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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIDAD DE EJERCICIO PROFESIONAL SUPERVISADO
LUGAR: Industrias Alimenticias Kern´s y CIA S.C.A., Carretera al Atlántico kilómetro 6.5, zona 17 ENCARGADO EN LA EMPRESA: Ing. Ricardo Yaguax Puaque SUPERVISOR DE EPS: Ing. Carlos Anibal Chicojay Coloma
“Conversión de combustible bunker “C” a gas licuado de petróleo en calderas y actualización del plan de mantenimiento preventivo en el departamento de Servicios Generales en Industrias Alimenticias Kern´s y Compañía. Sociedad en comandita por acciones.”
NOMBRE José Rodrigo Mencos Melgar CARNET 2013- CUI: 2537678490101 CARRERA Ingeniería Mecánica TEL. 47298914 - 24410243 CORREO [email protected] MODALIDAD 6 meses
2. ÍNDICE
3. INTRODUCCIÒN...................................................................................................................... 3
4. RESUMEN.................................................................................................................................. 4
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................................... 5
5.1 ANTECEDENTES.............................................................................................................. 5
5.2 JUSTIFICACIÓN................................................................................................................. 5
5.3 FORMULACIÓN Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA....................................... 6
5.4 ALCANCES O LIMITES...................................................................................................
6. OBJETIVOS................................................................................................................................. 8
7. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA......................................................................................... 9
7.1 Calderas de vapor............................................................................................................. 9 7.1.1 Calderas pirotubulares............................................................................................ 7.2 Combustibles..................................................................................................................... 12
La ingeniería ha permitido que la industrialización sea un factor necesario en cada una de las empresas cuyo objetivo es liderar los distintivos mercados en los cuales se desenvuelven, haciendo que los procesos sean más rápidos, con mejoras en eficiencia energética y presentando una notable reducción de emisiones nocivas al medio ambiente, siendo estos dos últimos, los factores más importantes abordados actualmente, esto sin importar el tipo de industria en la cual se aplique.
Los procesos térmicos, como la generación de vapor continúan siendo uno de los pilares para la realización de distintos procesos en la mayoría de industrias y aún más en una industria de alimentos, por lo tanto, las calderas son de vital importancia, representando el corazón de la planta de producción en industrias alimenticias Kern´s y Cia., S.C.A
En el siguiente documento se encuentra contenida la información referente al planteamiento del proyecto a realizar, así como los objetivos del mismo, una revisión de la existencia de antecedentes y los resultados esperados, donde se busca mediante la conversión de combustible Bunker “C” a GLP, reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente y la actualización del plan de mantenimiento preventivo en el área de calderas.
4. RESUMEN
En el presente ejercicio profesional supervisado se plantea la realización de un proyecto comprendido en un periodo de tiempo de 6 meses, el cual lleva como título “Conversión de combustible bunker “C” a GLP en calderas y actualización del plan de mantenimiento preventivo en el departamento de Servicios Generales en Industrias Alimenticias Kern`s y Cia. S.C.A. Consta de una metodología enfocada en tres etapas o fases distintas, en las cuales se realizará el planteamiento del problema, así como se delimitará geográficamente el lugar de realización del proyecto, las distintas variables a analizar, y los nuevos procesos a implementar.
La primera de estas etapas, denominada fase de investigación presenta un enfoque a la busque de la información, el planteamiento de antecedentes y la realización de un estudio comparativo sobre la utilización y costos de operación del combustible bunker “C” y el GLP.
La siguiente consiste en la fase técnico-profesional la cual consistirá en el planeamiento, el seguimiento y la verificación que los trabajos de conversión en la caldera a tratar sean realizados según la calendarización establecida, así como el establecimiento de parámetros para la actualización del programa de mantenimiento preventivo en el área de calderas.
Por último, se encuentra la fase de docencia, en la cual se realizará la presentación de resultados del proyecto y la capacitación al personal técnico del departamento involucrado. Y se procederá a citar la bibliografía necesaria y las diferentes herramientas utilizadas para la realización del proyecto ya mencionado, así como los distintos requisitos académicos para la participación del estudiante en este tipo de programa, a su vez se delimitarán las distintas herramientas y recursos para la realización de cada una de las fases mencionadas.
- El 29 de julio del año 2017 se procede a realizar la instalación del tanque de GLP el cual posee una capacidad de 11,037 galones. Con un diámetro de 2.91m y una longitud de 10.38. El objetivo de dicho tanque es el almacenamiento del combustible para suministro de caldera número dos y tres.
- (^) Instalación de dos evaporadores Algas-SDI direct fired vaporizers.
- Instalación de un tanque tipo pulmón, con una capacidad de 500 galones, un diámetro de 60.96 cm y una longitud total de 183 cm.
- (^) Programa de mantenimiento preventivo para área de calderas con última fecha de revisión en febrero del año 2006.
- Rutina de inspección diaria y semanal con última fecha de revisión 18 de 7brero del año 2015.
