Trabajo Reactor y Calderas - Dayana Bolivar PDF
Trabajo Reactor y Calderas - Dayana Bolivar PDF
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BIODREGRADABLE
EJECUCION
SOGAMOSO- BOYACA
2020
OBTENCION DE LIMONENO A PARTIR DE LA EXTRACCION DE LA CASCARA
BIODREGRADABLE
ING.QUIMICO
EJECUCION
SOGAMOSO- BOYACA
2020
A continuación, se anexa un documento llamado DIMENSIONAMIENTO DE UN REACTOR
elección de nuestro reactor, escogimos dicha base ya que se relaciona con nuestro proyecto,
además se presentan análisis contundentes y de gran apoyo, cabe aclarar que, aunque el
Asociación Chilena de Seguridad es una corporación privada sin fines de lucro chilena, de
carácter mutual, asociada a la Sociedad de Fomento Fabril. Otorga cobertura total a los
chilena en el cual nos da una clara indicación de tipo de caldera seria adecuada según
nuestras necesidades, además de sus tipos y descripción de cada uno de ellos, dicho
Por ultimo cotizaciones de varios tipos de reactores y calderas, junto con su ficha técnica y
características de ellos.
DIMENSIONAMIENTO DE UN REACTOR PARA LA PRODUCCIÓN DEL
DETERGENTE LÍQUIDO AUTOPOLISH A NIVEL INDUSTRIAL EN LA
EMPRESA PRODUQUIM LTDA
ORIENTADOR
EDGAR FERNANDO MORENO
Ingeniero Químico
Secretario General:
4
Las directivas de la Universidad de América, los
jurados calificadores y el cuerpo docente no son
responsables por los criterios e ideas expuestas
en el presente documento. Estos corresponden
únicamente al autor.
5
Este trabajo es dedicado especialmente a mi familia por
su apoyo incondicional en este proceso, y a Valentina
Latorre por paciencia y motivación en todo este tiempo.
.
AGRADECIMIENTOS
Oscar González, Ingeniero Químico, por sus aportes en el análisis financiero del
proyecto de grado.
7
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN 22
OBJETIVOS 24
1. MARCO TEÓRICO 25
1.1 DETERGENTE 25
1.1.1 Mecanismo de acción de un detergente 26
1.1.2 Funciones del detergente 27
1.1.3 Componentes del detergente 28
1.1.3.1 Agentes tensoáctivos 28
1.1.3.2 Agentes coadyuvantes 29
1.1.3.3 Aditivos 30
1.1.3.4 Auxiliares 30
1.1.4 Elaboración de un detergente 31
1.2 REACTORES 31
1.2.1 Tipos de reactores 32
1.2.1.1 Reactor intermitente 32
1.2.1.2 Reactor semicontinuo 33
8
2.3.3.1 pH 44
2.3.3.2 Densidad 45
2.3.4 Reactor actual 46
2.4 DIAGNÓSTICO DEL PROCESO 47
2.4.1 Ventajas del proceso 47
2.4.2 Desventajas del proceso 48
2.5 DETERMINACIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES PARA LA
FABRICACIÓN DEL AUTOPOLISH 48
2.5.1 Determinación de viscosidad 49
2.5.2 Determinación de densidad 52
2.5.3 Determinación de pH 54
2.5.4 Determinación de alcalinidad libre y total 55
2.5.5 Desarrollo de especificaciones 60
9
una línea de producción independiente de detergente 113
5.4.1.2 Conclusión de la evaluación financiera desde el punto de vista del
VPN 115
5.4.2 Tasa Interna de Retorno (TIR) 115
5.4.2.1 Tasa Interna de Retorno para la implementación del equipo reactor
para una línea de producción independiente de detergente 115
5.4.2.2 Conclusión de la evaluación financiera desde el punto de vista de la
TIR 117
6. CONCLUSIONES 118
7. RECOMENDACIONES 120
BIBLIOGRAFÍA 121
ANEXOS 123
10
LISTA DE TABLAS
pág.
11
LISTA DE FIGURAS
pág.
12
LISTA DE CUADROS
pág.
13
LISTA DE GRÁFICAS
pág.
14
LISTA DE ECUACIONES
pág.
15
Ecuación 36. Balance molar de un reactor intermitente 79
Ecuación 37. Balance de energía reactor adiabático intermitente 79
Ecuación 38. Capacidad calorífica de una solución 81
Ecuación 39. Temperatura inicial de la neutralización 81
Ecuación 40. Balance de energía reactor CSTR adiabático 85
Ecuación 41. Capacidad calorífica de la reacción 85
Ecuación 42. Balance energético para un reactor semicontinuo adiabático 85
Ecuación 43. Balance de energía reactor CSTR adiabático para
neutralización del HLAS. 86
Ecuación 44. Flujo de un componente 86
Ecuación 45. Relaciones estándar para reactores y agitadores 93
Ecuación 46. Volumen total de reactor 93
Ecuación 47. Presión interna en el fondo del reactor 94
Ecuación 48. Espesor mínimo de la pared de un reactor 95
Ecuación 49. Caudal efectivo de mezclado 96
Ecuación 50. Número de revoluciones por minuto del agitador 97
Ecuación 51. Número de Reynolds para agitadora 97
Ecuación 52. Potencia requerida del agitador 99
Ecuación 53. Valor Presente Neto (VPN) 112
Ecuación 54. Tasa Interna de Retorno (TIR) 115
16
LISTA DE ANEXOS
pág.
17
LISTA DE ABREVIATURAS
18
GLOSARIO
FASE: es una región formada por una sustancia con propiedades físicas y
químicas idénticas dentro de un sistema.
19
SARRO: conglomerado de partículas en el agua formado por sales de calcio y
magnesio. Formando sedimentos.
20
RESUMEN
PALABRAS CLAVES
Detergente.
Reactor.
Neutralización.
Dimensionamiento.
21
INTRODUCCIÓN
22
En el Capítulo 5, Se presenta un estudio de factibilidad financiera del proyecto y
determinar su viabilidad a partir de la tasa interna de retorno y su valor presente
neto.
23
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
24
1. MARCO TEÓRICO
1.1 DETERGENTE
Existe una variedad de productos en el mercado los cuales cumplen una función
específica, y se consideran todos realmente eficientes en el momento de ser
usados. Sin embargo, el proceso de elaboración de algunos es más complejo que
otros por el hecho de cumplir con una serie de factores que hacen un producto
final de buena calidad.
Los jabones tienen una cadena larga de carbonos al final de la cual hay un ácido
carboxílico que por lo general se encuentra en forma de sal de sodio, las
moléculas reaccionan con los iones del agua dura formando el precipitado blanco
que se conoce como sarro.
25
En cambio los detergentes son moléculas que generalmente contienen un ión
sulfonato de sodio (SO3-Na). Las moléculas del detergente interaccionan con los
iones de Ca2+ y Mg+2 del agua, evitando que se forme el sarro.1
1VICENT, María & ALVAREZ, Silva. Química orgánica. Valencia; Universidad politécnica de Valencia
Editores, 2006, p 135.
26
Figura 2. Formación de micelas mediante el
detergente.
2 Ibíd., p. 138.
27
y el agua, la cual experimentan fuerzas de Van der Waals, ligeramente mayor que
la atracción entre las propias cadenas (enlaces covalentes), pero ambas
atracciones son mucho menores que la atracción agua-agua (puentes de
hidrógeno).
28
Tensoáctivos aniónicos: contienen cadenas de hidrocarburos saturados unidos a
grupos sulfonato o sulfato, por ejemplo el dodecilbencensulfonato de sodio lineal
(NaLAS) y el Texapón 70. El primero se fabrica por sulfonación dodecilbenceno
lineal que a su vez se obtiene por alquilación del benceno con un dodeceno de
cadena lineal cuyo doble enlace no necesariamente se encuentra en la posición
terminal, y el segundo tiene una cadena hidrocarbonada formada por el grupo
sulfato de sodio (OSO3 – Na).3
Los bencesulfonatos no se precipitan con las aguas duras porque sus sales de
calcio y magnesio son solubles, pero estos iones disminuyen su poder de
detergencia, porque se fijan sobre las micelas de la suciedad grasa y las floculan
en parte. Por esta razón se añaden secuestrantes o coadyudantes de estos iones.
Carbonato de sodio: alcaliniza el agua (lo que evita la precipitación de los ácidos
grasos) y elimina los iones calcio y magnesio del agua dura. El que se encarga de
ello es el ion carbonato, que reacciona con el agua y aumenta el pH (es decir,
aumenta la alcalinidad de la solución (OH-).
Además, el ion carbonato reacciona con los iones que causan la dureza del agua y
los elimina como sales solubles.
3 Jungerman, E., Cationic Surfactants, Marcel Dekker, Inc., New York, 1970. p. 2.
4 Ibíd., p. 4.
5 Schick, M. 1., Nonionic Surfactants, Vol. I, Marcel Dekker, Inc., New York, 1987. p. 3.
29
Zeolitas. Mantienen en suspensión los iones de calcio (en lugar de
precipitarlos). Los aniones de las zeolitas capturan iones de calcio
intercambiándolos por sus propios iones de sodio.
Las soluciones de zeolita no son demasiado alcalinas y por ello irritan menos la
piel y los ojos que las soluciones con carbonato de sodio.6 Las zeolitas, son
una solución más ecológica, pero son insolubles al agua y se acumulan en el
fondo de lagos y ríos, con los consiguientes perjuicios a la hora de potabilizar el
agua (se tienen que tratar más lodos).7
6 Ibíd., p. 18.
7 Ibíd., p. 19.
30
Celloside. Agente de viscosidad, se activa en pH alcalino, aumentado la
viscosidad del producto.
Esta pasta detergente, debe contener la materia activa necesaria con la que se
desea producir un detergente líquido y así dejar lista esta pasta para adicionarle
los demás aditivos que forman el detergente y que le dan las características de
suavidad, viscosidad, pH, entre otras.
1.2 REACTORES
31
proceso los tipos de reactores más adecuados son el reactor intermitente y el
reactor semicontinuo.
El reactor posee una agitación casi perfecta, esta condición de agitación no es tan
difícil de alcanzar siempre y cuando la fase líquida no sea demasiada viscosa. El
propósito de lograr una buena agitación es lograr que en el interior del tanque se
produzca una buena mezcla de los materiales, con el fin de asegurar que todo el
volumen del recipiente se utilice para llevar a cabo la reacción, y que no existan o
queden espacios muertos. Debido a que los reactores son comúnmente la parte
central de un proceso químico completo, el control de la operación del reactor
32
intermitente ha sido uno de los problemas más importantes en la industria
química.8
Por otra parte la mayoría de reacciones industriales son exotérmicas, y por este
motivo este sistema está limitado por la posibilidad de sobredosificación que
podría provocar una reacción fuera de control. En este sentido, el proceso
8 Fogler Scott H, Elementos de la ingeniería de las reacciones químicas. Prentice Hall, Universidad de
Michigan, USA. Cuarta edición. 2006. p. 8.
