1 Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción. Reingeniería del Sistema de Vapor para un Laboratorio Farmacéutico. Expositor: Gabriel

11

Facultad de Ingeniería en Mecánica Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción.y Ciencias de la Producción.

““Reingeniería del Sistema de Vapor para un Reingeniería del Sistema de Vapor para un Laboratorio Farmacéutico”.Laboratorio Farmacéutico”.

Expositor:Expositor:

Gabriel José Gallegos Grunauer.Gabriel José Gallegos Grunauer.

22

Introducción.Introducción. Objetivos.Objetivos. Descripción del proyecto.Descripción del proyecto. Descripción y análisis del Sistema de Vapor Descripción y análisis del Sistema de Vapor

existente.existente. Problemas encontrados en el Sistema de Vapor Problemas encontrados en el Sistema de Vapor

existente.existente. Descripción del Sistema de Vapor Propuesto.Descripción del Sistema de Vapor Propuesto. Descripción del Plan de Mantenimiento Descripción del Plan de Mantenimiento

Preventivo.Preventivo. Tablas de Resultados.Tablas de Resultados. Análisis de Costos.Análisis de Costos. Conclusiones y Recomendaciones.Conclusiones y Recomendaciones.

Agenda

33

El presente trabajo nace en la necesidad de El presente trabajo nace en la necesidad de una Industria farmacéutica, de contar con una Industria farmacéutica, de contar con un sistema de vapor que le permita un sistema de vapor que le permita satisfacer los requerimientos energéticos satisfacer los requerimientos energéticos de las diferentes áreas de esta fábrica, de las diferentes áreas de esta fábrica, además de disminuir los costos de además de disminuir los costos de operación y mantenimiento de estos operación y mantenimiento de estos sistemas; y, garantizar la seguridad del sistemas; y, garantizar la seguridad del personal que labora dentro de sus personal que labora dentro de sus instalaciones.instalaciones.

Introducción.Introducción.

44

Reducir los costos de operación y Reducir los costos de operación y mantenimiento del sistema de vapor.mantenimiento del sistema de vapor.

Tener un tiempo de retorno de la inversión Tener un tiempo de retorno de la inversión menor a 4 años.menor a 4 años.

Incorporar al Plan de Mantenimiento Incorporar al Plan de Mantenimiento Preventivo el Sistema de Vapor propuesto.Preventivo el Sistema de Vapor propuesto.

Analizar la factibilidad de instalar un Analizar la factibilidad de instalar un sistema de recuperación de vapor flash en sistema de recuperación de vapor flash en el sistema propuesto en ésta tesis.el sistema propuesto en ésta tesis.

Objetivos.Objetivos.

55

En esta tesis se realizará el En esta tesis se realizará el dimensionamiento y selección de los dimensionamiento y selección de los diferentes equipos y/o accesorios que diferentes equipos y/o accesorios que conforman el sistema vapor, además de conforman el sistema vapor, además de desarrollar un Plan de Mantenimiento desarrollar un Plan de Mantenimiento Preventivo de estos equipos, con el fin de Preventivo de estos equipos, con el fin de garantizar su óptimo funcionamiento y el garantizar su óptimo funcionamiento y el máximo aprovechamiento del vapor en los máximo aprovechamiento del vapor en los equipos que se nutren de este insumo equipos que se nutren de este insumo durante los diferentes procesos de durante los diferentes procesos de manufactura que se dan dentro de fábrica.manufactura que se dan dentro de fábrica.

Descripción del Proyecto.Descripción del Proyecto.

66

Para realizar de una forma correcta la Para realizar de una forma correcta la selección y dimensionamiento de los selección y dimensionamiento de los equipos y accesorios, primero se calculó equipos y accesorios, primero se calculó los consumos de vapor por área y/o los consumos de vapor por área y/o equipo, su analizó su presión de trabajo, equipo, su analizó su presión de trabajo, para ver si era factible aportar cambios y/o para ver si era factible aportar cambios y/o adecuaciones que mejoren su adecuaciones que mejoren su funcionamiento y obtener un ahorro funcionamiento y obtener un ahorro energético y por ende un ahorro energético y por ende un ahorro económico en comparación con el sistema económico en comparación con el sistema que actual.que actual.


77

En el presente proyecto también se En el presente proyecto también se propone la instalación de un sistema de propone la instalación de un sistema de recuperación de vapor flash con el fin de recuperación de vapor flash con el fin de obtener una mayor eficiencia térmica del obtener una mayor eficiencia térmica del sistema y así obtener un ahorro general sistema y así obtener un ahorro general mayor y disminuir el tiempo del retorno de mayor y disminuir el tiempo del retorno de la inversión hecha por la industria la inversión hecha por la industria farmacéutica para realizar el sistema aquí farmacéutica para realizar el sistema aquí propuesto.propuesto.


