerado, necesario
para proporcionar la temperatura de inyección adecuada y asegurar un
calentamiento rápido en el arranque.
El refrigerante es inyectado a través de un orificio en la parte de
aspiración del airend entre el rotor macho y hembra, y es dirigido en sentido
contrario a la tapa de aspiración. Esto asegura el mejor sellado previo del rotor,
además de obtener una mezcla óptima del refrigerante con el aire de
aspiración. El flujo del refrigerante se mantiene por diferencia de presión entre
el tanque separador y la aspiración del airend.
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Después de la compresión y descarga del airend, el aire mezclado con
el aceite refrigerante va al tanque separador. Esta mezcla entra radialmente al
depósito, y es dirigida a la zona inferior al elemento separador. La mayor parte
del aceite refrigerante va al fondo del depósito. Este tipo de movimiento de la
mezcla aire aceite hace que de produzca la limpieza del aire comprimido antes
de que entre al elemento separador.
El elemento separador está construido en fibra de vidrio moldeado
reforzado con acero y es de dos etapas de filtración. Existe una línea de barrido
que recoge el aceite refrigerante que coalesce en el interior del elemento
separador y lo manda a la aspiración del airend pasando por una válvula
antirretorno. El arrastre de aceite refrigerante en estos compresores después
del elemento separador es de 5 ppm. El aire comprimido entra después en el
refrigerador final por aire, donde el arrastre anterior se redice a menos de 3
ppm, ya que parte de este aceite refrigerante se va con el drenaje de
condensados. Debido al generoso dimensionamiento del elemento separador,
la caída de presiones mínima. Esto reduce la potencia necesaria para mover el
aire a través del sistema del compresor.
El tanque separador está montado verticalmente en el compresor, con
la entrada de aceite aire refrigerante situada cerca del fondo. El separador está
protegido con una válvula de seguridad de alivio de presión montada en un lado
del mismo. Existe un drenaje de aceite refrigerante situado al fondo del
depósito, y conectado mediante tubería hasta un punto fuera de la estructura de
la base del compresor.
También existe una boca para el llenado de aceite situada en un punto
que hace que no se pueda llenar en exceso el compresor de aceite. El tanque
posee además un visor en un lado del mismo para comprobar el nivel de
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refrigerante. El aire comprimido de salida del tanque separador está regulado
por una válvula antirretorno de presión mínima, que hace que se mantenga una
presión suficiente para que el flujo de aceite por el compresor sea el correcto
en todo momento.
Existen dos válvulas de soplado en el tanque separador, una normal y
otra para arranque en vacío. Éstas hacen que caiga la presión en el tanque
separador cuando el compresor va a vacío. La válvula para arranque en frío
mantiene la presión de vacío en 4,1 bar hasta que la temperatura del
refrigerante alcance los 46 ºC, momento en que la válvula abre y la presión cae
a 1,7 bar.
El tanque separador ha sido diseñado para cumplir con toda la
normativa actual de construcción concretamente el Código Europeo de
Recipientes a Presión EN 286 EEC 87/404.
El compresor inicialmente estará lleno de aceite 100 % sintético y
biodegradable, de larga vida de funcionamiento, dos años u 8.000 horas de
funcionamiento.
El compresor puede ser refrigerado por aire o por agua. Ambos tienen
dos intercambiadores de calor, un refrigerador final para el aire comprimido en a
descarga y un refrigerador de aceite.
Si la refrigeración se realizará por aire, el aire de refrigeración es
dirigido hacia dentro de la cabina a través del refrigeración final, pasa por el
motor y el airend y después es forzado fuera a través del refrigerador de aceite.
Su construcción es de tubos aleteados de aluminio. Están preparados para
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funcionar con temperaturas ambiente de hasta 46 ºC. A esta temperatura el aire
comprimido de salida del compresor está a solamente 8 º C por encima de la
temperatura ambiente. Este movimiento del aire se realiza por medio de un
ventilador con su motor instalado en el interior del conjunto.
Si la refrigeración se realiza por agua, ésta fluye primero por el
refrigerador final, y después por el refrigerador de aceite, para abandonar la
unidad por la conexión de salida. Los refrigeradores son de carcasa y tubos y
están diseñados para temperaturas de agua de hasta 46º C.
El ventilador de refrigeración, que fuerza el aire a través de la máquina,
está accionado por un motor de arranque directo individual para esta aplicación,
y está situado frente al refrigerador de aceite. El aire de refrigeración atraviesa
el compresor desde unas rejillas laterales hasta una situada en el panel
superior. Las unidades refrigeradas por agua utilizan un ventilador más
pequeño para circular el aire por el interior de la cabina.
El control se realizará con un microcontrolador que proporciona la
maniobra de arranque, control de capacidad, de funcionamiento y de seguridad
del conjunto.
El compresor tiene un control carga/vacío que permite al compresor
trabajar en dos puntos de la curva de capacidad. El primero es al 100 % de
caudal y el segundo a caudal cero. El control carga/vacío es un sistema
económico de funcionamiento, ya que al ir a vacío el sistema de solado
minimiza los requisitos, de potencia. El compresor entra en carga ala 100 % de
la capacidad automáticamente cuando la presión del sistema cae por debajo de
un valor predeterminado. El arranque/parada será automático así como el
sistema de conservación de energética (PCS). Esto hace que el compresor
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trabaje a vacío un tiempo predeterminado. Este tiempo lo determina el sistema
PCS u puede ajustarse hasta un mínimo de 2 minutos. Si no hay demanda
durante ese periodo de tiempo, el compresor se para y pasa a la situación de
espera, y automáticamente arrancará y entrará en carga si la presión baja del
valor fijado. Esto lo hace si el tiempo total de funcionamiento ha sobrepasado
los 10 minutos, ya que le máximo número de arranques por hora del motor es
de 6.
El compresor lleva integrado un armario arrancador IP-55 accesible a
través de una puesta con llave. El armario contiene un arrancador estrella-
triángulo, transformador de mando, y todos los componentes del circuito de
control. El arrancador estrella-triángulo se utiliza para reducir el pico de
intensidad en el arranque. La tensión de alimentación está separada de la
tensión de mando, y todos los componentes están protegidos por una cubierta
transparente. La tensión de mando es de 48 V, y el circuito está protegido con
fusibles. Todo el equipo eléctrico está diseñado para cumplir con las normas
EN60204 de seguridad eléctrica, IEC, CENELEC, VDE, y otros códigos
internacionales normalizados.
Conectando la tensión de 48 V el microprocesador controla y secuencia
los contactadotes del motor y la solenoide de carga.
Continuamente controla el estado del compresor y toma acción si
ocurre un fallo, mostrando el mensaje en la pantalla de cristal líquido. El botón
de parada de emergencia parará el compresor independientemente del
microcontrolador. Además, el controlador proporciona una seguridad extra en el
caso de fallo de tensión o inestabilidad.
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El controlador incorpora un panel de membrana táctil para todas las
funciones de control del compresor. Está montado en la parte superior del
compresor, directamente encima del arrancador, para una mejor visibilidad.
El microcontrolador lee presión de descarga, temperatura de descarga
del airend, horas totales/ horas en carga, presión del tanque y estado del
separador. Los parámetros de funcionamiento ajustables son la presión de
entrada en vació 1 y 2, la presión del entrada en carga 1 y 2, tiempo de
transición estrella-triángulo, tiempo de parada para arranque/parada
automático, arranque/parada automática on/off, arranque/parada remota on/off,
control de secuencia on/off, PORO on/off, modo de control (carga/vacío,
modulación/ACS), retardo de entrada en carga, y unidades de medida. Como
avisos de funcionamiento dará cambio de filtro de aspiración, cambio de
elemento separador, y cambio de filtro de aceite. Las paradas por fallo serán
por alta temperatura de descarga del airend, baja presión del tanque en vacío,
alta presión en el tanque, fallo del arrancador, sobrecarga del motor principal,
falta de tensión de alimentación, fallo arranque/parada remota, fallo del sensor,
error de calibración sobrepresión y rotación inversa.
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DATOS TÉCNICOS
DATOS GENERALES DEL COMPRESOR
Capacidad según condiciones aspiración m3/min 17,5
Presión de trabajo de diseño barg 13
Presión máxima de trabajo barg 13,2
Presión mínima de trabajo barg 4,5
Nivel de ruido refrigeración por aire dBA 75
Temperatura de funcionamiento ºC 90
Temperatura inyección ºC 71
Refrigeración por aire (Ta= 46 ºC)
CTD refrigerador final ºC 8
Flujo de aire del ventilador m3/min 357
Refrigeración por agua
CTD refrigerador firnal ºC 8
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Caudal a 21 ºC l/min 82
Caudal a 32 ºC l/min 123
Incremento temperatura agua a 32 ºC ºC 14
Descarga de aire BSP (rosca gas) pulg 2
Drenaje del aceite (rosca gas) pulg 2
Alimentación eléctrica mm 100
Drenaje condensación BSP pulg ¼
Agua de refrigeración ent/sal BSP pulg 1-¼
Capacidad del tanque de refrigeración l 66
Capacidad del sistema de refrigeraciónTotal l 77
Dimensiones mm 3270/1620/1900
Peso kgrs 3075
Diámetro del rotor mm 226
Potencia absorbida en el eje kW 145
Potencia Instalada en el motor principal kW 152
Velocidad del motor principal rpm 1475
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Rendimiento motor principal % 96,1
Potencia del motor principal kW 5,2
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El booster irá montado sobre una bancada común con el motor
eléctrico de accionamiento mecánico. Su diseño permite una marcha suave por
medio de compensación máxima de masa del cigüeñal de acero forjado y
equilibrio electrodinámico del volante. Contará de los siguientes elementos:
Dispositivo de refrigeración y supervisión, montados y listos para el
funcionamiento automático de la unidad. La conducción dirigida de aire de
refrigeración a través del cilindro y refrigerador posterior, con estructura de
campana de aire funcionando como protección de la correa.
El accionamiento se lleva a cabo mediante correas trapezoidales de
alto rendimiento pretensazas, mediante dispositivo tensor de correas con guía
paralela y husillo central.
El filtro de aspiración y el canal de aspiración están desacoplados
térmicamente en la culata por medio de estriado interior de la misma, lo que
perite una disipación térmica eficiente.
El intercambio de calor residual se realiza por medio de un
intercambiador de aletas. La baja temperatura en las válvulas se debe a un total
contacto de la base con el cilindro.
