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Práctica3 - Servicios Auxiliares FINAL

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by

Héctor Ortiz

on 28 August 2013

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Transcript of Práctica3 - Servicios Auxiliares FINAL

Práctica 3 - Servicios Auxiliares
Aire
El aire tiene diversos usos en los biorreactores, dentro de los cuales podemos destacar:
Vapor
Materia en estado gaseoso.
Más comúnmente usado estado gaseoso del agua. Existen diferentes tipos de vapor de distintos elementos.

Energía Eléctrica
Sistemas eléctricos
Los componentes o aparatos eléctricos resultan imprescindibles en el mando y control de :
Motores
Compresores
Bombas
Sistemas de iluminación
Tableros de control
Alumbrado

Procedimiento Experimental
Agua de enfriamiento
El agua como servicio auxiliar se utiliza como fluido de enfriamiento para el control de la temperatura del caldo de fermentación en los biorreactores
Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria
de Biotecnología
Laboratorio de Biorreactores
Práctica 3 - Servicios Auxiliares
Profesores:
M. en C. Jonás Martínez Limón
M. en I. Agustín Altamirano Segovia
Equipo 3:
-Fernández Betancourt Marisol
-Garibay Pacheco Edgar Daniel
-Ortiz González Héctor
-Santamaría García Luis Adrián
-Trejo Vázquez Jessica Angelina

Introducción
Los servicios auxiliares necesarios
para la operación de biorreactores:
-Aire/Gases Comprimidos
-Agua de enfriamiento
-Agua para servicios varios
-Vapor de planta
-Energía eléctrica
Dotar de oxígeno al medio de cultivo
Fuerza motriz para diferentes fines
Como energía de accionamiento de controladores neumáticos
Enfriamiento para recipientes posterior a la esterilización

Fluido para el control de la temperatura del caldo de fermentación
Nunca entra en contacto con materia prima o productos (chaquetas/serpentines)
Es un servicio escaso y es necesario reutilizarla.

Agua de Torre.
Temperatura (10°C-25°C)
Torres de enfriamiento por evaporación (tamaño)
Torres atmosféricas y estanques de enfriamiento (mayor capacidad)
Desventajas
Susceptible a degradación y al + de [sales]
Más mantenimiento (químicos, cloración y purgas)

Tipos
Agua Helada
Temperatura (5°C y 10°C)
Componentes=ciclo refrigeración
En el evaporador, el refrigerante absorbe calor del agua, por lo que éste se vaporiza, se comprime, se enfría en el condensador y se recircula al evaporador , pasando por una válvula de expansión (vaporiza parcialmente). El agua se utiliza y se retorna al evaporador por la bomba de recirculación)
Tanque de expansión

