informe hotel marriot

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA ELECTROMECÁNICA Carrera: Ingeniería en Mantenimiento Industrial Sistemas de Vapor REDISEÑO DEL SISTEMA DE VAPOR COSTA RICA MARRIOT HOTEL SAN JOSÉ PROFESOR: ING. OSCAR BASTOS MOLINA ESTUDIANTES: JOSÉ RAÚL BOLAÑOS PANIAGUA 200749998 ISABEL RETANA MENDIETA 200821553 LAURA ROJAS SEGURA 200861518 GRUPO: 01

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Proyecto de sistema de Vapor de un Hotel, Costa Rica

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Page 1: Informe Hotel Marriot

CEAB

Carrera evaluada y acreditada por:

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICAESCUELA ELECTROMECÁNICA

Carrera: Ingeniería en Mantenimiento Industrial

Sistemas de Vapor

REDISEÑO DEL SISTEMA DE VAPORCOSTA RICA MARRIOT HOTEL SAN JOSÉ

PROFESOR: ING. OSCAR BASTOS MOLINA

ESTUDIANTES: JOSÉ RAÚL BOLAÑOS PANIAGUA 200749998

ISABEL RETANA MENDIETA 200821553LAURA ROJAS SEGURA 200861518

GRUPO: 01

3 de Junio del 2013

Canadian Engineering Accreditation Board Bureau canadien d’accréditation des

programmes d’ingénierie

Page 2: Informe Hotel Marriot

Contenido

Índice de Figuras..................................................................................................... iii

Índice de tablas........................................................................................................ iv

1. Introducción.......................................................................................................1

2. Objetivos............................................................................................................2

2.1. Objetivo General.........................................................................................2

2.2. Objetivos Específicos..................................................................................2

3. Reseña del Hotel Marriott..................................................................................3

4. Sistema de vapor instalado................................................................................5

5. Equipo instalado................................................................................................7

6. Selección de las calderas................................................................................10

6.1. Selección bomba de alimentación de la caldera.......................................12

7. Diseño del sistema de combustible.................................................................12

7.1. Tanques de combustible...........................................................................12

8. Diseño del sistema de distribución de vapor...................................................14

8.1. Tuberías de vapor.....................................................................................14

8.2. Determinación del espesor del aislante....................................................19

8.3. Pérdidas de calor por aislamiento.............................................................20

8.4. Selección de las válvulas reductoras de presión.......................................21

Page 3: Informe Hotel Marriot

8.5. Selección de válvulas de seguridad para los equipos...............................22

9. Diseño del sistema de retorno de condensados..............................................24

9.1. Tanque de condensados...........................................................................24

9.2. Diseño de piernas de colectoras...............................................................25

9.3. Tuberías de condensado entre el equipo y las trampas............................25

9.4. Dimensionamiento de las tuberías de condesado (descarga de las

trampas)..............................................................................................................26

9.5. Trampas de vapor.....................................................................................28

9.6. Filtros........................................................................................................31

10. Diseño de la tubería de alimentación de agua a las calderas......................32

11. Diseño de la chimenea.................................................................................32

12. Conclusiones................................................................................................33

13. Recomendaciones........................................................................................33

14. Bibliografía....................................................................................................34

15. Anexos..........................................................................................................35

15.1. Datos técnicos de algunos de los equipos instalados............................35

15.2. Datos técnicos de los equipos equivalentes a los equipos instalados...37

15.3. Datos de placa de algunos equipos instalados......................................39

15.1. Datos de equipos seleccionados...........................................................40

15.2. Tablas y gráficos para cálculos..............................................................41

ii

Page 4: Informe Hotel Marriot

15.3. Método de caída de presión para cálculo de tuberías de vapor............53

16. Apéndices.....................................................................................................54

16.1. Determinación del consumo de vapor de los tanques de agua caliente 54

16.2. Fotografías.............................................................................................55

Índice de Figuras

Figura 1. Vista frontal del Hotel Marriott...................................................................4

Figura 2. Calderas del hotel Marriott........................................................................5

Figura 3. Tanque de combustible de uso diario.......................................................6

Figura 4. Distribución de los equipos de vapor........................................................9

Figura 5. Consumo horario de vapor......................................................................10

Figura 6. Placa de datos secadoras Unimac..........................................................39

Figura 7. Gráfica para el dimensionamiento de las tuberías aguas arriba y aguas

abajo de las válvulas reductoras de presión..........................................................46

Figura 8. Gráfica de conductividad térmica de la fibra de vidrio.............................47

Figura 9. Dimensiones de tuberías para el retorno de condesados cédula 40......49

Figura 10. Gráfica para el diseño de trampas de flotador y termostática FT 4.......51

Figura 11.Capacidad de flujo en tuberías de agua.................................................52

Figura 12. Visita grupo de trabajo al hotel..............................................................55

iii

Page 5: Informe Hotel Marriot

Índice de tablas

Tabla 1. Equipos que demandan vapor en el hotel..................................................7

Tabla 2. Consumo de vapor de los equipos instalados............................................8

Tabla 3. Distancias de los tramos de tubería a cada equipo....................................9

Tabla 4. Ubicación de los equipos............................................................................9

Tabla 5. Datos para calcular el consumo de las calderas......................................11

Tabla 6. Datos del tanque de combustible de uso diario........................................14

Tabla 7. Datos del tanque de combustible de uso quincenal.................................14

Tabla 8. Datos de consumo en cada tramo de tubería..........................................15

Tabla 9. Resultados de cálculo para los tramos 1-2, 3-4, 5-6...............................15

Tabla 10. Resultados de cálculo para el tramo 8-11..............................................16

Tabla 11. Resultados de cálculo para el tramo 11-12............................................16

Tabla 12. Resultados de cálculo para el tramo 11-13............................................17

Tabla 13. Resultados de cálculo para el tramo 11-14............................................17

Tabla 14. Resultados de cálculo para el tramo 7-9................................................18

Tabla 15. Resultados de cálculo para el tramo 9-10..............................................18

Tabla 16. Diámetros recomendados cada tramo de tubería..................................19

Tabla 17. Espesores recomendados para el aislamiento de fibra de vidrio de las

tuberías de vapor...................................................................................................20

Tabla 18. Pérdidas de calor por aislamiento..........................................................21

iv

Page 6: Informe Hotel Marriot

Tabla 19. Resumen de datos de las válvulas de reductoras de presión................22

Tabla 20. Datos para la selección de la válvula de seguridad................................23

Tabla 21. Válvulas de seguridad seleccionadas....................................................24

Tabla 22. Determinación del tanque de condensados...........................................24

Tabla 23. Dimensiones de las piernas colectoras según MONARO......................25

Tabla 24. Dimensiones de las tuberías para conectar el equipo con la trampa.....26

Tabla 25. Dimensiones de las tuberías de retorno de condensado.......................27

Tabla 26. Distribución de las tuberías de retorno de condesado...........................28

Tabla 27. Datos necesarios para la selección de la trampa de vapor en líneas

principales..............................................................................................................29

Tabla 28. Resultados de los cálculos para la selección de las trampas de vapor en

líneas principales....................................................................................................29

Tabla 29. Trampas de vapor seleccionadas en líneas principales.........................29

Tabla 30. Datos necesarios para la selección de la trampa de vapor en ramales. 30

Tabla 31. Resultados de los cálculos para la selección de las trampas de vapor

ramales...................................................................................................................30

Tabla 32. Trampas de vapor seleccionadas en líneas principales.........................31

Tabla 33. Tipo de filtros seleccionados..................................................................31

Tabla 34. Características técnicas planchas Forenta 27VCY y 32VB....................35

Tabla 35. Datos técnicos plancha Forenta 33PS-VH.............................................36

Tabla 36. Especificaciones plancha Forenta 471 SLMAC......................................36

v

Page 7: Informe Hotel Marriot

Tabla 37. Especificaciones técnicas VEIT Tunnel finisher 8657, equivalente al

Tunnel Cissell.........................................................................................................37

Tabla 38. Lavadora a seco Energy Compact. Equivalente de la lavadora en seco

Multimatic...............................................................................................................38

Tabla 39. Características técnicas COSMOTEX automatic ironing PRECON.

