1. 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. 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.
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.
8. 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.
9.
10. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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
17. 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.
18. 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.
19.
20. 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.
21. 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.
22. Sistema de generación y distribución de vapor, cuyas partes principales se
describen a continuación.
1. Agua Tratada
2. Tanque de Condensados
3. Tanque de Combustible
4. Vapor a Proceso
5. Alimentación de Combustible
6. Caldera
7. Quemador
8. Línea de Purgas
9. Agua de Alimentación
10.Fosa de Purgas
11.Agua de Condensados
12.Retorno de condensados
13.Chimenea
23. 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.
24. a) 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.
25. 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.
26. 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.
27. 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
28. 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.
29. 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.
30. 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.
31. 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.
32. 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.
33. 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:
34. 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.
35. 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).
36. 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.
37. 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.
38. 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.
39. 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.
40. 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.
41.
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45.
46.
47.
48. 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.
50. 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
51. 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.
52. 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.
53. 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
56. 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.
57. 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
58. 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, las “T”, las reducciones, bridas, absorberos de golpes de
ariete, válvulas especiales, filtros etc. etc.
59. 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.
60. 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.
61. 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.
62. 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.
63. 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.
64. 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.
65. 1. ¿En que fecha se oficializo Norma Oficial Mexicana de la secretaría del trabajo y previsión
social NOM-004-STPS?
2. ¿Cuál es el nombre completo u oficial de la Norma Oficial Mexicana de la secretaría del
trabajo y previsión social NOM-004-STPS?