88

Introducción.Introducción. Objetivos.Objetivos. Descripción del proyecto.Descripción del proyecto. Descripción y análisis del Sistema Descripción y análisis del Sistema

de Vapor existente.de Vapor existente. Problemas encontrados en el Sistema de Vapor Problemas encontrados en el Sistema de Vapor

existente.existente. Descripción del Sistema de Vapor Propuesto.Descripción del Sistema de Vapor Propuesto. Descripción del Plan de Mantenimiento Descripción del Plan de Mantenimiento


Agenda

99

Descripción y Análisis de Sistema de Vapor Descripción y Análisis de Sistema de Vapor existente (Línea Base).existente (Línea Base).

Sistema de Generación de Vapor.Sistema de Generación de Vapor.

1010


Sistema de Distribución de Vapor.Sistema de Distribución de Vapor.• Constituido por un distribuidor de vapor de 6 Constituido por un distribuidor de vapor de 6

pulg. de diámetro por 1.20 metros de longitud, pulg. de diámetro por 1.20 metros de longitud, el cual posee 4 tuberías, 3 tuberías de 2-1/2” y el cual posee 4 tuberías, 3 tuberías de 2-1/2” y 1 tubería de 1” de diámetro.1 tubería de 1” de diámetro.

• Dos tuberías de 2-1/2” llevan el vapor de las Dos tuberías de 2-1/2” llevan el vapor de las calderas al distribuidor.calderas al distribuidor.

• La tubería restante de 2-1/2” (línea principal de La tubería restante de 2-1/2” (línea principal de distribución de vapor), lleva este suministro distribución de vapor), lleva este suministro hasta los usuarios finales.hasta los usuarios finales.

1111


Sistema de Distribución de Vapor.Sistema de Distribución de Vapor.• La tubería de 1” (línea secundaria) lleva vapor La tubería de 1” (línea secundaria) lleva vapor

al intercambiador de calor del cuarto de al intercambiador de calor del cuarto de máquinas.máquinas.

• La línea principal tiene una ramal secundario La línea principal tiene una ramal secundario de 1-1/2” que lleva el vapor hasta el cuarto de de 1-1/2” que lleva el vapor hasta el cuarto de aguas especiales.aguas especiales.

• La tubería de 1” lleva vapor al intercambiador La tubería de 1” lleva vapor al intercambiador de calor del cuarto de máquinas.de calor del cuarto de máquinas.

1212


Sistema de Distribución de Vapor.Sistema de Distribución de Vapor.

1313


Sistema de Retorno de Condensado.Sistema de Retorno de Condensado.• El sistema de retorno de condensado está El sistema de retorno de condensado está

compuesto básicamente por los sistemas de compuesto básicamente por los sistemas de extracción del condensado de cada usuario extracción del condensado de cada usuario final.final.

• El sistema de retorno de condensado posee El sistema de retorno de condensado posee dos líneas principales, las mismas que tienen dos líneas principales, las mismas que tienen 1-1/2” de diámetro, y llevan el condensado 1-1/2” de diámetro, y llevan el condensado hasta el tanque de agua de caldera.hasta el tanque de agua de caldera.

1414


existente.existente. Problemas encontrados en el Problemas encontrados en el

Sistema de Vapor existente.Sistema de Vapor existente. Descripción del Sistema de Vapor Propuesto.Descripción del Sistema de Vapor Propuesto. Descripción del Plan de Mantenimiento Descripción del Plan de Mantenimiento


Agenda

1515

Problemas encontrados en el Sistema de Problemas encontrados en el Sistema de Vapor existente.Vapor existente.

1.1. Desconocimiento de la demanda energética de Desconocimiento de la demanda energética de algunos de los usuarios finales.algunos de los usuarios finales.

2.2. Presencia de golpe de ariete y ruido en las Presencia de golpe de ariete y ruido en las tuberías durante el arranque de la caldera los tuberías durante el arranque de la caldera los días.días.

3.3. Mal estado de la cañuela aislante y ausencia de Mal estado de la cañuela aislante y ausencia de ésta en ciertos tramos de tubería.ésta en ciertos tramos de tubería.

4.4. Dimensionamiento incorrecto de la pierna de Dimensionamiento incorrecto de la pierna de extracción de condensado del distribuidor de extracción de condensado del distribuidor de calor. calor.