Consumo equivalente de la plancha/ dobladora Chicago......................................38

Tabla 40. Datos técnicos caldera Cleaber Brooks modelo CB de 70HP................40

Tabla 41. Determinación del factor de evaporación de las calderas......................41

Tabla 42. Factores de presión para dimensionamiento de tuberías de vapor........42

Tabla 43. Capacidad de tubería y factores de caída de presión............................43

Tabla 44. Capacidades en lb/hr de vapor saturado Válvula reguladora 25P Sarco

...............................................................................................................................44

Tabla 45. Capacidades en lb/hr de vapor saturado Válvula reguladora 25PT Sarco

...............................................................................................................................45

Tabla 46. Espesores recomendados por Ratsa para aislamiento de fibra de vidrio

en tuberías calientes y a temperatura ambiente de 77°F.......................................47

Tabla 47. Determinación de la tubería de conexión entre la trampa y el equipo....47

Tabla 48. Porcentaje de vapor flash.......................................................................48

Tabla 49. Rango de trampas F&T..........................................................................50

Tabla 50. Tabla de selección de chimeneas..........................................................52

Tabla 51. Datos para determinar el consumo de vapor en los tanques de agua

caliente...................................................................................................................54

vi

Page 8: Informe Hotel Marriot

vii

Page 9: Informe Hotel Marriot

1. Introducción

El siguiente trabajo hace referencia a un diseño del sistema de una planta

de vapor para una industria hotelera, indicando especificaciones,

dimensionamiento, cálculos y detalles de diseño de los diferentes equipos a

utilizar, esto con el fin de plantear las proyecciones necesarias para un diseño de

una caldera.

Para la realización de tal trabajo lo primero fue buscar una empresa donde

se necesitara o existiera una caldera, realizando una visita con el objetivo de

observar las necesidades existentes, la distribución en el cuarto de calderas y las

cargas que requieren vapor dentro de las instalaciones de la empresa.

Lo referido en el siguiente proyecto está basado de acuerdo a los

lineamientos del Reglamento de Calderas.

La realización de este proyecto permitirá al estudiante aplicar los

conocimientos adquiridos respecto al diseño de sistemas de vapor en una

aplicación de la vida real.

1

Page 10: Informe Hotel Marriot

2. Objetivos

2.1. Objetivo General

Rediseñar la planta de vapor para el Costa Rica Marriot Hotel San José.

2.2. Objetivos Específicos

Seleccionar las calderas para alimentar el sistema.

Diseñar el sistema de alimentación de agua y combustible, considerando

tanques de almacenamiento, tuberías, bombas y válvulas.

Dimensionar los diámetros para las tuberías, principales y ramales, de

vapor y condesado.

Seleccionar los accesorios de la planta de vapor.

Realizar los planos del cuarto de calderas.

2

Page 11: Informe Hotel Marriot

3. Reseña del Hotel Marriott

Marriott es una importante cadena de hoteles alrededor del mundo que

conserva un enfoque de innovación y acción en la manera de hacer negocios.

Esta cadena de hoteles mantienen los valores fundamentales que heredaron sus

creadores.

La empresa fue fundada por J. Willard y Alice S. Marriott en 1927. Su hijo,

J.W. "Bill" Marriott, Jr. creció trabajando en el negocio familiar y pasó más de 50

años forjando una de las empresas líderes de la hostelería mundial.

Marriott cuenta con casi 3.700 hoteles y 17 marcas en 73 países y territorios

en todo el mundo.

El Hotel Costa Rica Marriott es una excelente opción para eventos de

negocios, de placer o grupales. Este hotel cuenta con 290 habitaciones, 9 suites,

28 salas de reuniones. Dentro de las comodidades más importantes se pueden

mencionar:

Centro de negocios

Restaurante en las instalaciones

Piscina y gimnasio

Espacio para eventos y reuniones

Planificador profesional de bodas de Marriottt

Planificador profesional de eventos

Spa con servicio completo

Tenis y área para tiro de golf

Este hotel se ubica a 700 metros oeste de la Bridgestone/Firestone, La

Ribera de Belén Heredia, Costa Rica; por lo que es un hotel muy cercano al centro

de San José y del aeropuerto Juan Santamaría.

3

Page 12: Informe Hotel Marriot

Figura 1. Vista frontal del Hotel Marriott

4

Page 13: Informe Hotel Marriot

4. Sistema de vapor instalado

El hotel cuenta con tres calderas pirotubulares, una con capacidad de 70

HP, y dos con capacidad para 50 HP. Todas las calderas son de marca Kenawee.

Las calderas tienen aproximadamente 16 años de haber sido instaladas.

El hotel cuenta con tres calderas debido a que utilizan una de las calderas

como líder (50 HP), otra como soporte para los momentos de alta demanda (50

HP) y la última como “backup” (70 HP). Durante el día, los tanques de agua

trabajan 24 horas, pero la lavandería trabaja aproximadamente de 5 a.m a 5 p.m,

por lo que las horas de alta demanda en las que trabaja la caldera de soporte son

las mencionadas. Se tiene una caldera de respaldo debido a que el sistema de

vapor es crítico en el hotel, por lo que si una de las otras dos calderas falla,

inmediatamente puede ser reemplazada mientras está en reparación.

Figura 2. Calderas del hotel Marriott

En este hotel el vapor se utiliza para calentar el agua de los tanques de

agua caliente que abastecen las habitaciones. Además, el vapor es utilizado para

5

Page 14: Informe Hotel Marriot

el área de lavandería. La presión máxima del sistema es de 150 psi, pero la

presión de trabajo es de 125 psi.

El combustible utilizado por las calderas es Diesel y este se almacena en un

tanque cisterna subterráneo, este tanque se llena cada 15 a 18 días dependiendo

del consumo. Adicionalmente, el combustible de consumo diario se tiene en un

tanque dentro del cuarto de calderas.

Figura 3. Tanque de combustible de uso diario

Se cuenta un tanque de condensados al que retornan los condensados del

sistema.

El agua de alimentación de la caldera cuenta con tratamiento químico. Este

tratamiento se hace por medio de dos bombas que inyectan el tratamiento a la

caldera. Se cuenta, además, con un suavizador para controlar el ph del agua. El

sistema simplificado se muestra a continuación.

6

Page 15: Informe Hotel Marriot

En este caso se mantiene control de los gases de la chimenea por medio de

las mediciones de temperatura de los mismos y otras mediciones.

Las tuberías instaladas están aisladas con fibra de vidrio de 1 ½” a 2”.

Además, el aislamiento está recubierto con lámina de aluminio remachada.

5. Equipo instalado

En el Hotel Marriott el vapor es una fuente de energía de suma importancia

ya que se utiliza en varios equipos. Cada equipo requiere un flujo de vapor distinto

y trabajan a presiones diferentes. En la siguiente tabla se presentan los equipos

que consumen vapor, con su marca y modelo.

