memoria de cálculo sistema de ventilación

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SOLANO INGENIEROSCONTRATISTAS S.A.C.

MEMORIA DE CALCULOSISTEMA DE VENTILACION

DOCUMENTO N° 904-05-09-100-MC-001

UNION DE CERVECERIAS PERUANAS BACKUS Y JOHNSTON SSA – ATE

Fecha: Agosto 2014 Rev. 0 Página 1 de 24

INGENIERIA DETALLEAMPLIACIÓN LINEA #9 PET

MEMORIA DE CÁLCULO

SISTEMA DE VENTILACIONPREPARADO PARA:

UNION DE CERVECERIAS PERUANASBACKUS Y JOHNSTON SSA

Av. Nicolás Ayllón 4050Ate - Lima

Teléf.: 311-3000

PREPARADO POR:

SIC SAC


Calle. Juan Chavez Tuero 1205Urb. Chacra Ríos / Cercado de Lima

Teléf.: 337-5619

Lima, Agosto 2014

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MEMORIA DE CALCULOSISTEMA DE VENTILACION

DOCUMENTO N° 904-05-09-100-MC-001


Fecha: Agosto 2014 Rev. 0 Página 2 de 24

UNION DE CERVECERIAS PERUANAS BACKUS Y JOHNSTON SSA

INGENIERIA DE DETALLEAMPLIACIÓN LINEA #9 PET

PROYECTO N° 904

MEMORIA DE CÁLCULO VENTILACION

Jefe de Disciplina : Gilmer Abanto A.

Jefe de Proyecto : Victor Solano U.

Cliente : UNION DE CERVECERIAS PERUANAS BACKUS Y JOHNSTON SSA

Revisión

Hecho Por Descripción Fecha Revisado Aprobad

o

0 G. Abanto Emitido para informe final Ago. 2014 G. Abanto V. Solano

B G. Abanto Emitido para revisión del cliente Jul. 2014 G. Abanto V. Solano

A G. Abanto Emitido para interna Jul. 2014 G. Abanto V. Solano

COMENTARIOS DEL CLIENTE:

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MEMORIA DE CALCULOVENTILACION

DOCUMENTO N° 904-05-09-100-MC-001


Fecha: Julio 2014 Rev.0 Página 3 de 24

INDICE

1.0 INTRODUCCIÓN............................................................................................................42.0 ALCANCES....................................................................................................................43.0 CONDICIONES DE SITIO................................................................................................44.0 CODIGOS Y STANDARES..................................................................................................65.0 DATOS DE DISEÑO.............................................................................................................76.0 REFERENCIAS...............................................................................................................97.0 MARCOTEORICO...........................................................................................................9

7.1. VENTILACION GENERAL.......................................................................................97.2. MOVIMIENTO DE AIRE A TRAVES DE DUCTOS..............................................................107.3. PERDIDAS DE CARGA EN CONDUCTOS..............................................................107.4. CALCULO DEL CAUDAL DE RENOVACION...........................................................17

8.0 CALCULO DEL CAUDAL DE INYECCIÓN TOTAL........................................................................199.0 CALCULO DE LA CANTIDAD DE REJILLAS...............................................................................19

9.1. REJILLA DE INYECCIÓN:......................................................................................2010.0 CALCULO DE DUCTOS.......................................................................................................2011.0 RESULTADOS.............................................................................................................2112.0 CONCLUSIONES..........................................................................................................22

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Fecha: Jul. 2014 Rev.0 Página 4 de 24

1.0 INTRODUCCIÓN El objetivo de este documento es establecer los parámetros de diseño y operación de los equipos de ventilación, asimismo la selección de los equipos de ventilación mecánica para el proyecto “Ampliación de Planta de Producción LINEA PET 9” cuya ubicación es en Av. Nicolás Ayllon 4050 Ate ciudad de Lima.

2.0 ALCANCES

El trabajo se limita a diseñar el sistema de ventilación haciendo los cálculos necesarios dimensionando los elementos principales del sistema llámese inyectores, extractores, ductos, difusores, rejillas, derivaciones, cálculo de caudales y caídas de presión y finalmente seleccionar los equipos adecuados para toda la planta de producción. Las rutas del ducto principal se establecen en los planos así como los ductos de derivaciones, difusores y rejillas.

Área Planta de producción : 2,300 m2 Altura promedio : 9.5 m.