Imagen Distribuidor ActualImagen Distribuidor Actual, , Imagen Distribuidor PropuestaImagen Distribuidor Propuesta, ,

Tabla de DimensionamientoTabla de Dimensionamiento..

1616

5.5. Ausencia total de piernas de extracción de Ausencia total de piernas de extracción de condensado a lo largo de la tubería principal de condensado a lo largo de la tubería principal de distribución de vapor.distribución de vapor.

Sistema de Vapor ActualSistema de Vapor Actual, , Sistema de Vapor PropuestoSistema de Vapor Propuesto

6.6. Diseño incorrecto de la pierna de extracción de Diseño incorrecto de la pierna de extracción de condensado del cuarto de estabilidad.condensado del cuarto de estabilidad.

Imagen Estado ActualImagen Estado Actual

7.7. Pérdidas de las condiciones ambientales del Pérdidas de las condiciones ambientales del cuarto de inestabilidad durante los fines de cuarto de inestabilidad durante los fines de semana ó cuando se apaga la caldera.semana ó cuando se apaga la caldera.

8.8. Diseño inadecuado de los sistemas de Diseño inadecuado de los sistemas de reducción de presión de vapor.reducción de presión de vapor.

Imagen Diseño ActualImagen Diseño Actual, , Imagen Diseño PropuestoImagen Diseño Propuesto..


1717

9.9. Pérdidas de vapor (fugas) a través de las Pérdidas de vapor (fugas) a través de las trampas de vapor, válvulas y accesorios. trampas de vapor, válvulas y accesorios.

10.10. El intercambiador de calor opera a una presión El intercambiador de calor opera a una presión de vapor de 100 psig, cuando éste puede de vapor de 100 psig, cuando éste puede funcionar adecuadamente a una presión menor.funcionar adecuadamente a una presión menor.

11.11. El tanque de agua desionizada caliente opera a El tanque de agua desionizada caliente opera a una presión de vapor de 100 psig, cuando éste una presión de vapor de 100 psig, cuando éste puede funcionar adecuadamente a una presión puede funcionar adecuadamente a una presión menor.menor.


1818



existente.existente. Descripción del Sistema de Vapor Descripción del Sistema de Vapor

Propuesto.Propuesto. Descripción del Plan de Mantenimiento Descripción del Plan de Mantenimiento


Agenda

1919

Descripción del Sistema de Vapor Descripción del Sistema de Vapor Propuesto.Propuesto.

El sistema propuesto tiene un diseño similar con El sistema propuesto tiene un diseño similar con el sistema que actualmente se encuentra en el sistema que actualmente se encuentra en operación, debido a que las limitaciones que operación, debido a que las limitaciones que presenta este proyecto son:presenta este proyecto son:

• Emplear la soportes existentes.Emplear la soportes existentes.• El espacio libre en el cuarto de máquinas y en el piso El espacio libre en el cuarto de máquinas y en el piso

técnico son muy limitados.técnico son muy limitados.

Los cambios más fácilmente apreciables en el Los cambios más fácilmente apreciables en el nuevo diseño son:nuevo diseño son:

2020

1.1. Aumento de la cota de las líneas de distribución Aumento de la cota de las líneas de distribución de vapor dentro del cuarto de máquinas.de vapor dentro del cuarto de máquinas.

Imagen Sistema ActualImagen Sistema Actual, , Imagen Sistema PropuestoImagen Sistema Propuesto..

2.2. Reemplazo del sistema de calefacción del Reemplazo del sistema de calefacción del cuarto de estabilidad.cuarto de estabilidad.

3.3. Reemplazo del sistema de alimentación de Reemplazo del sistema de alimentación de vapor industrial de los Autoclaves de las áreas vapor industrial de los Autoclaves de las áreas Cefalosporinas y No Lactámicos por otro de Cefalosporinas y No Lactámicos por otro de vapor límpio.vapor límpio.

4.4. Instalación de piernas de extracción de Instalación de piernas de extracción de condensado a lo largo de la línea principal de condensado a lo largo de la línea principal de distribución de vapor.distribución de vapor.

Imagen del Sistema ActualImagen del Sistema Actual, Imagen Sistema Propuesto., Imagen Sistema Propuesto.


2121

5.5. Instalación de 3 líneas de retorno de Instalación de 3 líneas de retorno de condensado independientes, para el condensado independientes, para el condensado de 100, 60 y 30 psig condensado de 100, 60 y 30 psig respectivamente. respectivamente.

6.6. Rediseño de los sistemas de reducción de Rediseño de los sistemas de reducción de presión de vapor.presión de vapor.