Tabla 1. Equipos que demandan vapor en el hotel

Equipo Cantidad Marca Modelo Serie

Lavadora en seco 1 Multimatic SL-404 404 SL-R1- 0210-

7744

Tanques de agua caliente 2  Adamson -   -

Secadoras 3 Unimac UT170SRUF6A2W01 1111021684

Plancha/ dobladora

Plancha 1 Chicago Imperial 224 57866 1-10Doblador

a 1 Chicago 90 57866

Planchas A 2 Forenta 471SLMAC M8SLM9C04011471

Planchas B 1 Forenta 33PS-VH MIPSVH09996033

Planchas C 1 Forenta 32VB MIVB13196032

Planchas D 1 Forenta 27VCY MIV0Y10796027

Planchas túnel 1 Cissell Moist RITE Finishing Tunnel 502-587-1292

7

Page 16: Informe Hotel Marriot

Como se mencionó anteriormente cada equipo tiene consumos de vapor

diferentes. Estos consumen se resumen en la Tabla 2. Algunos de los consumos

se obtuvieron directamente de las placas de datos del equipo, para ver los datos

de placa se puede observar el anexo 15.3. Otras de las cifras presentadas se

obtuvieron de los catálogos del producto, los catálogos se presentan en el anexo

15.1. No obstante, no se obtuvieron datos de consumo de vapor de algunos de los

equipos por lo que se procedió a buscar equipos similares y así se utiliza un

consumo de vapor aproximado, se adjunta en el anexo 15.2 los datos obtenidos

de los equipos de referencia.

Para el caso del consumo de vapor de los tanques de agua caliente se

utilizaron una serie de cálculos que aproximan este consumo. Los cálculos se

presentan en el apéndice 16.1.

Tabla 2. Consumo de vapor de los equipos instalados

Equipo Presión(psi)

Consumo unitario (kg/h)

Consumo unitario (lb/hr )

Consumo total (Kg/hr)

Consumo total (lb/hr)

Lavadora en seco * 65 40.00 88.00 40.00 88.00

Tanques de aguas ** 100 362.01 796.42 724.02 1592.84

Secadoras 100 220.32 484.70 660.96 1454.11

Plancha/ dobladora * 100 60.00 132.00 60.00 132.00

Planchas A 100 23.50 51.70 47.00 103.40

Planchas B 80 3.90 8.58 3.90 8.58

Planchas C 80 11.70 25.74 11.70 25.74

Planchas D 100 11.70 25.74 11.70 25.74

Planchas túnel * 100 115.00 253.00 115.00 253.00

Total 848.13 1865.88 1674.27 3683.40

* Valores de consumo tomados de equipos similares.** Consumo calculado, referencia de cálculo Curso Spirax Sarco módulo 2.6.

Los equipos que se presentaron anteriormente están en dos habitaciones

distintas. Los tanques de agua caliente se encuentran dentro del cuarto de

calderas, mientras que el resto de los equipos se encuentran en el cuarto de

lavandería. La localización de estos equipos se muestra en el siguiente diagrama.

8

Page 17: Informe Hotel Marriot

Figura 4. Distribución de los equipos de vapor

Las distancias que se tienen en cada tramo son las siguientes:

Tabla 3. Distancias de los tramos de tubería a cada equipo

Ruta Distancia (m)1-2 183-4 165-6 147-8 1.57-9 14.6

9-10 18-11 30

11-12 1511-13 3011-14 30

Los equipos señalados corresponden a:

Tabla 4. Ubicación de los equipos

Número EquipoC1,C2,C3 Calderas

T1, T2 Tanques de agua calienteS Secadoras

DC Secadora en secoPD Plancha/ dobladoraTU Plancha TúnelPF Planchas Forenta

9

Page 18: Informe Hotel Marriot

Como se mencionó en el apartado anterior, no todos los equipos trabajan al

mismo tiempo. Existe un horario del día en que la lavandería no trabaja. Para

comprender mejor la demanda de vapor según la hora del día se puede ver el

gráfico siguiente.

Figura 5. Consumo horario de vapor

Como se observa, el consumo máximo es de 3683.41 lb/hr de vapor, y se

da entre las 7 a.m y las 5 p.m.

6. Selección de las calderas

Las características que se deben diseñar en las calderas son el consumo

de vapor y la presión de trabajo.

Según el manual de Spirax-Sarco, Design of Fluid Systems, para

seleccionar la presión de trabajo se debe considerar lo siguiente:

Presión requerida en el punto de uso;

Caída de presión a lo largo de la tubería debido a la fricción;

Pérdidas de calor a través de las tuberías.

Es recomendado seleccionar una presión de trabajo de la caldera mayor

que la presión requerida por el equipo, ya que la presión caerá a medida que el

vapor para por las tuberías. Además, se selecciona una presión mayor debido a

que a mayores presiones el vapor tiene un volumen específico menor, por lo que

las tuberías de distribución serán más pequeñas. Sin embargo, se debe tomar en

cuenta que si la presión seleccionada en la caldera es mucho mayor que la

10

Page 19: Informe Hotel Marriot

requerida, al momento de operar la caldera a una presión menor que la diseñada,

entonces habrá una reducción en la eficiencia de la misma, debido al incremento

de las pérdidas por radiación y convección, también se debe a la baja calidad del

vapor producido (esto debido al aumento del nivel de agua en la caldera y al

incremento del tamaño de las burbujas de vapor que se producen por la baja

presión).

Por lo tanto, en este caso se considerará una presión de trabajo de 125 psi,

así como la utilizada en el hotel. Además, se utilizará un factor de ampliación de

20%, un factor de pérdidas por radiación de 1% por cada 30 m de tubería

equivalente.

La longitud equivalente de tubería se calcula a partir de la Figura 4 y los

datos de la Tabla 5, en la figura se observa que el tramo crítico es de 8 a 13. Se

debe sumar un 20% (accesorios) a la longitud real para calcular la longitud

equivalente debido a que el tramo mide menos de 100 m.

Tabla 5. Datos para calcular el consumo de las calderas

Consideración ValorLongitud crítica equivalente 72 mPresión en el punto crítico 100 psi

Presión en la caldera 125 psiFactor de ampliación 20%Factor de radiación 2.4%

Temp. Agua alimentación caldera 190°F (87.8 °C)

Según se menciona en el manual SELMEC de calderas, se debe considerar

un factor de evaporación para seleccionar el consumo de la caldera. De la tabla 41

presentada en los anexos, y para los datos de presión y temperatura dados en la

tabla anterior, se obtiene que para este caso el factor de evaporación es de

1.0655.

Como en el hotel se tiene una caldera para trabajar en los puntos de

demanda mínima (sólo tanques de agua caliente) y otra caldera para entrar a

trabajar en los momentos de alta demanda (entrada de la lavandería), se

11

Page 20: Informe Hotel Marriot

calcularán las dos calderas como sigue:

Consumo caldera (demmín )=3683.4

lbhr

∗1.2∗1.024∗1.0655

34.5=139.79 BHP

Por lo tanto, se seleccionarán dos calderas Cleaver Brooks modelo CB de

70 BHP. Además de una caldera de respaldo de 70 BHP.

6.1. Selección bomba de alimentación de la caldera.

Para la selección de la bomba se contactó a Sisten S.A. quien es el

representante exclusivo en Costa Rica de la marca Cleaver Brooks, el cual indicó

que para la caldera seleccionada es necesario una bomba centrifuga de 3 HP con

una capacidad de 8 a 10 galones por minuto. Sin embargo, se tendrá una bomba

de respaldo para cada caldera, por ende, se contará con un sistema total de seis

bombas.

7. Diseño del sistema de combustible

7.1. Tanques de combustible

En el Hotel Marriott se utiliza Diesel como combustible para las calderas. La

capacidad calorífica del Diesel es de 140000 Btu/gal. Para determinar el volumen

del tanque de combustible diario se sigue el artículo siguiente del Reglamento de

Calderas:

“Artículo 22.—Las instalaciones para el empleo de combustibles líquidos en las calderas deberán

cumplir con los requisitos mínimos siguientes:

a) Los tanques diarios usados en el recinto de las calderas, tendrán una capacidad máxima

suficiente para dos horas de funcionamiento de los quemadores de la caldera, sin exceder un

máximo de 1000 litros.”