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DATOS TÉCNICOS
DATOS GENERALES DEL BOOSTER
Sobre presión máxima barg 35
Presión previa barg 13
Presión de trabajo barg 25
Volumen de aspiración teórico aspiración m3/min 19,74
Caudal efectivo relativo a presión final m3/min 17,8
Nº de cilindros 3
Revoluciones del pistón rpm 1230
Máx. Tiempo en funcionamiento % 80
Potencia Instalada kW 45
Potencia Absorbida kW 45
Rendimiento del motor % 93,9
Revoluciones del motor rpm 3000
Tensión/Frecuencia V/Hz. 400/690/50
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Protección del motor IP55
Clase de Aislamiento F
Toma de aire comprimido aspiración pulg. G2
Toma de aire comprimido Presión pulg. G1 ½
Refrigeración del compresor aire
Temperatura máxima del ambiente ºC 40
Refrigeración posterior agua
Medidas mm 1950/955/1020
Nivel de sonido DIN 45636 a 1 m dBA 82
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El sistema de compresión incorpora un sistema de secado. El vapor de
agua puede ser uno de los componentes importantes de nuestro sistema a
medida que se va distribuyendo con el aire comprimido. Una refrigeración
adicional del aire comprimido a medida que va circulando por las tuberías de la
planta hará que condense el agua existente. Esta agua condensada pudrirá y
causará corrosión en los componentes del sistema, con lo que aumentará los
costes de mantenimiento y disminuirá el rendimiento del mismo. El secador
condensará y eliminará mediante drenaje el agua fuera del sistema antes de
que se produzcan los problemas.
Todo aire atmosférico contiene una cantidad de vapor de agua, que
está mezclado con otros gases como nitrógeno, oxígeno, monóxido de carbono,
etc. Este vapor de agua entra en el compresor con el aire de aspiración durante
el ciclo de compresión. El aire comprimido, a temperaturas ambiente normales
no puede contener tanto vapor de agua como el aire a presión atmosférica. De
todas formas, el calor generado durante el ciclo de compresión aumenta la
capacidad de contener vapor de agua. Cuando el aire comprimido se enfría
entre el compresor y el punto de utilización, este vapor de agua condensará en
el sistema de tuberías, depósitos, herramientas, etc.
La cantidad de vapor de agua condensada será la que excede de la
temperatura de saturación del aire comprimido.
La refrigeración final se usa para enfriar el aire comprimido a la salida
del compresor. El aire que sale del compresor está a una temperatura entre 95
y 180 ºC, y la refrigeración final bajará esta temperatura hasta 10 ºC por encima
de la temperatura de medio refrigerante. A la salida el aire comprimido estará
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saturado, por lo que cualquier enfriamiento posterior hará que condense el agua
en la tubería.
Las características de funcionamiento del secador son:
.- El rango de funcionamiento será 0,2 a 110 m3/min .
- La máxima presión de trabajo será 16 barg.
.- Cumplen la normativa ISO 7183, con una temperatura de rocío de 3
ºC.
.- Las temperaturas máximas de funcionamiento son de entrada al
secador 60 ºC, y de ambiente 50 ºC.
Para enfriar se usará un sistema de expansión directa, usando como
refrigerante R134a, R407c o R22. Este sistema utiliza un compresor scroll para
obtener bajo nivel de ruido y ahorro de energía hasta un 20 %. Reduce las
pulsaciones y elimina riesgo de daño por retorno de líquido a la aspiración del
compresor. También permite la eliminación del calentador del cárter,
asegurando un arranque y funcionamiento seguro.
Para controlar el punto de rocío se incorpora una válvula de by-pass de
gas caliente para regular el flujo de refrigerante en el evaporador para un
control justo del punto de rocío. Una válvula de expansión automática controla
de forma precisa el caudal de líquido y vapor refrigerante en el sistema de
refrigeración.
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La separación de la humedad condensada es conseguida a través de la
alta eficiencia de un separador de humedad de un separador de humedad tipo
malla metálica con drenaje (demister).
El aire seco y frío sale del secador a través del recalentador aire-aire
donde es calentado eliminándose la acumulación de condensación en la tubería
exterior y reduciendo la humedad.
El condensador es refrigerador por agua.
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DATOS TÉCNICOS
DATOS GENERALES DEL SECADOR
Capacidad m3/min 18
Tentrada=35 ºC, Tambiente=25 ºC, P.R.P= 3 ºC
Tipo de refrigerante R407c
Tipo de compresor Scroll
Cantidad de refrigerante kg 2,6
Caudal condensador m3/h/nºvent 3500/1
Control de capacidad By-pass de gas
caliente
Sistema de expansión Capilar
Intercambiador aire-aire y aire-refrig Bloque de aluminio
Número de Intercambiadores 1
Tipo de separador Malla metálica
Tipo de purga Drenaje temporizado
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Conexión de entrada/salida aire pulg 2” BSP-F
Drenaje de condensados BSP-F
Paneles Chapa
Metálica
Pintura Capa Epoxy-polyester
Nivel de ruido dBA 70
Dimensiones mm 920/1015/672
Peso kg 150
Suministro eléctrico V/f/Hz 400/3/50
Potencia absorbida kW 1,49
Tensión auxiliar V/f/Hz 230/1/50
Tipo de control Electromecánico
Protección eléctrica IP 44
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El filtro esta diseñado para retener residuos sólidos y líquidos que
contengan el aire comprimido tales como aceite, agua de condensación,
polvo, partículas de metal, etc.… La capacidad de retención es de hasta 1 micra
de espesor para sólidos y para líquidos hasta 0,5 mg/m3 de agua a 21 ºC. La
caída de presión respecto a la entrada no excede de 0,07 bar, y la presión de la
humedad en la entrada no debe exceder 0,14 bar.
El filtro utiliza el método de intercepción para eliminar los residuos, y
está diseñado para una larga durabilidad y realizar el mantenimiento de forma
rápida y sencilla. El material filtrante se compone de multitud de capas de
microfibras de borosilicatos, encapsulados, de nylon relleno de fibra de vidrio y
todo ello cubierto por una cascas soporte de acero inoxidable en el interior y en
el exterior.
El compresor puede ser instalado en cualquier suelo nivelado
capaz de soportar su peso. El lugar debe ser un área bien ventilada y seca,
donde el aire sea lo más limpio posible. El espacio libre alrededor de la máquina
debe ser 1 m en todas direcciones Los compresores de tornillo no deben
instalarse en sistemas de aire conjuntamente con compresores alternativos, a
no ser que se disponga de un dispositivo de aislamiento.
El esquema general del sistema de compresión se muestra en la figura
6, así como el sistema de eliminación de la humedad en la figura 7.
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1.5.2 VASIJAS Y DEPÓSITOS
1.5.2.1 VASIJA PARA ALMACENAMIENTO DE
SÓLIDOS
La vasija de almacenamiento de sólido estará fabricada
en acero inoxidable 316, que cumple con los criterios generales
descritas inicialmente y en el reglamento de equipos a presión para
las condiciones de operación a las que estará sometida la vasija.
Este material es capaz de resistir las condiciones de trabajo a las
que estará sometida la vasija.
La tortillería y externos será realizada con acero al
carbono.
La vasija irá sujeta a la estructura soporte mediante tres
cartelas situadas en el perímetro del equipo formando 120º entre
ellas y a una altura tal que permita el llenado manual de la vasija.
El tronco superior será cilíndrico, cerrado por una tapa
plana atornillada necesaria para reponer la cantidad de sólido
consumido tras el periodo de operación para el que se diseñará la
vasija.
Tras la parte cilíndrica, la vasija acaba en un cuerpo
cónico que conectará con la tubería de suministro de sólido a la
corriente gaseosa.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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La vasija se diseñará de forma que se llene hasta el 80 %
de su capacidad.
La vasija no irá calorifugada ya que no es de interés para
el proceso mantener la temperatura a altos valores en la vasija, sino
todo lo contrario, interesa que parte del calor se evacue, ya que la
válvula de suministro de sólido opera mejor a menor temperatura.
La vasija sí irá presurizada, de esta forma se evita
conectar dos zonas de presiones muy distintas, lo que complicaría
el diseño de la válvula rotativa de suministro de sólido. Por esta
razón la vasija estará equipada con una válvula de seguridad, para
mantener la presión en la misma y evitar posibles sobre presiones.
La presión se mantendrá mediante una tubería de pequeño
diámetro que conectará la tubería de la corriente gaseosa a la salida
del compresor con la parte superior de la vasija.
El contenido de sólido en la vasija se medirá en continuo
mediante un sensor capacitivo de nivel, marcando el instante en el
que se deberá reponer la cantidad de sólido consumido en la
operación de filtrado.
El principio de medida de los sensores capacitivos de
nivel es el condensador que se forma entre el sensor y la pared de
la vasija, variando la constante dieléctrica del medio del
condensador formado, variando desde el valor que tenga con el
sólido hasta 1, constate del aire.
Las dimensiones y datos técnicos de la vasija se
determinan en la memoria de cálculo, aplicando los criterios
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descritos anteriormente, resultando las dimensiones que se
muestran en los planos correspondientes.
La dosificación de sólidos a la corriente de aire a presión
se realizará mediante una válvula rotativa estanca, de velocidad
variable para poder modificar el caudal de sólido en el fluido
1.5.2.2 VASIJA DE LIMPIEZA
La vasija de almacenamiento de limpieza estará fabricada
en acero inoxidable 316, que cumple con los criterios generales
descritas inicialmente y en el reglamento de equipos a presión
para las condiciones de operación a las que estará sometida la
vasija. Este material es capaz de resistir las condiciones de
trabajo a las que estará sometida la vasija.
La tortillería y externos será realizada con acero al
carbono.
La vasija irá sujeta a la estructura soporte mediante tres
cartelas situadas en el perímetro del equipo formando 120º entre
ellas y a una altura tal que permita el llenado manual de la vasija.
El tronco superior será cilíndrico, cerrado por una virola
que conectará la vasija con la tubería de unión con la vasija de
filtros.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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Tras la parte cilíndrica, la vasija acaba en una parte
cónica que se cierra con una tapa plana atornillada para poder
descargar el sólido.
La vasija se diseñará de forma que se llene hasta el 80 %
de su capacidad.
La vasija irá calorifugada y traceada, de forma que se
produzcan las menores pérdidas posibles de calor, ya que está
conectada a la vasija de filtros. El aislamiento se realizará con 200
mm de lana de roca de 100 kg/cm3.
El traceado se realizará con:
.-Cable tipo serie ECR con aislamiento mineral de óxido
de magnesia con cubierta metálica tipo Pyrotenax gama
cubierta acero inoxidable para mantenimiento de
temperaturas altas y elevadas de hasta 800 ºC, con 30
W/m, en la forma de paneles fabricados en acero 304 L.
Los paneles se sujetarán a la vasija mediante
abrazaderas construidas in situ. Los paneles se colocarán
de manera que cubran la vasija de la manera más
homogénea posible.
.-El sistema de control contará con 3 controladores
digitales en cuadro programables con 3 sondas Pt-100
con 3 cajas locales a situar en la pared del tanque.
Tendrá un termostato digital con IP 65, alimentado a 230
V con un rango de temperaturas de 50 a 600 ºC, con un
relé conmutado a 10 A, el termostato deberá situarse en
la posición más desfavorable de la zona que controla.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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.- La alimentación eléctrica de los cables calefactores se
hará con 4 y 2 entradas de rosca PG 16.
