CLASES Redes de Servicios Industriales.pptx

Servicios industriales para la actualidad con la tecnología inteligente

1. ASIGNATURA DE REDES DE SERVICIOS INDUSTRIALES ING. LUIS FERNANDO CORTÉS BRACHO TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO ÁREA INSTALACIONES EN COMPETENCIAS PROFESIONALES

2. Competencias Supervisar la operación y mantenimiento en instalaciones de uso público (domótica, operación de instalaciones y mantenimiento de infraestructura), con base en la normatividad aplicable y políticas de servicios de la organización, para su óptimo desempeño. Objetivo de aprendizaje El alumno evaluará la operación y mantenimiento de los sistemas, instalaciones y servicios de aire, vapor de agua y combustibles, mediante la interpretación de diagramas, manuales del fabricante, normas oficiales, para programar su mantenimiento y garantizar su disponibilidad en los procesos.

3. I. Sistemas de agua, vapor de agua, red contra incendios y sanitaria. Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno programará el mantenimiento a los equipos y elementos de los sistemas de servicio de agua y vapor para optimizar su operación.

4. LOS SISTEMAS DE AGUA Y DE VAPOR.

5. Introducción a las redes de servicios de agua y vapor. 1.1 Introducción a los sistemas de vapor.

6. Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada " marmita “ Que usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil.

7. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776.

8. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor eso por kW de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.

9. GENERALIDADES Las calderas de vapor, básicamente constan de 2 partes principales: Cámara de agua. Cámara de vapor.

10. El vapor de agua es un servicio muy común en la industria, que se utiliza para proporcionar energía térmica a los procesos de transformación de materiales a productos, por lo que la eficiencia del sistema para generarlo, la distribución adecuada y el control de su consumo, tendrán un gran impacto en la eficiencia total de la planta. Esta situación se refleja en los costos de producción del vapor y, en consecuencia, en la competitividad y sustentabilidad de la empresa.

11. Caldera. Generador de vapor: Es un aparato que se utiliza para generar vapor de agua o para calentar un fluido en estado líquido, mediante la aplicación de calor producido por la combustión de materiales, reacciones químicas, energía solar o eléctrica, utilizando el vapor de agua o los líquidos calentados fuera del aparato.

12. Una caldera es un dispositivo que está diseñado para generar vapor saturado . Este vapor saturado se genera a través de una transferencia de energía (en forma de calor) en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado. La transferencia de calor se efectúa mediante un proceso de combustión que ocurre en el interior de la caldera, elevando progresivamente su presión y temperatura. La presión, como se indicó al inicio, no puede aumentar de manera desmesurada , ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el escape de gases de combustión , y la salida del vapor formado.

13. Debido a que la presión del vapor generado dentro de las calderas es muy grande, estas están construidas con metales altamente resistentes a presiones altas, como el acero laminado

14. Cámara de agua Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera. El nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms . por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua.

15. Según la razón que existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua. Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua. Se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 H de agua por cada m2 de superficie de calefacción.

16. Por otro lado, la caldera de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de vapor , tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor. Debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos.

17. Cámara de vapor Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

18. Sistema de generación y distribución de vapor, cuyas partes principales se describen a continuación. Agua Tratada Tanque de Condensados Tanque de Combustible Vapor a Proceso Alimentación de Combustible Caldera Quemador Línea de Purgas Agua de Alimentación Fosa de Purgas Agua de Condensados Retorno de condensados Chimenea

19. 1.2 Descripción del Sistema de generación y distribución de vapor Sistema de generación y distribución de vapor, cuyas partes principales se describen a continuación.