9 Ibíd., p. 17.
33
semicontinuo es más seguro que el discontinuo, puesto que en el reactor
solamente se encuentra una pequeña cantidad de reactivo no reaccionado en
cada instante. Las posibles consecuencias de una reacción fuera de control
provocada por la pérdida de agitación o del control de la temperatura, son menos
severas que las de un proceso discontinuo 10 . En la Figura 7 se presenta un
esquema del comportamiento de la velocidad de reacción a través del tiempo
entre un proceso en un reactor intermitente (discontinuo) y un reactor
semicontinuo.
34
2. DIAGNÓSTICO DEL PROCESO
En el año 1986 el señor Jairo Hernán Cáceres prestó sus servicios como vendedor
profesional en una empresa Multinacional de productos químicos para
mantenimiento industrial, y después de ser entrenador de vendedores por varios
años en diferentes ciudades del país, fundó su propia empresa.
35
fachada principal de la empresa, la Figura 9 presenta el área de producción y
zona de despacho.
36
2.2.2 Visión Para el 2021 seremos líderes a nivel nacional en el sector industrial e
institucional, en la fabricación y comercialización de productos industriales de
aseo, siendo reconocidos como una empresa emprendedora y comprometida con
altos estándares de calidad, con la mejora continua en nuestros procesos y
desarrollos para nuestros clientes
37
Los 22 productos que conforman la línea institucional se clasifican en:
ambientadores, blanqueadores, ceras auto brillantes, detergente líquido multiusos,
detergente para lavadora, detergente líquido para lava loza, desengrasantes,
desinfectantes, desmanchadores de ropa, limpia vidrios, jabones para manos y
cuerpo, suavizante para ropa, removedor de ceras, selladores y siliconas.
ENDCRUST AUTOPOLISH
59% 21%
38
Cuadro 1. Materias primas utilizadas en la producción del Autopolish.
Materia Características Función principal Composición
Prima físicas
Agua Líquido Disolvente de la materia 91%
incoloro, prima.
inodoro y
traslucido.
Celloside Sólido cristalino Tiene la función de unificar 0,5%
y blanco de y lograr un sistema
forma granular. homogéneo, adhiere y une
el ácido sulfónico con el
carbonato de sodio al
agua 11 . Agente de
viscosidad.
Ácido Líquido viscoso, Agente espumante. Ayuda 8,6%
Sulfónico color marrón. a efectuar la labor de
Lineal Altamente limpieza 12 . Reactivo para
(HLAS) corrosivo. formar el tensoáctivo
aniónico.
Carbonato Sólido blanco, Estabiliza el pH. Aporta el 3,6%.
de sodio cristalino, poder desengrasante y
inoloro. reactivo con él LAS para
formar el tensoáctivo
aniónico.
Formol Líquido Preservante. Disminuye la 0,2%
incoloro, olor carga microbiana.
desagradable.
39
Gráfica 2. Producción mensual Autopolish período febrero/2015 a enero/2016.
Se proyecta una producción para el año 2016 con un aumento del 25% con
respecto al año anterior por parte del departamento comercial. Sustentado en
ampliar las ventas en nuevos departamentos. Llegando a producir 58760 Litros del
detergente en más de 40 ciudades del país.
40
puede variar entre caneca y caneca, y el certificado para todos los lotes es el
mismo.
Este Agente se activa con pH Alcalino (pH>9) por eso se agrega antes del realizar
la neutralización para así evitar la posible floculación entre el sistema carbonato –
celloside.
41
condiciones por fuera de los estándares de pH y densidad se procede a realizar
una ajuste al lote.
42
Figura 11. Diagrama de flujo proceso de fabricación del autopolish.
43
Cuadro 2. Características Sensoriales, Físicas y químicas actuales del detergente
autopolish.
PROPIEDAD DESCRIPCIÓN
Viscosidad El detergente debe ser ligeramente viscoso, parecido a un
aceite vegetal.
Color. Debe ser incoloro uniforme
44
Figura 12. Medición de pH con cinta
indicadora y escala de color.
Ecuación 1. Determinación de
densidad.
𝑃𝑃𝑀 − 𝑃𝑃𝑉
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑉𝑝
45
Figura 13. Medición actual de la densidad
para el detergente autopolish.
46
Figura 15. Sistema de drenaje del reactor.
2.4.1 Ventajas del proceso. La función principal del detergente líquido, cumple su
propósito de remover la suciedad en donde se aplique el producto, dejando una
acción penetrante y efectiva que impacta a los consumidores.
El diseño del equipo actual se considera adecuada, debido a que las partes que lo
conforman permiten un mezclado completamente homogéneo. Primero, el ángulo
de inclinación de las aspas permiten una mezcla completa, los dos deflectores
ubicados en cada extremo del tanque cortan la velocidad de la mezcla para evitar
un vórtice fuerte, la salida del tanque con terminación cónica permite un drenaje
completo, la construcción en acero inoxidable es apta para los reactivos para la
producción del detergente (HLAS y carbonato de sodio) a mezclar en éste. Debido
a que el material es altamente resistente a la corrosión que puede ser causado por
estas materias primas.
47
2.4.2 Desventajas del proceso. La calidad de la materia prima por el proveedor
no es garantizada por la empresa, debido a la variabilidad que se presenta en
cada lote de materia prima suministrada. Como el color y el aspecto en el ácido
sulfónico lineal. Además, el certificado de análisis suministrado por el proveedor
no coincide con el número de lote de la materia prima suministrada, dando a
entender que envían una copia de un certificado de análisis repetido.
Falta de análisis de materia prima, esto se debe al alto costo de los reactivos y
equipos necesarios, para implementarlos en el laboratorio de la empresa.
48
Para lograr esto se realizó la medición de 2 propiedades físicas y 2 propiedades
químicas determinadas para los productos de aseo industrial en 10 fabricaciones
realizadas en diferentes meses del Detergente Autopolish, se analiza su
comportamiento y se estableció una especificación fija para cada una de estas
propiedades, las cuales son Viscosidad, Densidad, pH, Alcalinidad libre y total.
Para seleccionar el spin más adecuado se tuvo en cuenta esta característica así
como las especificaciones técnicas del equipo descritas en la Tabla 5. Según esta
tabla el spin más acorde es el # 62 (LV-2). El ajuste de la velocidad se seleccionó
realizando pruebas entre 10, 20, 30 rpm y 60 rpm, velocidades en las cuales se
buscan generar un torque entre 60% a 70% debido a que a este valor se generan
resultados confiables porque asegura el grado de contacto efectivo entre el spin y
el fluido criterio estipulado en los análisis y con base a los parámetros
aconsejables y establecidos por los fabricantes del equipo13. En el Anexo B se
presenta la tabla para la selección de la aguja con base a los rangos de viscosidad
que pueden medir cada instrumento.
Tabla 1. Viscosidad del detergente Autopolish a 10, 20, 30 y 60 rpm spin 62.
Lote 1 Lote 2 Lote 3
Velocidad Viscosidad Torque Viscosidad Torque Viscosidad Torque
(rpm) (cps) (%) (cps) (%) (cps) (%)
10 323 25,1% 335 26,5% 338 27,1%
20 341 34,1% 333 33,3% 334 33,4%
30 361 54,2% 354 53,0% 356 53,5%
60 315 63,0% 340 85,0% 312 62,4%
49
Tabla 2. Viscosidad de detergente Autopolish.
Ensayo Viscosidad Torque
(Cps) (%)
1 315,0 63,0%
2 340,0 85,0%
3 312,0 62,4%
4 313,5 62,5%
5 313,0 62,6%
6 312,5 62,5%
7 312,0 62,4%
8 318,0 63,6%
9 310,0 62,0%
10 311,5 62,3%
Promedio 315,7 64,8%
Desviación 8,79 0,07
(σ)
50
Figura 17. Condiciones de análisis
viscosímetro Brookfield DV.
51
Figura 19. Resultado análisis de
viscosidad ensayo 10 de Autopolish.
52
Figura 21. Pesaje del
picnómetro con muestra
(PPM).
53
2.5.3 Determinación de pH. Actualmente la empresa realiza la medición de esta
propiedad cualitativamente, por medio de cinta indicadora, Esta medición es
superficial y puede acarrear errores debido a que carece de precisión, además de
ser totalmente dependiente del concepto de la persona que realiza la medición
esto puede acarrear errores de lectura o de apreciación por parte del operador y
no obtener su valor real. Por esto se establecerá la especificación del pH por
medio de un potenciómetro a temperatura estándar de referencia. En la Figura 22
se observa el equipo en el cual se realizó la medición de pH para el detergente
líquido realizando el análisis de pH.
54
Tabla 4. pH del detergente autopolish.
Ensayo pH
1 11,79
2 11,93
3 11,94
4 11,99
5 11,78
6 11,05
7 11,56
8 10,95
9 11,08
10 11,67
Promedio 11,57
Desviación (σ) 0,400
55
Tabla 5. Rangos de alcalinidad.
Rango Alcalinidad (mg/L CaCO3)
Baja < 75
Media 75 – 150
Alta > 150
Fuente: MASSOL. Manual de ecologia microbiana. 2013.
56
Figura 23. Determinación alcalinidad libre y
total detergente autopolish.
50000 ∗ 𝑉𝐴 ∗ 𝑁
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚𝑔 𝐶𝐴𝐶𝑂3 ⁄𝐿) =
𝑉𝑀
57
Dónde:
Los resultados del análisis de alcalinidad libre y total para detergente Autopolish
de los 10 ensayos realizados a las muestras provenientes de diferentes
producciones de detergente en el año 2015 son presentados a continuación en la
Tabla 6.
58
Se puede determinar por medio de las relaciones matemáticas presentadas en la
Tabla 7. El valor de la alcalinidad de iones de carbonato, de hidróxidos o de
bicarbonato para este producto.
Para el Detergente líquido se determina este tipo de alcalinidades con base en los
promedios obtenidos de los ensayos en la alcalinidad libre y total. A continuación
se procede a conocer la relación adecuada con base a las alcalinidades obtenidas.
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝑃 = 62,4646
𝐿
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝑇 = 165,8014
𝐿
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3
1 165,8014 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝑇= 𝐿 = 82,9007
2 2 𝐿
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3
62,4646 < 82,9007
𝐿 𝐿
1
𝑃< 𝑇
2
59
Ecuación 4. Alcalinidad de Bicarbonato.
15 GRUYTER, Walter; Los modelos lineales y no lineales: efectos fijos, efectos aleatorios, y los modelos
mixtos. McGraw Hill Professional. 2003. p. 359
60
Tabla 8. Especificaciones detergente Autopolish.