.- El cuadro eléctrico de control y protecciones del sistema
a instalar con mando general automático/fuera de
servicio, pilotos de señalización en presencia de tensión,
marcha-automático, alarma de defecto de protecciones,
alarmas de control de temperatura, y del controlador. La
acometida al cuadro será de 10 kW a 230 V,
alimentaciones entre éste y las cajas de conexión al
traceado, así como los cables de prolongación entre el
cuadro y las tres sondas sobre el tanque y todas las
posibles señales a explorar en sala desde el cuadro. El
magneto térmico será de 20 A y el diferencial de 30 mA.
.- Además serán necesarias prensaestopas de entrada a
las cajas de conexión y al armario para todas las señales.
.-También serán necesarios cables de unión con las
sondas, señales opcionales, que irán en canaletas de
distribución.
El sistema de traceado se montará una vez esté
totalmente montada la vasija.
La vasija estará presurizada, para que sea sencilla la
evacuación de sólidos desde la vasija de filtros. Por esta razón la
vasija estará equipada con una válvula de seguridad, para
mantener la presión en la misma y evitar posibles sobre presiones.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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El contenido de sólido en la vasija se medirá en continuo
mediante un sensor capacitivo de nivel, marcando el instante en el
que se deberá reponer la cantidad de sólido consumido en la
operación de filtrado.
El principio de medida de los sensores capacitivos de
nivel es el condensador que se forma entre el sensor y la pared de
la vasija, variando la constante dieléctrica del medio del
condensador formado, variando desde el valor que tenga con el
sólido hasta 1, constate del aire. En la figura 8 del anexo se
puede ver una imagen del sensor.
Las dimensiones y datos técnicos de la vasija se
determinan en la memoria de cálculo, aplicando los criterios
descritos anteriormente, resultando las dimensiones que se
muestran en los planos correspondientes.
1.5.2.3 VASIJA DE FILTROS
La vasija de filtros estará fabricada en acero inoxidable
316, que cumple con los criterios generales descritas inicialmente y
en el reglamento de equipos a presión para las condiciones de
operación a las que estará sometida la vasija.
La tortillería y externos será realizada con acero al
carbono.
La vasija irá sujeta a la estructura soporte mediante tres
cartelas situadas en el perímetro del equipo formando 120º entre
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 70
ellas y a una altura tal que permita la inspección visual de la vasija a
simple vista desde la parte superior
El tronco superior será cilíndrico, cerrado por una virola
que conectará la vasija con la tubería de unión con la vasija de
filtros. Este tronco tendrá unas dimensiones tales que sobre pase
las de los filtros en al menos 50 cm. La parte superior estará
compartimentada en dos cámaras totalmente independientes y
estancas. Los filtros estarán fijados a la vasija mediante una placa
circular que divide la vasija en tres zonas. Esta parte superior estará
cerrada por una tapa plana atornillada a la vasija.
Por esta tapa entrarán las conducciones que conducirán
al fluido de limpieza a la parte superior de la vasija.
La vasija irá equipada con sensores de presión y
temperatura necesarios para conocer en todo momento las
condiciones exactas de operación.
La corriente fluido entrará a la vasija mediante dos
conexiones por la parte superior de la vasija, justo a la altura del
extremo superior de los filtros.
Tras la parte cilíndrica, la vasija acaba en una parte
cónica con un volumen tal que permita almacenar
momentáneamente la cantidad de sólido resultante de operar
durante 8 horas en continuo con la máxima carga de sólido en la
corriente gaseosa a filtrar y al mayor caudal.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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La vasija irá calorifugada y traceada de forma que se
produzcan las menores pérdidas posibles de calor. El aislamiento se
realizará con 200 mm de lana de roca de 100 kg/cm3.
El traceado se realizará con:
.-Cable tipo serie ECR con aislamiento mineral de óxido
de magnesia con cubierta metálica tipo Pyrotenax gama
cubierta acero inoxidable para mantenimiento de
temperaturas altas y elevadas de hasta 800 ºC, con 30
W/m, en la forma de paneles fabricados en acero 304 L.
Los paneles se sujetarán a la vasija mediante
abrazaderas construidas in situ. Los paneles se colocarán
de manera que cubran la vasija de la manera más
homogénea posible.
.-El sistema de control contará con 3 controladores
digitales en cuadro programables con 3 sondas Pt-100
con 3 cajas locales a situar en la pared del tanque.
Tendrá un termostato digital con IP 65, alimentado a 230
V con un rango de temperaturas de 50 a 600 ºC, con un
relé conmutado a 10 A, el termostato deberá situarse en
la posición más desfavorable de la zona que controla.
.- La alimentación eléctrica de los cables calefactores se
hará con 4 y 2 entradas de rosca PG 16.
.- El cuadro eléctrico de control y protecciones del sistema
a instalar con mando general automático/fuera de
servicio, pilotos de señalización en presencia de tensión,
marcha-automático, alarma de defecto de protecciones,
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 72
alarmas de control de temperatura, y del controlador. La
acometida al cuadro será de 10 kW a 230 V,
alimentaciones entre éste y las cajas de conexión al
traceado, así como los de prolongación entre el cuadro y
las tres sondas sobre el tanque y todas las posibles
señales a explorar en sala desde el cuadro. El magneto
térmico será de 20 A y el diferencial de 30 mA.
La vasija estará presurizada. Por esta razón la vasija
estará equipada con una válvula de seguridad, para mantener la
presión en la misma y evitar posibles sobre presiones.
Para conocer en todo momento la cantidad de sólido en
los filtros, se colocarán galgas gravimétricas en las cartelas de
sujeción de la vasija a la estructura.
Las dimensiones y datos técnicos de la vasija se
determinan en la memoria de cálculo, aplicando los criterios
descritos anteriormente, resultando las dimensiones que se
muestran en los planos correspondientes.
1.5.2.4 DEPÓSITO DE NITRÓGENO
El depósito de nitrógeno estará fabricado en acero
inoxidable 316, que cumple con los criterios generales descritos
inicialmente y en el reglamento de equipos a presión para las
condiciones de operación a las que estará sometido el depósito.
La tortillería y externos será realizada con acero al
carbono.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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El depósito se instalará en el suelo próximo a la estructura
que soporta al resto de equipos.
El depósito será cilíndrico y cerrado. Tendrá un conducto
de entrada de nitrógeno y otro de salida.
Las dimensiones del depósito serán tales que permitan
almacenar la cantidad de sólido necesario para poder limpiar los
filtros durante al menos un día de operación.
El depósito estará irá calorifugado y traceado de forma
que se produzcan las menores pérdidas posibles de calor.. El
aislamiento se realizará con 200 mm de lana de roca de 100 kg/cm3.
El traceado se realizará con:
.-Cable tipo serie ECR con aislamiento mineral de óxido
de magnesia con cubierta metálica tipo Pyrotenax gama
cubierta acero inoxidable para mantenimiento de
temperaturas altas y elevadas de hasta 800 ºC, con 30
W/m, en la forma de paneles fabricados en acero 304 L.
Los paneles se sujetarán a la vasija mediante
abrazaderas construidas in situ. Los paneles se
colocarán de manera que cubran la vasija de la manera
más homogénea posible.
.-El sistema de control contará con 3 controladores
digitales en cuadro programables con 3 sondas Pt-100
con 3 cajas locales a situar en la pared del tanque.
Tendrá un termostato digital con IP 65, alimentado a 230
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V con un rango de temperaturas de 50 a 600 ºC, con un
relé conmutado a 10 A, el termostato deberá situarse en
la posición más desfavorable de la zona que controla.
.- La alimentación eléctrica de los cables calefactores se
hará con 4 y 2 entradas de rosca PG 16.
.- El cuadro eléctrico de control y protecciones del sistema
a instalar con mando general automático/fuera de
servicio, pilotos de señalización en presencia de tensión,
marcha-automático, alarma de defecto de protecciones,
alarmas de control de temperatura, y del controlador. La
acometida al cuadro será de 10 kW a 230 V,
alimentaciones entre éste y las cajas de conexión al
traceado, así como los cables de prolongación entre el
cuadro y las tres sondas sobre el tanque y todas las
posibles señales a explorar en sala desde el cuadro. El
magneto térmico será de 20 A y el diferencial de 30 mA.
El depósito estará presurizado. Por esta razón estará
equipado con una válvula de seguridad, para mantener la presión
en el mismo y evitar posibles sobre presiones.
Las dimensiones y datos técnicos del depósito se
determinan en la memoria de cálculo, aplicando los criterios
descritos anteriormente, resultando las dimensiones que se
muestran en los planos correspondientes.
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1.5.3 CALENTADORES
Podemos diferenciar dos sistemas de calentadores
distintos e independientes.
Por un lado tenemos el sistema de calentamiento del aire
de operación a la salida del compresor. Por otro lado necesitamos
calentar el fluido de limpieza para evitar posibles esfuerzos
provocados por la gran diferencia de temperatura que se
ocasionaría si no lo calentáramos.
1.5.3.1 CALENTADOR DE OPERACIÓN
Para conseguir la temperatura de filtración necesaria para
realizar la simulación del proceso real, el calentador deberá aportar
toda la energía necesaria para elevar la temperatura de salida del
booster hasta la de operación.
El emplazamiento de la planta piloto condiciona la fuente
de alimentación de todos los equipos, y por tanto de los
calentadores, tanto por la accesibilidad de las mismas como por las
condiciones de seguridad requeridas, y por tanto se usarán
calentadores eléctricos.
El calentamiento se realizará en dos unidades iguales en
serie, y en cada una se darán dos etapas, una de 12 kW y otra de
24 kW.
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Las características de las unidades son:
.- Recalentador de paso tipo RXP-G ESP 36 Kw 3-V.
.- Grado de protección IP 43.
.- Presión de diseño 25 bara.
.- Temperatura de diseño 300 ºC.
.- Calentadores se realizarán en acero inoxidable AISI
316L.
.- Tendrán un diámetro de 5” y una longitud de 2,250 m,
pero serán necesarios al menos 3,200 m para poder
desmontar y montar las resistencias en el interior del
calentador.
.- Las bridas son DIN 2636, DN 125, PN 40 de material
C22.5.
.- El tiempo de respuesta de los calentadores será de 20
minutos, es decir, el tiempo que tardan los calentadores
en poner el fluido, a caudal máximo, a la temperatura de
operación desde la temperatura de salida del compresor,
es 1200 segundos.
.- Los calentadores se montará uno encima del otro,
quedando anclado el calentador más bajo anclado al
suelo con el bastidor o con pies soportes.
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El control se realizará con tiristores, en un armario de
control de las siguientes características:
.- Tensión de alimentación trifásica 400 V.
.- Capacidad 135 A
.- Potencia de consumo 88 kW.
.- Dimensiones 1000x600x250 mm.
.- Fusible de protección 200 A.
.- Tendrá un ventilador con filtro IP54, con de 130 m3/h.
.- Interruptor manual de 160 A, con empuñadura negra.