Imagen Diseño Actual, Imagen Diseño Propuesto.Imagen Diseño Actual, Imagen Diseño Propuesto.

7.7. Instalación de un sistema de recuperación de Instalación de un sistema de recuperación de vapor flash a 15 psig.vapor flash a 15 psig.

Imagen Sistema Recuperación de Vapor Propuesto, Imagen Sistema Recuperación de Vapor Propuesto, Imagen Sistema Recuperación de Vapor General.Imagen Sistema Recuperación de Vapor General.

8.8. Instalación de válvula de prueba de las trampas Instalación de válvula de prueba de las trampas de vapor.de vapor.

Imagen Distribuidor Actual, Imagen Distribuidor PropuestaImagen Distribuidor Actual, Imagen Distribuidor Propuesta


2222



existente.existente. Descripción del Sistema de Vapor Propuesto.Descripción del Sistema de Vapor Propuesto. Descripción del Plan de Descripción del Plan de

Mantenimiento Preventivo.Mantenimiento Preventivo. Tablas de Resultados.Tablas de Resultados. Análisis de Costos.Análisis de Costos. Conclusiones y Recomendaciones.Conclusiones y Recomendaciones.

Agenda

2323

El Plan de Mantenimiento Preventivo (PMP) del El Plan de Mantenimiento Preventivo (PMP) del Sistema de Vapor para esta industria Sistema de Vapor para esta industria farmacéutica está compuesto de dos partes:farmacéutica está compuesto de dos partes:• El Procedimiento de Operación Estándar (SOP), y,El Procedimiento de Operación Estándar (SOP), y,• Las Instrucciones de Trabajo (WI).Las Instrucciones de Trabajo (WI).

En el SOP constan los lineamientos generales que En el SOP constan los lineamientos generales que se deben seguir durante la ejecución del PMP, se deben seguir durante la ejecución del PMP, además de que puede contar con el detalle de las además de que puede contar con el detalle de las tareas que se deben ejecutar durante la tareas que se deben ejecutar durante la aplicación de éste plan.aplicación de éste plan.

Cuando un SOP es muy extenso, se recomienda Cuando un SOP es muy extenso, se recomienda pasar las labores de mantenimiento a las pasar las labores de mantenimiento a las instrucciones de trabajo.instrucciones de trabajo.

Plan de Mantenimiento Preventivo del Plan de Mantenimiento Preventivo del Sistema de Vapor.Sistema de Vapor.

2424

El PMP está compuesto por el SOP del PMP del El PMP está compuesto por el SOP del PMP del Sistema de vapor y de 5 WI para el Sistema de vapor y de 5 WI para el mantenimiento de los siguientes accesorios del mantenimiento de los siguientes accesorios del sistema de vapor:sistema de vapor:• Trampa de Balde Invertido.Trampa de Balde Invertido.• Trampa de Flotador y Termostática.Trampa de Flotador y Termostática.• Trampa Termodinámica.Trampa Termodinámica.• Válvula de Contrapresión o de retorno.Válvula de Contrapresión o de retorno.• Válvula de Reducción de Presión de Vapor.Válvula de Reducción de Presión de Vapor.

Plan de Mantenimiento Preventivo del Sistema de Vapor.Plan de Mantenimiento Preventivo del Sistema de Vapor.

Plan de Mantenimiento Preventivo del Plan de Mantenimiento Preventivo del Sistema de Vapor.Sistema de Vapor.

2525



existente.existente. Breve descripción del Sistema de Vapor Breve descripción del Sistema de Vapor

Propuesto.Propuesto. Tablas de Resultados.Tablas de Resultados. Análisis de Costos.Análisis de Costos. Conclusiones y Recomendaciones.Conclusiones y Recomendaciones.

Agenda

2626

Tablas de Resultados.Tablas de Resultados.

2727


2828


2929


3030


3131





Agenda

3232

Análisis de Costos.Análisis de Costos.

Costo de Implantación del Sistema Costo de Implantación del Sistema PropuestoPropuesto

3333


Ahorro obtenidos con el Sistema Ahorro obtenidos con el Sistema Propuesto.Propuesto.• Con la reducción de la presiónCon la reducción de la presión de trabajo del de trabajo del

intercambiador de calor y del tanque de agua intercambiador de calor y del tanque de agua deionizada deionizada se obtiene un ahorro de 40.80 Kg/hse obtiene un ahorro de 40.80 Kg/h de de vapor, lo implica un ahorro anual de vapor, lo implica un ahorro anual de $6265.90$6265.90

• Con el Sistema de recuperación de vaporCon el Sistema de recuperación de vapor se se recupera 90.36Kg/h a 15psig, obteniendo un ahorro recupera 90.36Kg/h a 15psig, obteniendo un ahorro anual de anual de $13877.13$13877.13

El ahorro anual que se obtiene al implantar el El ahorro anual que se obtiene al implantar el sistema aquí propuesto es de $20143.03 anuales, sistema aquí propuesto es de $20143.03 anuales, lo que equivale al consumo de diesel de 1.6 lo que equivale al consumo de diesel de 1.6 meses. meses.