Propiedad Promedio Desviación Especificaciones
(μ) (σ) Límite Inferior (μ-3σ) Límite Superior (μ+3σ)
Viscosidad (cps) 315,75 8,795 289,4 342,1
Densidad (g/ml) 0,997 0,017 0,945 1,048
pH 11,574 0,400 10,37 12,77
Alcalinidad libre 62,46 5,718 45,31 79,62
(mg de CACO3/L)
Alcalinidad Total 165,80 9,004 138,79 192,81
(mg de CACO3/L)
61
3. DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR
𝐾𝑔
𝐾𝑔 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 58566,09
𝑎ñ𝑜
58566,09 𝐾𝑔 1 𝑎ñ𝑜 1 𝑚𝑒𝑠 1 𝑑𝑖𝑎
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐷𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎 = ( )∗( )∗( )∗( )
1 𝑎ñ𝑜 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 4 𝑑𝑖𝑎𝑠 4 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
62
Figura 24. Diagrama de bloques etapa de dilución y reacción del detergente
Autopolish.
Dónde:
A + B → C + D + E
63
Con base en el diagrama de bloques de las etapas de dilución y reacción, se
procede al cálculo de las concentraciones iniciales de los reactivos a partir de la
formulación del detergente Autopolish presentada en la Tabla 3. Para determinar
el volumen total de la dilución y el volumen inicial de carga del reactor, así como la
conversión en términos molares de las corrientes de entrada se usan los pesos
moleculares y densidades para cada sustancia estipuladas en la Tabla 9.
64
Balance de materia del mezclador de dilución. Entradas: 𝑚1 𝑦 𝑚2
Salidas: 𝑚5
(𝑚1 + 𝑚2 ) − 𝑚5 + 0 − 0 = 0
𝑚1 + 𝑚2 = 𝑚5
𝑚1 = 𝑚2
2 ∗ 𝑚1 = 𝑚5 ó 2 ∗ 𝑚2 = 𝑚5
𝑚
𝑉=
𝜌
𝑚1
𝑉1 = 𝜌1
10,98 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂
𝑉2 =
0,998 𝑘𝑔/𝐿
𝑉2 = 11,002 𝐿 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂
𝑉5 = 𝑉1 + 𝑉2
𝑉5 = 4,323 𝐿 + 11,002 𝐿
𝑉5 = 15,325 𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛
65
se determina a partir de la Ecuación 9 la cual establece las moles de un
componente.
Ecuación 9. Moles de
un componente.
𝑚𝑖
𝑛𝑖 =
𝑃𝑀𝑖
𝑛𝑁𝑎2 𝐶𝑂3
𝐶𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 𝑉 𝑑𝑒 𝑆𝑙𝑛
𝑚3 + 𝑚 4 + 𝑚5 = 𝑚6 + 𝑚7
Las moles iniciales del HLAS para determinar se obtienen aplicando la Ecuación
11 con base en el peso molecular del reactivo, expuesto en la Tabla 12 con un
valor de 326,460 kg/kmol de Ácido Sulfónico.
66
Ecuación 11. Cálculo de las
moles de HLAS.
80,346 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐿𝐴𝑆
𝑛𝐻𝐿𝐴𝑆 =
326,460 𝐾𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑛𝐻𝐿𝐴𝑆 = 0,276 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻𝐿𝐴𝑆
𝐸 1
ln 𝑘 = 𝑙𝑛 𝐴 − ( )
𝑅 𝑇
Dónde:
A= Factor de frecuencia.
E= Energía de activación, kJ/mol o cal/mol.
R= Constante de los gases=8.314 J/mol·K.
T= Temperatura Absoluta, K.
16 FOGLER Scott H, Elementos de la ingeniería de las reacciones químicas. Prentice Hall, Universidad de
Michigan, USA. Cuarta edición. 2006
67
En la Tabla 10. Se encuentran los valores tomados para realizar la linealización de
la constante de velocidad y los resultados obtenidos de la energía de activación y
el factor de frecuencia. Realizando una gráfica de linealización de ln k en función
de (1/T), se puede obtener la energía de activación y el factor de frecuencia de la
reacción. La Gráfica 4 representa la linealización del ln k de la reacción de
neutralización del detergente.
68
Ecuación 13. Linealización ln k Vs 1/T
de neutralización del HLAS.
−8283,5
ln 𝑘 = + 18,624
𝑇
𝐸
− = −8283,5 𝐾
𝑅
𝐽
𝐸 = (−8283,5) ∗ 𝑅 = (−8283,5 𝐾) (8,314 𝑚𝑜𝑙∙𝐾)
𝑱
𝑬 = 𝟔𝟖𝟖𝟔𝟖, 𝟕𝟗
𝒎𝒐𝒍
−8283,5
𝑘 = 1,266 × 108 exp[ ]
𝑇
69
Las Capacidades caloríficas de los componentes involucrados son constantes,
la variabilidad en esta propiedad no es relevante al no presentar cambios
térmicos súbitos a lo largo de la reacción y sin cambios de fase.
17MAREK, Schöngut; ZDENEK, Grof y FRANTIEK Stepanek. Kinetics of Dry Neutralization of Dodecyl-
Benzenesulfonic Acid with Respect to Detergent Granulation, Department of Chemical Engineering, Institute of
Chemical Technology, Prague, Technick_a 5, 166 28 Prague 6, Czech Republic.
70
une con el carbonato de sodio en diferentes intervalos de tiempo permitiendo
conocer la formación de la micela al generar el Dodecilbencensulfonato de sodio y
demás productos (CO2 y Agua). En la Figura 26 se observa la composición de la
zona de reacción en la interfaz Carbonato de sodio y el HLAS en el transcurso de
la reacción.
Fuente: SCHÖNGUT, Marek. Kinetics of Dry Neutralization of Dodecyl-Benzenesulfonic Acid with Respect to
Detergent Granulation. 2011.
71
Tabla 11. Constantes de velocidad de reacción de
neutralización de HLAS.
Temperatura (°C) k (m3 mol-1 s-1)
20 6,05E-05
40 4,73E-04
60 1,78E-03
−𝑟𝐴 = 𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵
𝑑(𝐶𝐴 𝑉) 𝑉𝑑(𝐶𝐴 ) 𝑑𝑉
−𝑟𝐴 𝑉 = = + 𝐶𝐴 𝑑𝑡
𝑑𝑡 𝑑𝑡
72
A medida que el reactor se está llenando, el volumen V, varía con el tiempo. El
volumen del reactor en cualquier tiempo t puede encontrarse realizando un
balance global de masa para todos los componentes.
𝑑(𝜌𝑉)
𝜌𝑜 𝑣0 − 0 + 0 =
𝑑𝑡
Para un sistema de reacción Líquida a densidad constante 𝜌𝑜 = 𝜌, y
Ecuación 22. Variación
del volumen en el reactor
𝑑(𝑉)
= 𝑣0
𝑑𝑡
Con la condición inicial V=V0 en t=0, e integrando para el caso de flujo volumétrico
constante se obtiene la Ecuación 23.
Ecuación 23. Volumen
en el reactor.
𝑉 = 𝑉0 + 𝑣0 𝑡
𝑉𝑑(𝐶𝐴 )
𝑟𝐴 𝑉 − 𝑣0 𝐶𝐴 =
𝑑𝑡
73
El balance molar para el Carbonato de sodio, que es alimentado en el reactor, es
ilustrado en la Ecuación 26.
Ecuación 26. Balance molar para
el Carbonato de sodio.
𝑑𝐶𝐵 1 𝑣0
= − 𝑟𝐴 + (𝐶 − 𝐶𝐵 )
𝑑𝑡 2 𝑉 𝐵𝑜
Sustituyendo la ley de velocidad (Ecuación 18) en los balances molares, se
obtiene la Ecuación 27 y 28.
𝑑𝐶𝐴 𝑣0
= −𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵 − 𝐶
𝑑𝑡 𝑉 𝐴
Ecuación 28. Variación de la concentración
del carbonato de sodio en reactor semicontinuo.
𝑑𝐶𝐵 1 𝑣0
= − 𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵 − (𝐶 − 𝐶𝐵 )
𝑑𝑡 2 𝑉 𝐵𝑜
Se puede aplicar el balance de materia y la ley de velocidad para los productos
obteniendo la Ecuación 29, 30 y 31.
𝑑𝐶𝐶 𝑣0
= 𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵 − 𝐶
𝑑𝑡 𝑉 𝐶
𝑑𝐶𝐷 1 𝑣0
= 𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵 − 𝐶
𝑑𝑡 2 𝑉 𝐷
𝑑𝐶𝐸 1 𝑣0
= 𝑘 ∗ 𝐶𝐴 ∗ 𝐶𝐵 − 𝐶
𝑑𝑡 2 𝑉 𝐸
74
Para resolver el sistema de ecuaciones planteado (Ecuaciones 27, 28, 29, 30 y
31), se hace uso del solucionador de EDO de MATLAB, las condiciones iniciales
se expresan en la Tabla 12, obteniendo la concentración de cada uno de los
componentes a través del proceso de reacción, representados en la Gráfica 5.
75
A partir de la Gráfica 5 y de los datos obtenidos, se selecciona el valor máximo de
concentración del agente activo NaLAS (Componente C), conociendo la
concentración óptima del producto de interés (Círculo rojo) y con la gráfica se
realiza la interpolación para conocer el tiempo de reacción. Se puede observar en
la Gráfica 5 que la concentración del carbonato de sodio (Componente B) reactivo
de la neutralización va en aumento, debido a que este componente se agrega en
exceso para esta reacción con el fin de lograr un aporte adicional como aumentar
la alcalinidad del producto, esto logra un aumento en el volumen de la mezcla por
el carbonato no consumido en la reacción. Las demás características para el
detergente son presentadas en el Cuadro 1.
76
Seguido a las moles producidas se calcula la conversión de HLAS, por ser el
reactivo limitante a causa de ser el reactivo que se consume totalmente en la
reacción y quien controla el avance de la reacción, esto se logra al aplicar la
Ecuación 32 y se modela su comportamiento presentado en la Gráfica 7. Las
moles del componente B (Carbonato de Sodio) tienden a aumentar si se sigue
alimentando continuamente al reactor después de cumplir el tiempo de reacción.
𝑁𝐴𝑜 − 𝑁𝐴
𝑋=
𝑁𝐴𝑜
𝑪𝑨𝟎 𝑽𝟎 − 𝑪𝑨 𝑽
𝑿=
𝑪𝑨𝟎 𝑽𝟎
77
Ecuación 33. Volumen total de la reacción.