.- Mando frontal con empuñadura negra.
.- Cubrebornes cortos 4P 100-160 A.
.- Bases UTE modulares MS 10 II
.- Dos cartuchos UTE Industrial GI 10 x 38 4 A C/I
.- Transformador 440/220 200 VA.
.- Dos cartuchos UTE Industrial GI 10 x 38 2 A C/I
.- Bases UTE modulares MS 10 II con selector d 22
manual, con corta NG.1 NA2.
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.- FIJE.MET.
.- CPO.d.22 1NA CONEX.TORN.E.MET.
.- Piloto c/LED d.22 230-240 V, Verde. E.MET.
.- Contactor 115 A 50 Hz 220/230 V.
.- Dos bases NH-11 1P Fij.Torn.Pinza.
.- Dos fusibles ultrarrápidos 55679.
.- Entrelec 165 556.22
.- Seis bornes M95/26
.- Trece bornas M2,5/6
.- El tiristor será modelo PAC35Z-013535-N00 (CS 11294)
con capacidad de carga en amperios de 135 A y una
señal de entrada 4-20 mA.
.- El regulador de temperatura será modelo SR71-8l1-5C
(CS 12868) con control autotuning PID experto, señal de
entrada termopar (Pt 100 K, J,…) con señal de salida 4-
20mA y alarma SV+BIAS.
.-El limitador de temperatura será tipo SR2D-102X15-Y12-
DK874C0 (CS 10728) con señal de entrada termopar tipo
“K”.
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Las sondas para el cuadro de control serán dos:
.- Una sonda Pt100, modelo SN 100-60X15-SM de 6 mm
de diámetro y 150 mm de longitud, con un cable de 3 hilos
de 0,5 mm2 de sección asilados con silicona, y un rango
de temperatura de -50 a 250 ºC, para el regulador SR71.
.- Una sonda termopar tipo “K” modelo SNK-60X15-V30M
de 6 mm de diámetro, y 150 mm de longitud, con un cable
de 1 mm2 de sección aislados con fibra de vidrio y malla
metálica, con rango de temperatura de 0 a 500 ºC, para el
limitador SRP2D.
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1.5.3.2 CALENTADOR DE LIMPIEZA
El objetivo del calentador de limpieza es elevar la
temperatura del nitrógeno almacenado en las botellas hasta la
temperatura de operación, de forma que no se produzcan fuertes
gradientes de temperatura entre las condiciones de limpieza y las
de operación lo que provocaría gran estrés térmico a la vasija.
El calentamiento se realizará en una unidad de 6 kW.
Las características de las unidades son:
.- Recalentador de paso tipo RXP-G ESP 6 Kw 3-400 V.
.- Grado de protección IP 43.
.- Presión de diseño 25 bara.
.- Temperatura de diseño 300 ºC.
.- Calentadores se realizarán en acero inoxidable AISI
316L.
.- Tendrán un diámetro de 3” y una longitud de 2,250 m,
pero serán necesarios al menos 3,200 m para poder
desmontar y montar las resistencias en el interior del
calentador.
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.- Las bridas son DIN 2636, DN 80, PN 40 de material
C22.5.
.- El tiempo de respuesta de los calentadores será de 20
minutos, es decir, el tiempo que tardan los calentadores
en poner el fluido, a caudal máximo, a la temperatura de
operación desde la temperatura de salida del compresor,
es 1200 segundos.
.- El control se realizará con tiristores, en un armario de
control de las siguientes características:
.- Tensión de alimentación trifásica 400 V.
.- Capacidad 40 A
.- Potencia de consumo 12 kW.
.- Dimensiones 600x800x300 mm.
.- Fusible de protección 200 A.
.- Interruptor manual de 160 A, con empuñadura negra.
.- Mando frontal con empuñadura negra.
.- Cubrebornes cortos 4P 100-160 A.
.- Bases UTE modulares MS 10 II
.- Dos cartuchos UTE Industrial GI 10 x 38 4 A C/I
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.- Transformador 440/220 200 VA.
.- Dos cartuchos UTE Industrial GI 10 x 38 2 A C/I
.- Bases UTE modulares MS 10 II con selector d 22
manual, con corta NG.1 NA2.
.- FIJE.MET.
.- CPO.d.22 1NA CONEX.TORN.E.MET.
.- Piloto c/LED d.22 230-240 V, Verde. E.MET.
.- Contactor 115 A 50 Hz 220/230 V.
.- Dos bases NH-11 1P Fij.Torn.Pinza.
.- Dos fusibles ultrarrápidos 55679.
.- Entrelec 165 556.22
.- Seis bornes M95/26
.- Trece bornas M2,5/6
.- El tiristor será modelo PAC35Z-002035-N00 (CS 11267)
con capacidad de carga en amperios de 135 A y una
señal de entrada 4-20 mA
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.- El regulador de temperatura será modelo SR71-8l1-5C
(CS 12868) con control autotuning PID experto, señal de
entrada termopar (Pt 100 K, J,…) con señal de salida 4-
20mA y alarma SV+BIAS.
.-El limitador de temperatura será tipo SR2D-102X15-Y12-
DK874C0 (CS 10728) con señal de entrada termopar tipo
“K”.
Las sondas para el cuadro de control serán dos:
.- Una sonda Pt100, modelo SN 100-60X15-SM de 6 mm
de diámetro y 150 mm de longitud, con un cable de 3 hilos
de 0,5 mm2 de sección asilados con silicona, y un rango
de temperatura de -50 a 250 ºC, para el regulador SR71.
.- Una sonda termopar tipo “K” modelo SNK-60X15-V30M
de 6 mm de diámetro, y 150 mm de longitud, con un cable
de 1 mm2 de sección aislados con fibra de vidrio y malla
metálica, con rango de temperatura de 0 a 500 ºC, para el
limitador SRP2D.
El armario de control será común tanto para el calentador
de limpieza como para el calentador de operación.
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1.6 TUBERÍAS
Las tuberías se realizarán en acero inoxidables 316 L, siendo su
diámetro el que resulte del cálculo de velocidad mínima del fluido, ya que éste
deberá circular a tal velocidad que se evite la precipitación del sólido y la
estratificación del mismo.
Esta velocidad mínima será de 15 m/s.
Las tuberías tendrán juntas de dilatación suficientes para evitar las
variaciones de longitud debidas a los grandes cambios de temperatura.
Todas las uniones serán bridadas para facilitar el montaje.
Todas las tuberías estarán traceadas para evitar pérdidas de
calor. El traceado se realizará con:
.-Cable tipo serie ECR con aislamiento mineral de óxido de magnesia
con cubierta metálica tipo Pyrotenax gama cubierta acero inoxidable
para mantenimiento de temperaturas altas y elevadas de hasta 800 ºC,
con 30 W/m, en la forma de paneles fabricados en acero 304 L. Los
paneles se sujetarán a la vasija mediante abrazaderas construidas in
situ. Los paneles se colocarán de manera que cubran la vasija de la
manera más homogénea posible.
.-El sistema de control contará con 3 controladores digitales en cuadro
programables con 3 sondas Pt-100 con 3 cajas locales a situar en la
pared del tanque. Tendrá un termostato digital con IP 65, alimentado a
230 V con un rango de temperaturas de 50 a 600 ºC, con un relé
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 85
conmutado a 10 A, el termostato deberá situarse en la posición más
desfavorable de la zona que controla.
.- La alimentación eléctrica de los cables calefactores se hará con 4 y 2
entradas de rosca PG 16.
.- El cuadro eléctrico de control y protecciones del sistema a instalar
con mando general automático/fuera de servicio, pilotos de
señalización en presencia de tensión, marcha-automático, alarma de
defecto de protecciones, alarmas de control de temperatura, y del
controlador. La acometida al cuadro será de 10 kW a 230 V,
alimentaciones entre éste y las cajas de conexión al traceado, así como
los cables de prolongación entre el cuadro y las tres sondas sobre el
tanque y todas las posibles señales a explorar en sala desde el cuadro.
El magnetotérmico será de 20 A y el diferencial de 30 mA.
Las especificaciones del aislamiento de las tuberías serán las
siguientes
.-Para espesores mayores o iguales a 1 ¼” capa de coquilla de lana
de roca y recubriendo adicional de manta de lana de roca hasta un
espesor total de 100 mm, recubrimiento de aluminio de 0.6 mm.
.-Para las tuberías de 1” y menores, coquilla de lana de roca de 60 mm
de espesor, recubrimiento de aluminio de 0,5.
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1.7 DESCRIPCIÓN DE ESTRUTURAS
1.7.1 ESTRUCTURA SOPORTE
La estructura soporte de la planta será metálica cuyas vigas y
pilares estarán diseñadas para soportar las cargas muertas y sobre
cargas de uso derivadas de la operación normal de la planta.
Constará de dos plantas accesibles mediante una escalera
lateral. Cada planta estará a una cota que permita el acceso a las
vasijas. La primera planta estará situada a una altura que permita la
instalación de los calentadores bajo ella. La segunda planta permitirá
acceder a los filtros desde una altura de 1 m.
En la última planta se instalará una grúa pluma capaz acceder y
manejar los filtros para facilitar su carga y descarga, además de facilitar
el montaje de la planta y la carga de sólido en la vasija de alimentación
de sólido.
Las características de la grúa pluma serán:
Capacidad máxima de carga Kg 1.000
Longintud del Brazo m 4
Recorrido del gancho del polipasto m 10
Velocidad de Elevación m/min 10/3
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Radio de Giro º 2701
Potencia del Motor de Elevación kW 0,8
Potencia del Motor de Tracción Carro kW 0,18
Potencia del Motor de Giro con variador de frecuencia kW 0,25
Tensión de alimentación V 380
Tensión de Mando V 48
Polipasto tipo: VL-1000-H10-V4-2-400-I-10
Adicionalmente vendrá equipada con un limitador de carga, un
final de carrera de elevación y botonera desplazable desde el suelo.
Toda la estructura estará rodeada por una barandilla de
seguridad de dos alturas.
El forjado de la estructura será una rejilla metálica galvanizada
tipo tramex 30x30x3 con malla inferior de seguridad.
1.7.2 ESTRUCTURA TECHO COMPRESOR
Para la protección del compresor se instalará un forjado metálico
soportado por una estructura metálica compuesta de pilares y vigas.
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1.8 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE NITRÓGENO
El nitrógeno se alimentará desde una batería de nitrógeno líquido situada
en las proximidades de la planta, tal y como se muestra en el plano.
1.9 SISTEMA ELÉCTRICO
La instalación eléctrica se diseñará para que soporte todas las
necesidades de la planta.
A continuación vamos a exponer y detallar la demanda de potencias
demandadas en la planta fuerza motriz y de alumbrado.
Compresor 165000 W
Calentadores.Limp. 4000 W
Calentadores.Opera. 45000 W
Dosificador 1000 W
Traceado 1350 W
Soplante 4000 W
20 % Varios 44070 W
TOTAL 264420 W
El Cuadro de Distribución de Fuerza y Alumbrado, así como los
cuadros de control de los calentadores de operación y limpieza, se ubicarán de
acuerdo al los planos que se adjuntan.
