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PROYECTO DE INGENIERIA MECANICA II ALUMNOS: - Herrera Díaz Jack - Mendoza Vera Gustavo

UTP

1. INSTALACION DE AISLAMIENTO TERMICO A TUBERIA DE VAPOR DE DIÁMETRO VARIABLE ENTRE 2” A 12” EN 1627.61 ml.

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UTP 2. INDICE PAG.

PROLOGO

5

INTRODUCCION

6

ESTUDIO DE MERCADO

6

OBJETIVO

7

DESCRIPCION DE PROCESO O SERVICIO

7

o

ORGANIZACIÓN Y DISTRIBUCION DE LA PLANTA 

o

DISTRIBUCION DE LA PLANTA

CARACTERISTICAS TECNICAS DEL EQUIPAMIENTO QUE FORMA PARTE DE LA PLANTA Y DEL PROCESO DE PRODUCCION

SISTEMA MEJORADO APLICADO AL PROCESO

9 9 10

15

o

ORGANIZACIÓN

15

o

COMPRAS Y PROVEEDORES

16

o

PROCESOS MEJORADOS

17

o

AUDITORIAS INTERNAS

17

o

CAPACITACIÓN Y TECNICAS MEJORADAS

17

o

PROCEDIMIENTO DE MEJORA A APLICAR

17

o

DESCRIPCION DE LOS PROCESOS APLICADOS A LA MEJORA

18

o

OPERACIONES DE TRABAJO APLICANDO LA MEJORA

20

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Página 3

UTP ANALISIS DE COSTO

26

o

COSTOS ACTUALES DE LOS PROCESOS Y OPERACIONES

26

o

COSTOS QUE SE PLANTEAN CON LAS NUEVAS MEJORAS

26

o

CUADROS COMPARATIVOS

26

CONCLUSIONES

26

BIBLIOGRAFIA

27

ANEXOS

27

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Página 4

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3.

PROLOGO

El presente documento está desarrollado para el mejoramiento técnico de la implementación del servicio de aislamiento térmico en caliente para la industria, se busca reducir perdidas energéticas de los equipos y maquinas en funcionamiento de la empresa, optimizar su eficiencia en el servicio prestado y conseguir a la vez los menores costos de mantenimiento.

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UTP 4. INTRODUCCION El aislamiento es usado en la industria para brindar seguridad al personal que transite por esa área y disminuir al máximo las perdidas energéticas de un bien. El aislamiento térmico es un servicio que se brinda para contener la propagación de calor o frio según sea conveniente. El aislamiento térmico en caliente es el servicio en el cual el rango de temperatura es superior a la ambiental, siendo el fluido de que se transporta por las tuberías, accesorios y equipos un liquido o un gas. El aislamiento térmico en frio es el servicio en el cual el rango de temperatura es inferior a la temperatura ambiente siendo comúnmente entre los 5 °c hasta -20 °c , siendo el fluido que se transporta por las tuberías, accesorios y equipos un liquido congelado.

5. ESTUDIO DE MERCADO

SECTORES INDUSTRIALES Sector energético: Centrales térmicas de energía Sector Público: Plantas cerveceras, industria alimentaria, plantas pesqueras.

% (REQUERIMIENTO DEL SERVICIO) 25 % 35%

Sector Hidrocarburo: Refinerías de petróleo.

15%

Sector Siderúrgico: Plantas de procesamiento de ácidos y gases.

20%

Otros

5%

Todas ellas necesitan del aislamiento térmico ya que esos sectores están seriamente regidos por normas de seguridad para el personal y el medio ambiente y los sistemas necesitan estar protegidos para que no se propague la sensación de calor y radiación que emiten sus equipos, además de que al aislar térmicamente sus sistemas se genera un ahorro de energía que se traduce en ganancia de dinero para las empresas.