5.2 JUSTIFICACIÓN
La reducción de contaminación al medio ambiente y la eficiencia energética son consideradas actualmente como los pilares para la búsqueda de mejoras en los diversos modelos de mercado. Es por esta razón que Industrias Alimenticias kern´s y Cia., S.C.A, como medio para la reducción de emisiones contaminantes se ha visto en la necesidad de la implementación de un proyecto el cual permita por medio de la sustitución del combustible bunker “C”, que es actualmente utilizado como medio principal de alimentación para la generación de vapor en el área de calderas, a una opción más limpia al momento de la combustión, como lo es el GLP.
Durante el proceso de conversión se planea instalar nuevos equipos, agregar instrumentación y debido a que con el paso del tiempo hay muchos que equipos que han dejado de ser responsabilidad del departamento de servicios, los programas de mantenimiento se encuentran sin actualización desde hace ya algunos años, debido a esto es necesaria la implementación de nuevos indicadores y la readecuación y el rediseño de los distintos formatos de levantamiento de datos, para estandarizar dichos programas de a las necesidades actuales de la planta de producción.
5.3 FORMULACIÓN Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
Debido a la generación y liberación al ambiente de residuos contaminantes (hollín) producto de la combustión de bunker como el actual combustible para las calderas y como medio de incorporación a la iniciativa 14000 de empresas carbono neutral, se ha optado por realizar el cambio de quemadores en caldera número dos y tres para la utilización de GLP como fuente principal de combustible, para así eliminar dichos residuos y poder disminuir el consumo eléctrico utilizado por el serpentín para el precalentamiento y el transporte del combustible bunker “C”.
A su vez dicho proyecto se plantea como un punto pivote para la actualización de los programas de mantenimiento preventivo para el área de calderas, chillers y las rutinas de inspección diaria y semanal para el departamento de servicios, documentos con última fecha de revisión en febrero del año 2006 y el 18 de febrero del año 2015 respectivamente.
Con esta actualización se pretende incluir los equipos ya existentes y los nuevos a incorporar, el inconveniente con la forma de realización de los mantenimientos es que debido a su falta de actualización hay muchos equipos y parámetros que no son analizados en estos momentos.
La sala de máquinas o área de calderas se encuentra conformada por tres calderas y todos los equipos necesarios para que estas funcionen, las mismas están identificadas en base a la posición en la cual se encuentran instaladas, como caldera número 1, 2 y 3.
Caldera # 1
- (^) Marca: york Shipley.
- Modelo: SPH-600-6 9377
- Tipo: Ingneotubular, 3 pasos, espalda seca.
- Potencia: 600Hp
- Año: 1965
6. OBJETIVOS
6.1 General
Implementar la conversión de combustible Bunker “C” a GLP en área de calderas, como punto pivote para la generación de un nuevo plan de mantenimiento preventivo y así lograr reducción de gases contaminantes al medio ambiente.
6.2 Específicos
- Realizar un estudio comparativo de los costos de operación en la utilización de combustible Bunker “C” y GLP.
7. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
7.1 Calderas de vapor Una caldera consiste esencialmente en un recipiente que contiene agua que se transforma en vapor por la aplicación de calor. Para llevar a la práctica esta función básica, los diseñadores han concebido innumerables configuraciones y variaciones de esencialmente dos tipos generales de caldera:
- Calderas pirotubulares
- Calderas acuotubulares
En cada caso, sin embargo, la función de la caldera es transferir el calor de los gases de combustión al agua alimentada para llevarla al punto de ebullición a una presión de operación determinada.
7.1.1 Calderas pirotubulares
En las calderas pirotubulares, los gases de combustión calientes se hacen pasar a través de una serie de tubos. Los tubos están sumergidos en el agua de la caldera y actúan como el medio de transferencia de calor. Las calderas pirotubulares se clasifican generalmente como calderas de concha, ya que el agua y el vapor están contenidos dentro de una coraza que aloja los elementos que producen el vapor.
Son normalmente de construcción simple y fuerte, y son relativamente baratas. Otra ventaja es su flexibilidad para adaptarse rápidamente a cambios de carga, aunque son un tanto lentas en alcanzar la presión de operación a partir de un arranque en frio debido a su gran contenido de agua.
Existen dos configuraciones generales de calderas pirotubulares:
- Caldera tubular de retorno horizontal: Consiste en una concha o tambor con tubos de flujo de gas que se extienden a lo largo de ella a través del espacio de agua. El cilindro va suspendido de una armazón de acero dentro de una cámara de ladrillo la cual forma un horno.
- Caldera tipo escocés: Es una caldera de horno integrado. Estas calderas son esencialmente completas; el horno que tiene forma cilíndrica está en el centro de la caldera y los tubos de fuego se extienden al lado y encima de él.
Ventajas
- Menos costo inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.
- Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda de vapor.
- Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación, porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas. Desventajas
- Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.
- Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
- Gran peligro en caso de explosión o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.
- No son empleadas para altas presiones.
Tabla # 1: Características de una caldera pirotubular.
Calidad del agua Menores^ exigencias,^ posible^ funcionamiento^ con salinidad del agua.