El Cuadro General de Baja Tensión, se ampliará en su ubicación actual
de forma que sea capaz de acoger los elementos indicados en el esquema
unifilar I
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 89
Cuando el cuadro esté dividido en secciones deberán ensamblarse
mecánica y eléctricamente por el Contratista según necesidad; cuando se
empleen equipos extraíbles, se comprobará que no tienen cables
desconectados ni averías de transporte antes de instalarlos en los cuadros.
La tensión de línea nominal para toda la planta será de 400 V y
frecuencia 50 Hz.
Todos los componentes del Cuadro de Distribución de Fuerza y
Alumbrado y C.G.B.T., deberán ser adecuados para trabajar correctamente bajo
las siguientes condiciones:
Variaciones de tensión: +/- 5%
Variaciones de frecuencia: +/- 5%
Los cuadros y todos sus componentes serán capaces de soportar el
calentamiento y los esfuerzos resultantes de la corriente simétrica y del
valor de pico de la corriente asimétrica de cortocircuito. La resistencia
térmica será suficientemente grande para soportar la corriente de
cortocircuito durante 1 segundo sin que el equipo sufra ningún
desperfecto.
Los cuadros serán adecuados para soportar continuamente la intensidad
de plena carga a la tensión nominal bajo las condiciones de servicio
especificadas sin que exceda el calentamiento permisible de sus
componentes. El embarrado se dimensionará específicamente de
acuerdo con el Reglamento Electrotécnico Español.
Los equipos serán adecuados para funcionamiento continuo a plena
carga durante 26.000 horas (3 años), sin que sea necesario efectuar
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 90
operaciones de mantenimiento que requieran desenergizar el sistema de
barras.
El Cuadro de Distribución de Fuerza deberá ser adecuado para uso
general, a prueba de roedores, para montaje sobre estructura mural,
autoportante, con el frente sin tensión y de diseño normalizado y dimensiones
estandarizadas, con vistas a futuras ampliaciones, de forma que en un futuro
sea capaz de acoger una ampliación del 25% de capacidad, tanto en potencia
como en espacio, de las protecciones indicadas.
Las etiquetas de identificación de cada circuito, serán de plástico rígido
laminado de color blanco, con letras de 15 mm de altura grabadas en negro.
Las etiquetas de designación del Cuadro, tendrán las letras de una altura de 30
mm.
Los materiales y mano de obra serán de la más alta calidad y el
acabado deberá ser, en todos los aspectos, apropiado para las condiciones de
servicio.
El ofertante deberá presentar un diseño previo con medidas y posición
de la aparamenta y equipos. Los planos definitivos deberán ser aprobados por
la Dirección de Obra antes de comenzar su montaje
Los cuadros estarán sujetos a inspección durante su fabricación y
antes de la entrega por el Contratista y/o representante autorizado del
Propietario.
El fabricante deberá suministrar al inspector toda la información que se
solicite en relación con este suministro.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 91
La inspección no exime en absoluto al fabricante de su responsabilidad
o garantía.
La inspección se realizará en el taller del vendedor de acuerdo con las
normas CEI-56-4 y CEI-24-B.
Los cuadros serán ensayados en fábrica de acuerdo con las Normas
aplicables.
Para el ensayo, el cuadro estará montado en fábrica mecánica y
eléctricamente en un solo conjunto.
Como mínimo los ensayos constarán de:
1. Medida de aislamiento de las barras principales.
2. Ensayo de rigidez dieléctrica de las barras principales de acuerdo
con las recomendaciones de la IEC.
3. Medida de aislamiento después del ensayo.
4. Medida de aislamiento embarrados de 230 Vca.
6. Medidas de aislamiento después del ensayo.
7. Ensayo de funcionamiento de cada uno de los circuitos.
8. Inspección visual de cada circuito.
9. El fabricante suministrará protocolo de pruebas.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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Los trabajos de tendido de cables se realizarán adoptando todas las
medidas de protección necesarias para evitar que se produzcan daños en los
cables. No será admisible en ningún caso, superar el valor de tracción máxima
indicado por el fabricante del cable, y se pondrá especial cuidado en respetar
los radios de giro mínimos indicados por el fabricante del cable así como en
proteger las entradas y salidas de tubo y canalizaciones.
Los cables se instalarán sin empalmes en todo su recorrido, no
admitiéndose la realización de empalmes intermedios, salvo aprobación
expresa de la Dirección de Obra.
En el caso de un cable que atraviese una plataforma, se deberá
proteger contra los daños mecánicos mediante un manguito, de acero
galvanizado, de longitud y diámetro adecuados y sujeto al elemento que se
atraviesa de forma fiable. Los dos extremos del tubo dispondrán de boquilla de
protección del cable.
El tendido de los cables se realizará, siguiendo el recorrido indicado en
el plano adjunto.
El cable de alimentación al Cuadro de Distribución de Fuerza y
Alumbrado, procedente desde el Cuadro General de Baja Tensión, se instalará
siguiendo el mismo recorrido realizado hasta el Cuadro de Distribución de la
planta piloto ubicada en el interior del edificio existente, desde donde se
instalará una bandeja metálica perforada con tapa, de dimensiones 200 x 35
mm, hasta el pasamuros existente y a partir de este seguirá el recorrido
indicado en el plano.
Durante el periodo de construcción, todos los extremos de
conducciones que hayan de quedar abiertos se taponarán contra la entrada de
polvo y humedad. Del mismo modo, una vez tendido el cable, y hasta que se
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 93
realice su conexión, el extremo expuesto a la intemperie deberá ser protegido
con un elemento dispuesto al efecto para evitar la penetración de humedad y
suciedad.
Los cables instalados, se corresponderán fielmente con la designación
que, para cada uno de ellos, se indica en los esquemas unifilares. En cuanto a
la longitud de los cables que se indican en el mismo se considerará
aproximada, por lo que es responsabilidad del Contratista, verificar las
longitudes, dejando un margen suficiente para su conexión, antes de realizar el
corte de los mismos.
En su recorrido a lo largo de las bandejas, los cables se identificarán
con marcadores, fijados de forma permanente, en los que se marcará, en
bajorrelieve y de forma indeleble, el tag correspondiente al cable. Estos
marcadores se situarán a intervalos máximos de 10 m y a 50 mm de los
extremos y de las entradas y salidas de las bandejas. El tipo de marcador y
elemento de fijación del mismo requerirán la aprobación de la Dirección de
Obra.
Todos estos trabajos se realizarán de acuerdo con los conceptos
habituales de la “buena práctica” en construcción y con los datos sobre
acabados y calidades que se indican en los planos, teniéndose en cuenta todo
lo indicado en los planos ya mencionados en la presente especificación.
Se entiende por conexión de una punta de cable el conjunto de
operaciones necesarias para dejar el cable debidamente conectado al equipo o
cuadro eléctrico. En estas operaciones se incluyen todas aquellas necesarias
para la sujeción correcta del cable y aseguramiento de la estanqueidad de la
entrada al equipo o cuadro.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 94
La conexión de los cables a los equipos se realizará por medio de
accesorios terminales adecuados.
Las conexiones roscadas deberán contener no menos de cinco hilos
completos y ajustados de rosca. Si es necesario en la conexión de
prensaestopas, tubos o accesorios a entradas de rosca diferente, se instalarán
reductores adecuados.
Cuando los cables dispongan de un conductor de tierra, este será
continuo hasta el punto de la alimentación. Si el equipo dispone de terminal de
tierra, el conductor de tierra se conectará al mismo. De no existir, dicho
terminal, el contratista tendrá que realizar una conexión adecuada. Los tornillos
de sujeción a la tapa no se consideran adecuados para este fin.
La instalación de alumbrado constará de 2 luminarias fluorescentes
2x58 W, IP65, fijadas a la estructura soporte del filtro y dos proyectores de
óptica simétrica extensiva, lámparas VSAP 100 W, IP65, fijados a la pared del
edificio existente tal y como se muestra en el plano. Dichas luminarias se
accionarán desde un interruptor de alumbrado ubicado en el interior de la
caseta perteneciente a la instalación.
Las luminarias deberán incluir en su marcado la tensión nominal,
frecuencia nominal, potencia máxima y tipo de lámparas con que pueden ser
utilizadas.
En el montaje de los equipos de alumbrado se considerarán todos los
báculos, brazos, soportes, herrajes y accesorios que para el montaje requieran
los aparatos de alumbrado.
Será responsabilidad del Contratista:
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 95
- Asegurar la buena rigidez en los soportes y herrajes a fin de evitar
cualquier posible vibración.
- La estanqueidad de las luminarias ubicadas a la intemperie,
comprobando y asegurando su cierre.
- Para los conjuntos de alumbrado desmontados, el ensamblaje y
conexionado de las partes.
- El recorrido de los cables de alumbrado a partir de los cuadros y la
situación de las cajas de derivación.
Las puestas a tierra se establecerán con objeto de limitar la tensión que
con respecto a tierra pueden presentar en un momento dado las masas
metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el
riesgo que supone una avería en el material utilizado así como asegurar una
correcta protección contra descargas atmosféricas.
Se dispondrá un conductor principal de tierra, que será de cobre
desnudo de 50 mm2 de sección, desde el que partirán las derivaciones de este
anillo, de 35 mm2 de sección, para la puesta a tierra de todas las estructuras
metálicas, equipos, etc.… de la presente instalación. Todas las conexiones
entre conductores de cobre se realizarán mediante soldadura alumino-térmica
tipo Caldwell.
El circuito de puesta a tierra formará una línea eléctricamente continua
en la que no podrán incluirse en serie masas o elementos metálicos. Tampoco
se intercalarán seccionadores, fusibles o interruptores.
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La puesta a tierra de motores de baja tensión, paneles, etc., además de
mediante conexión directa a la red de tierra, se realizará con un cuarto
conductor en el cable de alimentación a estos equipos.
Las luminarias y tomas de corriente, se pondrán a tierra mediante un
conductor adicional integrado en el cable de alimentación a las mismas.
Las bandejas, tubos, etc., se pondrán a tierra en sus extremos.
Se harán, así mismo, los suministros y trabajos necesarios para la
conexión, en todos los puntos de puesta a tierra existentes en la base de los
pilares del edificio colindante a la planta piloto, a la red de tierras existente en
los laboratorios, creando así un nuevo anillo.
Se realizará la instalación del traceado eléctrico sobre los depósitos
indicados en las mediciones. Dichos elementos del traceado consistirán en
cable calefactor y caja de conexiones.
Para el montaje de estos elementos se seguirán las instrucciones del
fabricante de los mismos.
Todos los materiales empleados para la ejecución de los trabajos
anteriormente descritos serán controlados por la Dirección de Obra antes de su
empleo, a fin de comprobar la correspondencia de las características y de las
calidades de los mismos con las prescritas en el contrato.