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑉0 + 𝑣0 𝑡𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝐿
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 290,73 𝐿 + (0,015 ∗ 1038.33𝑠)
𝑠
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 306.31 𝐿
Los resultados del modelo del reactor semicontinuo isotérmico. Son presentados
en la Tabla 13. A partir de estos se obtiene la composición del ingrediente activo
en el detergente líquido Autopolish en la corriente 7 descrita en el diagrama de
bloques del proceso de producción para este modelo (Figura 24).
78
Ecuación 35. Operación adiabática de un
reactor intermitente.
𝑑𝑋
𝑁𝐴0 = −𝑟𝑎 𝑉
𝑑𝑡
[−∆𝐻𝑅𝑥𝑛̇ (𝑇)]𝑋
𝑇 = 𝑇0 +
𝐶𝑝𝑠
Dónde:
79
saponificación para la elaboración de detergentes a partir de HLAS 18; El calor de
reacción global se expone en la Tabla 14.
80
Ecuación 38. Capacidad calorífica de una solución.
𝐶𝑝𝑠 = ∑ 𝛩𝑖 𝐶𝑝𝑖 = 𝛩𝐴 𝐶𝑝𝐴 + 𝛩𝐵 𝐶𝑝𝐵 + 𝛩𝐶 𝐶𝑝𝐶 + 𝛩𝐷 𝐶𝑝𝐷 + 𝛩𝐸 𝐶𝑝𝐸 + 𝛩𝐼 𝐶𝑝𝐼
𝐶
Donde 𝛩𝑖 = 𝐶 𝑖0 , en mol/L
𝐴0
𝑻 = 293,15 𝐾 + 11,38𝑿
81
Gráfica 8. Conversión del HLAS en reactor intermitente adiabático.
Los resultados de este modelo son presentados en la Tabla 17. A partir de estos
se obtiene se obtiene la composición del ingrediente activo en el detergente
líquido Autopolish en la corriente de salida del reactor.
82
Gráfica 9. Moles producidas por componente en reactor
intermitente adiabático.
83
Tabla 17. Resultados de reacción con reactor intermitente adiabático.
Resultados de reacción con reactor intermitente adiabático
84
3.2.3 Reactor semicontinuo CSTR adiabático. El tercer modelo propuesto es un
reactor semicontinuo CSTR adiabático, la selección de este tipo de reactor se
debe al ser el más usado para reacciones en fase liquida, además de permitir
controlar la temperatura del proceso regulando la velocidad de alimentación y que
permite minimizar cualquier reacción secundaria indeseable manteniendo una baja
concentración de uno de los reactivos. Obteniendo así una mayor productividad.
̇
∑ 𝐹𝑖0 𝐶𝑝 (𝑇−𝑇𝑖0 )+[−∆𝐻
𝑑𝑇 𝑅𝑥𝑛 (𝑇)](−𝑟𝐴 𝑉)
= ∑ 𝑁𝑖 𝐶𝑝
𝑑𝑡 𝑖
̇
∑ 𝐹𝑖0 𝐶𝑝 (𝑇−𝑇𝑖0 )+[−∆𝐻
𝑑𝑇 𝑅𝑥𝑛 (𝑇)](−𝑟𝐴 𝑉)
=
𝑑𝑡 𝑁𝐴0 𝐶𝑝𝑠
85
del reactor, está alterando completamente las concentraciones iniciales de los
componentes cargados en el equipo. Estas concentraciones se encuentran
descritas en la Tabla 12. La capacidad calorífica de la solución de neutralización
para un reactor semicontinuo adiabático es.
Desglosando los flujos que ingresan continuamente al reactor, el único flujo que
ingresa al equipo es la dilución de carbonato, reemplazado en el balance
energético se obtiene la Ecuación 43.
𝐹𝑖 = 𝐶𝑖 × 𝑣𝑖
Dónde:
86
𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3
𝐹𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 0,284
𝑆
𝐹𝐻2 𝑂 = 𝐶𝐻2 𝑂 × 𝑣𝑜
𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂 𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛
𝐹𝐻2 𝑂 = 39,805 × 0,042
𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑠
𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂
𝐹𝐻2 𝑂 = 1,671
𝑆
𝑑𝑇 ̇
(157,9)(𝑇−293,15)+(−173,4)(−𝑘×𝐶𝐴 ×𝐶𝑏 ×𝑉)
=
𝑑𝑡 1158.90
Para resolver el balance molar y energético para este reactor (Ecuaciones 25, 26,
27, 28, 29, 30, 31 y 43) se hace uso del solucionador de EDO de MATLAB, las
concentraciones iniciales se expresan en la Tabla 12, inicialmente se resuelve el
sistema de ecuaciones, obteniendo la concentración de cada uno de los
componentes a través del proceso de reacción y la función de temperatura del
proceso, representados en la gráfica 12 y 13 respectivamente.
87
Gráfica 12. Concentración de los componentes del detergente autopolish en
reactor semicontinuo adiabático.
88
Gráfica 13. Comportamiento de la temperatura en reactor
semicontinuo adiabático.
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑉0 + 𝑣0 𝑡𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝐿
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 290,73 𝐿 + (0,042 ∗ 364.90𝑠)
𝑠
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 306.06 𝐿
89
Gráfica 14. Moles producidas por componente en reactor
semicontinuo adiabático.
90
Los resultados del modelo del reactor semicontinuo adiabático. Son presentados
en la Tabla 18. A partir de estos se obtiene la composición del ingrediente activo
en el detergente líquido Autopolish en la corriente 7 descrita en el diagrama de
bloques del proceso de producción para este modelo.
91
Tabla 19. Criterios de selección para reactor en la fabricación del autopolish.
Modelo de Tiempo Volumen Conversión Concentración Temperatur Activación Facilidad Equipos
Reactor de de HLAS (%) NaLAS (M) a de prematura de Adicionales
reacción producció Proceso Celloside descarga
(min) n (L) (K/°C)
Semicontinuo 17,31 306,31 99,62% 0,2615 293,15/20 No Si Si
Isotérmico
Intermitente 3,00 306,03 99,84% 0,263 304,51/31,36 Si No No
Adiabático
Semicontinuo 6,08 306,06 99,66% 0,2616 305,47/32.32 No Si No
Adiabático
Resultado 3,00 306,31 99,84% 0,2630 305,47/32.32 No Si No
Optimo
Los resultados obtenidos en la Tabla 19, permiten seleccionar el reactor semicontinuo adiabático como el reactor
más adecuado para este proceso, por las siguientes consideraciones:
Al alcanzar mayor temperatura en el proceso, la velocidad de reacción aumenta obteniendo cada vez más
producto en menor tiempo de reacción, además facilita la descarga del producto, debido a que la viscosidad del
producto se reduce a mayores temperaturas, lo que permite mayor fluidez y reducción en el tiempo de envasado.
No permite activación prematura del agente de viscosidad (Celloside), causando una reacción homogénea en
todo el equipo, evitando aglutinaciones y floculaciones que dificulten el proceso de descarga y presentación del
producto.
La incorporación del carbonato a la carga inicial del reactor es más sencilla al encontrase diluida, evitando
cambios radicales en el pH del detergente, así como el choque térmico por el calor de disolución generado por el
carbonato sólido al cargarse completamente al inicio de la reacción.
El reactor no requiere equipos adicionales, al no ser necesario mantener la temperatura del proceso constante, lo
que disminuye costos operacionales del proceso.
92
Presenta la menor generación de espuma al contener mayor selectividad en la
producción del ingrediente activo y menor producción de CO2.
𝐻 𝐷𝑎 1 𝐸 1 𝐷𝑇 𝐷𝑇 𝐷𝑎
=1 = = 𝐽= 𝑊= 𝐿=
𝐷𝑇 𝐷𝑇 3 𝐷𝑇 3 12 5 4
21 MCCABE, Warren L. “Operaciones Unitarias en ingeniería química”. Mc Graw Hill. USA. Séptima
edición.2007.
93
Conociendo el volumen del reactor, se determina la altura y diámetro del equipo,
número y diámetro de deflectores, diámetro del agitador y altura del agitador con
respecto al fondo del equipo, con base a las relaciones estándar para reactores y
agitadores extraídas de la bibliografía22 y expresadas en la Ecuación 45, estas
relacionan aseguran un mezclado homogéneo en el equipo.
𝐷𝑇2
𝑉𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 =𝜋∗ ∗𝐻
4
𝐻
=1
𝐷𝑇
𝐻2
0.3826 𝑚3 = 𝜋 ∗ ∗𝐻
4
3 4 ∗ 0.3826 𝑚 3
𝐻=√
𝜋
𝐻 = 𝐷𝑇 ≅ 0,7868 𝑚 = 78,682 𝑐𝑚
La altura y el diámetro del equipo son iguales para asegurar la estabilidad del
equipo y no ser necesario anclajes extras para evitar posibles volcamientos en la
agitación. Lo siguiente es conocer el espesor mínimo de la pared del reactor,
previamente es necesario calcular la presión interna en el fondo del reactor,
tomando como factor de seguridad un 20%. La Ecuación 47 permite calcular la
presión interna en el fondo del equipo.
𝑃 = 1,2 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻
22 Ibid.,
94
𝑘𝑔 𝑚
𝑃 = 1,2 × 996,7 3
× 9,8 2 × 0,79 𝑚
𝑚 𝑠
𝑃 = 9203,7 𝑃𝑎
𝑃×𝑅
𝜀𝑚𝑖𝑛 = +𝐶
𝑆 × 𝐸 − 0,6𝑃
Fuente: ZAMBRANO, Franco Joel Alonso.
Ingeniería básica de un planta comercial de
detergente líquido. 2010. p. 116.
Dónde:
1,3 𝑝𝑠𝑖×15,5 𝑖𝑛
𝜀𝑚𝑖𝑛 = 35000 𝑝𝑠𝑖×0,85−0,6(1,3 𝑝𝑠𝑖) + 0,0625
1,3 𝑝𝑠𝑖×15,5 𝑖𝑛
𝜀𝑚𝑖𝑛 = 35000 𝑝𝑠𝑖×0,85−0,6(1,3 𝑝𝑠𝑖) + 0,0625
𝜀𝑚𝑖𝑛 = 0,063 𝑖𝑛 ≅ 1,61 𝑚𝑚
23 Ibid., p. 153.
95
𝐷𝑎 1
=
𝐷𝑇 3
𝐷
𝐷𝑎 = 3𝑅
0,7868 𝑚
𝐷𝑎 = 3
𝐷𝑎 = 0,2623 𝑚
𝐸 1
=
𝐷𝑇 3
𝐷𝑅
𝐸=
3
0,7868 𝑚
𝐸= 3
𝐸 = 0,2623 𝑚
𝑄 = 𝐴 × 𝑉𝑏
𝑄
𝑁=
𝐷𝑎3 × 𝑁𝑄
96
Donde NQ es el número de mezcla, que se obtiene a partir de la relación D a/DT de
la bibliografía para este caso su valor es de 0,6424.