Mantenimiento Fácil de limpiar.
Revisiones periódicas
Inspección ordinaria, seguida de una prueba hidrostática, raramente son necesarias otras pruebas de carácter no destructivo, como, por ejemplo: mediciones con ultrasonidos, en caso contrario se efectúan en zonas
Componentes generales de una caldera pirotubular
- Cámara de combustión u hogar de combustión La cámara de combustión, de construcción cilíndrica y disposición horizontal, puede fabricarse en ejecución lisa u ondulada, en función del tamaño de la caldera y de la presión de trabajo de la misma. Es la encarada de contener la llama del quemador e iniciar el intercambio de energía por radiación.
- Quemador Es el elemento encargo de generar la combustión del combustible a utilizar.
- Cámara de inversión de gases (solo en las calderas de tres pasos de gases). Este elemento es el encargado de reconducir los gases de la combustión hacia el haz tubular o II (2do.) paso de gases, haciendo cambiar de dirección a los mismos. Por regla general, esta cámara está totalmente refrigerada por agua y construida de forma cilíndrica y horizontal.
- Fondo delantero y trasero exterior. De forma circular, van soldados a la virola exterior y, al igual que ésta evita que los fluidos salgan. En estas piezas van soldados los tubos de humos del II y III paso de gases, así como puertas de registro e inspección y cajones recolectores de gases.
- Fondo delantero y trasero interior (solo en calderas de tres pasos de gases) De forma circular, van soldados a la virola de la cámara de inversión. Su misión es la de contener los productos de la combustión. En el fondo delantero van soldados los tubos de segundo paso de gases y en el fondo trasero van soldados entre éste y el fondo trasero exterior unos tubos huecos para dar al conjunto robustez y flexibilidad.
- Chimenea Es el conjunto de salida de los gases y humos de la combustión para la atmosfera. Además, tiene como función producir el tiro necesario para obtener una adecuada combustión.
- Cámara de agua
Es el volumen de la caldera que está ocupada por el agua que contiene y tiene como límite superior un cierto nivel mínimo del no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento.
- (^) Columna de nivel Es el indicador del nivel o la cantidad de agua que se encuentra dentro de la caldera.
- Envolvente exterior o virola exterior Este elemento es de forma cilíndrica y es el encargado de contener los fluidos (agua/vapor) y evitar que estos salgan, en la misma van montadas las tubuladuras de control y supervisión, tales como los controles de nivel, los indicadores ópticos de nivel y orificios de inspección del lado de agua, etc.
- Accesorios
- Indicadores de nivel de agua: Toda caldera deberá estar provista, de un mínimo de dos indicadores de nivel de agua, independientes entre sí. Siendo uno de ellos de observación directa.
- Indicadores de presión: Toda caldera estará provista de uno o más manómetros que se conectaran a la cámara de vapor de la caldera mediante un tubo que forme un sello de agua.
- Analizadores de gases: Son equipos que sirven para controlar la calidad de la combustión dentro del hogar, a través del análisis de los gases que salen por la chimenea.
- Bombas: Este accesorio al igual que el inyector, permite reponer el agua que se ha vaporizado en el interior de la caldera. Entre éstas se tienen bombas centrifugas y de embolo.
- Llaves de purga: llaves de extracción de fondo y las de extracción de superficie.
Los GLP se obtienen principalmente en las refinerías de petróleo durante el proceso de destilación del crudo, también se pueden obtener de los procesos de licuación o regasificación del gas natural cuando los GLP se encuentran asociados al gas natural en sus yacimientos.
Tabla # 2: Características del butano comercial.
Tabla # 3: Características del propano comercial.
7.3 Mantenimiento preventivo
Consiste en detectar las fallas en su fase inicial y corregirlas en el momento oportuno. La detección de fallas se hace a través de inspecciones periódicas que se determinan combinando las instrucciones del fabricante y las experiencias de fallas respectivas.
7.3.1 Programa de mantenimiento preventivo
Para lograr desde el punto de vista técnico el objetivo, se estableció el sistema de mantenimiento preventivo, norma llevada a cabo por la industria moderna a fin de: no interrumpir los trabajos; hacer que los edificios instalaciones y equipos duren mucho más tiempo; y que las reparaciones sean menos costosas.
Combatir el desgaste a través de medidas preventivas, sustituir la pieza antes de que ocurra la falla que inutiliza todo un sistema, es a grandes rasgos, la forma de cuidar las instalaciones y los equipos. Por lo anterior se requiere un sistema que observa rigurosamente todas aquellas medidas que reducen al mínimo el desgaste y la destrucción. Tal sistema comprende cuatro etapas.
- Hacer una lista de todo el equipo en varias clasificaciones mayores: obra civil, aire acondicionado, casa de máquinas, equipo eléctrico, lavandería y cocinas.
- Elaborar un programa de inspecciones periódicas y de atención para cada equipo o instalación, tomando en cuenta los catálogos de los fabricantes y las experiencias obtenidas.