El Contratista antes de iniciar los trabajos, presentará a la Dirección de
Obra un plan de ensayos y control de obra de acuerdo con la normativa vigente.
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Todos los ensayos que sea necesario realizar serán a cargo del
Contratista y serán realizados por laboratorios homologados. Los resultados de
los ensayos deberán ser entregados a la Dirección de Obra.
Antes de la puesta en servicio del sistema eléctrico, el Contratista
realizará los ensayos adecuados para probar a la entera satisfacción de la
Dirección de Obra que todo el equipo, aparatos y cableado han sido
correctamente instalados de acuerdo con los planos y especificaciones y están
en condiciones satisfactorias de operación.
En general, además de los ensayos eléctricos propiamente dichos se
realizará una inspección visual de los equipos comprobando vibraciones,
calentamientos excesivos, defectos mecánicos de los materiales, etc.
Todas las pruebas deben ser realizadas con la presencia del supervisor
eléctrico que represente a la Dirección de Obra. Se tomará nota de todas las
pruebas e inspecciones, con datos completos de las lecturas tomadas y se
incorporarán en un protocolo de pruebas para cada equipo ensayado. Al final de
cada prueba, se entregará una copia de todos los protocolos al Supervisor
Eléctrico.
La inspección realizada en el equipo estará de acuerdo con las
prácticas de Ingeniería aceptadas, Reglamentos Eléctricos de Alta y Baja
Tensión, y más específicamente con esta especificación y las instrucciones del
fabricante.
Se dispondrá a disposición de la Dirección de Obra el personal
necesario para ayudarle en la comprobación de la buena ejecución del trabajo y
en la realización de las pruebas.
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El Contratista proveerá los equipos de prueba necesarios y será
responsable de que se encuentren ajustados y tarados, así como de la
realización de cualquier trabajo preliminar para su utilización de ensayos.
Las fechas de ensayos serán planificadas por el Contratista y
aprobadas por el Supervisor Eléctrico.
Para la realización de los ensayos que se describen posteriormente, se
dispondrán de los equipos necesarios para ello:
a) Equipo de medida universal (amperímetro, voltímetro, ohmetro,
indicador secuencia fase, higrómetro, cronómetro para tiempo arranque
motores y disparo relés, etc.).
b) La medida de resistencias de aislamiento que se describe a
continuación se realizará en el megaohmetro "Megger". La lectura de la
resistencia se tomará después de 60 segundos de aplicada la tensión y
preferiblemente durante tiempo seco. Los ensayos de tensión se
realizarán con "Megger" de 500 voltios.
c) La medida de la resistencia de las conexiones de puesta a tierra
se realizará con un "Megger" de pequeña resistencia, portátil,
adecuado para este fin.
d) La medida de temperaturas se realizará con un termómetro de
mercurio o medidor electrónico.
e) Equipo para ensayo con corriente continua de las corrientes de
fuga en los cables de media tensión.
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f) Dispositivo de ensayos de relés formado por maleta con gama
adecuada de intensidades, dos transformadores de intensidad, etc.
Asimismo, deberá comprobarse la localización exacta de luminarias,
tomas de corriente, interruptores y de todo el equipo en general referente a los
planos del proyecto.
Deberá fijarse la mejor orientación de la tapa de cajas de derivación,
según la posibilidad de su inspección y comprobar la ejecución correcta de
empalmes de cables eléctricos y conexiones de los cables a los equipos.
Se deberá, así mismo, comprobar la ejecución correcta de todos los
accesorios de sellado, las conexiones de los conductores de protección al
equipo eléctrico y la conexión de los conductores normales de puesta a tierra.
Serán objeto de comprobación también las conexiones a embarrados
de tierra de las cargas electrostáticas.
Se verificará que la puesta a tierra es correcta.
Sobre cada cubículo o celda, se comprobará que el conexionado de los
cables procedentes de campo o de otros cuadros, están realizados e
identificados de acuerdo con los planos aprobados para construcción.
Antes de dar tensión a las barras principales se deberá comprobar el
correcto funcionamiento de los siguientes elementos:
-Alineamientos de contactos en todos los contactores e interruptores.
-Se colocará el interruptor en "Posición de prueba" y se realizará los
siguientes ensayos:
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·Cerrar y disparar el interruptor accionando el conmutador.
·Disparo manual del interruptor.
·Cerrar y disparar el interruptor desde cualquier posición de control
remoto.
-Si el cuadro tiene sistema selectivo secundario con transferencia
automática, se probarán los circuitos de transferencia simulando
cualquier condición de falta o la mínima tensión.
-Operación de los demás equipos auxiliares (alarmas, etc.).
-En caso que hayan llegado equipos separados debido al transporte, se
comprobará todas las uniones de barras, terminales, conexiones, etc.
Los relés de protección deberán ajustarse de acuerdo con los valores
calculados durante el diseño de la planta.
En cualquier caso al operar con los relés, se deberán seguir
rigurosamente las recomendaciones señaladas por el fabricante.
Los dispositivos de protección de circuitos que sean ajustables, como
interruptores de caja moldeada, se tararán de acuerdo con los requerimientos
de la coordinación.
Antes de comenzar los ensayos, asegurar que los terminales de los
cables estén libres y aislados para que no puedan dañar otros instrumentos o
aparatos.
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Se preparará un protocolo de pruebas donde se irán anotando los
resultados obtenidos en cada uno de los ensayos que se realice a cada cable
desde que se tienda hasta su puesta en marcha. En dicho protocolo cada cable
estará identificado por su denominación en los documentos de la presente
especificación, se reflejará su sección, tipo de cable, número de conductores y
la longitud tirada en metros.
Una vez instalados los cables y antes de completar los empalmes,
botella, terminales, etc., pero antes de efectuar la conexión a los equipos, se
harán las siguientes pruebas:
-Comprobación de la continuidad de los conductores.
-Comprobación de la continuidad de la armadura.
-Medida de la resistencia de aislamiento con un "Megger". La tensión
de prueba será 1000 V. La medida se realizará entre conductores y
entre cada conductor y la armadura con el equipo desconectado.
-Comprobar que la identificación es correcta y está realizada de
acuerdo con la especificación.
-Comprobación de los empalmes, botellas, terminales, etc.
Ensayos a realizar sobre cada cable después de conectarlo en ambos
extremos e inmediatamente antes de dar tensión:
-Comprobación de la continuidad de los conductores.
-Comprobación de la continuidad de la armadura.
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-Medida de la resistencia de aislamiento entre conductores y entre cada
conductor y la armadura con el equipo desconectado.
-Medida de la resistencia de aislamiento con el equipo eléctrico
conectado.
-Comprobar que la numeración y conexionado de los terminales
coincide con los planos aprobados.
Los cables de baja tensión se ensayarán con un "Megger" de 500 V,
siendo el valor mínimo admisible de 1,5 MΩ para cables de sección menor de
16 mm2 de sección y 1 MΩ para cables de 16 mm2, 0,4 MΩ para cable de 25
mm2 a 90 mm2 y 0,3 MΩ para 120 mm2, (valores válidos para tramos de hasta
300 metros de longitud).
Los valores permisibles mínimos de la resistencia de aislamiento para
circuitos de alumbrado serán la mitad de los valores antes indicados cuando las
luminarias y enchufes se incluyen en los ensayos.
Los ensayos de circuitos se realizarán de las formas siguientes:
-Alimentación de motores: Con el motor desconectado, medir la
resistencia de aislamiento desde el lado de la salida de los contactores
o interruptores automáticos.
-Circuitos de control de motores: Con las estaciones la maniobra y los
elementos de sobrecarga conectados, medir la resistencia de
aislamiento de fase a tierra solamente.
-Alimentaciones de alumbrado: Medir la resistencia de aislamiento con
el interruptor de alimentación abierto y conectado al cuadro. Si existe
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transformador de alumbrado asociado, el cuadro se conectará y se
hará el ensayo tanto por el lado primario como secundario.
-Circuitos de alumbrado: Medir la resistencia de aislamiento después
de que todos los portalámparas, tomas de corrientes, y armaduras
estén conectados, pero antes de poner las lámparas. Si los circuitos
alimentan un auto-transformador tipo basalto, únicamente se medirá
entre fase y tierra. Si las luminarias tiene conectado condensadores
para mejorar el factor de potencia fase a fase, pueden requerir que se
desconecten para evitar sobretensiones. Se medirá la intensidad en
cada circuito para comprobar que las cargas están equilibradas.
Contrastación de la intensidad.
-En el caso de cables bajo tubo la medición de la resistencia de
aislamiento se realizará después del tendido, una vez realizados, en su
caso, los empalmes y/o terminaciones.
-Se comprobará que la identificación de cables, cajas derivación,
luminarias, enchufes, niveles, interruptores locales corresponden con la
reflejada en planos.
-Se comprobará que la conexión a tierra es correcta de todos los
elementos de la instalación.
Los resultados de los ensayos antes descritos serán registrados en
formatos aprobados por la Dirección de Obra, que recibirá copias de los
Certificados de Ensayo, con fecha y nombre de la persona a cargo del ensayo.
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2 MEMORIA CÁLCULO
2.1 DIÁMETRO DE TUBERÍAS
El caudal que circulará por las tuberías viene determinado por la
cantidad de gas que puede ser filtrado en las candelas. En cada prueba se
empelarán simultáneamente 3 candelas.
El caudal de filtración en las vasijas viene determinado por la
superficie exterior de las candelas, dado que la velocidad de filtración es
una de las variables cuyo efecto se desea determinar en la planta.
La superficie exterior de las candelas viene determinada por las
dimensiones de las candelas. Por lo que:
S=l×p=0,283 m2
donde:
l=1,5 m
p= p ×F=0,1885 m
Al ser 3 el número máximo de candelas en operación
St=n×S=0,849 m2
Dado que la velocidad de filtración estará entre 2 y 6 ft/min, el caudal
deberá estar comprendido entre:
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Qmáx=vmáx×St=0,03×0,849=0,026 m3/s=93,53 m3/h
Qmin=vmin×St=0,0102×0,849=0,0087 m3/s=31,18 m3/h
Caudales medidos en las condiciones de operación, 265 ºC y 25
barg.
Tomando la densidad del fluido igual a la densidad del aire en las
condiciones dadas:
r=15,06 kgr/m3
Y tomando la densidad del normal del aire como
r=1,28 kgr/Nm3
Los caudales normales serán:
Qmáx=93,53×15,06÷1,28=1.100,56 Nm3/h
Qmin=31,18×15,06÷1,28=366,83 Nm3/h
El diámetro de las tuberías viene condicionado por la velocidad de
circulación mínima del fluido de forma que se asegure la no estratificación
por tamaños del sólido en la corriente gaseosa, lo que podría originar una
distorsión de los resultados de las pruebas.
Para evitar esta posible distorsión de las pruebas, tomaremos como
velocidad mínima de circulación del fluido 15 m/s.