3.0 CONDICIONES DE SITIOLa ubicación y condiciones ambientales de la zona donde operarán los equipos del proyecto se muestran a continuación:

Altura sobre el nivel del Mar : 298 msnm Latitud : 12° 02' 55" S Longitud : 76° 56' 22" O

Condiciones Exteriores:

Verano Temperatura de bulbo seco : 30° C Temperatura de bulbo húmedo : 23,9° C Húmedas relativa : 60%

Condiciones Interiores:

Verano Temperatura de bulbo seco : 23º C Humedad relativa :55%(no controlada)

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FIG. N° 01-Ubicación del proyecto

TABLA N° 01-ANALISIS DE TEMPERATURAS -LIMA

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4.0 CODIGOS Y STANDARESEI diseño de los sistemas eléctricos, así como la fabricación, instalación y operación de los diferentes equipos deberá ajustarse a la última edición de las siguientes normas y reglamentos:

ASHRAE : American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers.

SMACNA : Sheet Metal & Air Conditioning Contractor's National Association.

DIN (VDI) : Deustche Industrie Normen (Verein Deutscher Ingenieure)

UL : Underwriters Laboratory, UL 916 y 864 UDTZ

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IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers. NFPA : National Fire Protection Association for HVAC 90

A/B,91, 92A y 96. ISO : International Standards Organization. RNE : Reglamento Nacional de Edificaciones (Norma

EM.030) Ley 19587 : Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo.

En la medida que igualen o superen a las normas anteriormente indicadas, también serán aceptables las siguientes:

- CNE Código Nacional Eléctrico Peruano.- DS-046-2201-EM Reglamento de seguridad e Higiene Minera.- DS-020-97-EM Norma Técnica de Calidad de Servicios Eléctricos.- RM-308-2001-EM/UME Norma Técnica de Uso de Electricidad en

Minas.- RM-263-2001-EM/UME Reglamento de Seguridad e Higiene

Ocupacional del subsector Electricidad.- RD-014-2005-EM/DGE Norma Técnica para la coordinación en Tiempo

Real de los Sistemas Interconectados.- DS-055-2010-EM Reglamento de seguridad y salud ocupacional y otras

medidas complementarias en Minería.

En caso de conflictos o contradicciones entre estas Normas y Reglamentos, se aplicará la que impone mayor rigor

5.0 DATOS DE DISEÑO Para el cálculo y diseño del sistema de ventilación mecánica de la sala llenadora de botellas se tienen los siguientes datos de diseño:

• Altura máxima de la sala : 10.9 m• Altura mínima de la sala : 7.9 m• Altura promedio de la sala : 9.5 m.• Área total de ventilación : 2,300 m2.• Tipo de partículas ambiente : 0.3 micras Ø• Numero de renovaciones por hora : 10 R/H. (ver tabla 01)

La siguiente tabla muestra los Kw térmicos de las maquinas que se instalaran en la planta de producción.

TABLA N° 02-kwtH DE MAQUINAS DE PRODUCCION.

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Waste Heat

while production

Waste Heat

while warm up oder CIPComment

0,9Line (production hall 1)stretch blow-mould.mach.1 181 kWthBottle filler 1 12 kWthCap conveyor cascade 1 2 kWthContainer labelling machine 1 24 kWthContainer dryer 1 14 kWthContainer dryer 2 14 kWthNon-returnable packer 1 25 kWthshrink tunnel 141 kWthThermal product treatment 1 3 kWthBeverage treatment techn.II 1 60 kWthProduct treatment (SET head) 2 67 kWthHMKPA 9 kWthContainer conveyor 1 9 kWthConveyor lubrication 1 kWthPack conveyor 1 14 kWthNetwork technology 2 kWthUPS line 29 kWth

604 kWth kWth during Production

Filler exterior clean.system1 kWthCIP line II 1 18 kWth

kWth 18 kWth during Cleaning

Line (production hall 2)Palletizer 1 20 kWthStretch wrapper 1 3 kWthPallet conveyor 1 5 kWthPallet labelling machine 1 kWth


External Room 1High pressure compressure 1 304 kWth


External Room 2Cooling system 55 kWth for stretch blow mould cooling


External Room 3Cooling unit 1 22 kWth for product treatment cooling


1013 kWth

18 kWth during Cleaning1013 kWth

during Production

1031 kWth

Total Waste Heat

Waste Heat Line 7020544

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6.0 REFERENCIAS

Los siguientes documentos se usaron como referencia para la elaboración del presente documento:

Plano de arreglo general de planta Plano de elevaciones y corte de planta. Tabla de datos térmicos equipos de Planta.