0,0583 𝑚3 /𝑠
𝑁=
(0,2623 𝑚)3 × 0,64
𝑁 = 5,0533 𝑠 −1
𝑘𝑔
(0,2623 𝑚)2 × 5,0533 𝑠 −1 × 999,67
𝑁𝑅𝑒 = 𝑚3
𝐾𝑔
0,3158 𝑚 ∙ 𝑠
𝑁𝑅𝑒 = 1097,3
Con el valor del número de Reynolds obtenido podemos concluir que hay un flujo
laminar en el área de contacto del agitador con el fluido25. Al presentarse un 𝑁𝑅𝑒 >
600 no es necesario una corrección en el diámetro del agitador.
24 Ibid., p. 154.
25 MOTT, Robert L. Mecánica de Fluidos, Pearson educación. México. Quinta Edición.2006.p. 230.
97
Tabla 20. Criterios de selección placas deflectoras
para reactores.
Volumen Viscosidad Deflectores
(Gal) (cps)
<1000 <2500 4 a 90°, ancho: DT/12
<1000 >2500 No son necesarios
>1000 <5000 4 a 90°, ancho: DT/12
>1000 >5000 No son necesarios
Fuente: ZAMBRANO, Franco Joel Alonso. Ingeniería básica de
una planta comercial de detergente líquido. Universidad Simón
Bolívar,Sartenejas.2010. p. 154.
Debido a que el reactor tiene una capacidad menor a 1000 gal y la viscosidad del
fluido es de 315,75 cps, se cumple el primer criterio de la tabla anterior, por lo
tanto es necesario la incorporación de 4 deflectores distribuido cada 90° en el
interior del reactor, el alto de los deflectores es proporcional a la altura del tanque,
El ancho de los deflectores J a partir de la Ecuación 45.
𝐷𝑇
𝐽=
12
0,7868 𝑚
𝐽=
12
𝐽 = 0,0655 𝑚
Evitar que toda la masa del fluido, gire alrededor del eje como un todo.
Evitar el vórtice que puede dañar el agitador e introducir aire en el producto.
Conseguir una agitación correcta.
𝐷𝑇
𝑊=
5
0,2623 𝑚
𝑊=
5
𝑊 = 0,0525 𝑚
𝐷𝑎
𝐿=
4
0,2623 𝑚
𝐿=
4
𝐿 = 0,0656 𝑚
98
Con los datos obtenidos es posible calcular la potencia requerida, aplicando la
Ecuación 52, Esta ecuación relaciona la potencia del impulsor con respecto al
número de Reynolds que modela las características del fluido y un número de
potencia (Np) que se obtiene con base a la geometría del impulsor. Previamente
en necesario conocer este número de potencia que se extrae de la Gráfica 16.
Donde se relaciona la Potencia para la agitación de impulsores sumergidos en
líquidos26.
Las curvas corresponden a los impulsores (a) marinos, (b) turbinas de hoja plana
(c) turbinas de disco de hoja plana con y sin superficie gas / líquido, (d) turbinas de
hoja curva, (e) turbinas de hojas fijas, (g) turbinas de hojas planas, sin mamparas,
sin interfase gas / líquido, sin vórtices.
𝑃𝑜 = 𝜌 × 𝑁 3 × 𝐷𝑇5 × 𝑁𝑝
99
El Número de potencia para una turbina de hojas planas y un NRe=1097,3 es
aproximadamente de 4. La potencia requerida del agitador es:
100
Figura 27. Esquema dimensional del reactor.
101
Gráfica 17. Comportamiento de la temperatura de operación.
102
4. DISTRIBUCIÓN DE ÁREA DE PRODUCCIÓN PARA LA INTEGRACIÓN DEL
REACTOR
103
Zona 5. Área de envasado y etiquetado del producto.
104
para transportar los insumos de la zona 2 a la 5 Esto aumenta el riesgo de
accidentes al transportar los envases que ocupan grandes volúmenes a través de
la zona de fabricación.
105
Figura 29. Planta de producción propuesta para Produquim Ltda.
106
Cuadro 3. Matriz de compatibilidad de materias primas.
107
fraccionadas a la nueva zona de fabricación y reduce riesgos de contaminación
cruzada.
108
5. ANÁLISIS FINANCIERO
Hace referencia a la inversión inicial que una compañía debe realizar con el
objetivo de mejorar sus bienes y/o activos, como lo pueden ser maquinaria,
inmuebles, fábricas, herramientas y equipos los cuales le generan beneficios.
109
Tabla 23. Inversión para implementar el equipo reactor – COP.
Descripción de inversión Inversión en COP
Reactor con aislamiento térmico 4’060.000
Motoreductor 4 HP del reactor 2’088.000
Sistemas eléctricos 174.000
Instalación del equipo 300.000
Traslado del equipo 50.000
Instalación red doméstica de aguas residuales 200.000
Adecuación área de producción 1’980.000
Inversión Total 8’852.000
Tabla 24. Costos de inversión para la implementación del equipo reactor para
la producción de detergente líquido.
Período (Año) Inversión total
0 8’852.000
Para determinar el costo de los materiales se debe multiplicar el costo por litro el
cual tiene un valor 728,90 pesos por los 4.896 litros de detergente a fabricar al
mes.
110
Tabla 25. Costos de operación actuales mensuales asociados a la fabricación del
producto.
Descripción de costo Costo en COP
Materiales 3’568.686
Mantenimiento 213.605
Neutralización 94.584
Mano de obra 331.218
Gastos generales 966.300
Costo total de operación actual 5’174.393
111
Luego de presentar los costos mensuales de operación para la fabricación del
producto con la implementación del proyecto, a continuación en la Tabla 28 se
ilustran los costos anuales de operación los cuales se determinan como se
presenta en la sección 6.2, a partir de la multiplicación del costo mensual actual
por los 12 meses del año, para los siguientes cuatro períodos, con base a un
porcentaje de incremento del 5% en el costo de operación.
5.4.1 Valor Presente Neto (VPN). “Es el equivalente en pesos ($) actuales de
todos los ingresos y egresos, presentes y futuros, que constituyen el proyecto” 27.
El Valor Presente Neto se calcula con la Ecuación 53 presentada a continuación.
Dónde:
112
descontar el monto capitalizado de interés del total de ingresos a percibir en el
futuro.
Cuando el VPN es mayor a cero indica que el proyecto es viable debido que a
pesos de hoy los ahorros son mayores que los egresos, cuando es menor a cero
indica que los ingresos son menores que los egresos lo cual indica que el proyecto
no se debe realizar, finalmente cuando el VPN es igual a cero indica que los
ingresos son iguales a los egresos y financieramente le es indiferente al
inversionista.
Para calcular el Valor Presente Neto (VPN) de este proyecto se estableció una
Tasa de Interés de Oportunidad (TIO) del 11% la cual es empleada en los
proyectos de inversión de la compañía, como se mencionó al inicio del capítulo, se
utiliza como unidad monetaria corriente pesos Colombianos y un tiempo de validez
de cinco años.
5.4.1.1 Valor Presente Neto para la implementación del equipo reactor para
una línea de producción independiente de detergente. En la Figura 30 se
presentan los flujos de efectivo para los costos actuales de operación y en la
Figura 31 ilustran los costos con la implementación de este proyecto a lo largo de
cinco años.
113
Figura 31. Flujo de efectivo para la implementación del proyecto.
En la Figura 32, se pueden observar los flujos de caja netos los cuales son
obtenidos a partir de la resta de los de flujos de efectivo presentados en las
Figuras 30 y 31; de igual manera se presenta la operación matemática
desarrollada y el resultado obtenido en cada período evaluado y por último el valor
presente neto para este proyecto.
𝑉𝑃𝑁 (11%) = −8′ 852.000 + (2′ 327.480) + (2′ 201.671) + (2′ 082.662) +
(1′970.086) + (1′863.594)
𝑉𝑃𝑁 (11%) = 1′ 593.493 𝐶𝑂𝑃
114
El valor presente neto calculado para la implementación del equipo reactor para
una línea de producción independiente de detergente corresponde al valor de
1’593.493 COP.
5.4.2 Tasa Interna de Retorno (TIR). “Es la tasa de interés, que hace que el valor
actual de los flujos de ingresos sea igual al valor actual de los flujos de egresos”28.
Dónde:
115
𝑉𝑃𝑁 (17%) = − 8′ 852.000 + (2′ 583.503) ∗ (1 + 0,17)−1 + (2′712.679)
∗ (1 + 0,17)−2 + (2′848.313) ∗ (1 + 0,17)−3 + (2′ 990.729)
∗ (1 + 0,17)−4 + (3′140.265) ∗ (1 + 0,17)−5
De acuerdo a los resultados obtenidos se puede observar que entre 17 y 18% hay
un cambio de signo en el Valor Presente Neto, por lo que la Tasa Interna de
Retorno (TIR) se encuentra entre estos valores. La Tabla 29 ilustra los cálculos
realizados para determinar la tasa interna de retorno para el proyecto.
116
Tabla 29. Tasa Interna de Retorno (TIR) para la implementación del equipo
reactor para una línea de producción independiente de detergente.
Tasa de Interés de Oportunidad (TIO) (%) VPN
17,000000000000000000 144.486
17,500000000000000000 38.445
17,625000000000000000 12.250
17,656250000000000000 5.720
17,671875000000000000 2.459
17,679687500000000000 828
17,683593750000000000 13
17,683654785156250000 1
17,683658599853515625 0
17,683662414550781250 -1
17,683670043945312500 -2
17,683685302734375000 -6
17,683715820312500000 -12
17,683837890625000000 -37
17,684082031250000000 -88
17,684570312500000000 -190
17,685546875000000000 -394
17,687500000000000000 -801
17,750000000000000000 -13.821
18,000000000000000000 -65.592
117
6. CONCLUSIONES
118
inversión, recuperándose completamente en un periodo de 3 años y 3 meses de
los ahorros obtenidos anualmente por su aplicación.
119
7. RECOMENDACIONES
120
BIBLIOGRAFÍA
JUNGERMAN, E., Cationic Surfactants, Marcel Dekker, Inc., New York, 1970.
121
MASSOL, Arturo, Manual De Ecología Microbiana, Departamento de Biología,
Universidad de Mayagüez.1998.
SCHICK, M. 1., Nonionic Surfactants, Vol. I, Marcel Dekker, Inc., New York, 1987.
122
ANEXOS
123
ANEXO A
124
ANEXO B
125
ANEXO C
126
Figura 1. (Continuación).
127
Figura 1. (Continuación).
Figura 1. Continuación.
128
Figura 1. (Continuación).
129
Figura 2. Ficha técnica carbonato de sodio ligero.
130
Figura 2. (Continuación).
Figura 2. (Continuación).
131
Figura 2. (Continuación).