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La sección de las tuberías deberá garantizar que, en las
condiciones más desfavorables, mínimo caudal, el fluido circule a 15 m/s.
Por tanto:
Qmin=vmin×Stubería=vmin×F2÷4
Por lo que
F=27,11 mm=1,03 “
2.2 VASIJA DE FILTROS
2.2.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA
El diámetro de la vasija de filtros viene condicionado por la
disposición de las candelas, ya que esta debe ser tal que todas las
candelas se vean afectadas por igual por los efectos de paredes
colindantes, de esta forma se evita la aparición de posibles caminos
preferentes.
Dado el diámetro de las candelas anteriormente citado, el
diámetro de la vasija que permite la disposición más homogénea de las
candelas es de 450 mm (int.), tal y como se muestra en los planos
adjuntos.
2.2.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA
Desde la parte superior de la vasija se sitúan las candelas a una
distancia de 595 mm.
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El cuerpo cilíndrico deberá tener una longitud tal que cubra
completamente la altura de las candelas y deje un espacio de al menos
475 mm para evitar que parte de las partículas ya filtradas y que se
haya despegado de las candelas, quedando situadas en el fondo de la
vasija, vuelvan al fluido de filtración. Por tanto el cuerpo cilíndrico
tendrá una longitud total de 2570 mm.
El cuerpo troncocónico tendrá un ángulo de 77º con la horizontal
en su base, para evitar que parte del sólido pueda quedar estancado en
él, y terminará en una boca de 105 mm. Lo que significa que la altura
del tronco cono será de 747 mm.
El peso total de la vasija será por tanto:
Tronco Cilíndrico m= V × r
V= Vext-Vint
Vint= p×Øint2×L/4=0,42 m3
Vext= p×Øext2×L/4=0,44 m3
Tronco Cónico m= V × r
V= Vext-Vint
Vint=2/3×p×(Øint22×L2/4-Øint1
2×L1/4)=0,11 m3
Vext=2/3×p×( Øext2×L2/4-Øext12×L1/4)=0,12 m3
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Dada que la densidad del acero es 8000 kgr/m3, tenemos que el
peso de la vasija será
mT= 245,42kg
2.2.3 CALORIFUGADO
Dadas las condiciones de operación a alta temperatura, para
evitar pérdidas, se instalará en la vasija un calorifugado de 200 mm de
espesor.
Para evitar posible quemaduras por contactos accidentales la
temperatura superficial del calorifugado no será superior a 40 ºC.
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2.3 VASIJA DE LIMPIEZA
2.3.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA
El volumen de la vasija de limpieza será tal que pueda guardar
en el 80 % de su volumen el sólido filtrado en 8 horas de operación
continua con el máximo caudal de sólidos y gas.
Por tanto, dado que el caudal máximo de gas es de 1000
Nm3/h, y la concentración máxima de sólidos es de 20 grs/Nm3,
entonces, el caudal másico máximo de sólido será:
m= Q × Cs=1000×20=20.000 grs/h
Por lo que si se trabaja durante 8 horas, entonces:
M=m×h=160 kg
Como la densidad aparente del sólido es de 700 kg/m3, el
volumen que ocupará el sólido será 0,229 m3, por lo que si éste ha de
representar el 80 % del de la vasija, el volumen total de la misma
deberá ser de 0,286 m3.
El diámetro de la vasija de de limpieza viene condicionado por
la altura máxima posible de la vasija, de forma que la altura total de la
planta piloto no supere la altura del edificio L-5.
Dado que la altura de la vasija de filtros es de 3,63 m, la
tubería de conexión entre la vasija de limpieza y la vasija de filtros es
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de 0,7 m, y que la altura libre de la grúa pluma debe ser de 2,5 m para
poder facilitar las operaciones de carga y descarga.
Dejando 1,2 m para facilitar la descarga de sólido debajo de la
vasija de limpieza, la altura total de la vasija de limpieza es de 2,35 m.
Como la conexión a la vasija de filtros es de 0,45 m la altura de la
vasija de limpieza es de 1,9 m.
Por tanto el diámetro de la vasija deberá ser de
Ø=(4×V/(h×p ))0,5=0,457 m
2.3.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA
La vasija estará formada por un cuerpo cilíndrico que termina en
un cuerpo troncocónico con un ángulo de 77º con la horizontal en su
base, para evitar que parte del sólido pueda quedar estancado en el
interior de la vasija. Al final de la vasija habrá una boca ciega de 375
mm. La longitud del cuerpo cilíndrico es de 1400 m, y la del cono 500
mm.
El peso total de la vasija será por tanto:
Tronco Cilíndrico m= V × r
V= Vext-Vint
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Vint= p×Øint2×L/4=0,231 m3
Vext= p×Øext2×L/44=0,243 m3
Tronco Cónico m= V × r
V= Vext-Vint
Vint=2/3×p×(Øint22×L2/4-Øint1
2×L1/4)=0,0699 m3
Vext=2/3×p×( Øext2×L2/4-Øext12×L1/4)=0, 07431 m3
Dada que la densidad del acero es 8000 kgr/m3, tenemos que el
peso de la vasija será
mT= 132,44kg
En este caso añadiremos el peso total de sólido antes de vaciar
la vasija, 160 kgs, por lo que la masa total será:
mT= 292,44kg
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2.3.3 CALORIFUGADO
Dadas las condiciones de operación a alta temperatura, para
evitar pérdidas, se instalará en la vasija un calorifugado de 200 mm de
espesor.
Para evitar posible quemaduras por contactos accidentales la
temperatura superficial del calorifugado no será superior a 40 ºC.
2.4 VASIJA DE SÓLIDOS
2.4.1 DIÁMETRO DE LA VASIJA
El volumen de la vasija de sólidos será tal que pueda
almacenar en el 80 % de su volumen el sólido que será filtrado en 12
horas de operación continua con el máximo caudal de sólidos y gas, un
33 % más de que la planta puede operar en éstas condiciones, de
forma que en condiciones normales de operación se pueda trabajar
más de un día sin necesidad de recargar la planta, por otro lado se
mantendrá el mismo diámetro que la vasija de filtros por facilidad de
fabricación, por lo que:
Por tanto el diámetro de la vasija deberá ser de
h=(4×V/(Ø2×p))=2,62 m
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2.4.2 DIMENSIONES DE LA VASIJA
La vasija estará formada por un cuerpo cilíndrico que termina en
un cuerpo troncocónico con un ángulo de 77º con la horizontal en su
base, para evitar que parte del sólido pueda quedar estancado en el
interior de la vasija. La longitud del cuerpo cilíndrico es de 2100 mm, y
la del cono 420 mm.
El peso total de la vasija será por tanto:
Tronco Cilíndrico m= V × r
V= Vext-Vint
Vint= p×Øint2×L/4=0,35 m3
Vext= p×Øext2×L/44=0,37 m3
Tronco Cónico m= V × r
V= Vext-Vint
Vint=2/3×p×(Øint22×L2/4-Øint1
2×L1/4)=0,106 m3
Vext=2/3×p×( Øext2×L2/4-Øext12×L1/4)=0, 1141 m3
Dada que la densidad del acero es 8000 kgr/m3, tenemos que el
peso de la vasija será
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mT= 216,08 kg
En este caso añadiremos el peso total de sólido antes de vaciar
la vasija, 260 kgs, por lo que la masa total será:
mT= 451,08 kg
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2.4.3 CALORIFUGADO
Dadas las condiciones de operación a alta temperatura, para
evitar pérdidas, se instalará en la vasija un calorifugado de 200 mm de
espesor.
Para evitar posible quemaduras por contactos accidentales la
temperatura superficial del calorifugado no será superior a 40 ºC.
2.5 DEPÓSITO DE NITRÓGENO
2.5.1 DIMENSIONES DEL DEPÓSITO
Las dimensiones del depósito de nitrógeno será suficiente para
poder realizar hasta dos sesiones de limpieza.
Tendrá unas dimensiones de 0,95 m de diámetro y 2,2 m de
altura, lo que le da un volumen de 3,6 m3.
El volumen necesario para las sesiones de diseño es uno de
los parámetros a determinar en la planta piloto, por lo que dado que el
caudal de limpieza inicial será de 40 Nm3/h, con este volumen se
pueden obtener más de 4000 pulsos de 1 s, más que los necesarios
para realizar las pruebas.
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2.5.2 CALORIFUGADO
Dadas las condiciones de operación a alta temperatura, para
evitar pérdidas, se instalará en la vasija un calorifugado de 200 mm de
espesor.
Para evitar posible quemaduras por contactos accidentales la
temperatura superficial del calorifugado no será superior a 40 ºC.
2.6 POTENCIA DE LOS CALENTADORES
2.6.1 CALENTADOR DE OPERACIÓN
Los calentadores de operación se diseñarán para el caso más
desfavorable, es decir:
Caudal de entrada 1000 Nm3/h
Temperatura de entrada 80 º C
Temperatura de salida 265 ºC
Presión 25 bara
En estas condiciones tenemos que
Cp(25 bar, 265 ºC) 1,046 Kj/(kgr×K)
raire(25 bar, 265 ºC) 15,06 kg/m3
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raire(0 ºC, 1 bar) 1,28 kg/m3
Por lo que
G=1000/3600×1,28×1,046×(265-80)= 68,08 kW
Por ello se usarán dos calentadores eléctricos en serie de 36
kW cada uno.
2.6.2 CALENTADOR DE LIMPIEZA
Los calentadores de limpieza se diseñarán para el caso más
desfavorable, es decir:
Caudal de entrada 40 Nm3/h
Temperatura de entrada 25 º C
Temperatura de salida 265 ºC
Presión 25 bara
En estas condiciones tenemos que
Cp(25 bar, 265 ºC) 1,11 Kj/(kgr×K)
rN2(0 ºC, 1 bar) 1,23 kg/m3
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Por lo que
G=40/3600×1,23×1,11×(265-25)= 3,65 kW
Por ello se usarán dos calentadores eléctricos en serie de 3
kW cada uno.
2.7 ESTRUCTURA
La estructura deberá soportar los pesos de los equipos
anteriormente calculados:
Vasija de sólidos
Vasija de Limpieza
Vasija de Filtros
Además de las distintas cargas por el tránsito de la carga y
personas, resultando en la estructura que se refleja en los planos.
Habrá que tener en cuenta que en una de las esquinas de la
estructura se instalará una grúa pluma para ayudar al manejo de
equipos y cargas.
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3 ANEXO
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Figura nº 1. Esquema General de Plantas de Ciclo Combinado
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Figura nº 2 Elemento Filtrante Cerámico, Candela.
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Figura nº 3. Forma Filtración de las Candelas.
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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Figura nº 4 Esquema General de la Planta Piloto de Filtración de Gases a Alta
Presión y Alta Temperatura.