20. Sistema de alimentación y tratamiento del agua para la caldera. Conformado por equipo, tubería y accesorios que permiten el suministro del agua bajo condiciones adecuadas al sistema de vapor. b) Quemadores. Dispositivos de la caldera, donde se lleva a cabo la reacción química del aire con el combustible fósil, para transformarse en calor, mismo que posteriormente servirá para cambiar las propiedades del agua líquida a vapor. c) Hogar de la caldera. En el caso de las calderas tipo “tubos de agua”, el hogar está formado por paredes hechas con "bancos de tubos"; en calderas tipo “tubos de humo”, el hogar está formado por una envolvente metálica interna. En ambos casos, es en el hogar donde se inicia la transformación del agua en estado de saturación a vapor y donde se termina de realizar el proceso de combustión iniciado en el quemador, liberando calor del combustible. d) Sistema de distribución del vapor. Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de vapor", que permite llevar el vapor a los puntos donde el proceso lo requiere, con la calidad y en la cantidad demandada.

21. e) Sistema de retorno de condensados. Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de condensado", que regresan parte del agua que se ha condensado en el proceso. Esta agua, de gran valor por su pureza, se retorna al sistema de generación de vapor con un previo tratamiento. Es muy recomendable la instalación de este sistema, ya que permite recuperar la mayor cantidad posible de condensados. Considerando que, entre el 40 y 60% de toda la energía empleada por algunas industrias, es consumida para la generación de vapor, la operación eficiente del sistema y su mantenimiento adecuado pueden representar una gran oportunidad para disminuir sus insumos energéticos y, por ende, sus costos de operación.

22. Existen reglas que, en general, deben seguirse para generar vapor con eficiencia: Operar la caldera a condiciones normales o máximas (según la carga demandada por el proceso), las cuales alcancen la mayor eficiencia especificada. Los grados de sobrecalentamiento del vapor deberán ser los establecidos desde diseño; de lo contrario, afectarán el área de transferencia de calor en el equipo de proceso. Cuando se requiera utilizar vapor en turbinas, ya sea para la generación de energía eléctrica o para movimiento rotatorio, es necesario suministrarlo a su máxima potencia, tomando en cuenta algunos otros niveles que se necesiten en instalaciones de proceso; esto, con la finalidad de que se puedan realizar las extracciones correspondientes de la turbina. Dicha acción permitirá no utilizar válvulas reductoras de presión, lo que origina se eleve la eficiencia del ciclo.

23. TIPOS DE CALDERAS Calderas de Gran Volumen de Agua. Calderas Sencillas. Calderas con Hervidores. Calderas de Hogar Interior. Caldera de Mediano Volumen de Agua ( Ignitubulares ). Caldera Semitubular. Caldera Locomotora. Calderas de Galloway. Locomóviles. Calderas Marinas. Semifijas. Calderas Combinadas. Calderas de Pequeño Volumen de Agua Acuotubulares Caldera Babcock-Wilcox. Calderas Stirling. Caldera Borsig . Caldera Yarrow y Thornycroft. Con tubos de Humo y de Agua. Pirotubulares . Calderas horizontales

24. 1.3 El agua en la industria En los procesos industriales el agua realiza importantes funciones: se utiliza para transportar otros materiales en diferentes procedimientos de lavado, como materia prima y en un sin número de otras aplicaciones que pueden ser exclusivas de una sola industria e incluso de una sola planta.

25. El agua es un medio adecuado y económico para el lavado general de equipos industriales. Además de la estética, lavar el equipo en la industria es muy importante ya que evita que se contaminen los productos con el polvo o con basura, como medida de seguridad (evita que se acumulen los desechos en el piso y no resbalarse o caerse y lastimarse) y para evitar el polvo que puede dañar al equipo.

26. Usos del agua en las industrias Los usos principales del agua en la industria son:   Sanitario: Emplean en inodoros, duchas e instalaciones que garanticen la higiene personal.   Transmisión de calor o refrigeraciones, como mucho, el uso industrial que mayor cantidad de agua emplea. Aproximadamente el 80 % del agua industrial corresponde a esta aplicación siendo las centrales térmicas y nucleares las instalaciones que más agua necesitan. Producción de vapor: suele estar dirigida a la obtención de un medio de calentamiento del producto que se desea elaborar. 

