Proyecto De Suministros.docx

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

CURSO SUMINISTROS ENERGETICOS DISEÑO DE UNA LINEA DE VAPOR PARA UNA FABRICA DE PINTURA ING. CARLOS GORDILLO ANDIA

INTEGRANTES:  

GARCIA ARI GUSTAVO TICONA ORTEGA CRISTHIAN MARCIAL

AREQUIPA-2018

RESUMEN

Reingeniería e implementación de tubería de vapor u condensado en una fábrica de pintura, es un trabajo de ingeniería de aplicación, que tiene como objetivos ejecutar un balance de energía térmica en la plata de producción de pinturas conduce a realizar una reingeniería de sus instalaciones térmicas.

Este trabajo comienza con la información básica sobre la empresa y el proceso productivo en mención, así como el marco teórico básico necesario para comprender el desarrollo del presente trabajo.

Posteriormente, se procederá a la relación del balance del proceso para el cual, es indispensable realizar un balance de masas y de energía térmica a la planta en estudio

INTRODUCCION Una de las etapas fundamentales en la preparación de la pintura es la dispersión del pigmento, la cual se lleva a cabo en un medio líquido denominado vehículo. Este proceso involucra la humectación en la cual el aire es reemplazado por el medio dispersante (las partículas asociadas permanecen prácticamente inalteradas), la rotura mecánica de los agregados en otros de menor número de partículas primarias y finalmente la estabilidad de la dispersión que permite alcanzar un producto que puede ser mantenido durante lapsos prolongados sin modificaciones o alteraciones importantes en el tamaño y en la distribución de tamaño de las partículas asociadas. La pintura es un revestimiento que puede contribuir eficazmente a aumentar la durabilidad de muchos materiales, fundamentalmente, aquellos, como el acero, que han sufrido una importante transformación por aporte energético. Pero deben efectuarse los trabajos de la forma adecuada en la preparación del soporte y en la elección del tipo de pintura para cada caso. Las Leyes de la Naturaleza, mediante acciones físicas, químicas y biológicas, a las que se ha sumado la contaminación, constituyen un compendio de interacciones que modifican nuestro entorno natural y físico. La escala del tiempo en que actúan estos agentes de intercambio es mayor a la que se desarrolla en torno a nuestra vida cotidiana, por lo que podemos apreciar directamente su velocidad de actuación. Así, elementos que contemplado día a día parecen permanecer inmutables, con el paso de los años descubrimos que han envejecido. Una elección equivocada de la tipología de pintura ante unas determinadas condiciones ambientales o de uso, una inadecuada preparación del soporte o del procedimiento de aplicación, constituyen factores que pueden afectar a su durabilidad. Además, la pintura es uno de los últimos trabajos que se realizan en una edificación, en muchas ocasiones, se tienen que compensar los gastos con otras partidas agotadas del presupuesto general y los trabajos no se efectúan con la calidad exigible. Definiremos la pintura, como aquel producto que se presenta en forma fluida o fluidificada y que es capaz de transformarse en una película sólida y opaca, tenazmente adherida al substrato sobre el que se aplica, confiriéndole el color del pigmento que tiene en su composición. OBJETIVO GENERAL 

Diseño de una línea de vapor para una fábrica de pintura

OBJETIVOS ESPECIFICOS  

Realizar una descripción de las características del proyecto enmarcando los conceptos teóricos necesarios para su desarrollo. Elaborar el diseño térmico del equipo así como seleccionar los componentes necesarios para su funcionamiento.