Tipos
El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas.
 Al caer el agua a través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente con una temperatura menor.
El agua se enfría por transferencia de masa (evaporación), originando que la temperatura del aire y su humedad aumenten.
El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación. 
Funcionamiento de una Torre de Enfriamiento
Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de fuera, por lo tanto la contaminación  por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante.
Sistemas de Enfriamiento
Para establecer dimensiones de un sistema de enfriamiento: Flujo, intervalo de T entre agua que sale y entra.
Tuberías son de acero al carbón y cobre con un diámetro adecuado.
Sistemas de Enfriamiento
Puede ser potable y debe estar libre de sedimentos
Lavado y limpieza (B y área de P)
Agua para Servicios Varios
Esterilización
En ciertos casos se necesitará que el aire se encuentre esterilizado
Métodos:
Prefiltros
Filtros Absolutos
Esterilización Ultravioleta
Prefiltros
Eliminan del aire partículas de gran tamaño
Necesarios para compresores lubricados con aceite
En compresores libres de aceite aumentan eficiencia
Filtros
Materiales:
fibra metálica y fibra de espuma de metal (5 a 10 µm)
membranas de teflón poroso, ésteres de celulosa, polisulfonas, fluoruro de polivinilo y politetrafluoroetileno (partículas de 0.2 µm hasta 0.01 µm)
Tamaño de poro utilizados para venteo de biorreactores: 0.22 y 0.45 µm
Validación de filtros: Valor Límite del Umbral Higiénico (5mg por metro cúbico equivalente a 5ppm)
Filtros
Elementos: Cartucho y Camisa
Cartucho: Material que retiene las partículas (elemento filtrante)
Camisa: Contenedor en donde se coloca el cartucho.
Filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air) -> Mallas de fibra de vidrio dispuestas al azar
Filtros de membrana hidrofóbica
Esterilización del sistema de filtrado
Compresión de Aire
Un compresor es una máquina térmica que aprovecha un trabajo mecánico suministrado sobre un fluido compresible (aire o gases), con el objetivo de incrementar su presión original a una más alta para complementar o llevar a cabo procesos industriales
Componentes: compresor, filtro de admisión de aire, sistema de enfriamiento* (agua, aire, aceite), depósito de almacenamiento y sistema de control de presión
Tipos de compresores
Flujo Intermitente
Trabajan según el principio de desplazamiento positivo
Flujo intermitente: proceso cíclico
Reciprocantes y Rotatorios o Rotativos
Reciprocantes o de Pistón
De los más antiguos diseños; muy versátil y eficaz
Comprime tanto aire como gases con bajo gasto de energía
Según la fase de compresión pueden ser:
Monofásico o de simple efecto
Bifásico, de doble efecto o Reciprocante
Rotatorios o Rotativos
Máquinas que producen aire comprimido por medio de un procedimiento rotatorio
Pueden ser: De paletas, De tornillo y Tipo Roots o lóbulos
Flujo Continuo
Operan bajo el principio de la dinámica de los fluidos
Velocidad convertida en presión = Flujo Continuo
Pueden ser: Dinámicos y Expulsor.
Dinámicos
Pueden ser centrífugos o de flujo axial
Expulsor
No usa acción mecánica para su funcionamiento
Aspiración por debajo de la presión atmosférica
Es usado como bomba de vacío
Plantas Biotecnológicas
Principalmente se utilizan los rotatorios y reciprocantes
Para grandes volúmenes de aire a bajas presiones tmb centrífugos
Tuberías:
Tubería principal o madre
Tuberías secundarias
Tuberías de servicio
Materiales según requerimientos
Tipos de vapor
Vapor seco:
Cuando todas sus moléculas se conservan en estado gaseoso.
Vapor húmedo:
Cuando algunas de las moléculas de agua han cedido su energía (calor latente) y el condensado forma pequeñas gotas de agua.
Tipos de vapor
Vapor saturado:
Se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos.
Vapor sobrecalentado:
Contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma. presión.
Aplicaciones
Calentamiento/humidificación




Impulso-motrices
* TLV- Compañía Especialista en Vapor

Otras Aplicaciones
Esterilización
Atomización
Limpieza
Hidratación
Procesamiento
Calentamiento/humidificación
Vapor de Presión positiva
Más utilizado en plantas/fábricas (alimentos, químicas, refinerías).
Equipo: intercambiadores de calor, evaporadores.
0.1 – 5 MPa a 100°C.
Usa vapor saturado por P - T fija para un calentamiento rápido por calor latente.
Calentamiento/humidificación
Vapor al vacío
(-)100°C [agua caliente]
Vapor saturado al vacío usado como vapor saturado a P+ facilita el control de temperatura solo ajustando la presión.
Bomba de vacío para manejar presión por debajo de Patm.
Calentamiento balanceado.
Calentamiento/humidificación
Vapor para impulso-movimiento
Propulsión (turbinas de vapor)
Turbina esencial para generar electricidad en plantas termoeléctricas.
Utiliza vapor sobresaturado, 25 MPa a 610°C para prevenir daños por entrada de condensado.
Plantas nucleares se usa vapor saturado c/P alta. Instala separadores en línea de suministro de vapor para quitar condensado.
Compresores movidos por turbinas o bombas: compresor de gas, bombas para torres de enfriamiento.
Calentamiento/humidificación
Humidificación
Vapor saturado, baja presión.
Calentamiento interior estacional.
Combinadas con humidificación de vapor.
Inyección controlado de vapor seco saturado en línea inferior del flujo de aire.
Calderas
También llamados “Generadores de vapor”.
Máquina o dispositivo diseñado para generar vapor, a través de una transferencia de calor a Pcte., con la que el fluido cambia de estado.
Recipiente cerrado que por medio de calor, producido por un combustible al quemarse, transforma el agua contenida en vapor a mayor que la atmosférica.
Tipos/clasificación
Pirotubulares o tubos de humo: El fuego o gases de combustión se trasladan a través de tubos metálicos (fluxes), que están en contacto con el agua, que está en la cámara exterior, permitiendo su calentamiento hasta producir vapor. Hospitales.
Acuotubulares o tubos de agua: Flama está en espacio interno del equipo (hogar) y el agua circula por el interior de los tubos, el fuego calienta los fluxes y el agua que pasa por ellos hasta su evaporación.
Caballo Caldera
Producción de 15.64 Kg/hr (34.5lb/hr) de vapor saturado desde 100°C y P de 1 atm, utilizando agua de alimentación (tanque de condensados) con misma T.
Se considera una definición teórica, para fines prácticos, como primera aproximación se recomienda, calcular con una producción de vapor de 14.0 Kg/hr.
Componentes principales
Conjunto del Quemador
Cuerpo de la caldera
Bomba de inyección de agua
Control de nivel del agua
Controles eléctricos
Sistema de aire
Sistema de combustible
Equipos auxiliares
Tanque de retorno de condensados
Mantener reserva mínima de agua, recuperar agua suave de retornos de condensados, precalentar agua de alimentación a la caldera.
Equipo de suavización de agua