27.  Materia prima: el agua puede ser incorporada al producto final, como en el caso de la producción, acción de bebidas, o puede suministrar un medio adecuado a determinadas reacciones químicas.   Utilización como disolvente en los diferentes procesos productivos.   Labores de limpieza de las instalaciones.  Obtención de energía referida a las centrales hidroeléctricas y- a las actividades que usan vapor de agua para el movimiento de turbinas.

28. Sistemas de alimentación y tratamiento del agua para la caldera. Si bien el agua en forma de vapor es un vehículo para distribuir calor a diversos procesos, nunca se encuentra pura y los elementos que contiene pueden afectar las tuberías y limitar la transferencia de calor en los equipos de proceso. Para mantener la eficiencia de la caldera e incrementar su vida útil es necesario un acondicionamiento que consiste en reducir los depósitos de sólidos e incrustaciones en las superficies de calefacción, así como el evitar su corrosión.

29. El agua alimentada en el sistema de vapor tiene que ser transportada, desde su punto de suministro o almacenamiento, hasta el interior de la caldera, pasando a través de los economizadores, mediante un sistema de bombeo. Para una operación eficiente se recomienda: Operar adecuadamente el sistema de alimentación de agua

30. Mantener en operación el mínimo número de bombas, según se requiera Mantener la operación de las bombas produciendo la presión de descarga de diseño. Aprovechar el flujo por gravedad, siempre que sea posible. Si los requerimientos de presión varían considerablemente por los cambios de estación en el año o en la producción, evaluar la posibilidad de cambiar los impulsores de las bombas. Usar dispositivos para variar la velocidad en los motores de las bombas de agua de alimentación.

31. Los variadores o convertidores de frecuencia   son sistemas que se encuentran entre la fuente de alimentación eléctrica y los motores eléctricos. Sirven para regular la velocidad de giro de los motores de corriente alterna (AC).

32. Por lo general, se utiliza un mínimo de dos bombas de alimentación, dependiendo del grado de confiabilidad para mantener la caldera trabajando en caso de falla del suministro de agua. El hecho de disponer de dos bombas permite realizar trabajos de reparación y mantenimiento en una de ellas, mientras que la otra continúa suministrando el agua necesaria para la operación de la caldera. Cuando se utilizan turbinas de vapor para suministrar el agua de alimentación, se recomienda regular al mínimo requerido la presión de su descarga.

33. Dar tratamiento al agua de alimentación y agua retornada (Condensado) Es recomendable dar diversos tratamientos al agua antes de introducirla al sistema de generación y distribución de vapor. Se citan los más importantes. En el agua cruda, que forma parte de la alimentación a la caldera, deben eliminarse los sólidos en suspensión, reducir “la dureza” (provocada por las sales de calcio, magnesio y silicio) y eliminar otras impurezas solubles.

34. Aplicar productos químicos, para eliminar el oxígeno disuelto en el agua y controlar su grado de acidez. Gran parte del oxígeno contenido en el agua alimentada a la caldera, es eliminado en el desaereador . Sin embargo, pequeñas cantidades -trazas de éste- aún se encontrarán en el agua, causando la corrosión en el metal de la caldera. Para prevenir esto, un secuestrante de oxígeno debe ser adicionado al agua, de preferencia en el tanque de almacenamiento del desaereador . Así, el secuestrante dispondrá de un tiempo mayor para reaccionar con el oxígeno residual. Otra forma de reducir la corrosión en la caldera es controlando el “pH” (grado de acidez) en el agua, mediante la adición de químicos. El desaireador sirve como un intercambiador de calor tipo abierto cuya función principal es eliminar el oxígeno y otros gases disueltos del agua de alimentación de la caldera para evitar daños asociados con corrosión a los componentes del sistema, donde al mismo tiempo se pre-calienta el agua de alimentación de las calderas.