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AISLAMIENTO TERMICO EN LA INDUSTRIA 40% 35% 30% 25% 20% 15%

10% 5% 0% 1 Sector energético:

Sector Público:

Sector Hidrocarburo:

Sector Siderúrgico:

Otros

6. OBJETIVO  Instalar aislamiento térmico en tubería de vapor de 2” a 12”.  Reducir las pérdidas energéticas y económicas a los diferentes tipos de nacional.

industria

7. DESCRIPCION DE PROCESO O SERVICIO DE LA EMPRESA GERDIPAC INDUSTRIAL EIRL, se inició en 1993, desarrollando trabajos metalmecánicos y de mantenimiento dirigido a diferentes empresas industriales del país. A partir de 1996 diversificó su servicio realizando trabajos en aislamientos térmicos y acústicos como complemento a la labor metalmecánica ofrecida en ese momento. La importante labor realizada en el desarrollo de ambos rubros, ha permitido que se establezcan dos líneas de servicio con amplia experiencia para atender las necesidades de nuestros clientes. Siguiendo la misma línea de atención al cliente se incorporó desde el año 2001, el rubro de Obras Civiles que nos permite complementar el apoyo dado en las otras áreas brindando un servicio más completo y adecuado a los requerimientos del mercado. Es así que podemos ofrecer a nuestros clientes esta línea de atención:

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Aislamiento Térmico: Suministro, diseño e instalación de revestimientos termo acústicos (Silicato de Calcio, Lana Mineral, Poliuretano, etc.).

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UTP 7.1 ORGANIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA. 7.1.1 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA.

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7.2 CARACTERÍSTICAS TECNICAS DEL EQUIPAMIENTO QUE FORMA PARTE DE LA PLANTA Y DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN. 7.3 INFRAESTRUCTURA 7.3.1

MATERIALES

Lana mineral de roca (manta, panel, preformados) La lana de roca, perteneciente a la familia de las lanas minerales, es un material fabricado a partir de la roca volcánica. Se utiliza principalmente como aislamiento térmico y como protección pasiva contra el fuego en la edificación, debido a su estructura fibrosa multidireccional, que le permite albergar aire relativamente inmóvil en su interior. Fabricación El proceso de fabricación de la lana de roca pretende emular la acción natural de un volcán. La roca basáltica (diabasa) es fundida a más de 1600 °C en un horno (cubilote) para así retornarla a su estado inicial de lava. La lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad, y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centrífuga. Tras la pulverización de un ligante orgánico, se reúnen las fibras para INSTALACION DE AISLAMIENTO TERMICO A TUBERIA DE VAPOR DE DIÁMETRO VARIABLE ENTRE 2” A 12” EN 1627.61 ml.

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UTP formar un colchón de lana primaria. Después de haber sido más o menos comprimido, dependiendo de las prestaciones buscadas, ese colchón pasa a la última fase de curado donde el producto adopta su forma final.

La composición de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98% roca volcánica y 2% ligante orgánico.

Comportamiento térmico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior, por lo que actúa como obstáculo a las transferencias de calor, aislando tanto de temperaturas bajas como altas. Comportamiento ante el fuego La lana de roca es un material no combustible, siendo Clase A1 según la clasificación europea de reacción al fuego de los materiales de la construcción (Euroclases). Se utiliza como protección pasiva contra el fuego en edificios, pues conserva sus propiedades mecánicas intactas incluso expuesta a temperaturas superiores a 1000ºC. Densidad: 30-160 kg/m³. Según EN 13162, en fibra de 20 a 150, en piedra de 25 a 220. Coeficiente de conductividad térmica: 0,034 a 0,041 W/(m·K). Según EN 13162, 0,035 a 0,05 INSTALACION DE AISLAMIENTO TERMICO A TUBERIA DE VAPOR DE DIÁMETRO VARIABLE ENTRE 2” A 12” EN 1627.61 ml.

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UTP Material de cobertura: El objetivo de la cobertura es la protección mecánica del aislamiento, el cuál evitará el daño a los mismos, estos serán determinados por el área de ingeniería correspondiente, el cual pueden ser los siguientes: 

Aluminio Que puede ser de tipo liso, gofrado o acanalado, calidad ASTM B 209 Alloy 3003 en su diferentes espesores como 0.4, 0.6, 0.8, 1 mm u otros espesores según diseño.