132
Figura 2. (Continuación).
Figura 2. (Continuación).
133
ANEXO D
134
ANEXO E
135
Código:
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
PROCESO: GESTIÓN DE BIBLIOTECA Versión 0
Autorización para Publicación en el Repositorio Digital
Julio - 2016
Institucional – Lumieres
Yo Juan Sebastián Bonilla Martínez en calidad de titular de la obra Dimensionamiento de un reactor para la
producción del detergente líquido Autopolish a nivel industrial en la empresa Produquim ltda, elaborada en el año
2015, autorizo al Sistema de Bibliotecas de la Fundación Universidad América para que incluya una copia, indexe y
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Rosa Miranda
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
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Resumen:
Las calderas son dispositivos que sirven para generar energía térmica mediante la
transformación de la energía contenida en distintos combustibles por medio de la
combustión. Estas son diseñadas para transmitir el calor obtenido por un
combustible a un fluido (generalmente agua) con el fin de producir vapor, el cual se
usará como una sustancia de trabajo en otros dispositivos o sistemas. Debido al
crecimiento y demanda industrial que se ha generado en los últimos años, las
calderas son utilizadas en muchos procesos industriales como en la producción de
alimentos y bebidas, así como en plantas industriales para la generación de energía
eléctrica y en hospitales para la esterilización de material médico. Tienen una amplia
clasificación (dependiendo de distintos autores) y su funcionamiento implica los tres
mecanismos de transferencia de calor existentes.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
MARCO TEÓRICO.................................................................................................. 1
CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS: ........................................................................... 1
En función a la posición relativa entre el fluido a calentar y los gases de
combustión: ...................................................................................................... 1
USOS EN LA INDUSTRIA: .......................................................................................... 4
COMPONENTES DE UNA CALDERA:............................................................................ 5
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS CALDERAS:................................. 6
a) Conducción: ............................................................................................... 6
b) Convección:................................................................................................ 6
c) Radiación: .................................................................................................. 7
CONCLUSIONES ................................................................................................... 7
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 8
REFERENCIA DE IMÁGENES Y TABLAS ............................................................ 8
INTRODUCCIÓN
En la industria una caldera o generador de vapor es un recipiente metálico, cerrado,
dotado de una fuente de calor donde se calienta o se hace hervir el agua. En
términos generales, una caldera es un intercambiador de calor que aprovecha el
calor que se produce al quemar un combustible, ya se sólido, líquido e incluso
gaseoso, donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma
en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor de
un fluido (principalmente agua), esto se logra mediante la acción del calor a una
temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica.
De acuerdo con Cusme y Valencia (2014):
MARCO TEÓRICO
Clasificación de las calderas:
En función a la posición relativa entre el fluido a calentar y los gases de combustión:
Página | 1
longitudinal, de acuerdo con Lapido, Vidal y Madrigal (2015):
“A medida que aumenta el número de tubos de humos, así como la
cantidad de pasos, aumenta el intercambio de calor, lo cual disminuye
la temperatura de los gases a la salida del generador de vapor, y, por
consiguiente, se incrementa el rendimiento. No obstante, tiene la
desventaja de que aumenta la caída de presión por el lado de los
gases” (p.12).
Las calderas pirotubulares se componen por un hogar o tubo central, tubos
de humo o fluses, placas, casco o carcasa, una cámara de agua y una
cámara de vapor
Página | 2
A continuación, se muestra una tabla comparativa realizada por el Dr. Eberhard
Franz (2013) donde se muestran las diferencias entre una caldera de tipo pirotubular
y una caldera acuotubular:
Tabla 1: Tabla comparativa entre una caldera pirotubular y una caldera acuotubular
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En base a lo que plantea Shield (1987) y de acuerdo con esta investigación las
calderas se pueden clasificar de la siguiente manera:
• En base a su uso: Las características de este tipo de calderas varía en
función del servicio que prestan, estas pueden ser estacionarias (instaladas
en tierra) que se utilizan principalmente para la calefacción en edificios y
como plantas de vapor en procesos industriales y centrales termoeléctricas
o móviles (para navíos y locomotoras), estas se utilizan en campos petroleros
y aserraderos, así como en obras de construcción.
• En base a la presión:
El código de calderas ASME contempla las siguientes calderas:
a) Calderas de calefacción de baja presión, comprenden todas las calderas
de vapor con una presión permisible menor a 1.05 kg/cm2 y calderas para
agua caliente con una presión máxima de 11.25 kg/cm2 y cuyas
temperaturas no sobrepasan los 121°C.
b) Calderas para generación de fuerza, se contemplan todas aquellas
calderas que sobrepasan los 1.05 kg/cm2 y los 11.25 kg/cm2 de las
calderas de vapor y para agua caliente respectivamente.
c) Calderas miniatura, son todos aquellos tanques de presión sometidos a
fuego, que no exceden un diámetro interior del casco de 406 mm, un
volumen máximo de 0.141 m3 (excluyendo la cubierta y el aislamiento),
una superficie de calefacción de 1.86 m2 y una presión máxima de trabajo
de 7 kg/cm2.
• De forma general: Se conocen dos tipos de calderas principalmente las
cuales son las calderas de tubos de humo, tubulares, horizontales de retorno
de fogón de caja corta, compactas, de locomotora, de tubos verticales del
tipo portátil, del tipo escocés, así como unidades residenciales. Así como
calderas de tubo de agua (acuotubulares) que pueden ser de tubos rectos y
de tubos curvados.
Usos en la industria:
A nivel industrial las calderas de vapor son utilizadas en la generación de vapor o
agua caliente para plantas de fuerza o procesos industriales, teniendo aplicaciones
en industrias como:
• La industria alimenticia: ya que la parte esencial de sus procesos está basada
en el calor para lograr la cocción o purificación de muchos de sus productos.
• La industria hospitalaria: su principal función es en la esterilización de
instrumentos. Entre más grande y más áreas de trabajo tenga el hospital es
mayor la demanda de estos equipos.
• La industria de bebidas alcohólicas: es también un gran consumidor de
equipos caloríficos de grandes dimensiones y potencia, aquí es muy común
su uso en la aceleración de la fermentación y en el proceso de cocinado de
la materia orgánica que sea la base del producto.
Página | 4
• En distintas industrias suelen utilizarse para la generación de electricidad a
través del ciclo de Rankine.
Componentes de una caldera:
• Hogar o cámara de combustión: Es en esta parte de la caldera donde se
realiza la reacción química de la combustión.
• Tambor de vapor o domo principal: Es una pieza cilíndrica, su función es la
producción de vapor, es quizá el elemento más importante de una caldera y
aloja en su interior los elementos necesarios para llevar a cabo el control
químico del agua y la calidad del vapor.
• Puerta hogar o quemador Es una pieza metálica, abisagrada, revestida
generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por
donde se echa el combustible sólido al hogar y se hacen las operaciones de
control del fuego. El quemador por su parte es el dispositivo de la caldera de
generar la llama que provocará la liberación de energía del combustible
atomizado.
• Haz de tubos: está compuesto por múltiples tubos de menor diámetro que el
hogar, por donde circulara el fluido correspondiente en base al tipo de caldera
que se trate.
• Chimenea: Es el conjunto de salida de los gases y humos de la combustión
para la atmósfera. Además, tiene como función producir el tiro necesario para
obtener una adecuada combustión.
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Mecanismos de transferencia de calor en las calderas:
De acuerdo con Cengel (2007) el calor es “una forma de energía que se puede
transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura”, este
a su vez tiene tres mecanismos de transferencia que son la conducción, la
convección y la radicación.
a) Conducción:
Es la transferencia de energía desde un punto de un material hacia otro del
mismo o un material contiguo donde las partículas más energéticas de una
sustancia hacia las menos energéticas. Este mecanismo de transferencia de
calor se describe por medio de la ley de Fourier de la conducción de calor,
expresada matemáticamente como:
𝑑𝑇
𝑄̇𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −𝑘𝐴
𝑑𝑥
Donde la k es la conductividad térmica (es una medida de la capacidad de un
material para conducir calor), A es el área de transferencia de calor, dT/dx es
el gradiente de temperatura respecto al eje x y el signo negativo asegura que
la cantidad de transferencia de calor sea positiva en la dirección x.
En una caldera la conducción ocurre en el interior de la caldera debido a la
resistencia que se produce entre las paredes de la caldera y el haz de tubos.
b) Convección:
Es la transferencia de energía entre una superficie sólida y un fluido gaseoso
o líquido, es causada por el movimiento o agitación del fluido, que fuerza a
las partículas calientes a remplazar continuamente a las enfriadas al contacto
con la superficie fría (absorbe el calor). La convección puede ser de dos tipos,
natural la cual es causada debido a las diferencias de densidad, que
provienen del diferencial de temperatura, o forzada que es causada por
medio de fuerzas mecánicas que obligan el movimiento del fluido. Este
mecanismo se expresa matemáticamente por la ley de Newton del
enfriamiento:
𝑄̇𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = ℎ𝐴𝑠 (𝑇𝑠 − 𝑇∞ )
Donde h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, A s es el
área superficial donde tiene lugar la transferencia de calor por convección, T s
es la temperatura de la superficie y 𝑇∞ es la temperatura del fluido
suficientemente alejado de la superficie.
En una caldera la convección se lleva a cabo en la zona de convección,
compuesta por deflectores (véase ilustración 3), así como por los gases de
combustión hacia el agua alrededor del haz de tubos.
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c) Radiación:
Es la transferencia directa de calor en forma de energía radiante, este tipo de
energía es emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas o
fotones, procedente de la incandescencia del combustible o de las flamas
luminosas y de los refractarios, a los tubos o al cuerpo de la caldera. Se
expresa matemáticamente mediante la ley de Stefan-Boltzmann como:
𝑄̇𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎,𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝐴𝑠 𝑇𝑠 4
Donde σ es la constante de Stefan-Boltzmann la cual es igual a 5.67×10 8
W/m2·K4, As es la superficie donde se lleva a cabo la radiación y Ts es la
temperatura de la superficie. La superficie idealizada que emite radiación a
esta razón máxima se llama cuerpo negro y la radiación emitida por éste es
la radiación del cuerpo negro. La radiación emitida por todas las superficies
reales es menor que la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura
y se expresa como:
𝑄̇𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎,𝑚𝑎𝑥 = 𝜀𝜎𝐴𝑠 𝑇𝑠 4
CONCLUSIONES
El estudio de los principios básicos de la transferencia de calor es un requisito
indispensable al momento de utilizar equipos para un proceso, como es el caso del
estudio de los mecanismos de conducción, convección y radiación en las calderas.