7.0 marcoteorico

7.1. VENTILACION GENERAL

La ventilación general tiene como objeto el mantenimiento de la pureza y de unas condiciones en el aire de un local determinado, es decir, mantener la temperatura, velocidad del aire y un nivel de polvo y/o gases dentro de los límites admisibles para preservar la salud de los trabajadores.El aire con polvo y/o gases se extrae del local, previo filtrado, mientras se introduce aire exterior para reemplazarlo.Se llama ventilación general mecánica cuando las renovaciones de aire se llevan a cabo mediante ventiladores.

7.1.1. Principios de la ventilación general.

La concepción de una instalación de ventilación general mecánica contiene una gran parte de intuición, sin embargo se pueden enumerar los siguientes principios:

- Asegurarse previamente de que la solución por ventilación localizada es

- Técnicamente imposible.- Tener en cuenta que puede aplicarse a contaminantes de baja

toxicidad, de rápida difusión, pequeños flujos de emisión y siempre que el personal laboral está alejado de los focos emisores.

- Forzar un flujo general desde las zonas limpias.- Evitar las zonas de flujo muerto.- Compensar las salidas de aire por las correspondientes entradas de

aire.- Utilizar extracción mecánica y entrada natural o ambas mecánicas- No se debe considerar una instalación de ventilación general para

resolver problemas con gran cantidad de material particulado debido a que éste presenta dificultades de difusión.

- Se debe lograr tener una presión interior menor a la exterior con la finalidad de evitar que el polvo y/o gases que se puedan producir en el

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interior de un local, se propague hacia el ambiente.

Las instalaciones de ventilación se deben diseñar, calcular, ejecutar, mantener y utilizar de forma que se obtenga una calidad del aire interior que sea aceptable para las personas, y para que se eliminen los contaminantes que se producen de manera habitual, se aporte un caudal suficiente de aire exterior y se garantice la extracción del aire viciado. En caso de incendio, además, estas instalaciones deben garantizar la extracción de los humos generados con el fin de facilitar la evacuación y las tareas de extinción.Las instalaciones (unidades de ventilación, conductos, rejas, etc.) se deben diseñar de modo que todos sus elementos sean accesibles, teniendo en cuenta las operaciones de mantenimiento que se hayan de realizar o las posibles reparaciones que puedan surgir.

7.2. MOVIMIENTO DE AIRE A TRAVES DE DUCTOS.

Para ventilar un espacio, ya sea impulsando aire o bien extrayéndolo, es habitual el uso de redes de conductos.La misión de un sistema de conductos es transportar el aire hasta el recinto a climatizar y suele estar formado por los conductos de impulsión y los de retorno Estos sistemas se clasifican en función de la velocidad y de la presión en los conductos. En función de la velocidad del aire:

• Conductos de baja velocidad : Hasta 12 m/s• Conductos de alta velocidad : A partir de 12 m/s

En función de la presión del aire en el conducto, se clasifican en baja, media y alta presión. Esta clasificación corresponde a la misma que utilizan los ventiladores.

• Baja presión : Hasta 90 mmca.• Media presión : Entre 90 y 180 mmca.• Alta presión : Entre 180 y 300 mmca

7.3. PERDIDAS DE CARGA EN CONDUCTOS.

7.3.1. Perdidas primarias

El proceso de fluir del aire por el conducto absorbe energía, ya sea debido al roce con las paredes, a los cambios de sección o a los obstáculos que puede encontrar a su paso. Esto se refleja en una pérdida de presión total en el circuito, llamada pérdida de carga.

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En función de la razón que produce la pérdida de carga, estas se pueden dividir en primarias y secundarias.

Las pérdidas primarias se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras, en el caso de tener flujo laminar, o de partículas de fluidos entre sí, cuando se tiene flujo turbulento. Estas pérdidas se producen solo en tramos de tuberías horizontales y de diámetro constante.Las pérdidas de presión que sufre el fluido debido al rozamiento con las paredes del conducto se estiman mediante la ecuación de Darcy – Weisbach.

hf=f LD2 g

V 2……… ..(1)

Donde:

f = Factor de fricción adimensionalL = Longitud de tramo del conducto [m]v = Velocidad del flujo de aire [m/s]D = Diámetro de conducto [m]

Si la sección del conducto no es circular, caso frecuente en instalaciones de ventilación, es necesario determinar antes la sección circular equivalente, esto es, aquella que presenta la misma pérdida de carga que la rectangular considerada. Puede calcularse por la fórmula de Huebscher:

De=1.3 ab5 /8

¿¿

Donde a y b son los lados del ducto rectangular.Para calcular el coeficiente de fricción, en este proyecto, utilizaremos la aproximación de Haaland, por su elevada precisión, y porque no presenta limitaciones de utilización en régimen turbulento:

1√ f

=−1.8 log10 ¿

Siendo Re el número de Reynolds:

ℜ= ρVDμ……………(4 )

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En la práctica se acostumbra a hacer uso de ábacos y tablas para calcular las perdidas primarias en ductos.