N
GAS DE LIMPIEZA
INYECCION
DE CENIZA
MONITORIZACION DE PARTICULAS
CALENTADOR
ALMACENAMIENTO DE GAS
COMPRESOR
GAS LIMPIO
CENIZAS
MUESTREO DE CENIZA
AIRE
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Figura nº 5. Diagrama General de los Equipos
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 125
Figura nº 6. Diagrama General de Sistema de Compresión
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 126
Figura nº 7. Diagrama General de Eliminación de Humedad
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Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 127
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 128
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
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4 PRESUPUESTO
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CAPÍTULO 1: ESTRUCTURA VASIJAS
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
3495 Kg Acero laminado A-42 b en estructura para
vigas, pilares y cartelas de refuerzo,
incluyendo elaboración, montaje, uniones
soldadas en obra y pintura, incluso parte
proporcional de despuntes.
1,53 188730
4 Ud Placa de anclaje del tipo P-1, de 15 mm de
espesor y dimensiones 0,4 m x 0,4 m con
4 pernos de expansión M-16 tipo HILTI o
similar, tuercas, arandelas y placas de
retención según planos, incluyendo
elaboración, montaje con plantilla, uniones
soldadas en obra y pintura
!Error
de
sintaxis,
,
0
2 Ud Placa de anclaje del tipo P-2, de 10 mm de
espesor y dimensiones 0,2 m x 0,25 m con
4 pernos de expansión M-12 tipo HILTI o
similar, tuercas, arandelas y placas de
retención según planos, incluyendo
elaboración, montaje con plantilla, uniones
soldadas en obra y pintura
!Error
de
sintaxis,
,
0
44,8 mL Barandilla fomrada por perfiles metálicos
tubulares, incluyendo elaboración, ontaje,
uniones soldadas en obra y pintura,
incluyendo parte proporcional de
despuntes
!Error
de
sintaxis,
,
0
27 m2 Rejilla metálica galvanizada tipo tramex 30
x 30 x 30 x 3 con malla inferior de
seguridad incluido cortes totalmente
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de
sintaxis,
0
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 131
instalada ,
1 Ud Prueba antes de entrar en servicio 1600 1600
1 Ud Ingeniería de detalle, vista a obra, toma de
datos, elaboración de datos de obra
mecánica y de obra civil, generación de
planos y entrega de 3 copias
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de
sintaxis,
,
0
TOTAL CAPÍTULO 1
190330 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 132
CAPÍTULO 2: ESTRUCTURA TECHO COMPRESOR
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
645 Kg Acero laminado A-42 b en estructura para
vigas, pilares y cartelas de refuerzo,
incluyendo elaboración, montaje, uniones
soldadas en obra y pintura, incluso parte
proporcional de despuntes.
1,53 34830
6 Ud Placa de anclaje del tipo P-2, de 10 mm
de espesor y dimensiones 0,2 m x 0,2 m
con 4 pernos de expansión M-12 tipo
HILTI o similar, tuercas, arandelas y
placas de retención según planos,
incluyendo elaboración, montaje con
plantilla, uniones soldadas en obra y
pintura
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de
sintaxis,
,
0
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de
sintaxis,
,
m2 Forjado formado por chapa simple
grecada galvanizada y prelacada por
ambas caras e=0.7 mm
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de
sintaxis,
,
0
1 Ud Prueba antes de entrar en servicio 800 800
1 Ud Ingeniería de detalle, vista a obra, toma
de datos, elaboración de datos de obra
mecánica y de obra civil, generación de
planos y entrega de 3 copias
637,34 671
TOTAL CAPÍTULO 2
36301 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 133
CAPÍTULO 3: COMPRESOR
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Compresor INGERSOLL-RAND SSRMU
132 o similar de baja presión.
29265 29265
1 Ud Depósito acumulador-amortiguador VAC
1000/12 de INGERSOLL-RAND o similar
1165 1165
1 Ud Secador TS 180 de INGERSOLL-RAND o
similar
5809 5809
1 Ud Booster N1400GW INGERSOLL-RAND o
similar de alta presión
27450 27450
1 Ud Filtro 706 o de INGERSOLL-RAND o similar 612 612
1 Ud Depósito VAC-1000/30 de INGERSOLL-
RAND o similar
4000 4000
1 Ud Sistema de control IRI de INGERSOLL-
RAND o similar con purgador, válvula de
caudal, válvula de presión, y caudalímetro
rotámetro
1346 1346
TOTAL CAPÍTULO 3
69647 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 134
CAPÍTULO 4: CALENTADORES
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
2 Ud Recalentador de paso tipo RXP-G ESP 36
kW 3-400 V de Industrias Eléctricas Soler
S.A. o similar con grado de protección
IP43, presión de diseño 35 bar,
temperatura de diseño 300º C, elementos
de INOX AISI 316L, Brida DIN2635 DN125
PN40 de material C22.8, tubo de 5” de
material A-106 Gr B, dimensiones según
plano.
2878,85 5926
1 Ud Armario de control a tiristores modelo
ACT25Z-RK000 de Industrias Eléctricas
Soler S.A. osimilar. Con sondas Pt100 y
Termopar tipo K
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de
sintaxis,
,
0
1 Ud Recalentador de paso tipo RXP-G ESP 6
kW 3-400 V de Industrias Eléctricas Soler
S.A. o similar con grado de protección
IP43, presión de diseño 35 bar,
temperatura de diseño 325º C, elementos
de Incoloy 800, Brida DIN2635 DN80 PN40
de material C22.8, tubo de 3” de material
A-106 Gr B, dimensiones según plano,
aislamiento de lana de roca incluido.
2060 2060
1 Ud Armario de control a tiristores modelo
ACTD20ZEK009 de Industrias Eléctricas
Soler S.A. o similar. Con sondas Pt100 y
Termopar tipo K
2748 2748
TOTAL CAPÍTULO 4
10734 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 135
CAPÍTULO 5: DOSIFICADOR
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Equipo dosificador gravimétrico, con
agitador rotativo y válvula alveolar
consistente en tolva cilíndrica de reopción
con capacidad aproximada para 100 l,
sistema agitador antibóveda, tapa superior,
puerta lateral de inspección, cuatro patas
soporte al suelo y moto reductor. Sin fin
dosificador horizontal, conjunto motor-
reductor-sin fin con sistema de desmontaje
rápido para limpieza, cuadro eléctrico de
maniobra con variador de frecuencia y moto
reductor de 0,37 kW. Equipo de pesaje con
microprocesador MICRO-DISCONT para
control de la dosificación, células de carga y
caja sumadora. Estructura de acero soporte.
17993 17993
TOTAL CAPÍTULO 5
17993 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 136
CAPÍTULO 6: VASIJAS Y DEPÓSITOS
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Depósito para candelas construidos en dos
partes de acero inoxidable AISI 316 de
dimensiones según plano..
17360 17360
1 Ud Depósito para recogida de sólidos de acero
inoxidable AISI 316 de dimensiones según
plano
7800 7800
1 Ud Depósito para dosificación de sólidos de
acero inoxidable AISI 316 de dimensiones
según plano
9100 9100
1 Ud Depósito para acumulación de nitrógeno de
acero inoxidable AISI 316 de dimensiones
según plano
17500 17500
TOTAL CAPÍTULO 6
51760 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 137
CAPÍTULO 7: INSTALACIÓN ELÉCTRICA
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Instalación eléctrica de conexión para
alimentación de 265 kW a planta piloto,
incluido conductor sobre bandeja y bajo
tubo, protecciones diferenciales y magnetos
térmicas. Conexión al CBT general.
13452 13452
TOTAL CAPÍTULO 7
13452 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 138
CAPÍTULO 8: GRÚA PLUMA
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Grúa pluma tipo mural con capacidad de
carga de 1.000 kg y longitud de brazo de
4m.
9610 9610
TOTAL CAPÍTULO 8
9610 €
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 139
CAPÍTULO 9: TRACEADO ELÉCTRICO
Ud nº Uds Concepto Parcial Total
1 Ud Ingeniería, Diseño, Suministro e
Instalación material más ensayos, incluido
suministro e instalación de cuadro
eléctrico de control y operación .
24152,36 24188
TOTAL CAPÍTULO 9
24188 €
TOTAL
424015 €
El presupuesto total asciende a la cantidad de doscientos veintinueve mil
cuatrocientos cuarenta y siete euros con setenta y seis céntimos (229.447,79 €)
Sevilla, Septiembre 2.006
Fdo. José Enrique Myro Borrero
nº 2587
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 140
5 PLANOS
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 141
1.- SITUACIÓN GENERAL
2.- IMPLANTACIÓN
3.- ALZADO
4.- ESTRUCTURA PÓRTICOS
5.- ESTRUCTURA PLANTAS
6.- ESTRUCTURA DETALLES
7.- ESCTRUCTURA ESCALERA
8.- ESTRUCTURA PERSPECTIVA
9.- ESTRUCTURA TECHO COMPRESOR PLANTAS
10.- ESTRUCTURA TECHO COMPRESOR ALZADOS
11.- CALENTADORES DE OPERACIÓN
12.- CALENTADORES DE LIMPIEZA
13.- DEPÓSITO DE SÓLIDOS ALZADOS A Y B
14.- DEPÓSITO DE SÓLIDOS ALZADOS C Y PLANTA
15.- VASIJA DE FILTROS ALZADO B
16.- VASIJA DE FILTROS ALZADO C
17.- VASIJA DE FILTROS ALZADOS A
18.- VASIJA DE FILTROS PLANTA
19.- VASIJA DE FILTROS CONEXIONES DE CANDELAS I
20.- VASIJA DE FILTROS CONEXIONES DE CANDELAS II
21.- VASIJA DE FILTROS CONEXIONES DE CANDELAS III
22.- DEPÓSITO DE LIMPIEZA ALZADOS A Y B
23.- DEPÓSITO DE LIMPIEZA ALZADO C Y PLANTA
24.-DEPÓSITO DE NITRÓGENO ALZADO B
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 142
25.- DEPÓSITO DE NITRÓGENO ALZADO A
26.- DEPÓSITO DE NITRÓGENO ALZADO C
27.- DEPÓSITO DE NITRÓGENO PLANTA
28.- DEPÓSITO DE NITRÓGENO DETALLES
29.- P & I
30.- ESQUEMA UNIFILAR CONEXIÓN GENERAL
31.- ESQUEMA UNIFILAR CONEXIÓN PLANTA PILOTO
32.- LEYENDA
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 143
6 HOJAS DE CARACTERÍSTICAS
Diseño de una Planta Piloto de Filtración de Gases a 25 bar y 265 ºC
Autor José Enrique Myro Borrero Tutor Francisco Javier Gutiérrez Ortiz 144
1. COMPRESOR
2. BOOSTER
3. SECADOR
4. VASIJA DE SÓLIDOS
5. CALENTADOR DE OPERACIÓN
6. CALENTADOR DE LIMPIEZA
7. VASIJA DE FILTROS
8. VASIJA DE LIMPIEZA
9. VASIJA DE NITRÓGENO
10. TUBERÍAS
11. GRÚA PLUMA