Para el exámen del martes 14 de julio, cubre la parte teórica de lo que es un sistema de vapor en los procesos (generación, distribución, requerimiento y/o consumo, Trampas de vapor, retorno de condensados y gráfica de temperatura en gases de escape. La parte práctica cubre generación y requerimiento de vapor. En ambas partes, no se permiten copias, únicamente Tablas de vapor y  calculadora.

Primer parcial

[Sistemas de vapor]

parte práctica

Presentar el miercoles 29 de junio en el laboratorio de Operaciones Unitarias a las 5:00 PM

Una planta de alimentos es diseñada para utilizar los siguientes equipos:

1. Una marmita que utiliza vapor a 125 psig saturado a razón de 700 lb de vapor por hora, la cual opera seis horas por día.
2. Un secador de tunel que utiliza dos entradas de vapor, una corresponde a un flujo de vapor de 825 lb por hora y la otra de 450 lb por hora, el vapor ingresa a 50 psig saturado, el cuál opera ocho horas por día.
3. dos equipos de esterilización que utilizan vapor directo a razón de 500 lb de vapor por hora a 50 psig saturado, el cual opera ocho horas por día.
4. dos intercambiadores de calor que utilizan vapor a 100 psig saturado a razón de 1,000 lb de vapor por hora cada uno, los cuales operan diez horas por día.
5. La planta se esteriliza utilizando una mezcla de vapor a 50 psig saturado y agua a temperatura ambiente, para producir agua caliente a 75°C. Se utilizan cuatro diferentes puntos para esterilizar (en diferentes áreas), y cada área utiliza 25 galones por minuto de agua caliente durante dos horas diarias.
6. Mezcladora con calentamiento que utiliza vapor a baja presión procedente del tanque de flasheo localizado cerca del intercambiador del primer nivel; esta mezcladora utiliza el vapor flasheado del condensado del intercambiador de calor.

Distribución de la planta:

La caldera por aspectos de área se localizará a 50 metros del equipo más cercano de consumo de vapor, siendo este equipo la marmita. El secador de tunel se encuentra arriba de la marmita en un tercer nivel. Los equipos de esterilización se encuentran 65 metros al lado derecho del secador de tunel. Los intercambiadores de calor se encuentran; uno, 25 metros al lado derecho del secador de tunel y el otro a 75 metros de la caldera en dirección a la marmita en primer nivel. La caldera será pirotubular de cuatro pasos. Se prevee una expansión a corto plazo la cual consta de otro secador de tunel y dos intercambiadores de calor.

Los condensados salen de las trampas de vapor a una presión correspondiente a un 65% de la presión del vapor entrando a los equipos consumidores da vapor.

En el primer nivel se esteriliza en dos puntos, en el segundo nivel, los puntos restantes.

El fondo del tanque de condensados horizontal se localiza a dos metros del piso del primer nivel a 15 metros de la caldera en dirección a la marmita.

La caldera se calcula debe operar con una eficiencia de caldera del 79%, el combustible búnker se compra a 1 $US/galón.

La planta opera durante 330 días al año.

Calcular:

1. Calcular el costo de la energía comprada, el costo de la energía aprovechada y el costo de producir mil libras de vapor.
2. Diámetro de tuberías de vapor y presión del vapor antes de los equipos consumidores de vapor.
3. Diámetros de las tuberías de retorno de condensados.
4. Porcentaje del condensado retornado a la caldera.
5. Vapor utilizado en la mezcladora.
6. Diámetro y largo del tanque de condensados o tanques y que sistema o sistemas de retorno de condensado utilizará (abierto, cerrado, presurizado) y porque. Puede ser requerido varios tanques de retorno de condensado y uno principal; así como varias bombas que envíen el condensado al tanque principal (o por gravedad) y calcular diametros de sus tuberías.
7. Si el agua de alimentación a la caldera se envía del tanque de condensados a la caldera en tubería de dos pulgadas, cual será el caballaje de la bomba.
8. Se produce cavitación? Calcúlese.
9. Haga un diagrama correspondiente al sistema de vapor y equipos de la planta y ubique las trampas de vapor requeridas, tipo de trampa y capacidad (modelo).
10. Determine gráficamente en el plano la ubicación de las válvulas de globo, o compuerta o de bola y cualquier otro equipo requerido; como reguladores de presión.
11. Calcule el agua fresca requerida la cual es bombeada a través de una tubería de pulgada y media. El tanque de donde se extrae el agua fresca al tanque de condensados está ubicado a 50 metros de la caldera en dirección opuesta a la marmita. Calcule el caballaje de la bomba.
12. Costo anual del vapor por equipo.