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FIG.: 02- Perdidas de presión mmca/m ducto

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Tabla N°03- Diámetro equivalente para cálculo de ductos .

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Para nuestro caso las perdidas primarias se calculan teniendo como dato el caudal de inyección calculado en la sección 8 que equivale a 48,254 m3, el diámetro equivalente se determina a partir de la relación matemática numero 2 Se consideran los siguientes valores iniciales para el ducto rectangular:

W =1400 mmH = 600 mm.

Según la relación 2 se tiene:

De = 1,007.87 mm. Entrando en la fig. se determina la caída de presión en mmca/m.

Hf/m = 0.25 mmca/m.

Sin embargo por recomendaciones prácticas de proyectistas y calculistas en el tema de refrigeración se considerara una caída de:Hf/m = R = 0.1 mmca/m. La tabla N° 05 muestra las secciones de todos los ductos por cada ramal del inyector.

Tabla N°04- Velocidades y secciones Normalizadas de ductos .

VELOCIDADES RECOMENDADAS

VELOCIDADES MAXIMAS RECOMENDADAS (m/s)

APLICACIÓN CONDUCTO PRINCIPAL

CONDUCTO DERIVADO

SUMINISTRO

RETORNO

SUMINISTRO

RETORNO

Locales inductriales 15 9 11 7.5

Dimensiones recomendadasH=100,150,200,250,300,400,500,600,800,1000,1200W=200,250,300,400,500,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,2000

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7.3.2. PERDIDAS SECUNDARIAS

Estas pérdidas de carga incluyen cualquier tipo de accidente presente en la conducción y que pueda ocasionar pérdidas de presión en el fluido que circula por la instalación.Se producen en transiciones de la tubería (estrechamientos o expansiones) y en toda clase de accesorios como válvulas o codos.Habitualmente sólo se pueden determinar de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida.

∆ P=K V2

2…………….(5)

Dónde:K = factor de forma de la singularidadV = Velocidad media del agua en la singularidad

En el Anexo 1 se encuentran las expresiones y las tablas para deducir el factor de forma en las singularidades más comunes de las redes de conductos.

En forma práctica se acostumbra a tomar las perdidas secundarias como 50% de las perdidas primarias por lo tanto para nuestro estudio podemos tomar:

Hsec= 0.5 * Hp

Hsec= 0.5* Hp

Luego; las pérdidas totales de carga para dimensionar los equipos serán de:

Ht= Hp+0.5 Hp.

Para nuestro caso las perdidas en accesorios se muestran en la tabla N°.

Tabla N°05

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Caidas de presión accesorios

Accesorioscantidad mm total (mm)

Damper 1 6 6difusor 1 1.5 1.5Filtro baja 1 8.9 8.9Filtro de media 1 16.3 16.3otros 32.7

La caída total de presión del inyector se muestra en la tabla N° 06.

Tabla N°06Caidas total de presion

CAIDA DE PRESION EN VENTILADORES

Metodo de igual Fricción

R Largo tramo Conexiones Accesor. Caida de Presión

mmca/m m m mm mmca0.1 35 14 32.7 37.6

7.4. CALCULO DEL CAUDAL DE RENOVACION

El caudal de extracción e inyección, se debe calcular en función de las renovaciones de aire por Hora, no existe un método certero para determinar cuál es el valor más adecuado. En este campo es arriesgado dar normas precisas, dado que hay muchos factores que intervienen, por lo que se debe trabajar de acuerdo a valores recomendados y a la experiencia que se tenga en procesos similares.

Se usara la siguiente relación para el cálculo del volumen total de aire a ventilar:

Qt=Vt∗NR /hr…………(6)

Dónde:

Qt = Volumen total del recinto a extraer.NR/hr = Numero de renovaciones /Hr.

Estas renovaciones dependen a la naturaleza o destino de los locales

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La tabla N° 07 muestra la cantidad de renovaciones según tipo del recinto.