1. CAPITULO1 1.1. GENERALIDADES El sistema de distribución de vapor es un enlace importante entre la fuente generadora del vapor y el usuario. La fuente generadora del vapor puede ser una caldera o una planta de cogeneración. Esta, debe proporcionar vapor de buena calidad en las condiciones de caudal y presión requeridas, y debe realizarlo con las mínimas pérdidas de calor y atenciones de mantenimiento. Esta guía observa la distribución de vapor saturado seco como un transporte de energía calorífica al lugar de utilización, para aplicaciones de intercambio de calor o de calefacción de espacios y cubre los temas relacionados con la puesta en práctica de un sistema eficiente de distribución de vapor. En la presente memoria, se desarrollará el diseño de una línea de vapor para una fábrica de pinturas, y tendrá como función principal el Desengrasado de matrices y herramientas en operaciones de fabricación 1.2. LA PINTURA Y SU INDUSTRIALIZACION 1.2.1. DEFINICION La pintura es una mezcla líquida o pastosa que aplicada por pulverización, extensión o inmersión sobre una superficie se transforma por un proceso de curado en una película sólida, contenido de humedad y temperatura en el concreto a edades tempranas. Plástica y adherente que la protege y/o decora. 1.2.2. PROCESO DE PRODUCCIÓN Las pinturas están compuestas de tres sustancias separadas que trabajan en conjunto, un pigmento que da el color, un ligante que le confiere adherencia y por ultimo un vehículo (solvente) que permite la aplicación de la misma. El primer paso en la fabricación de pinturas es el mezclado del pigmento con resinas, solventes y adhesivos para formar una pasta. El pigmento se premezcla con resina. (Un agente humectante o surfactante que ayuda a humedecer al pigmento), más uno o más solventes y aditivos para formar la pasta. 1.2.2.1. DISPERSIÓN DE PIGMENTO o FASE DE PREMEZCLA En esta primera fase, lo que se pretende es realizar una mezcla de aquellos componentes sólidos, con una parte de las resinas, aditivos y disolventes. El objetivo de esta primera fase, es formar una pasta en la que encontramos los componentes solidos (pigmentos, cargas) que necesitan pasar por un proceso de molienda, y afinado. Esta pasta deberá tener la textura suficientemente viscosa como para que pueda ser molida en la siguiente fase. La mezcla, normalmente está compuesta por los pigmentos necesarios para dar el color final, cargas que facilitan espesor, textura, y propiedades físico químicas a la pintura, y una parte de las resinas de la fórmula que nos permitirá aglutinar el conjunto.

Normalmente en esta primera fase, se adicionan humectantes que favorecen la notabilidad de los materiales sólidos y evidentemente la mezcla apropiada de disolventes para poder dar una viscosidad necesaria para el procesamiento en la siguiente fase de producción. En esta operación, las pesadas deben ser minuciosamente controladas, sobre todo en el caso de los pigmentos, pues una pequeña variación en el peso nos dará posteriormente una diferencia en el color final.

La mezcla pasta se deriva a un molino de arena, que es un cilindro grande que agita pequeñas partículas de arena o sílice para moler las partículas de pigmento, disminuyendo su tamaño y dispersándolas a través de toda la mezcla, luego se filtra la mezcla para remover las partículas de arena o sílice

1.2.2.2. DISOLUCIÓN O ADELGAZADO DE LA PASTA O FASE DE MOLIENDA La molienda es sin lugar a dudas la fase más importante de todo el proceso de fabricación. Esto es así pues en ella conseguimos homogenizar los compuestos sólidos con las resinas, obteniendo una mezcla que será la base del producto final. A pesar de que solo implica una transformación física de los compuestos sólidos, sin alterar su naturaleza, es de suma importancia, ya que el tamaño de las partículas afectará al acabado final, a la resistencia de la película ya seca, y de potenciar las diferentes propiedades de las resinas, y aditivos presentes en la formula. Existen diferentes métodos para reducir el tamaño medio de una

partícula, aunque generalmente en la industria de la pintura el más empleado es el molino de bolas, El molino de bola es una máquina horizontal que tiene una instalación rotativa en forma de tubo Los molinos de bola ofrecen en el proceso de molienda un producto más fino que otro tipo de molinos, debido a que la acción de molienda es frenada por las partículas de mineral más gruesas que se interpolen entre bolas y bolas. Este proceso se realiza en circuito cerrado, de manera que la pasta está permanentemente entrando y saliendo del tubo rotativo, de esta manera se puede controlar el proceso y pararlo en cualquier momento, pues tan malo es una partícula excesivamente gruesa como muy fina.

La pasta se envía a recipientes donde se agita con la cantidad apropiada de solvente conforme al tipo de pintura.