Entonces, para determinar el volumen del tanque de uso diario se utiliza la

12

Page 21: Informe Hotel Marriot

siguiente ecuación:

Volumen (gal )=BHP∗33500 Btu

hrBHP

∗horas quemad∨ ¿CpCombustible

¿

Debido a que se tienen dos calderas, el volumen del tanque corresponde a

la suma de los volúmenes calculados para cada caldera.

Los datos de cada caldera y el resultado del volumen del tanque diario se

resumen en la Tabla 6.

Tabla 6. Datos del tanque de combustible de uso diario

  Caldera 1 Caldera 2Capacidad caldera 70.00 BHP 70.00 BHPHoras trabajo del quemador 2.00 hr 2.00 hrCp Diesel 140000.00 Btu/gal 140000.00 Btu/galVolumen combustible 33.50 gal 33.50 gal

Volumen tanque diarioVolumen 67.00 gal 253.26 L

En el hotel se hace la compra del combustible cada quince días, por lo que

para determinar el volumen de combustible del tanque principal se sigue la misma

ecuación anterior, sin embargo se utilizan las horas diarias por la cantidad de días.

El volumen de este tanque se presenta en la Tabla 7.

Tabla 7. Datos del tanque de combustible de uso quincenal

  Caldera 1 Caldera 2Capacidad caldera 70.00 BHP 70.00 BHPHoras diarias trabajo quemador 10.00 hr 24.00 hrDías de abastecimiento 15.00 días 15.00 díasCp Diesel 140000.00 Btu/gal 140000.00 Btu/galVolumen combustible 2512.50 gal 6030.00 gal

Volumen tanque principalVolumen 8542.50 gal 32333.36 L

13

Page 22: Informe Hotel Marriot

8. Diseño del sistema de distribución de vapor

8.1. Tuberías de vapor

Para diseñar las tuberías de vapor se deben considerar varios aspectos

según se indica en el manual SELMEC. Estos son:

Caída de presión permisible en la tubería

Velocidad permisible del vapor

Flujo de vapor

Para tuberías de vapor saturado seco se pueden tener velocidades de 6000

a 9000 ft/min (100 a 150 ft/s).

El procedimiento seguido para dimensionar las tuberías es el método de

caída de presión, este método se basa en el presentado en el Folleto informativo

Spirax Sarco, distribución de vapor. Para seguir este procedimiento se utilizan las

tablas presentadas en los anexos 42 y 43. En el anexo 15.3 se presenta un

resumen de este método.

Los datos que se tienen en cada tramo de tubería son los siguientes.

Tabla 8. Datos de consumo en cada tramo de tubería

Tramo L equiv. (ft) Consumo total (lb/hr)

Caudal sobrante

(lb/hr)

Caudal de diseño (lb/hr)

1-2 71.2948176 2415.00 0.00 2415.003-4 63.3311744 2415.00 0.00 2415.005-6 55.3780304 2415.00 0.00 2415.007-8 5.9087529 3683.40 1146.60 4830.007-9 57.7628712 1592.84 1146.60 2739.43

9-10 7.8796496 796.42 1146.60 1943.028-11 119.29716 2090.57 1146.60 3237.1611-12 59.35329 385.00 1146.60 1531.6011-13 119.29716 163.46 1146.60 1310.0611-14 119.29716 1542.11 1146.60 2688.70

Los resultados obtenidos de los cálculos se presentan en las siguientes

14

Page 23: Informe Hotel Marriot

tablas.

15

Page 24: Informe Hotel Marriot

Tabla 9. Resultados de cálculo para los tramos 1-2, 3-4, 5-6

Variable Valor Unidades∆P supuesta 2 psi

Pr1 125 psiPr2 123 psiP1 14340P2 13940Leq 59.058 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.3 ft3/lbF 6.77300281

Fsel 6m 2415.00 lb/h

Diam 2 1/2"Fnuevo 2.33

y 193.21 ft/sVreal 63.7593 ft/s

P2 nueva 14202.3949Pr2 nueva 124.31 psi

∆P 0.69 psi

Tabla 10. Resultados de cálculo para el tramo 8-11

Variable Valor Unidades∆P supuesta 6 psi

Pr1 124.31 psiPr2 118.31 psiP1 14202P2 13040Leq 119.29716 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.4 ft3/lbF 9.74038276

Fsel 8m 3237.16 lb/h

Diam 2 1/2"Fnuevo 3.97

y 264.49 ft/sVreal 87.2817 ft/s

P2 nueva 13728.3903Pr2 nueva 121.9 psi

∆P 2.41 psi

16

Page 25: Informe Hotel Marriot

Tabla 11. Resultados de cálculo para el tramo 11-12

Variable Valor Unidades∆P supuesta 2.41 psi

Pr1 121.9 psiPr2 119.49 psiP1 13731P2 13273.1Leq 59.35329 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.4 ft3/lbF 7.714820863

Fsel 7m 1531.60 lb/h

Diam 2"Fnuevo 3

y 195 ft/sVreal 64.35 ft/s

P2 nueva 13552.94013Pr2 nueva 120.96 psi

∆P 0.94 psi

Tabla 12. Resultados de cálculo para el tramo 11-13

Variable Valor Unidades∆P supuesta 2.41 psi

Pr1 121.9 psiPr2 119.49 psiP1 13731P2 13273.1Leq 119.29716 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.4 ft3/lbF 3.83831434

Fsel 3.5m 1310.06 lb/h

Diam 2"Fnuevo 2.27

y 170.98 ft/sVreal 56.4234 ft/s

P2 nueva 13460.1954Pr2 nueva 120.47 psi

17

Page 26: Informe Hotel Marriot

∆P 1.43 psi

Tabla 13. Resultados de cálculo para el tramo 11-14

Variable Valor Unidades∆P supuesta 2.41 psi

Pr1 121.9 psiPr2 119.49 psiP1 13731P2 13273.1Leq 119.29716 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.4 ft3/lbF 3.83831434

Fsel 3.5m 2688.70 lb/h

Diam 2 1/2"Fnuevo 2.8

y 218.5 ft/sVreal 72.105 ft/s

P2 nueva 13396.968Pr2 nueva 120.14 psi

∆P 1.76 psi

Tabla 14. Resultados de cálculo para el tramo 7-9

Variable Valor Unidades∆P supuesta 6 psi

Pr1 124.31 psiPr2 118.31 psiP1 14202P2 13040Leq 57.7628712 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.4 ft3/lbF 20.1167286

Fsel 20m 2739.43 lb/h

Diam 2"Fnuevo 8.9

y 343.5 ft/sVreal 113.355 ft/s

18

Page 27: Informe Hotel Marriot

P2 nueva 13687.9104Pr2 nueva 121.67 psi

∆P 2.64 psi

Tabla 15. Resultados de cálculo para el tramo 9-10

Variable Valor Unidades∆P supuesta 1 psi

Pr1 121.67 psiPr2 120.67 psiP1 13687.3P2 13497.3Leq 7.8796496 ftV1 3.3 ft3/lbV2 3.33 ft3/lbF 24.1127473

Fsel 20m 1943.02 lb/h

Diam 1 1/4"Fnuevo 19.67

y 445.96 ft/sVreal 147.1668 ft/s

P2 nueva 13532.3073Pr2 nueva 120.85 psi

∆P 0.82 psi

El resumen de los diámetros obtenidos se presenta a continuación.

Tabla 16. Diámetros recomendados cada tramo de tubería

Tramo Diámetro (in)1-2 2 ½3-4 2 ½5-6 2 ½7-8 2 ½7-9 2

9-10 1 ¼8-11 2 ½11-12 211-13 211-14 2 ½

Para determinar el diámetro del manifold, se utilizó el método de velocidad,

debido a que en el documento Design of Fluid System Hook se dice que el

diámetro del manifold se debe diseñar de tal manera que se tenga una velocidad

baja en este. En este caso, se supuso una velocidad en el manifold de 3000 ft/min.