TABLA N° 07-RENOVACIONES /HORA

8.0 CALCULO DEL CAUDAL DE INYECCIÓN TOTAL

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El caudal de inyección total se determinara por la siguiente relación:

Qt=Vr x Nrenovacioneshr

………(7)

Dónde:

Qt = Volumen total de aire de inyección a la planta de procesos.Nrenov/hr. = Numero de renovaciones/hr.= 10.

Vr = Volumen total del recintoVr =Área planta x altura promedio.

Vr = 2,300 m2 x 9.5 m

Vr = 21,850 m3.

Luego; el volumen total de inyección será:

Qt = 21,850*10Qt= 218,500 m3/hr.

Asumiendo un ventilador GREENHECK modelo 44-BIDW 21 de 28,396CFM (48,254 m3/hr).

Luego; la cantidad de inyectores que se necesitan se será:

N iny= 218,500 m3/hr./48,254 m3/hr. N iny = 4.58 = 5 Inyectores centrífugos.

Para los extractores se consideran tener una sobrepresión positiva a fin de evitar el ingreso de polvo, y se tomara 6 extractores de las mismas características.

9.0 CALCULO DE LA CANTIDAD DE REJILLAS.Teniendo como dato el caudal total de inyección por cada inyector de 28,396 CFM, debemos calcular la cantidad total de rejillas necesarias para la inyección de aire para la zona correspondiente a cada inyector.Teniendo en cuenta la tabla N°06 se considera lo siguiente:

9.1. REJILLA DE INYECCIÓN:

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Para el cálculo de la cantidad de rejillas de inyección debemos tener en cuenta la velocidad recomendada según la tabla N° 08

TABLA N° 08

VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA BOCAS DE INYECCION (m/ s)

Mínima Máxima7.5 7.5

APLICACIÓNAlmacenes comerciales, planta superior

Velocidad

Según la distribución de la zona se consideran 10 rejillas de inyección, luego el caudal por cada rejilla será de 4,825.4 m3/hr= 1,340 L/s.

Para nuestro caso por tema de sonido usaremos una velocidad de 4.5 m/s; Luego; se considera una rejilla de 750 x 500 mm.

Item Q Rend V A B Area DeL/s % m/s mm mm m2 mm

1 1340.0 80 4.5 750 496 0.37 688

10.0 CALCULO DE DUCTOS

Para dimensionar los ductos de aire acondicionado o simplemente ventilación existen 3 métodos:

10.1.1. Método de velocidad asumida.

Solo se emplea en sistemas simples porque como su nombre lo indica, conociendo del caudal debe asumirse la velocidad en cada tramo guiándonos de las tablas descritas.

10.1.2. Método de caída de presión constante.

Que es el más empleado para sistemas simples y complejos y como su nombre lo indica, consiste en mantener constante la caída de presión por unidad de longitud de ducto a lo largo de todos los ramales del sistema.

10.1.3. Método de recuperación estática.

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Como su nombre lo indica se consideran recuperaciones de caída de presión mediante una derivación en el ducto para que con disminución de velocidad, la presión estática suba.

Para nuestro caso emplearemos el método de caída de presión constante es decir un solo valor de caída de presión para todos los ductos principales y derivaciones.

Teniendo en cuenta lo descrito en la sección 07 se tienen los siguientes resultados para la caída de presión.

TABLA N° 09

11.0 RESULTADOS

La tabla N° 10 muestra el tipo y característica del inyector y extractor a usarse en la planta de producción.

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TABLA N°-10.

RECINTO TAG CANTIDAD CAUDAL CAUDALCAIDA DE PRESION

POTENCIA CONSUMIDA

ELECTRICIDAD RPM RUIDO

L/S m3/hr mm c.a HP V/F/Ø DECIBELES

INYECCION SALA DE PROCESOS VIC-06/07/08/09/10 5 13400 48240 39 15 380/60/3 1725 70

EXTRACCION SALA DE PROCESOS VEA-01/02/03/04/05/06 6 10500 37800 30 4 220/60/1 945 80

NOTA:VIC: VENTILADOR DE INYECCION CENTRIFUGO.VEA: VENTILADOR DE EXTRACCION AXIAL.

12.0 CONCLUSIONES

Se usaran 05 ventiladores inyectores de 48,240 m3/hr de capacidad con una altura de columna de agua de 39 mmca.

Se usaran 10 rejillas de inyección de 1340 L/s con sección de 500x750 mm con la distribución según se muestra en el plano correspondiente.

Se usaran 06 Extractores axiales con 37,800 m3/hr. de capacidad y altura de columna de agua de 30 mmca

El criterio de diseño empleado para el sistema de ventilación es de renovaciones de aire.

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