En esta punto de fabricación lo que se busca en moler y triturar los diferentes compuestos sonidos presentes en la formula. El objetivo de la molienda es obtener una pasta con un grado de finura determinado, que nos garantice que el producto final no tenga partículas sólidas de espesor grueso, lo que nos generaría una imperfección en el acabado final. Para conseguir este objetivo, como ya se ha dicho se hace pasar la pasta inicial a través de molinos de bolas. Estos molinos son de diferentes formas y estructuras, pero el principio de todos es el mismo. Consiste hacer pasar la pasta a través de un recinto cilíndrico, en el que se encuentran bolas de circonio, acero o vidrio, según el tipo de

máquina y dureza de los pigmentos. Este recinto dispone de un movimiento circular que hace que las dichas bolas estén chocando unas contra otras, al estar la superficie de las mismas recubierta de la masa de pintura se produce el choque y el aplastamiento de las partículas sólidas, produciéndose una rotura y afinamiento de las mismas. Según va transcurriendo este proceso la granulometría va reduciéndose, llegando a la molienda total, la que nos dará un grado de finura de las partículas sólidas de menos de 9-10 micras. 1.2.2.3. FASE DE COMPLETADO La pasta resultante a la salida de la molienda es pasada a la fase de completado, en el cual se adicionan los restantes componentes, a saber, resinas, melaminas, aditivos, tensoactivos, antiespumantes, etc. Tras el completado de la formula se añade los disolventes necesarios para poder dejar ajustada la viscosidad, la mezcla de disolventes es algo de gran importancia pues de ellos dependerá que la pintura final pueda aplicarse correctamente, deje el aspecto deseado y no aparezcan imperfecciones y descuelgues.

1.2.2.4. ENLATADO La pintura terminada se bombea al cuarto de envasado. Por una cinta transportadora vienen las latas deslizándose horizontalmente donde se le colocan las etiquetas. Luego se colocan verticalmente para recibir el volumen medido de pintura mediante bombeo. A continuación una maquina coloca la tapa sobre la lata llena y una segunda maquina ejerce presión en la tapa para sellarla.

1.2.2.5. CONTROL DE CALIDAD Los fabricantes de pinturas cuentan con una vasta serie de controles de calidad mediante los cuales se verifica densidad, resistencia a la abrasión, dispersión, y viscosidad. Luego se toman muestras de

pinturas y se aplican sobre superficies para estudiar su resistencia al escurrimiento (chorreado), velocidad de secado y textura. También se controla su resistencia a la decoloración por exposición a los agentes climáticos etc.

1.2.3. PINTURA LÍQUIDA, DE QUÉ ESTÁ COMPUESTA 1.2.3.1. LAS MATERIAS PRIMAS Cualquier pintura está compuesta básicamente de:  Pigmentos  Cargas  Resinas  Diluyentes ( en el caso de pinturas liquidas)  Aditivos diversos. -

PIGMENTOS: Su función principal es la de conferir color y opacidad a la capa de pintura. Son generalmente sustancias sólidas en forma de polvo de muy fina granulometría. Los pigmentos son materiales sólidos de origen natural o producido por síntesis y son los encargados de dar el color. Las fabricas los reciben en forma de polvo sólido, que tras ser tratados con el resto de los materiales, son los encargados de aportar el color a las pinturas, Entre los más usados se encuentran los Dióxido de Titanio, para los blancos, óxidos de hierro que según su composición pueden dar colores ocres, negros o rojizos. Para colores amarillos o verdes los obtenemos gracias a los cromatos o los complejos de cobalto para los azules, violetas. Para que un pigmento pueda utilizarse en una pintura es necesario un proceso de molienda para conseguir la finura deseada.

-

LIGANTES O RESINA: También llamado vehículo fijo, aglutinante o más vulgarmente resina. Es el componente básico de la pintura a la que confiere la posibilidad de formar película una vez curada. De él dependen las propiedades mecánicas y químicas de la pintura, y por tanto su capacidad protectora. Es el elemento que da cuerpo, dureza y durabilidad a la pintura y que protege a la base. La composición de los ligantes es variable: resinas, gomas, aceites, polímeros acrílicos, etc. Pueden tener componentes volátiles o no volátiles. El hecho de ser la composición variable va dar lugar a tener diferentes tipos de pinturas: pinturas plásticas, pinturas de emulsión, pinturas al aceite, En definitiva, el tipo de aglutinante será función de las características que se deseen en la pintura Es el ingrediente esencial encargado de:  Llevar en suspensión los demás componentes  Conseguir la adherencia suficiente con el soporte  El proceso de solidificación y de su resistencia Forma la película de la pintura, por lo que de los aglutinantes (o ligantes) dependen:     