19

Page 28: Informe Hotel Marriot

Del anexo 15.2 se obtuvo un diámetro de 5”.

8.2. Determinación del espesor del aislante

Para determinar el espesor de los aislamientos, se utiliza una tabla de

espesores recomendados para aislamiento de fibra de vidrio del fabricante

RATSA, esta tabla se encuentra en el anexo 15.2. Los resultados se presentan en

la siguiente tabla.

Tabla 17. Espesores recomendados para el aislamiento de fibra de vidrio de las tuberías de vapor

Tramo Diámetro (in)

Presión (psi)

Temp vapor (°F)

Espesor aislamiento

(in)1-2 2 1/2 125 344.2 1 ½ 3-4 2 1/2 125 344.2 1 ½ 5-6 2 1/2 125 344.2 1 ½ 7-8 2 1/2 124.31 343.79 1 ½ 7-9 2 124.31 343.79 1 ½

9-10 1 1/4 121.67 342.24 1 ½ 8-11 2 1/2 124.31 343.79 1 ½ 11-12 2 121.9 342.38 1 ½ 11-13 2 121.9 342.38 1 ½ 11-14 2 1/2 121.9 342.38 1 ½

8.3. Pérdidas de calor por aislamiento

Para determinar las pérdidas de calor por aislamiento se considera que la

temperatura ambiental del cuarto es de 86°F.

Para seleccionar la conductividad térmica del aislamiento de fibra de vidrio

se utiliza la gráfica del anexo 15.2. En esta gráfica se entra con la temperatura

media entre la temperatura de la superficie del aislante (esta temperatura la

aproxima el fabricante en la tabla del anexo 15.2) y la temperatura del vapor de la

tubería. También se puede utilizar la tabla que está junto a la gráfica dada.

Se debe determinar el radio externo de la tubería, ya que el diámetro

nominal no corresponde realmente al diámetro exterior de la tubería.

Una vez que se tienen estos datos se aplica la siguiente ecuación:

20

Page 29: Informe Hotel Marriot

Q=T1−Ta

rs ln ( r sr1 )k

+1f

Donde;

T1= Temperatura del vapor dentro de la tubería

Ta= Temperatura ambiental

Rs= radio hasta la superficie exterior del aislante

R1= Radio exterior de la tubería

K= conductividad térmica del aislante

1/f= Resistencia térmica del aire, en este caso en específico es 1/1.65

Tabla 18. Pérdidas de calor por aislamiento

Tramo Φ exter tubo(in)

Presión (psi) T1 (°F) T superf

(°F)T media

(°F)K fibra vidrio R1 Rs Q(Btu/ft2h)

1-2 2.875 125 344.2 99.8 222.00 0.3 1.4375 2.938 33.963-4 2.875 125 344.2 99.8 222.00 0.3 1.4375 2.938 33.965-6 2.875 125 344.2 99.8 222.00 0.3 1.4375 2.938 33.967-8 2.875 124.31 343.79 99.8 221.80 0.3 1.4375 2.938 33.907-9 2.375 124.31 343.79 98.7 221.25 0.3 1.1875 2.688 32.54

9-10 1.66 121.67 342.24 101 221.62 0.3 0.83 2.330 29.728-11 2.875 124.31 343.79 99.8 221.80 0.3 1.4375 2.938 33.90

11-12 2.375 121.9 342.38 98.7 220.54 0.3 1.1875 2.688 32.3611-13 2.375 121.9 342.38 98.7 220.54 0.3 1.1875 2.688 32.3611-14 2.875 121.9 342.38 99.8 221.09 0.3 1.4375 2.938 33.72

8.4. Selección de las válvulas reductoras de presión

Para la selección de las válvulas reductoras de presión se tomaron en

cuenta dos factores. El primero es si el control de la temperatura es necesario en

el equipo, y el segundo es si la reducción de presión se haría por medio de alguna

señal eléctrica.

Para el factor de control de temperatura, se destaca que en ciertos equipos

instalados, la temperatura de trabajo es muy importante. Estos equipos son: los

21

Page 30: Informe Hotel Marriot

tanques de agua, las secadoras de ropa, el túnel, la plancha-dobladora y la dry

cleaning. En estos equipos, sobrepasar ciertos límites de temperatura causaría

daño a las prendas de los equipos, por lo tanto, se requiere una válvula que

además de reducir la presión a la presión del equipo, también sea capaz de

controlar la temperatura que se tiene en el equipo. Debido a esto, en los equipos

mencionados se seleccionará válvulas Sarco tipo 25-PT.

Por otro lado, en las planchas Forenta la temperatura no necesita un control

fino, por lo que se seleccionarán válvulas Sarco tipo 25-P.

En cuanto al segundo factor, en el caso de este hotel, no se tiene ningún

equipo (como PLC) que sea el que controle las presiones, sino que los equipos

son los que definen las presiones que habrá en las líneas. Por lo tanto, se

descarta el uso de cualquier válvula controlada por medio de señales eléctricas.

Para seleccionar las válvulas se utilizó el catálogo de las mismas. Estos se

presentan en los anexos 15.2. Los datos requeridos para seleccionar las válvulas

son: consumo de vapor del equipo, presión antes de la válvula y presión después

de la válvula.

Para determinar los diámetros de las tuberías que se deben conectar a

estas válvulas se utiliza el gráfico presentado en el anexo 15.2.

Los resultados obtenidos se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 19. Resumen de datos de las válvulas de reductoras de presión

Tramo Equipo

Presión

entrada (psi)

Presión

salida (psi)

Flujo real vapor (lb/hr)

Tipo Válvul

a Sarco

Medida nominal válvula

(in)

Diámetro tubería

aguas arriba

(in)

Diámetro tubería

aguas abajo (in)

9-10 Tanque de agua 121.67 100 796.42 25-PT 1 1 1/4 1 1/4

11-13

Plancha A 121.9 80 51.7

25-P 1/2 1/2 1/2Plancha B 80 8.58Plancha C 100 25.74Plancha D 100 25.74

11-12 Túnel 100 253 25-PT 1/2 3/4 3/4Plancha-dobladora

100 132 1/2 1/2

22

Page 31: Informe Hotel Marriot

11-14 Secadora 100 484.7 3/4 1 1Lavadora en seco 65 88 1/2 1/2 1/2

8.5. Selección de válvulas de seguridad para los equipos

Se seleccionará una válvula de seguridad para cada una de las líneas

donde haya una válvula de reducción, esto a las entradas de los equipos, para

prevenir cualquier daño en el equipo por algún fallo en la válvula reductora.

Para este proyecto se seleccionarán válvulas de seguridad Serie 6010 de

Spirax Sarco que están fabricadas en bronce y sirven tanto para sistemas de

vapor como de aire comprimido y que protegen al sistema por alguna

sobrepresión.

Además se utilizarán los tipos UV que según la tabla de selección del

manual de productos de Spirax Sarco permiten un 10% por accesorios. Y su

dimensionamiento se realiza según el caudal nominal de la válvula reductora de

presión.

Siendo importante mencionar que la presión regulada será un 10% mayor a

la presión de trabajo para evitar constantes disparos y paros del proceso por las

fluctuaciones de la presión pero que el equipo es capaz de soportar por cortos

periodos de tiempo.

A continuación se presenta una tabla con los modelos de las válvulas

seleccionadas para cada equipo.