Los intercambiadores son susceptibles a los gases no condensables. El consumo de vapor del secador es fluctuante y el consumo de vapor de la marmita es bastante constante y no presenta problema con los gases no condensables.

Para los calculos posiblemente debe asumir algún parámetro, explíquelos.

Primer parcial exámen teórico:      20%

Primer exámen práctico:                80%

Examen final

Presentarlo el miercoles a las 5:00 PM en el laboratorio de Operaciones Unitarias por escrito y en CD, incluyendo los procesos, parciales, trabajos y laboratorios de OU

Se presento un estudio técnico económico relacionado con un proceso de hidro y piro metalurgia de minerales no metálicos, el cual sirvió de base para la puesta en marcha de los equipos [de la planta]. El proceso consiste inicialmente en la recepción a la planta del mineral no metálico, a continuación el proceso de molienda, luego la flotación de los minerales deseados, el producto de la flotación se envía a sedimentadotes y luego se secan y se oxidan en hornos.

Respecto a los sistemas eléctricos de potencia están conectados a 460 voltios trifásicos que están operando con los porcentajes de carga y las horas de operación indicados [los equipos que operan 16 horas, es de 7:00 a 23 horas:

Área molienda: Los equipos operan a máxima carga de 7PM a 9 PM.

Área térmica: Los equipos operan a máxima carga de 8 AM a 12 AM

Área sedimentación: Los equipos operan a máxima carga de 9 AM a 12 AM

Luminarias encienden de 6 PM a 4 AM.

Los motores de 300 hp se compraron usados y se han embobinado varias veces [aproximadamente cuatro veces] por lo que se tiene contemplado reemplazarlos por motores eficientes marca Baldor.  Los transformadores del lado de alta están a 13,600 voltios

Preguntas:

1.      Cuantos transformadores se colocarían y de que capacidad en Kva?

2.      Elaborar las curvas de carga por sección y total en condiciones actuales.

3.      Elaborar un diagrama unificar del proceso incluyendo capacidad de cable, cable por fase, tipo de protecciones y capacidad y modelo de las protecciones y ubicación [Visio tecnico, con formato]

4.      Elaborar el proyecto de cambio de motores estándar [300 hp] a motores eficientes asumiendo precios de motores y contemplando que los motores eficientes son un 35% más caros que los estándar. Asumir los parámetros económicos que hagan falta explicándolos con todo detalle de acuerdo al método sugerido.

5.     mañana les subiré a la Web [9 AM] la tabla de eficiencias de motores y otras preguntas y anexos.

6.   Calcular bancos de capacitores necesarios y elaborar diagrama general de la planta.

EFICIENCIAS DE MOTORES

 7.  Calcular la tarifa en condiciones actuales a partir de las curvas de carga y tomando en cuenta si es preferible instalar un medidor (acometida eléctrica) por transformador, o solo una Factura eléctrica (una sola acometida). No tomar en cuenta el área de preparación de muestras tratadas con motores eficientes.

8.  Se deberá anexar al proceso, un área de preparación de muestras tratadas para lo cual se dispone de cinco motores de 10 hp cada uno con un factor de potencia promedio de 0.37, debido a que se han embobinado varias veces y se recalientan los motores a 125°C (la temperatura promedio de un motor de 10 hp está del orden de 45°C) por lo que debe realizarse un análisis económico para sustituirlos por eficientes antes de integrarlos al sistema (operan 24 horas al día con un porcentaje de carga del 92%.

Se calificara presentación, explicación y procedimiento en todas las preguntas del examen.