-

dureza y flexibilidad de la pintura adherencia al soporte estabilidad a la temperatura resistencia al cambio de color o amarilleamiento resistencia al agua, al sol y a las agresiones químicas

CLASIFICACIÓN DE LOS LIGANTES RESINAS ALQUIDICAS: Son las más importantes de todas las resinas sintéticas, cuyo volumen total utilizado en los recubrimientos de superficies supera el de todas las restantes. Son esencialmente poliesteres de alcoholes polihidroxilicos y ácidos policarboxilicos combinados químicamente con los ácidos de diversos aceites secantes, semisecantes y no secantes en diferentes proporciones. Los ácidos del aceite se unen en las moléculas de resina por

esterificación durante la fabricación y se convierten en parte integrante del polímero. La porción de poliéster contribuye a la dureza de las resinas usadas en los barnices ordinarios, y los ácidos de los aceites proporcionan flexibilidad, adherencia y solubilidad en disolventes no costosos. También se usan las resinas alquidicas modificadas que contienen otras resinas, tales como las derivadas de la colofonia, compuestos fenolicos, viniltolueno y siliconas.  RESINAS AMINICAS La utilización de las resinas aminicas combinadas con determinadas resinas alquidicas, han hecho posible la producción de acabados con programas de cocción más cortos, mejores durezas, resistencia a la distorsión y a los agentes químicos, y mejor duración en exteriores, en comparación con los acabados compuestos de resinas alquidicas solamente. La química de las resinas aminicas es extremadamente compleja debido a su gran número de reacciones en su síntesis, y porque los compuestos aminicos mismos pueden existir en forma tautomericos.  RESINAS FENOLICAS Son las derivadas del fenol, secan al horno y son resistentes al agua y a gran cantidad de agentes químicos. Se pueden dividir en dos grandes grupos: las solubles en los aceites secantes, y las insolubles, que se disuelven en alcohol. Se fabrican principalmente a partir del fenol y fenoles para sustituidos que reaccionan con el formaldehído para formar grupos metilol en los anillos de fenol. Presentan rápido secado, buen aspecto y generalmente buena resistencia a la humedad y a los agentes químicos. Sus principales inconvenientes son que se colorean fácilmente y tienen tendencia a amarillear después que han sido aplicadas. RESINAS EPOXICAS Son resinas con grupos epoxi. Se obtienen por condensación de epiloclorohidrina y bisfenol. Pueden secar en horno al aire, cuando son debidamente catalizadas. Son resinas muy adherentes, y de excelente resistencia química y mecánica.  RESINAS VINILICAS Se forman a partir de monómeros que contienen dobles enlaces que polimerizan por adición lineal en moléculas de largas cadenas. Entre ellas están las resinas derivadas de los monómeros, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, acetato de vinilo; estireno y sus derivados, alcohol vinílico, butadieno, acrilonitrilo y esteres acrílicos y metacrilicos. Los monómeros de vinilo son generalmente gases o líquidos volátiles de baja viscosidad a la temperatura ambiente. Cuando polimerizan se hacen sólidos incoloros, o casi incoloros. Se venden como soluciones en diversos disolventes o como dispersiones en agua. -

DISOLVENTES: Los disolventes son sustancias que permiten la dispersión de otra sustancia en su seno. Son compuestos químicos de diferente origen y naturaleza, que se caracterizan por poseer unas determinadas propiedades físicas y químicas que les confieren la aptitud para su uso como tales. Los disolventes pueden ser sólidos, líquidos o gases, aunque normalmente sólo se consideran los que en condiciones normales de presión y temperatura se presentan en estado líquido. Su función es,

básicamente, permitir la aplicación de la pintura por el procedimiento adecuado, confiriéndole consistencia apropiada, ya que en general una pintura sin disolvente tendría una viscosidad elevada. Otra de sus funciones es la de facilitar la fabricación de la pintura y mantener la estabilidad una vez envasada.



-

CLASIFICACIÓN DE LOS DISOLVENTES o Disolventes polares: Se utilizan para disolver sustancias polares. El ejemplo clásico de un solvente polar es el agua. Los alcoholes de bajo peso molecular también pertenecen a este tipo. o Disolventes apolares: Son sustancias químicas, o una mezcla de las mismas, que son capaces de disolver sustancias no hidrosolubles y que por sus propiedades disolventes tienen múltiples aplicaciones en varias tecnologías industriales y en laboratorios de investigación. Algunos disolventes de este tipo son: éter dietílico, cloroformo, benceno, tolueno, xileno, cetonas, hexano, ciclohexano y tetracloruro de carbono. Un caso especial lo constituyen los disolventes fluorados, que son más apolares que los disolventes orgánicos convencionales

CARGAS Las cargas son materiales sólidos inertes, que confieren a la formula final cuerpo textura y estabilidad a la pintura. Este tipo de materiales, de carácter generalmente inorgánico, tipo sílices, carbonatos y elementos similares. Gracias a dichas materias, podemos obtener propiedades finales tales como evitar que los diferentes compuestos se separen, que los pigmentos terminen depositándose en el fondo y modificando el color final, etc…

2. CAPITULO 2 2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN La instalación consta, como elemento principal la sala de calderas, situada en el interior del edificio, con los demás equipos necesarios, una red de distribución de vapor y una red de retorno de condensados, dichas tuberías serán vistas y accesibles en todos los puntos de su recorrido. Estarán convenientemente aisladas. Estas saldrán de la sala de calderas, y se distribuyen por las zonas donde la maquinaria necesite el vapor. La caldera de vapor es un elemento indispensable. Esto es por las innegables ventajas técnicas y económicas que ofrece el vapor de agua como agente de limpieza: desde la facilidad de obtención y manejo de la materia prima de partida, el agua (es inocua e incombustible), hasta las óptimas propiedades físico-químicas del vapor de agua (el calor latente de condensación del vapor de agua es el mayor que se conoce). El vapor de agua de salida de la caldera es vapor saturado, es decir, en equilibrio con el agua líquida a la presión de trabajo. El vapor saturado es idóneo para la limpieza de distintos procesos de fabricación, ya que está listo para ceder el calor latente de condensación, licuándose en un serpentín o camisa exterior de calefacción de una determinada unidad de proceso. Para el proceso a realizar las calderas deberán suministrar la suficiente cantidad de vapor a los siguientes aparatos: el túnel de lavado, secadoras secuenciales, secadoras rotativas, calandras y lavadora en seco. La alimentación del agua a la caldera, se hará desde el tanque de alimentación, que tendrá conectado un sistema de bombas para suministrar el agua a la caldera a la presión necesaria. Dicho tanque dispondrá de un desgasificador, para eliminar el aire y gases disueltos en el agua, que se encuentren en el interior del tanque. A este desgasificador vendrá a conectarse, la red de condensados, la tubería de alimentación procedente del descalcificador y la tubería del tanque de revaporizado de la purga de lodos de la caldera. En el tanque de alimentación se alcanzará la temperatura aproximada de 105ºC, que será la temperatura del agua de alimentación a la caldera, con esto se consigue un ahorro energético. Previamente, antes de llegar el agua al tanque de alimentación, el agua será tratada mediante un descalcificador, ya que con este tratamiento se consigue una mayor vida de la instalación y una mayor pureza del agua, eliminando las posibles sales, que pueden producir incrustaciones. El vapor producido es conducido a un colector de alta presión, desde donde se distribuye mediante tubos de alta presión (SCH 40) fabricados con acero al carbono de calidad estructural, a los distintos aparatos consumidores. El vapor saturado, al avanzar por las tuberías hasta el punto de utilización, sufre pérdidas de calor al ambiente que se traducen en una condensación parcial en forma de microscópicas gotas de agua que acompañan al vapor, formando una neblina. El resultado es el denominado vapor húmedo. En realidad, se puede considerar que todo vapor saturado que abandona la caldera empieza, en mayor o menor grado, a ser vapor húmedo. La entalpía específica del vapor húmedo (y por tanto su capacidad calefactora), disminuyen con el aumento de la fracción condensada. Las tuberías se dispondrán sobre unos soportes que garanticen tanto la sustentación de dichas tuberías, como los esfuerzos que pudiesen producirse debido a las dilataciones, contracciones y posibles golpes de ariete. Para evitar que los esfuerzos de las dilataciones graviten sobre aparatos como la caldera, bombas o aparatos consumidores, se preverán puntos fijos en las

tuberías con el fin de descargar totalmente de solicitaciones a aquellos. El resto de los soportes serán de carácter deslizante para que el trabajo de dilatación sea absorbido por los dilatadores. Con el fin de reducir la condensación del vapor durante su transporte se aislarán las tuberías, aunque la condensación nunca se puede evitar completamente. Y para obtener una buena circulación de los condensados, las tuberías se deberán instalar con una ligera pendiente hacia los puntos donde se han eliminar los condensados. La red de condensados dispondrá de purgadores y se deberá llevar un control de los mismos, ya que estos son una pieza importante dentro de la instalación. Los purgadores evacuan el condensado a un colector de purga que llevará los condensados, bien directamente al desgasificador, o bien a un tanque de revaporizado donde se produce la expansión, pasando parte del líquido a vapor. El revaporizado formado se aprovecha para los siguientes aparatos donde la presión es menor. Con una buena red de condensados evitamos que la planta de tratamiento de agua trabaje menos, ya que dicho condensado calentará el agua de alimentación, con lo que se consigue un ahorro energético y un mayor rendimiento energético de la instalación, de ahí la importancia de tener una buena red de recogida de condensados. Las calderas se dotarán de un sistema automático de purga de sales, las cuales antes de ser vertidas al desagüe, son sometidas a un proceso de expansión en un tanque de revaporizado, para aprovechar el calor de expansión, el revaporizado formado será enviado al tanque de alimentación, permitiendo de esta forma el precalentamiento del agua de alimentación. Las purgas de lodos de las calderas serán igualmente enfriadas antes de proceder a su vertido evitando así descargas peligrosas para los operarios. Las máquinas receptoras son alimentadas desde la red de distribución de vapor que discurre por los pasillos de la misma, a una altura de 4,00 m sobre el suelo de la sala. También la red de condensados se situará a la misma altura que la red de distribución de vapor 2.2. ELEMENTOS GENERALES DE LA INSTALACIÓN. o Distribuidor. Comprende la canalización entre el generador de vapor y el arranque de las derivaciones hasta los puntos de consumo. Cuando existan varias canalizaciones próximas que alimenten a equipos que trabajen a la misma presión, el arranque de aquellas se efectuará en un colector común alimentado por el distribuidor. o Derivaciones y ramales. Las derivaciones son las conducciones que parten del distribuidor o de un colector y alimentan a los aparatos de consumo directamente a través de ramales finales. o Purgadores. Se trata de dispositivos para la evacuación de condensados en canalizaciones, estaciones reductoras de presión, estaciones reguladoras de temperatura y aparatos utilizadores. Los instalados en los aparatos utilizadores se colocarán delante de los mismos cuando éstos se utilicen directamente y detrás cuando la utilización sea indirecta. Para la evacuación de condensados en las canalizaciones, se intercalará entre la canalización de vapor y la tubería de evacuación, un drenaje, fijada a la generatriz inferior de aquélla. o Estaciones reductoras de presión. Se dispondrán en tramos horizontales las canalizaciones que alimenten aquellos equipos de vapor cuya presión sea inferior a la del generador. Para equipos de consumo próximo entre sí y

o

o

alimentado desde un mismo colector, cuyas presiones de utilización coincidan, se utilizará una sola estación reductora colocada delante del colector. Red de retorno de condensados. Se denomina así al conjunto de canalizaciones de evacuación de condensados desde los puntos de purga hasta el depósito de recogida de condensados. En esta canalización se evitará, siempre que sea posible, los tramos verticales ascendentes. Válvulas de seguridad. Se instalarán para evitar sobrepresiones accidentales que puedan deteriorar la instalación. La tubería de descarga podrá verter directamente a la atmósfera cuando no exista la posibilidad de que la descarga de vapor, en caso de entrada en funcionamiento de la válvula, pueda producir daños a personas, en caso contrario, el escape se conducirá, mediante una canalización adecuada, a la red de saneamiento.