A lo largo de esta investigación se abordó la clasificación de las calderas o
generadores de vapor las cuales constan de diferentes características que permiten
un amplio uso dentro de la industria, usualmente se utilizan como generadores de
energía eléctrica y como calentadores de fluidos (como es el caso de su aplicación
en la industria petrolera). Dependiendo de la clasificación serán los componentes
de estos equipos, sin embargo, independientemente de la clasificación estos
equipos constan básicamente de una cámara de combustión donde se lleva a cabo
la radiación, un tambor de vapor, un quemador, un haz de tubos, donde se produce
el mecanismo de conducción, así como el de convección, una chimenea y
deflectores, donde se lleva a cabo la convección.
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BIBLIOGRAFÍA
Abarca, P. (s.f.). Descripción de calderas y generadores de vapor. ACHS. Recuperado de:
http://www.achs.cl/portal/trabajadores/Capacitacion/CentrodeFichas/Documents/descripci
on-de-caldera-y-generadores-de-vapor.pdf.
Cusme, G. & Valencia, G. (2014). “MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN
DE VAPOR DEL LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS DE LA ESCUELA DE
INGENIERÍA QUÍMICA, DE LA FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y
QUÍMICAS, DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ”. Universidad Técnica de
Manabí. Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas. Ecuador.
Franz, D. (s.f.). Comparativa de caldera pirotubular y caldera acuotubular. Alemania.
Recuperado de: https://www.bosch-industrial.com/files/fb013_sp.pdf
Güiza, R. & Rangel, V. (2017). Metodología para determinar la eficiencia energética de
calderas de baja potencia. Jóvenes en la ciencia. Revista de divulgación científica, 3(2), pp.
2628-2634.
Rodríguez, G. (2000). Operación de calderas industriales. Tratado práctico operacional.
Colombia: Ecoe ediciones.
Shield, C. (1987). Calderas. Tipos, características y funciones. México: Compañía Editorial
Continental.
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Preparado por:
Pedro Abarca Bahamondes
Revisado por:
Walter Dümmer Oswald
DESCRIPCION DE CALDERAS
Y GENERADORES DE VAPOR
1. INTRODUCCION 3
2. DEFINICIONES 3
2.1. CALDERA 3
2.2. GENERADOR DE VAPOR 3
3. OBJETIVO 4
4. FUNCIONAMIENTO 4
5. CLASIFICACION 5
6. CALDERAS DIVERSAS 6
6.1 CALDERAS CON TUBOS MULTIPLES DE HUMO 8
6.2. CALDERAS CON TUBOS MULTIPLES
DE AGUA (ACUOTUBULAR) 10
2. DEFINICIONES
2.1. CALDERA
El decreto Nº 48/84 define caldera como un recipiente metálico en el que
se genera vapor a presión mediante la acción del calor.
3
3. OBJETIVO
Las calderas o generadores de vapor son dispositivos cuyo objetivo es:
4. FUNCIONAMIENTO
Funcionan mediante la transferencia de calor, producido generalmente al
quemarse un combustible, el que se le entrega al agua contenida o que
circula dentro de un recipiente metálico.
INTERIOR
EXTERIOR
b) Zona de tubos:
Es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos)
transfieren calor al agua principalmente por convección (gases - agua).
Está constituida por tubos dentro de los cuales pueden circular los
humos o el agua.
4
5. CLASIFICACION
La clasificación general de las calderas, de acuerdo al mayor uso en nuestro
país, sería la siguiente:
1. Atendiendo a su posición:
a) Horizontales
b) Verticales
2. Atendiendo a su instalación:
a) Fija o estacionaria
b) Móviles o portátiles
5
7. Con respecto al volumen de agua que contienen en relación con
su superficie de calefacción:
a) De gran volumen de agua (más de 150 Ltrs. x m2 de superficie de
calefacción SC)
b) De mediano volumen de agua (entre 70 y 150 Ltrs. x m2 de SC)
c) De pequeño volumen de agua (menos de 70 Ltrs. x m2 de SC)
8. Según su utilización:
a) De vapor
b) De agua caliente
6. CALDERAS DIVERSAS
Todas las calderas pueden clasificarse según las características mencionadas
en el punto anterior. Cada fabricante ha tomado o seleccionado algunos
de estos aspectos, creando tipos de calderas que se han llegado a popularizar
en el ambiente industrial. A continuación damos una breve descripción de
las que son más comunes:
6
a) CALDERAS DEL TIPO PAQUETE
Es una unidad autocontenida, que se instala con rapidez, ya que va
montada sobre una armazón de acero estructura, lista para su colocación
sobre una base sencilla de concreto.
b) CALDERAS ESCOCESAS
Es probablemente la más popular y la que más se fabrica como unidad
generadora de fuerza. Algunas de sus características son: del tipo
horizontal, con tubos múltiples de humo, de hogar interior, de uno o más
pasos y que puede quemar combustible sólido, líquido o gaseoso. Son,
además, económicas, ocupan un mínimo material refractario y su
instalación es sencilla.
c) CALDERAS MARINAS
Son calderas para la propulsión de barcos de guerra.
Algunas de sus características son:
- Gran eficiencia y mínimo tamaño y peso.
- Diseño y formas especiales.
- Gran seguridad del servicio.
- Manejo sencillo.
- Máxima accesibilidad.
- Gran flexibilidad a las demandas de vapor.
d) CALDERAS RESIDENCIALES
Se presentan en gran variedad de formas y diseños, de los cuales la
mayoría son para proporcionar agua caliente.
e) CALDERAS CONTINUAS
En estas calderas el agua de alimentación es forzada a través de los
tubos, en cuyo trayecto cambia de estado convirtiéndose en vapor.
7
f) CALDERAS TIPO EXPRESS
Son unidades capaces de levantar vapor rápidamente y a gran presión.
El nombre “express” proviene de estas características.
8
Se encuentran en este grupo de calderas los locomóviles y las locomotoras
que se caracterizan principalmente por ser de mediano volumen de agua,
tiraje forzado y cuentan con tres partes bien definidas:
a) Una caja de fuego donde va montado el hogar; esta caja puede ser de
sección rectangular o cilíndrica; es de doble pared, por lo que el hogar
queda rodeado de una masa de agua. Debido a esta doble pared las
planchas tienen que reforzarse con tirantes o estayes (pernos o refuerzos
con un orificio central para detectar filtraciones cuando se cortan por
corrosiones o exceso de tensiones).
VENTAJAS
- Menor costo inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación
con las acuotubulares de igual capacidad.
- Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite
absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda de vapor.
- Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación, porque las
incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de
atacar y son eliminadas por las purgas.
- Facilidad de inspección, reparación y limpieza.
9
DESVENTAJAS
- Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.
- Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
- Gran peligro en caso de explosión o ruptura, debido al gran volumen
de agua almacenado.
- No son empleadas para altas presiones.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Supóngase que la figura Nº1 representa una caldera con un solo tubo de
agua. Sólo una rama del tubo se calienta, ya que la otra se encuentra
protegida por una pantalla aisladora.
10
En la rama izquierda, el calor calienta el agua, generando vapor y haciendo
que ambos (agua y vapor) se muevan hacia arriba.
VAPOR
MEZCLA
AGUA-VAPOR
CALOR
AGUA
DEFLECTOR
11
VENTAJAS
- Menor peso por unidad de potencia generada.
- Por tener pequeño volumen de agua en relación a su capacidad de
evaporación, puede ser puesta en marcha rápidamente.
- Mayor seguridad para altas presiones.
- Mayor eficiencia.
- Son inexplosivas.
DESVENTAJAS
- Su costo es mayor.
- Deben ser alimentadas con agua de gran pureza, ya que las
incrustaciones en el interior de los tubos son, a veces, inaccesibles y
pueden provocar roturas de los mismos.
- Debido al pequeño volumen de agua, le es más difícil ajustarse a las
grandes variaciones del consumo de vapor, siendo necesario trabajarlas
a mayor presión que la necesaria en las industrias.
7. COMPORTAMIENTO DE
LAS CALDERAS
El comportamiento de una caldera puede expresarse en función de los
kilogramos de vapor producido por metro cuadrado de superficie de
calefacción y por hora (coeficiente de evaporación). Esta producción de
vapor se ha ido elevando en los tiempos modernos.
12
Algunas de estas características se ven en la tabla adjunta
1. HOGAR O FOGON
Es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también
con el nombre de Cámara de Combustión.
13
Los hogares se pueden clasificar en:
a) Según su ubicación.
- Hogar exterior.
- Hogar interior.
b) Según el tipo de combustible.
- Hogar para combustible sólido.
- Hogar para combustible gaseoso.
C) Según su construcción.
- Hogar liso.
- Hogar corrugado.
Esta clasificación rige solamente cuando el hogar de la caldera lo componen
uno o más tubos a los cuales se les da el nombre de “Tubo Hogar”.
2. PUERTA HOGAR
Es una pieza metálica, abisagrada, revestida generalmente en su interior
con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se echa el combustible
sólido al hogar y se hacen las operaciones de control del fuego.
3. EMPARRILLADO
Son piezas metálicas en forma de rejas, generalmente rectangulares
o trapezoidales, que van en el interior del fogón y que sirven de soporte
al combustible sólido. Debido a la forma de reja que tienen, permiten
el paso del Aire Primario que sirve para que se produzca la combustión.
Algunos diseños de parrillas permiten que por su interior pase agua para
refrigerarla y evitar recalentamientos.
14
b) Tipos de parrilla:
- Según su instalación:
+ Fijas o estacionarias: Son aquellas que no se muevan durante el
trabajo.
+ Móviles o rotativas: Son aquellas que van girando o avanzando
mientras se quema el combustible.
- Según su posición:
- Horizontales
- Inclinadas
- Escalonadas.
4. CENICERO
Es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las
cenizas que caen de ésta. Los residuos acumulados deben retirarse
periódicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la
combustión.
En algunas calderas el cenicero es un depósito de agua.
6. ALTAR
Es un pequeño muro de ladrillo, refractario, ubicado en el hogar, en el
extremo opuesto a la puerta del fogón y al final de la parrilla, debiendo
sobrepasar a ésta en aproximadamente 30 cm.
Los objetivos del altar son:
- Impedir que caigan de la parrilla residuos o partículas de combustible.
- Ofrecer resistencia a las llamas y gases para que éstos se distribuyan
en forma pareja a lo ancho de la parrilla y lograr en esta forma una
combustión completa.
- Poner resistencia a los gases calientes en su trayecto hacia la
chimenea. Con esto se logra que entreguen todo su calor y salgan
a la temperatura adecuada.
15
7. MAMPOSTERIA
Se llama mamposteria a la construcción de ladrillos refractarios o
comunes que tienen como objeto:
a) Cubrir la caldera para evitar pérdidas de calor.
b) Guiar los gases y humos calientes en su recorrido.