Acero Inoxidable

Que puede ser brillante o mate de la calidad AISI 304L, AISI 316L en sus diferentes espesores como 0.20, 0.25, 0.30, 0.40, 0.50, 0.80, 1, mm. etc.

AISI 316L Acero inoxidable, aleado al cromo-níquel-molibdeno con alta resistencia a la corrosión intercristalina hasta temperaturas de hasta 400°C. Debido a su contenido es el más resistente a los ácidos con efectos reductores como el acido sulfúrico diluido y el acido clorhídrico y a medios causantes de corrosión por picaduras y por tensiones, que otros aceros sin molibdeno útil para elementos que requieren una temperatura de hasta 900°C.

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AISI 304L Acero inoxidable, aleado al cromo níquel, muy resistente a la corrosión intergranular y ataques químicos del medio ambiente. Posee una buena resistencia a la acción corrosiva del agua, ácidos y soluciones alcalinas si se emplea con superficie pulida al espejo. Útil para elementos que exigen resistencia de temperatura de hasta 600°C.



Acero galvanizado

También en sus diferentes espesores como 0.40, 0.50, 0.80, 1, mm. etc., uso en fabricación de paneles, coberturas ductos. Revestimiento de Zinc Mínimo 120Kg/m2 (total en ambas caras), norma técnica ASTM A653 / A 653M

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UTP 7.3.2

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS ROLADORA DE 1.20 m PESTAÑADORA TALADRO PERCUTOR DE 1/2” TALADRO INALAMBRICO DE 3/8” CIZALLA MANUAL CIZALLA ELECTRICA ANDAMIOS ULMA MAQUINA DE SOLDAR ELECTRICA TIJERA CURVA DE CORTE IZQUIERDO Y DERECHO TIJERA HOJALATERA DE 14” WINCHA DE 3, 5, 50 mt ALICATE DE PRESION ALICATE MECANICO PUNTO CENTRO COMPAS ESCUADRA DE TOPE ESCUADRA PLANA EXTENSION MONOFASICA Y TRIFASICA

7.3.3

RECURSOS HUMANOS I. AREA DE GERENCIA  GERENTE GENERAL II. AREA DE INGENIERIA  JEFE DE CONTROL DE CALIDAD  JEFE DE OPERACIONES  JEFE DE PRESUPUESTOS  JEFE DE DISEÑO Y CÁLCULO III. AREA DE LOGISTICA  JEFE DE ALMACEN  JEFE DE COMPRAS IV. AREA DE VENTAS  JEFE DE VENTAS V. AREA ADMINISTRATIVA  JEFE CONTABILIDAD  JEFE DE RECURSOS HUMANOS VI. AREA TECNICA  CAPATAZ  OPERARIO  SOLDADOR  OFICIAL  AYUDANTE

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UTP 8. SISTEMA DE MEJORA APLICADO AL PROCESO 8.1 ORGANIZACIÓN

GERENTE GENERAL

ASISTENTE DE GERENCIA

GERENTE DE OPERACIONES

AREA DE LOGISTICA

AREA DE INGENIERIA

AREA DE VENTAS

EJECUTIVO DE VENTAS

AREA ADMINISTRATIVA

ALMACEN

J.OPERACIONES

J. FINANZAS

COMPRAS

PRESUPUESTADOR

CONTADOR

SUPERVISORES

RRHH

C.CALIDAD

AREA TECNICA

CAPATAZ OPERARIO OFICIAL AYUDANTE SOLDADOR INSTALACION DE AISLAMIENTO TERMICO A TUBERIA DE VAPOR DE DIÁMETRO VARIABLE ENTRE 2” A 12” EN 1627.61 ml.

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8.2 COMPRAS Y PROVEEDORES Para la realización de adquisición de materiales el área de compras procederá a actuar con el debido requerimiento de parte del área técnica teniendo como máximo un plazo de 2 días para la obtención de los materiales. Entre los principales proveedores de materiales tenemos:

MATERIALES

PROVEEDORES

CAÑUELA DE LANA MINERAL DE ROCA AISLA PERU SAC KOSTEC IMPORTACIÓN AMERICANA Ó CHINA

PLANCHA DE ACERO INOXIDABLE PLANCHA DE ALUMINIO JAHESA ABINSUR JN ACEROS MULTIMET

PLATINAS DE F° N° POLIMETALES COMASA FIERROS Y ACEROS CENTER

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UTP 8.3 PROCESOS MEJORADOS Instalación de material aislante a tuberías y accesorios. (cañuela de lana mineral de roca – λ = 0.035 W/(m x K) ) Utilización del aire como material aislante. ( λ = 0.026 W/(m x K) ) Utilización de platina como material de soporteria. Utilización de pintura anticorrosiva. 8.4 AUDITORIAS INTERNAS Se realizaran auditorias mensuales al área de ingeniería para verificar que se estén realizando las capacitaciones al personal, de la misma manera se verificará en campo la realización optima de la nueva instalación de acuerdo a los procedimientos. 8.5 CAPACITACION Y TECNICAS MEJORADAS Se realizaran capacitaciones internas al personal técnico sobre la nueva metodología de instalación y los procedimientos para un óptimo desarrollo y aplicación. Se expondrá vía exposiciones, y se realizara prácticas manuales en taller. 8.6 PROCEDIMIENTOS DE MEJORA A EMPLEAR Metrado general de líneas a aislar :  Diámetros  Espesor de aislamiento Corte y habilitación de platina de acero inoxidable de 1” x 1/8” según toma de medidas de metrado. Instalación de platinas a tuberías. Montaje de cañuelas preformadas sobre soporteria de platina. Habilitación y corte de cobertura de plancha metálica. Montaje de cobertura metálica sobre cañuelas preformadas. Sujeción de cobertura metálica mediante autorroscantes inoxidables. Sellado de juntas con silicona transparente.

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UTP 8.7 DESCRIPCION DE LOS PROCESOS APLICANDO LA MEJORA Metrado general de líneas a aislar

Se realizara en campo Se procederá a verificar con un representante del CLIENTE y un representante del contratista las tuberías y accesorios a instalar con recubrimiento térmico nuevo. El cliente deberá entregar los planos donde se pueda identificar claramente las tuberías y accesorios que serán aisladas, y los espesores de aislamiento correspondiente para cada caso. Luego de la apertura de trabajo correspondiente se deberá iniciar el prefabricado del aislamiento y cobertura, siguiendo lo indicado en los planos isométricos que indican que líneas serán aisladas y lo indicado en este procedimiento que está de acuerdo a las especificaciones técnicas entregadas por el cliente. Corte y habilitación de platina de acero inoxidable de 1” x 1/8” según toma de medidas de metrado.

Instalación de platinas a tuberías. Montaje de cañuelas preformadas sobre soporteria de platina. Se instalara cañuelas de lana mineral de roca de densidad 100 kg/mt³, esta instalación se hará verificando que no exista espacios libres entre tramos de colchoneta que originen perdida de temperatura, para tuberías, ductos y accesorios.

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UTP Habilitación y corte de cobertura de plancha metálica. Se utilizara como protección mecánica planchas de acero inoxidable norma AISI- 304-2B-mate de espesor 0.5 mm (tuberías-accesorios) las cuales serán bordoneadas a los extremos y se instalara a las líneas teniendo un traslape circunferencial de 1”.

Montaje de cobertura metálica sobre cañuelas preformadas.