Tabla 20. Datos para la selección de la válvula de seguridad

EquipoTipo de válvula

reductora

Capacidad nominal v. reductora (lb/h)

Presión fijada (psi)

Capacidad válvula

seguridad lb/h)Orificio Área

(in2)

Tanque de agua 25-PT 1000 110 1325 E 0,216

Plancha A 25-P 480 88 622 D 0,121Plancha B 25-P 480 88 622 D 0,121Plancha C 25-P 300 110 742 D 0,121Plancha D 25-P 300 110 742 D 0,121

23

Page 32: Informe Hotel Marriot

Túnel 25-PT 335 110 742 D 0,121Plancha-dobladora 25-PT 335 110 742 D 0,121

Secadora 25-PT 625 110 742 D 0,121Lavadora en seco 25-PT 205 71 502 D 0,121

Tabla 21. Válvulas de seguridad seleccionadas

Equipo Modelo Diámetro entrada (NPT) Orificio Diámetro salida

(NPT)Tanque de agua 6010EE 1 E 1

Plancha A 6010DC 1/2 D 3/4Plancha B 6010DC 1/2 D 3/4Plancha C 6010DC 1/2 D 3/4Plancha D 6010DC 1/2 D 3/4

Túnel 6010DD 3/4 D 3/4Plancha-dobladora 6010DC 1/2 D 3/4

Secadora 6010DD 3/4 D 3/4Lavadora en seco 6010DC 1/2 D 3/4

9. Diseño del sistema de retorno de condensados

9.1. Tanque de condensados

Según dice el Manual SELMEC de calderas, para diseñar el tanque de

condensados se debe considerar que este abastecerá la evaporación durante 20

minutos. Adicionalmente, el tanque no deberá estar lleno al 100% de su volumen,

por lo que se debe dejar adicional un 30%. La siguiente ecuación se utiliza para

determinar el volumen del tanque de condensados. En la Tabla 22 se presentan

los valores obtenidos.

Vol tanquecondensados=BHP∗0.261 L

min∗20min

0.7

24

Page 33: Informe Hotel Marriot

Tabla 22. Determinación del tanque de condensados

Caldera 1 Caldera 2Capacidad caldera 70.00 BHP 70.00 BHP

Volumen para cada caldera 475.02 L 475.02 LVolumen tanque de condensados

Volumen 950.04 L 251.05 gal

De la Tabla 22 se obtiene que el tanque de condensados requerido para

abastecer las dos calderas es de 251 gal.

9.2. Diseño de piernas de colectoras

Según el manual SELMEC, las piernas colectoras no son tan largas en el

método de calentamiento supervisado como para el de calentamiento automático,

ya que el condensado se elimina inicialmente con válvulas manuales. La longitud

de la pierna colectora deberá ser 1 ½ veces el diámetro de la tuberías y no menor

de 8”

Preferiblemente el diámetro de las piernas deberá ser el mismo que el de la

tubería de vapor pero no menor que dicho diámetro.

Además, se debe dejar una distancia entre la entrada del purgador y el

fondo del pozo para evitar que la suciedad entre al purgador. Según datos

tomados del Design System Hook, esta distancia debe estar entre 25 y 30 mm.

Según datos brindados por la empresa MONARO, las dimensiones de las

piernas colectoras para este proyecto son las siguientes:

Tabla 23. Dimensiones de las piernas colectoras según MONARO

Tramo Diám tubería (in)

Diám pierna colectora (in)

Longitud pierna (in)

Final del manifold 5 5 107-9 2 2 10

8-11 2 1/2 2 1/2 1011-13 2 2 1011-12 2 2 1011-14 2 1/2 2 1/2 10

25

Page 34: Informe Hotel Marriot

9.3. Tuberías de condensado entre el equipo y las

trampas

Según el documento Design of Fluid Systems de Spirax Sarco, para

determinar las tuberías que unen el equipo con las trampas deben tener un declive

de 1” cada 10 ft. Además, se menciona que para dimensionar estas tuberías es

suficiente seleccionar la tubería para el doble de la capacidad que hay durante la

operación. Para la selección de las tuberías se puede utilizar la tabla 47 que se

presenta en los anexos.

Los resultados obtenidos para el caso son:

Tabla 24. Dimensiones de las tuberías para conectar el equipo con la trampa

EquipoCarga

condensado (lb/hr)

Caudal diseño (lb/hr)

Caída de presión (Wg)

Diámetro tubería (in)

Plancha A 51.7 103.4 1 ½ Plancha B 8.58 17.16 1 ½ Plancha C 25.74 51.48 1 ½ Plancha D 25.74 51.48 1 ½

Túnel 253 506 5 ¾ Plancha dobladora 132 264 7 ½

Secadora 484.7 969.4 10 ¾ Dry cleanning 88 176 5 ½

Tanques de agua 796.42 1592.84 10 1

9.4. Dimensionamiento de las tuberías de condesado

(descarga de las trampas)

Para dimensionar estas tuberías se debe tomar en cuenta que estas no sólo

transportan condensado, sino que además transportan vapor flash y otros gases

no condensables. Por lo tanto, cuando se dimensionan tuberías de condesados se

debe considerar el volumen específico del vapor flash, ya que el volumen de

condensado es mucho menor que el del vapor. Entonces, las tuberías se

dimensionan como si fuesen tuberías de vapor flash.

Se deben tener ciertos datos para dimensionar estas tuberías:

26

Page 35: Informe Hotel Marriot

Presión a final de la línea de retorno

Cabeza hidrostática que se debe elevar el condensado

Caída de presión necesaria para llevar el condesado y vapor flash a lo

largo de la línea.

Flujo de vapor flash

Las velocidades recomendadas para las tuberías de condensado, según se

menciona en el Design of Fluid Systems son de 4000 a 6000 ft/min.

En este caso en particular, como el tanque de condensados que se tiene es

abierto a la atmósfera, por lo que la presión en la línea de retorno será esta.

La tabla para determinar el porcentaje de vapor flash y la gráfica para

determinar los diámetros de las tuberías se muestran en las figuras 48 y 47

respectivamente.

Los resultados obtenidos se muestran en la tabla.

Tabla 25. Dimensiones de las tuberías de retorno de condensado

Tramo Flujo vapor (lb/hr) % Vapor flash Flujo vapor

flash (lb/hr)Diámetro

(in)1-2 111.76 14.8 16.54 ½ 2-3 51.7 14.8 7.65 ½ 4-5 8.58 14.8 1.27 ½ 6-7 25.74 14.8 3.81 ½ 8-9 25.74 14.8 3.81 ½

10-11 473 14.8 70.00 1 ¼ 11-12 88 14.8 13.02 ½ 13-14 132 14.8 19.54 ½ 15-16 253 14.8 37.44 ¾ 17-18 1454.1 14.8 215.21 218-19 484.7 14.8 71.74 1 ¼

Lavandería a cuarto calderas 2038.86 14.8 301.75 2 ½

Tanque individual 796.42 14.8 117.87 1 ½ Tanques 1592.84 14.8 235.74 2

Entrada tanque de condesados 3631.7 14.8 537.49 3

La distribución de las tuberías se presenta en la siguiente figura.

27

Page 36: Informe Hotel Marriot

Tabla 26. Distribución de las tuberías de retorno de condesado

9.5. Trampas de vapor

Para la selección de las trampas de vapor se requiere conocer el equipo

para hacer la selección del tipo de trampa a utilizar, en este caso se requieren

trampas de flotador y termostática porque funcionan detectando la diferencia de

temperatura entre el vapor y el condesado que se ha enfriado.

Para el diseño de las trampas de vapor de las líneas principales se decidió

agrupar las cargas según su función y ubicación dentro del hotel, como se muestra

en las siguientes tablas. Además, para su selección se requiere conocer la presión

de entrada y la presión causada por la altura a la cual se debe llevar el

condensado, obteniendo la contrapresión causada por la diferencia de las

presiones anteriores.

28

Page 37: Informe Hotel Marriot

Tabla 27. Datos necesarios para la selección de la trampa de vapor en líneas principales.

Equipo Vapor consumido (lb/h)

Presión de entrada(Psig)

Presión por altura(Psig)

Presión diferencial

(Psig)Manifold 3683.41 124.31 0 0

Tanques de agua caliente 1592.84 124.31 2.78 121.53

Lavandería 2090.57 121.9 4.18 117.72Planchas Forenta 163.46 122.6 6.96 115.64

Plancha dobladora y túnel 385 122.6 6.96 115.64

Secadoras y Secadora en seco 1542.11 122.6 6.96 115.64

A partir del caudal consumido, factor de seguridad y factor de aplicación

seleccionados se obtiene el caudal corregido.

Tabla 28. Resultados de los cálculos para la selección de las trampas de vapor en líneas principales.

Equipo Vapor consumido lb/h

Factor de seguridad

Factor de aplicación

Caudal Corregido

Manifold 3683.41 1.5 3 16575.35/2*Tanques de agua

caliente 1592.84 3 3 14335.56

Lavandería 2090.57 3 2 12543.42Planchas Forenta 163.46 3 2 980.76

Plancha dobladora y túnel 385 3 2 2310

Secadoras y Secadora en seco 1542.11 3 3 13878.99

* Se divide en dos debido a que en el manifold se divide el flujo en dos partes.

Con los datos obtenidos anteriormente, de contrapresión y caudal corregido

se entra al gráfico de trampas F&T presentado en la figura 10 para realizar la

selección.

Tabla 29. Trampas de vapor seleccionadas en líneas principales.

Equipo Modelo Diámetroin

Capacidad de la trampalb/h

Manifold FT14 – 14 1-1/2 8300Tanques de agua caliente FT14 – 4.5 1-1/2 14500

Lavandería FT14 – 4.5 1-1/2 14050Planchas Forenta FT14 – 14 1 2000

Plancha dobladora y túnel FT14 – 4.5 1 2800

29

Page 38: Informe Hotel Marriot

Secadoras y Secadora en seco FT14 – 4.5 1-1/2 14000

Entonces una vez seleccionadas las trampas de vapor para las líneas

principales se procede a seguir el mismo procedimiento pero para la selección de

las trampas específicas para cada uno de los equipos. Primeramente calculando la

contrapresión existente en cada uno, como se muestra a continuación.

Tabla 30. Datos necesarios para la selección de la trampa de vapor en ramales.

EquipoVapor

consumido (lb/h)

Presión de entrada(Psig)

Presión por altura(Psig)

Contrapresión(Psig)

Lavadora en seco 88.00 65 1.393 63.61Tanques de aguas 796.42 100 2.785 97.22

Secadoras 484.70 100 1.393 98.61Plancha/ dobladora 132.00 100 1.393 98.61

Planchas A 51.70 80 1.393 78.61Planchas B 8.58 80 1.393 78.61Planchas C 25.74 100 1.393 98.61Planchas D 25.74 100 1.393 98.61

Planchas túnel 253.00 100 1.393 98.61

Ahora se calculará el caudal requerido en los equipos.

Tabla 31. Resultados de los cálculos para la selección de las trampas de vapor ramales.

Equipo Vapor consumido (lb/h)

Factor de seguridad

Factor de aplicación

Caudal Corregido

Lavadora en seco 88.00 3 2 528,00Tanques de aguas 796.42 3 3 7167,77

Secadoras 484.70 3 3 4362,32Plancha/ dobladora 132.00 3 2 792,00

Planchas A 51.70 3 2 310,20Planchas B 8.58 3 2 51,48Planchas C 25.74 3 2 154,44Planchas D 25.74 3 2 154,44

Planchas túnel 253.00 3 2 1518,00

Nuevamente utilizando el caudal corregido y la contrapresión entramos en

el gráfico para la selección de las trampas F&T.

30

Page 39: Informe Hotel Marriot

Tabla 32. Trampas de vapor seleccionadas en ramales.

Equipo Modelo Diámetroin

Capacidad de la trampa

lb/hLavadora en seco FT14 – 10 3/4 580Tanques de aguas FT14 – 14 1-1/2 7200

Secadoras FT14 – 14 1-1/2 7300Plancha/ dobladora FT14 – 14 1 1900

Planchas A FT14 – 14 1/2 480Planchas B FT14 – 14 1/2 480Planchas C FT14 – 14 1/2 510Planchas D FT14 – 14 1/2 510

Planchas túnel FT14 – 14 1-1/4 1900

9.6. Filtros

Los filtros sirven para proteger de la suciedad, incrustaciones, limaduras de

hierro, escoria y otras partículas extrañas que se encuentran en el vapor y que son

transportadas a través de las tuberías.

Además se seleccionaron filtros tipo Y con conexiones de rosca y de un

material de hierro fundido capaz de resistir una presión máxima de vapor saturado

de 250 psig, y fueron tomados del manual de productos de Spirax Sarco.

Para el dimensionamiento de los filtros se partió del diámetro de la tubería

que llega a cada trampa de vapor. Los datos se muestran a continuación.

Tabla 33. Tipo de filtros seleccionados.

Sección Modelo Tamaño (in) Tipo de filtranteManifold IT 2 1/2 Malla 20

Tanques de agua caliente IT 2 Malla 20Lavandería IT 2 1/2 Malla 20

Planchas Forenta IT 2 Malla 20Plancha dobladora y túnel IT 2 Malla 20

Secadoras y Secadora en seco IT 2 1/2 Malla 20Lavadora en seco IT 1 1/4 Malla 20Tanques de aguas IT 1 1/2 Malla 20

Secadoras IT 2 1/2 Malla 20Plancha/ dobladora IT 1/2 Malla 20

Planchas A IT 1/2 Malla 20Planchas B IT 1/2 Malla 20Planchas C IT 1/2 Malla 20Planchas D IT 1/2 Malla 20

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Page 40: Informe Hotel Marriot

Planchas túnel IT 3/4 Malla 20

10. Diseño de la tubería de alimentación de agua a las

calderas

Para el diseño de las tuberías de alimentación, que lleva el agua del tanque

de condesado a cada una de las calderas, se utilizará la gráfica proporcionada

por el manual SELMEC para la capacidad de flujo en tuberías de agua, donde

existen cuatro columnas, siendo de izquierda a derecha capacidad en galones por

minuto, el diámetro de la tubería, las pérdidas en psi por cada 100 pies y la

velocidad del flujo en pies por segundo.

Entonces para una capacidad máxima de 10 galones por minuto, que es la

capacidad a la que está diseñada la bomba que alimenta la caldera y para una

velocidad de 8 pies por segundo (ya que debe ser estar entre 7.8 y 15 pies por

segundo) se obtuvieron los siguientes resultados:

Capacidad (gpm) Velocidad (ft/s) Pérdidas (psi/100 ft) Diámetro (in)

10 8 30 3/4

Por lo que se observa que el diámetro para la respectiva línea de

alimentación de agua debe ser de 3/4 in.

11. Diseño de la chimenea

Para el diseño de la chimenea se utilizó la Tabla 50 mostrada en los

anexos, la cual muestra los diámetros requeridos según la capacidad de la

caldera, para este caso, al no estar explícitamente el valor para una caldera de 70

HP se decidió interpolar, para obtener un valor más certero. Por lo que el diámetro

obtenido para la chimenea es 0.279 m.

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Page 41: Informe Hotel Marriot

12. Conclusiones

Las calderas utilizadas en el hotel no son las apropiadas para la demanda

de los equipos.

Se rediseñó la planta de vapor para el Costa Rica Marriot Hotel San José.

Se diseñó el sistema de alimentación de agua y combustible.

Se dimensionaron los diámetros para las tuberías principales y ramales.

Se Seleccionaron los accesorios de la planta de vapor.

Se realizaron los planos del sistema de vapor.

13. Recomendaciones

Se debe aumentar el tamaño de las calderas instaladas actualmente en el

hotel para poder satisfacer adecuadamente la demanda de las cargas.

Se deben colocar válvulas reductoras de presión a la entrada de cada

equipo, que trabaje a una presión menor a la suministrada por la caldera

para evitar daños a futuro.

33

Page 42: Informe Hotel Marriot

14. Bibliografía

Bastos, O. (2013). Material didáctico Sistemas de Vapor. Cartago.

Brooks, C. (s.f.). Cleaver Brooks. Recuperado el 20 de Abril de 2013, de Products

& Solutions: http://www.cleaver-brooks.com/Products-and-Solutions/Index.aspx

CosmoTex. (s.f.). Cosmotex maquinaria textil. Recuperado el 10 de Abril de 2013,

de http://www.cosmotex.net/galeria-de-videos/planchas-industriales

Maestrelli. (s.f.). Maestrelli s.r.l. Recuperado el 10 de Abril de 2013, de

http://www.maestrelli.com/Es/Prodotti_Lavasecco/EnergyCompact.asp

MTSS. Reglamento de calderas.

RATSA. (s.f.). RATSA. Recuperado el 10 de Abril de 2013, de

http://www.ratsa.com/ver.php?modelo=54

RECOPE. (2011). Manual de productos . Cartago.

Sarco, S. Catálogo de Productos.

Sarco, S. Design of Fluids Systems.

Sarco, S. Distribución del Vapor, Guía de Referencia Técnica.

Sarco, S. Módulo 2.6 Métodos para seleccionar el consumo de vapor.

Selmec. Manual Selmec de calderas.

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Page 43: Informe Hotel Marriot

15. Anexos

15.1. Datos técnicos de algunos de los equipos instalados

Tabla 34. Características técnicas planchas Forenta 27VCY y 32VB

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Page 44: Informe Hotel Marriot

Tabla 35. Datos técnicos plancha Forenta 33PS-VH

Tabla 36. Especificaciones plancha Forenta 471 SLMAC

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Page 45: Informe Hotel Marriot

15.2. Datos técnicos de los equipos equivalentes a los

equipos instalados

Tabla 37. Especificaciones técnicas VEIT Tunnel finisher 8657, equivalente al Tunnel Cissell

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Page 46: Informe Hotel Marriot

Tabla 38. Lavadora a seco Energy Compact. Equivalente de la lavadora en seco Multimatic

38

Page 47: Informe Hotel Marriot

Tabla 39. Características técnicas COSMOTEX automatic ironing PRECON. Consumo equivalente de la plancha/ dobladora Chicago

15.3. Datos de placa de algunos equipos instalados

Figura 6. Placa de datos secadoras Unimac

39

Page 48: Informe Hotel Marriot

15.1. Datos de equipos seleccionados

Tabla 40. Datos técnicos caldera Cleaber Brooks modelo CB de 70HP

40

Page 49: Informe Hotel Marriot

15.2. Tablas y gráficos para cálculos

Tabla 41. Determinación del factor de evaporación de las calderas

41

Page 50: Informe Hotel Marriot

Tabla 42. Factores de presión para dimensionamiento de tuberías de vapor

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Page 51: Informe Hotel Marriot

Tabla 43. Capacidad de tubería y factores de caída de presión

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Page 52: Informe Hotel Marriot

Tabla 44. Capacidades en lb/hr de vapor saturado Válvula reguladora 25P Sarco

44

Page 53: Informe Hotel Marriot

Tabla 45. Capacidades en lb/hr de vapor saturado Válvula reguladora 25PT Sarco

45

Page 54: Informe Hotel Marriot

Figura 7. Gráfica para el dimensionamiento de las tuberías aguas arriba y aguas abajo de las válvulas reductoras de presión

46

Page 55: Informe Hotel Marriot

Figura 8. Gráfica de conductividad térmica de la fibra de vidrio

Tabla 46. Espesores recomendados por Ratsa para aislamiento de fibra de vidrio en tuberías calientes y a temperatura ambiente de 77°F

Tabla 47. Determinación de la tubería de conexión entre la trampa y el equipo

47

Page 56: Informe Hotel Marriot

Tabla 48. Porcentaje de vapor flash

48

Page 57: Informe Hotel Marriot

Figura 9. Dimensiones de tuberías para el retorno de condesados cédula 40

49

Page 58: Informe Hotel Marriot

Tabla 49. Rango de trampas F&T

50

Page 59: Informe Hotel Marriot

Figura 10. Gráfica para el diseño de trampas de flotador y termostática FT 4

51

Page 60: Informe Hotel Marriot

Figura 11.Capacidad de flujo en tuberías de agua

Tabla 50. Tabla de selección de chimeneas

52

Page 61: Informe Hotel Marriot

15.3. Método de caída de presión para cálculo de tuberías

de vapor

Este método se toma del Folleto Informativo de Sarco, distribución de vapor.

De la Tabla 42, determinar los factores de presión y los volúmenes que

coresponden a la presión inicial y la presión final (Pr1, Pr2, V1, V2).

Calcular factor de caída de presión

F=P1−P2L

Donde;

P1= Factor de presión a la presión de entrada

P2= Factor de presión a la presión de salida

L= Longitud equivalente en ft (L= Longitud real + 10% cuando el tramo es mayor a

100 m, L= Longitud real + 20% cuando el tramo es menor a 100 m.

Adicionalmente se debe agregar un 1% por cada 30 m de tubería)

Se busca el F inmediatamente menor de la Tabla 42

Se sigue la línea de x y se localiza el consumo de vapor inmediatamente

mayor al que se tiene en la tubería. Una vez ahí, se traza una línea vertical

hacia arriba para seleccionar el diámetro de la tubería.

Nuevamente, en la línea vertical del diámetro, se busca el consumo, pero

se debe interpolar un nuevo valor de F entre un consumo mayor y uno

menor. Además, se interpola el valor de y.

Calcular velocidad real:

V real=Fnuevo∗V 1

10

Calcular el factor de presión P2nuevo

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Page 62: Informe Hotel Marriot

P2nuevo=− (Fnuevo∗L−P1 )

Entrar de nuevo a la Tabla 42 con el P2nuev0 e interpolar para determinar la

presión final real Pr2final.

Calcular la caída de presión real

∆ P=Pr1−Pr2 final

16. Apéndices

16.1. Determinación del consumo de vapor de los

tanques de agua caliente

Debido a que el tanque de agua caliente no tenía un dato de consumo en su placa

de datos, se realizaron una serie de cálculos para determinar el consumo

aproximado de cada tanque. Estos cálculos están basados en el Módulo 2.6 del

Curso Spirax-Sarco (Methods of Estimating Steam Consumption).

Los datos con los que se cuentan se resumen en la siguiente tabla.

Tabla 51. Datos para determinar el consumo de vapor en los tanques de agua caliente

Dato de entrada ValorTemp. entrada del agua 25 °C    Temp. salida del agua 60 °C 350°F  

Presión de agua 100 psi 6.89 barDensidad del agua @ 25°C 1000 kg/m3 1 kg/L

Volumen 5000 L    Cp agua 4 KJ/kg    Tiempo 3600 s 1 h

hfg agua a 100 psi (6.9 bar) 2049.5 kJ/kg     

El primer paso es determinar la cantidad de masa de agua que hay en el tanque.

m=ρ∗V=1 kgL

∗5000 L=5000 kg

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Page 63: Informe Hotel Marriot

Seguidamente, se calcula la cantidad de calor que se debe agregar al agua para

elevarle la temperatura 151°C.

Q=5000 kg∗4.1813 kJ

kg° C∗(60−25 ) °C

3600 s=203.26 kJ

s

Finalmente, se determina el consumo de vapor que se requiere para agregar dicha

cantidad de calor al agua.

˙m= Q

hfg del vapor@ presióndel agua=584.61 kJ

s

2049.5 kJkg

=357.027 kg vaporhr

16.2. Fotografías

Figura 12. Visita grupo de trabajo al hotel.

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