35. Purgar adecuadamente la caldera, para limitar la concentración de impurezas del agua en la caldera. Las purgas pueden ser localizadas en distintos puntos; éstas pueden ser desde abajo del nivel de agua en el tanque de vapor (o domo del vapor), desde el domo de lodos o cabezal inferior, o también desde el fondo de la caldera. Las purgas pueden ser continuas o intermitentes. A continuación, se establecen algunos principios para llevar a cabo un programa efectivo de purgas.

36. Componentes básicos de un sistema de agua y/o vapor Existen diversos tipos de bombas, y diferentes aplicaciones. Bombas Cárcamo, bombas de diesel , bombas de agua neumáticas, bombas sumergibles etc.

37. Unidad 2: Sistemas para aire acondicionado, refrigeración y ventilación Objetivo: El alumno programará el mantenimiento a equipos y elementos de los servicios de refrigeración y ventilación para optimizar su operación. 1. Introducción a las redes de servicios de aire acondicionado, refrigeración y ventilación.

38. 12 equipos

39. Conceptos generales Temperatura: Es una propiedad de la materia que determina la cantidad de energía de un cuerpo. Escalas de temperatura: Las más usadas son la Celsius y la Fahrenheit. °C = (°F - 32)/1.8 °F = 1.8 °C + 32 Otras son la Kelvin y la Rankin. °R = °F + 460 °K = °C + 273

40. Temperatura bulbo seco: Es la temperatura que indica cualquier termómetro. Temperatura bulbo húmedo: Es la temperatura en la cual la evaporación del agua reducirá la temperatura del aire. Se mide ordinariamente con un paño húmedo en el bulbo.

41. Temperatura de saturación: Es la temperatura de ebullición de un líquido, para los vapores la temperatura más baja sin que exista condensación.   Temperatura punto de rocío: Es la temperatura en la cual la humedad de una mezcla de aire y vapor de agua comienza a condensarse.   Presión: Es la fuerza por unidad de área que ejerce un gas sobre una superficie.   Unidades de presión: Las mas comunes son los psi, las atmósferas y los milímetros de mercurio. 1atm = 14.7psi = 760 mmHg Presión barométrica: Es la fuerza ejercida por la atmósfera. Su valor al nivel del mar es 14.7 psi.

42. Presión absoluta: Es la presión indicada por un manómetro, adicionándole la presión barométrica.   Calor: El calor es energía en transito de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre ellos.   Unidades de medida del calor: Las mas comunes son las calorías, los BTU, los Joules, las toneladas de refrigeración y los Vatios.   1cal = 4.18J 1BTU = 1055J 1Ton = 3516W 1Ton = 12000BTU/hora

43. SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO

44. ¿QUE ES UNA RED DE AIRE COMPRIMIDO?

45. Es una instalación adecuada para el manejo y suministro de aire comprimido, o sea: aire a alta presión. Debe de constar con todos los sistemas de adecuamiento, acondicionamiento, elementos de seguridad, esto para que pueda ser usado de cierta manera por el equipo o maquinaria de la empresa, taller o negocio. La red sirve para distribuir el aire comprimido a los lugares de necesidad de acuerdo al equipo que lo va a usar , debe de ser diseñado de acuerdo a las distancias de la nave industrial, ambiente climático, croquis del lugar donde va la maquinaria. Se deben de tomar en cuenta muchos aspectos para el diseño de una red de aire comprimido.

46. ELEMENTOS DE UNA RED DE AIRE COMPRIMIDO La red de aire comprimido debe de contar con varios elementos en su sistema, ya sea para seguridad tanto del equipo como de las personas, elementos de acondicionamiento del mismo aire. Estos elementos pueden estar al inicio del proceso del suministro de aire comprimido (compresor) pero también en trayecto de la red de distribución a través de la planta o edificio. Los elementos al inicio del suministro pueden ser: los secadores Los separadores de aceite válvulas de alivio o válvulas de seguridad

47. Dentro del sistema o de la red de distribución de aire comprimido se deben de instalar otro tipo de elementos como: purgadores, cuellos de ganso, sistemas de lubricontrol previo a la maquinaria etc. Pero otro tipo de elementos son también: los codos, l as “T”, las reducciones, bridas, absorberos de golpes de ariete, válvulas especiales, filtros etc. etc.