Sujeción de cobertura metálica mediante autorroscantes inoxidables. La cubierta metálica será asegurada con autorroscantes inoxidables de 8” x ½” (tuberías y accesorios) longitud entre plancha y plancha y plancha con platina. Sellado de juntas con silicona transparente. Una vez instaladas las planchas inoxidables en las tuberías y accesorios se procederá a sellar las uniones o aberturas con silicona color aluminio o transparente para no permitir el ingreso de agua a la parte interior del forro porque ocasionaría el deterioro del material aislante. INSTALACION DE AISLAMIENTO TERMICO A TUBERIA DE VAPOR DE DIÁMETRO VARIABLE ENTRE 2” A 12” EN 1627.61 ml.

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UTP 8.8

OPERACIONES DE TRABAJO APLICANDO LA MEJORA

Para poder implementar y verificar el ahorro de energía tanto en la instalación tradicional como en el nuevo proceso de instalación se toma como referencia el “PROYECTO DE AISLAMIENTO TERMICO DE TUBERIAS Y ACCESORIOS” para procesadora industrial RIO SECO que se dedica a la actividad de extracción de sulfato de manganeso, que se ubica en Huacho. En la siguiente imagen se nota una vista general de la planta donde se va a realizar el proceso de instalación de aislamiento térmico. Para mayores detalles de cantidad de tuberías, diámetros y especificaciones técnicas de las líneas a colocar recubrimiento térmico se adjunto ANEXO 5- PLANOS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS.

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INSTALACIÓN TRADICIONAL: Entre los espesores óptimos de aislamiento según el grado de temperatura y diámetro tenemos.

TABLA DE ESPESORES DE AISLAMIENTO D(Pulg) 1/2-3/4 1-1 1/2 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 24-a+

65-100 (°C) 30 30 30 30 30 40 40 50 50 50 50 60 60 60 70

101-150 (°C) 30 30 30 40 40 50 50 60 60 60 70 70 70 70 70

151-200 (°C) 30 40 40 40 50 60 60 70 70 70 80 80 80 90 90

201-250 (°C) 40 40 50 50 60 70 70 80

251-300 (°C) 50 50 60 70 70 80 80 80 100 100 110 110 110 120 120

301-350 (°C)

351-400 (°C)

60 60 70 70 80 90 100 110 110 110 120 120 120 130 130

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60 70 80 80 90 100 110 120 120 130 130 140 140 150 150

401-450 (°C) 70 70 80 90 100 120 130 130 140 150 150 160 160 170 180

451-500 (°C) 80 80 90 110 120 130 140 150 160 170 170 170 180 190 190

501-550 (°C) 90 90 100 120 130 140 160 170 180 180 190 190 200 200 210

551-600 (°C)

601-650 (°C)

90 100 110 120 140 150 160 170 180 180 190 200 210 220 220

100 100 110 130 150 160 170 180 190 190 200 200 220 230 230

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UTP Calculo de ahorro de energía según instalación de aislamiento tradicional.

AISLAMIENTO-LANA DE ROCA PREFORMADA (CAÑUELAS) Simbología

DESCRIPCION

Valores

Und

Temperatura de superficie del asilamiento

Ts,o

30

(°C)

Temperatura del aire

T ∞,o

25

(°C)

Emisividad de la funda

ε

0.25

Constante Stefan-Boltzmann Temperatura de superficie (ambiente)

σ

5.67E-08 25

Temperatura superficie interna

Tsur Ts,i

Diámetro exterior del ducto

(w/m^2 .k^4)

400

(°C) (°C)

D2

50

mm

Diámetro interior del ducto

d1

46

Conductividad de la superficie(ducto)

ks,t

50

mm (w/m °k)

Conductividad del aislamiento

kins ho

0.035

Coeficiente de convección de la superficie exterior RESULTADO AISLADO Transferencia de calor por unidad de longitud Transferencia de calor TOTAL

r3- r2

q' q' (TOTAL)

25

(w/m °k) (w/m2 °k)

ESPESOR OPTIMO 3

(PULG)

96.69849382 29361.53066

(w/m ) W

SIN AISLAR Transferencia de calor por unidad de longitud Transferencia de calor TOTAL LONGITUD DE TUBERIA

q'

310.4377041

(w/m )

q' (TOTAL)

94261.30446 INGRESAR LONGITUD

W

L

m

303.64

Calculo de ahorro de Energía

Ahorro de energía (%)

64899.7738 (w) 69%

Se puede observar que la cantidad de energía ahorrada para una tubería de 2” de diámetro y 3” de espesor es del 69%.

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UTP

GRAFICO DE RESISTENCIA TERMICA

GRAFICO REPRESENTATIVO DEL PROYECTO

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UTP Calculo de ahorro de energía según nueva instalación de aislamiento

AISLAMIENTO-LANA DE ROCA PREFORMADA (CAÑUELAS) Simbología

DESCRIPCION

Valores

Und

Temperatura de superficie del asilamiento

Ts,o

30

(°C)

Temperatura del aire

T ∞,o

25

(°C)

Emisividad de la funda

ε

Constante de Stefan-Boltzmann Temperatura de superficie (ambiente)

σ

0.25

5.67E-08 (w/m^2 .k^4) (°C) 25 (°C) 400

Temperatura superficie interna

Tsur Ts,i

Diámetro Exterior del ducto

D2

50

mm

e

1

pulg (w/m °k)

Espesor del aire Conductividad de la superficie(ducto)

kaire

0.026

Conductividad del aislamiento

kins ho

0.035

Coeficiente de convección de la superficie exterior RESULTADO AISLADO Transferencia de calor por unidad de longitud Transferencia de calor TOTAL

r3- r2

25

(w/m °k) (w/m2 °k)

ESPESOR OPTIMO 1

(PULG)

q' q' (TOTAL)

60.96123642

(w/m )

18510.26983

W

q'

310.4377041

(w/m )

SIN AISLAR Transferencia de calor por unidad de longitud Transferencia de calor TOTAL LONGITUD DE TUBERIA

q' (TOTAL) L

94261.30446 INGRESAR LONGITUD 303.64

W m

Calculo de ahorro de Energía

Ahorro de energía (%)

75751.03464 (w) 80%

Se puede observar que en las mismas condiciones de operación, se obtiene un ahorro del 80% de energía, siendo la única diferencia la utilización del aire como nuevo material aislante.

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GRAFICO DE RESISTENCIA TERMICA

GRAFICO REPRESENTATIVO DEL PROYECTO CON MEJORA

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UTP 9. ANALISIS DE COSTO

9.1 COSTOS ACTUALES DE LOS PROCESOS Y OPERACIONES o

ANEXO 1

9.2 COSTOS QUE SE PLANTEAN CON LAS NUEVAS MEJORAS o

ANEXO 2

9.3 CUADROS COMPARATIVOS o

ANEXO 3

10. CONCLUSIONES

Este proyecto solo es aplicable en el caso que se aisle tuberías con material de cañuelas preformadas de lana mineral. El espesor mínimo requerido de aislamiento para este proyecto es de 2” ya que espesores menores no harían viable el proyecto. Las dimensiones de las tuberías se deben de encontrar en el rango de 2” a 12” de diámetro ya que las cañuelas preformadas solo se confeccionan como máximo hasta 12”. Se observa que el aire es el mejor material aislante que existe, aprovechando sus cualidades térmicas para este proyecto. La cantidad de materiales disminuye considerablemente al implementar este nuevo tipo de instalación.

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UTP 11. BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_t%C3%A9rmico http://www.aislaperu.com/detalles_productos.php?Id_prod=3 Manual de aislamiento en la industria ISOVER Calor y termodinámica – Zemansky Dittman

12. ANEXOS

o

ANEXO 1 COSTO DE INSTALACION TRADICIONAL DE AISLAMIENTO

o

ANEXO 2 COSTO DE NUEVA INSTALACION DE AISLAMIENTO

o

ANEXO 3 CUADRO COMPARATIVO DE COSTOS

o

ANEXO 4 METRADO PARA CALCULODE AHORRO DE ENERGIA

o

ANEXO 5 PLANOS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS

o

ANEXO 6 CUADROS DE CALCULOS DE AHORRO DE ENERGIA

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