3434


Tiempo de Retorno de la inversión.Tiempo de Retorno de la inversión.

• El tiempo de retorno de la inversión es de El tiempo de retorno de la inversión es de aproximadamente de 2 años y 8 mesesaproximadamente de 2 años y 8 meses, , después de los cuales se obtiene una después de los cuales se obtiene una disminución en los costos de producción disminución en los costos de producción en esta industria.en esta industria.

3535





Agenda

3636

Conclusiones y Recomendaciones.Conclusiones y Recomendaciones.

Conclusiones.Conclusiones.• Se puede concluir que en la instalación de Se puede concluir que en la instalación de

vapor existente, se hallan tramos de tubería vapor existente, se hallan tramos de tubería de vapor y retorno de condensado que no se de vapor y retorno de condensado que no se encuentran correctamente dimensionadas, lo encuentran correctamente dimensionadas, lo cual provoca en la instalación fenómenos con cual provoca en la instalación fenómenos con golpes de ariete y erosiones al usar tramos golpes de ariete y erosiones al usar tramos de menor diámetro que el requerido, o elevar de menor diámetro que el requerido, o elevar el costo de la instalación y mantenimiento el costo de la instalación y mantenimiento por usar tuberías sobredimensionadas.por usar tuberías sobredimensionadas.

3737


• El sistema de recuperación de vapor flash El sistema de recuperación de vapor flash permitirá obtener un ahorro de $13877.13 permitirá obtener un ahorro de $13877.13 anuales, lo que hace factible el montaje de anuales, lo que hace factible el montaje de este equipo.este equipo.

• El ahorro que se obtiene al disminuir la El ahorro que se obtiene al disminuir la presión de vapor del intercambiador de vapor presión de vapor del intercambiador de vapor y del tanque de agua deionizada es de y del tanque de agua deionizada es de $6265.90 anuales.$6265.90 anuales.

3838


• El sistema de recuperación de vapor flash El sistema de recuperación de vapor flash permitirá obtener un ahorro de $20143.03 permitirá obtener un ahorro de $20143.03 anuales en combustible, agua y productos anuales en combustible, agua y productos químicos, logrando disminuir los costos de químicos, logrando disminuir los costos de operación de la planta.operación de la planta.

• Se concluye que al rediseñar los sistemas de Se concluye que al rediseñar los sistemas de reducción de presión de vapor, se obtiene un reducción de presión de vapor, se obtiene un ahorro en la instalación y mantenimiento del ahorro en la instalación y mantenimiento del sistema de distribución de vapor debido a sistema de distribución de vapor debido a reducción de fugas de vapor a través de las reducción de fugas de vapor a través de las trampas y accesorios.trampas y accesorios.

3939


• Finalmente se concluye que el tiempo de Finalmente se concluye que el tiempo de retorno de la inversión para cambiar el retorno de la inversión para cambiar el sistema actual de distribución de vapor y sistema actual de distribución de vapor y retorno de condensado por el sistema retorno de condensado por el sistema desarrollado en la presente tesis es de desarrollado en la presente tesis es de aproximadamente 2 años y 8 meses.aproximadamente 2 años y 8 meses.

4040


Recomendaciones.Recomendaciones.• El vapor flash que se recupera con el sistema El vapor flash que se recupera con el sistema

respectivo, sea inyectado a un equipo el cual respectivo, sea inyectado a un equipo el cual tenga una demanda energética mayor que el tenga una demanda energética mayor que el vapor recuperado, además, este equipo se vapor recuperado, además, este equipo se debe encontrar a una distancia no mayor de debe encontrar a una distancia no mayor de 10 metros del tanque flash.10 metros del tanque flash.

• Las piernas de extracción de condensado de Las piernas de extracción de condensado de tuberías de distribución de vapor se deben tuberías de distribución de vapor se deben disponer cada 30 a 50 metros de tubería, con disponer cada 30 a 50 metros de tubería, con un diámetro acorde al diámetro de la tubería.un diámetro acorde al diámetro de la tubería.

Documents

1 Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción. Reingeniería del Sistema de Vapor para un Laboratorio Farmacéutico. Expositor: Gabriel