48. PARAMETROS DE UNA RED DE AIRE COMPRIMIDO. Los parámetros que maneja una red de aire comprimido son calculados o definidos de acuerdo a demanda de aire comprimido de las maquinas . Este cálculo se realiza de acuerdo al consumo de la maquinaria que existe en la planta o negocio. Muchas veces se calculan sobradas pues así se tiene oportunidad de crecimiento sin tener que preocuparse por ese aspecto. La mayoría de las redes industriales son calculadas de entre 80PSI a 100PSI , esto es la presión, la demanda se calcula de acuerdo a la necesidad de la empresa como ya se dijo anteriormente.

49. MEDIDAS DE SEGURIDAD DE UNA RED DE AIRE COMPRIMIDO. Las medidas de seguridad de estos sistemas son iguales o más importantes que las de otros sistemas, pues en este sistema de aire comprimido se debe de llevar a cabo como parte de medida de seguridad mantenimientos preventivos periódicos, para detectar posibles anomalías en los sistemas.

50. Para el mantenimiento de este equipo se debe de usar también el método de drenado, pues aunque el suministro se encuentre apagado, la red de aire comprimido puede estar presurizada y causar algún daño al personal que le dará el mantenimiento , en estos mantenimientos se deben revisar válvulas de alivio, solenoides, válvulas de paso, interruptores de presión etc. etc. , todo lo que esté involucrado tanto en la seguridad del equipo y la red, así como la más importante, la seguridad del personal.

51. PROCEDIMIENTO DE MANTENIMIENTO A REDES DE AIRE COMPRIMIDO. El procedimiento más importante en un mantenimiento a un sistema es siempre primero la seguridad , sistemas de cierre de energía y sistemas de drene de energía , esto es: asegurarse que el sistema no esté presurizado. Una vez seguro para trabajar, se procede a los check list , revisiones de rutina ya establecidas previamente en donde se revisa puntos clave de las redes de aire comprimido, para detectar posibles anomalías en el sistema y proceder a darle sus preventivos.

52. OBJETIVO. El objetivo de este mantenimiento es tener disponibilidad del sistema al 100%, para evitar paros de sistema durante la jornada o turno de trabajo, no se trata de parar ciertas maquinarias o ciertos equipos, si no que puede suceder que se pare toda la nave industrial por causa de estas fallas, esto se refleja en costos elevados por causa de tiempos muertos, a veces unos cuantos minutos son críticos para la empresa. ALCANCE. Estos métodos tienen alcance en todos los equipos, y departamentos pues estos sistemas son casi el corazón de toda nave industrial. Es primordial el mantenimiento de estos sistemas, o redes de aire comprimido. RESPONSABLES Son responsables muchos departamentos entre ellos: mantenimiento, Ing. industrial, manufactura, Ing. de proceso etc. Cada uno de ellos en su rol que le corresponde, dando servicio de mantenimiento, calculando adecuadamente las demandas de cada maquinaria o equipo, haciendo uso correcto de los sistemas de aire comprimido, realizando instalaciones adecuadas para la distribución del aire.

53. NORMA STPS A continuación, se incluye la Norma Oficial Mexicana de la secretaría del trabajo y previsión social NOM-004-STPS , que nos habla de lo que se debe de cumplir en este tipo de sistemas, son regulaciones o reglas a seguir establecidas por la ley. El no cumplimiento de ellas puede llevar a una sanción grave, en ciertos casos cierre de la empresa. Contiene las medidas de seguridad a seguir, obligaciones de los trabajadores, obligaciones de los patrones, dispositivos de seguridad que se deben de tener, etc.

54. ¿En que fecha se oficializo Norma Oficial Mexicana de la secretaría del trabajo y previsión social NOM-004-STPS ? ¿Cuál es el nombre completo u oficial de la Norma Oficial Mexicana de la secretaría del trabajo y previsión social NOM-004-STPS ?