8. CONDUCTOS DE HUMO
Son los espacios por los cuales circulan los humos y gases calientes
de la combustión. De esta forma, se aprovecha el calor entregado por
estos para calentar el agua y/o producir vapor.
9. CAJA DE HUMO
Corresponde al espacio de la caldera en el cual se juntan los humos y
gases, después de haber entregado su calor y antes de salir por la
chimenea.
10. CHIMENEA
Es el conjunto de salida de los gases y humos de la combustión para
la atmósfera. Además tiene como función producir el tiro necesario para
obtener una adecuada combustión.
16
1 2 . TA PA S D E R E G I S T R O O P U E R TA S D E I N S P E C C I O N
Son aberturas que permiten inspeccionar, limpiar y reparar la caldera.
Existen dos tipos, dependiendo de su tamaño:
- Las puertas hombre
- Las tapas de registro.
Las tapas de registro, por ser de menor tamaño, permiten sólo el paso
de un brazo.
Mientras más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser
el volumen de esta cámara.
17
16. CAMARA DE ALIMENTACION DE AGUA
Es el espacio comprendido entre los niveles máximo y mínimo de agua.
Durante el funcionamiento de la cámara, se encuentra ocupada por
agua y/o vapor, según sea donde se encuentre el nivel de agua.
CAMARA DE
VAPOR
CAMARA DE
ALIMENTACION DE AGUA
CAMARA DE
AGUA
18
CALDERA CLEAVER-BROOKS, DE CUATRO PASOS, PIROTUBULAR
CONTROLES DE
SEGURIDAD
CHARNELA
TAPA POSTERIOR
PIROTUBOS
VENTILADOR
DEL TIRO FORZADO
19
CALDERA ERIC CITY ACUOPIROTUBULAR
CHIMENEA
PIROTUBOS
DE 3 PULGADAS
ACUOTUBOS
PIROTUBOS DE
4 PULGADAS
HOGAR
MECANICO
TUBOS DE
CIRCULACION
COLECTOR
20
CALDERAS ESCOCESAS
FLUJO DE LOS GASES DE COMBUSTION
CABEZAL POSTERIOR ENFRIADO POR AGUA, HOGAR POSTERIOR SECO, DE DOS RETORNOS,
DE DOS RETORNOS,COMBUSTION DE ACEITE O GAS FOGON CORRUGADO,COMBUSTION DE ACEITE O GAS
DE TAPA ENFRIADA POR AGUA, DOS RETORNOS, HOGAR POSTERIOR SECO, DE DOS RETORNOS,
COMBUSTION DE ACEITE O GAS COMBUSTION DE ACEITE O GAS
SEGUNDO RETORNO
TERCER RETORNO
PRIMER RETORNO
PRIMER RETORNO
SEGUNDO RETORNO
TERCER RETORNO
HOGAR POSTERIOR SECO, DE TRES RETORNOS, HOGAR POSTERIOR SECO, DE TRES RETORNOS,
COMBUSTION DE ACEITE O GAS COMBUSTION DE ACEITE O GAS
21
CIRCULACION DEL AGUA EN
LA CALDERA ESCOCESA
TUBO DE
FUEGO
(FOGON)
AGUA DE
ALIMENTACION
LODOS
PURGA
22
CALDERA LA MONT
ELEMENTOS DEL
ECONOMIZADOR ELEMENTOS DEL
EVAPORADOR
SALIDA DE GASES
ELEMENTOS DEL
EVAPORADOR
ELEMENTOS DEL
SUPERCALENTADOR
ENTRADA
DE GASES
BOMBAS DE CIRCULACION
23
CALDERA LA MONT
ENTRADA
DEL AGUA
DE ALIMENTACION
GASES DE LA COMBUSTION
AL CALENTADOR DE AIRE
R
ADO
CABEZAL
O MIZ CABEZAL
N
ECO
SALIDA
DEL VAPOR
R
DO
LE NTA
E RCA
SUP
O
ARI
E CUND ION)
S CC
OR NVE
N E RAD E CO
GE ONA D
(Z
DOMO DE VAPOR
Y AGUA
O
ARI
P RIMNTE)
R
DOMO DE VAPOR DO ADIA
Y AGUA E NERAION R
G ECC
(S
CABEZAL DE
DISTRIBUCION
24
REACTOR PARA PRODUCTOS QUÍMICOS
2. Tanque de reactor de acero inoxidable AISI 316L para revestimiento interno, sin
revestimiento interno, con capacidad para
220L equipado con mezclador accionado por motor reductor;
3. Tanque provisto de salida para descarga con válvula de bola de acero inoxidable;
8. Sistema de calefacción estilo "Bain-Marie", se puede usar agua para calefacción, sistema
eléctrico con resistencia 02 con calentamiento de hasta 95º;
· Acabado: pulido.
Reactor o marmita clase GMP en Acero inoxidable 316 acabado espejo por dentro y por fuera
,chaqueta eléctrica con dos bancos de resistencias y agitación con tablero de control de
temperatura y agitación , botón de paro de emergencia y equipo nuevo con mirillas para
inspección en vidrio templado , luz interior para observación del producto , con ruedas de
transporte , 4 bocas adicionales en la tapa , filtro de aire , desfogue en el fondo a 2, consume
2 kW por hora , soporta 1 atmosfera de presión 350°c y tiene termopar de control de
temperatura programable
REACTOR DE FUSIÓN EN CALIENTE DE REACTORES DE
ALTA VISCOSIDAD
Cantidad Mínima / Precio FOB de Referencia
1 Pieza US $ 2.000,00 Equivalen a 8.239.604 pesos
colombianos
Puerto: Guangzhou,
China
Información Básica
No. de Modelo.
JZ
Tipo de mezclador
Agitador
Trabajo
Mezclador de Alta Velocidad
Tipo de agitación
Espiral
Aplicación
Líquidos con Sólidos en Suspensión, Polvo, Fluido Viscoso, Líquido, Gránulos
Certificación
CE, ISO, CCC
Área de Aplicación
Química
Tipo diseño
Verticle
Capacidades adicionales
Molienda, Granulación, Revestimiento
Tipo de funcionamiento
De funcionamiento continuo
Condición
Nueva
Información Adicional
Marca
Jinzong Machinery
Embalaje
500-10000L
Origen
8479820090
Capacidad de Producción
descripción de producto
*Serie Reactor
Sistema de mezcla es el núcleo del reactor, un agitador de cutom es la clave del éxito.
Selección de agitador está relacionado con la viscosidad del material, la relación líquido-
sólido, la proporción de líquidos, sólidos serpentín interno...
LA CARACTERÍSTICA PRINCIPAL
D) Reducir el diámetro total del depósito y ser bueno para el diseño del taller
REACTOR 2.500 LITROS ACERO INOXIDABLE CON CAMISA Y
AGITACION DE SEGUNDA MANO (REF:C4420)
Descripción:
Reactor vertical fabricado en acero inoxidable con una capacidad de 2.500 litros. Montado sobre 4
patas de hierro. Fondos klopper. Con camisa y agitación. Tubuladuras y boca de hombre en el fondo
superior. Brida de descarga en el fondo inferior.
Combustible: A gas
Medios de Vapor
comunicación:
Modelo de caldera WNS0.5 WNS1 WNS2 WNS3 WNS4 WNS6 WNS8 WNS10 WNS15 WNS20
Capacidad nominal de
0.5 0.5 1 2 3 44 66 8 10 15 20
vapor (T / H)
Presión nominal de
1.0 / 1.25 / 1.6 / 2.5
vapor (Mpa)
Temperatura nominal
184/194/204/226
de vapor (ºC)
Temperatura del agua
20/104
de alimentación (ºC)
Eficiencia térmica(%) > 98
Emisión de nox (mg /
120/80/30
m3)
Temperatura del gas
<60
de escape (ºC)
Tipo de combustible Gasóleo ligero / Petróleo pesado / Gas natural / Gas licuado / Gas urbano
Gasóleo
ligero 32,5 64,6 129,3 192,9 258,2 388,6 514,6 641,7 960,1 1276,2
El consumo (kg / h)
de Gas
combustible natural
35,7 70,1 140,3 212,1 283,4 424,2 566,3 707,8 1061,7 1415,8
(Nm3 /
h)
Peso máximo de
3.5 5.5 8.0 10,7 11,6 17,5 22,5 26,8 35,2 45,5
transporte (t)
N º de Modelo.
WNS
Colocación del tambor
Caldera horizontal
Presión
Baja presión
Nivel de fabricación
UN
Estilo ardiente
Caldera de combustión de cámara
Uso
Industrial
Capacidad de vapor
1 - 20 toneladas / hora
Presión laboral
3-25 bar
Quemador
Quemador de gas o quemador de petróleo importado en euros
Características de la caldera
Parte trasera húmeda, caldera horizontal de tres pasos
Temperatura de vapor
184 -226 grados; C
Longitud
3.6-8.5 metros basado en la capacidad
Anchura
1.7-3.4 metros basados en la capacidad
Altura
2-3.8 metros basado en la capacidad
Materiales de caldera
Q245 Caldera de acero
Período de garantía
12 meses desde la fecha de puesta en servicio
Marca comercial
Caldera Yuanda
Paquete de transporte
en caja de madera de uso de exportación
Especificación
GB, SGS
Origen
Henan
Código hs
840219000
Wns Caldera de vapor de gas y petróleo con sistema automático
Combustible: A gas
Medios de Vapor
comunicación
:
3. La aplicación de una combustión totalmente cerrada hará que la sala de calderas sea
insípida, silenciosa, no contaminada, bonita y limpia.
Presión de trabajo
Mpa 1 1 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25
Eficiencia
86 86 86 88,1 87 89 89 89 91 91 91 91
térmica diseñada
Vapor principal
Mm DN40 DN65 DN65 DN80 DN100 DN150 DN150 DN150 DN200 DN200
asiento de válvula
2.2
Kw 0,55 1.11 7.5 7.5 12 37 37 45 55
Distribución de energía 2.2
Aceite ligero Kg/h 37 73 145 198 270 392 535 700 989 1318
Mazout Kg/h 40 76 157 220 304 425 570 744 1002 1336
Combustible
consu-mption
Gas ciudad Nm³ / h 88 170 350 496 675 1006 1266 1654 2288 3050
Gas natural Nm³ / h 43 85 169 251 334 385 633 827 1043 1390
2.6
L METRO 3.55 44 4.8 4.99 7 . 15 7 . 95 8.99 9.3 9.66
6
1.5
H METRO 1.99 2.55 2.66 2.77 44 4.1 4.3 4.55 4.8
5
Peso máximo
T 2.6 3.9 6.7 8.5 10 15 21 22,3 32,6 37,8
para enviar
Caldera De Vapor a Gas
Equivale a 144.056.537
US $ 35,000 pesos colombianos
Puerto: Qingdao, China
Medios de Vapor
comunicación: