Diseño de un vaporizador de madejas presurizado a 0.5 BAR

Abstract

El presente trabajo de tesis, se centra en el diseño de una máquina para vaporizar madejas presurizado a 0.5 bar, esta máquina estará automatizada y poseerá un sistema de rotación para uniformizar el vaporizado, se limitará la temperatura con el control de la presión, se calculará la máxima presión que puede resistir el tanque, como medida de seguridad, ya que debe ser capaz de resistir presiones por encima de 3.5 bar, que es la presión de línea existente en la zona donde se planea instalarla. En el presente trabajo se presenta el cálculo eje que contendrá y dará rotación a las madejas, cálculos de bisagras, cálculo de resortes, selección de válvula de seguridad, selección del controlador de presión, cálculo del tanque receptor usando las recomendaciones de la API 650, selección de un controlador PID. Se emplea el programa Solidworks para hacer los dibujos en 3D y proceder a realizar un ensamble de los elementos que componen dicha máquina, con la finalidad de reducir errores. También usamos Solidworks para comparar los resultados analíticos con los resultados que nos arrojan los elementos finitos que es el método con el que trabaja dicho programa. De manera adicional se realizan los cálculos que nos permiten asegurar la resistencia del perno fijador de tapa, la resistencia de los hilos de la rosca, se verifica la resistencia máxima para la carga critica de la estructura. Se realizan cálculos de soldadura de filete usando las recomendaciones de la AWS D.1.1-2004. Se realizó la verificación de cargas radiales de los rodamientos, se estima la carga de inercia mínima que se necesita para rotar las madejas. Se realiza la selección de los sistemas de control como válvula de control neumática con conexiones de alimentación y descarga 1”, termocupla PT100, controlador PID y se emplea el método de sintonización de Ziegler-Nichols para la sintonización del controlador de temperatura PID. Se empleó el programa Matlab para simular las ecuaciones de transferencia del proceso halladas mediante ecuaciones diferenciales y transformadas de Laplace para después simular el comportamiento del mismo. Se realiza el estudio HAZOP (Hazard and Operability study) que es un Estudio de Peligros y Operabilidad, esta técnica nos permite identificar los riesgos que se pueden producir para los operarios y a la misma máquina, para después proponer el tratamiento del riesgo para minimizarlo. Se propone un área de trabajo y altura de trabajo basado en normas ergonómicas según la ISO 9241-420: 2011. Se recomienda dimensiones del área de trabajo, área de seguridad e indumentaria que deberá tener el personal a cargo de operación. Se realiza una estimación de costos de materiales, costos de mano de obra, costos de elementos de máquina, eléctricos, instrumentos de medición y elementos de control, con los cuales se estima el ahorro en kg/h de vapor para poder calcular el retorno de la inversión si se decidiera fabricar la máquina, que es de 1 año y 6 meses. Siendo el costo de estimado del vaporizador de madejas de 8035.6 soles y el ahorro proyectado por año de 5350.023 soles. Los parámetros de funcionamiento del vaporizador de madejas quedan establecidos de la siguiente forma: presión de trabajo 0.5 bar, temperatura de trabajo 111.62ºC, consumo de vapor de 10 kg/h, tiempo proyectado por proceso de 10 min, sistema de control de temperatura mediante control proporcional e integral (PI), válvula de seguridad tarada a 0.7 bar, presión máxima de trabajo 3.5 bar, sistema de admisión de vapor controlado por válvula neumática de 1”, drenaje mediante trampa de vapor termodinámica TD52 de 3/8”, liberación de presión residual al finalizar el proceso mediante válvula neumática de 3/4“, tensión de alimentación del motor 220V monofásica y material de construcción AISI 304. Se propone una secuencia de pasos para que el proceso sea satisfactorio y se concluye con la elaboración de los planos de detalle, planos de construcción, así como la selección de sus componentes.