Tanque desaereador

Importancia
Adecuar el sistema para entregar energía (voltaje) adecuado en el punto que se requiera. (Distribución)

Evitar sobrecalentamientos

Evitar cambios de voltaje o corriente innecesarios

SISTEMA ELECTRICO ELEMENTAL (componentes)
FUENTE

EQUIPO DE TRANSFORMACION

DISPOSITIVOS DE PROTECCION

LINEAS DE DISTRIBUCION

PUNTOS DE USO


SISTEMA ELECTRICO ELEMENTAL
Corriente Directa
La corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de los distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

CORRIENTE ALTERNA
 Corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas
Voltajes de distribución
REDES DE DISTRIBUCION
Son trifásicas y de corriente alterna de 127V a 220V a una frecuencia de 50 Hz, las fases se denominan R-S-T ó I-II-III y al neutro “0”

Transformadores
Diagrama de transformadores
Interruptores
Fusibles
Relés Térmicos
Conductores
Hilo: Un único cable generalmente de cobre.
Cordón: Varios hilos, enrollados helicoidalmente alrededor de uno o varios hilos centrales.
Cable:Varios hilos aislados eléctricamente ( unipolar, bipolar, tripolar, etc.)

Cableado para  Ambientes Industriales
Las principales fallas identificadas de los cableados comunes en ambientes críticos son:

Falla de polvo higroscópico: materiales sólidos en suspensión pueden depositarse en las superficies de las placas de circuito impreso o en los contactos, formando un puente entre los dos conductores y causando corto circuito.
Oxidación: humedad elevada daña los contactos, causando varios tipos de corrosión.
Fatiga: con la presencia de partículas en las áreas de contacto, las capas de metales pueden sufrir deterioro
Desconexión: ambientes con vibración pueden dañar los contactos de los conectores, causando pérdidas de las señales.


Normas
Normas para la identificación de las áreas críticas
La norma ANSI/TIA/EIA 1005-Telecommunication Infrastructure Standard for Industrial Premises, especifica el proyecto y las prácticas de construcción para edificios industriales, detallando los requisitos de cableado, distancias, configuraciones y topologías que suplementan la norma general de Edificaciones Comerciales (EIA/TIA 568C-2).
El estándar adoptado en esta norma crea tres niveles de hostilidad de los ambientes industriales (conocidos como MICE), representando el “3” el nivel más crítico:
• M: Mecánico (impacto, vibración, tensión, torsión, etc).
• I: Ingreso (partículas sólidas y líquidas).
• C: Climático y Químico (temperatura, humedad, radiación solar, productos químicos, etc.).
•E: Interferencias electromagnéticas (descarga en contacto y en arco, radiofrecuencia, tensión de línea, inducción, etc.). Los productos aplicables, deben atender los diferentes niveles de los parámetros MICE:



Comando y protección de motores

Toda salida a motor debe cumplir con cuatro funciones básicas:
-Seccionamiento: separación del motor de la red de distribución eléctrica que lo alimenta.
- Comando: Establecimiento y corte de la corriente que tome la carga.
- Protección contra cortocircuitos: protección del motor contra los daños causados por altas corrientes.
- Protección contra sobrecargas: protección del motor contra los efectos de las corrientes de sobrecarga.
De acuerdo al voltaje de operación de cada motor, se utiliza cierto tipo de transformador o regulador



ARRANQUE DE UN MOTOR
Consideraciones y normalización de Seguridad

Tres Riesgos Básicos
La Descarga Eléctrica/ La Electrocución
El Arco Eléctrico (El Relámpago)
La Explosión del Arco Eléctrico (La Ráfaga)

Cómo Evitar Los Riesgos Eléctricos
Nunca use un tomacorriente dañado
Nunca use un cable o alambre eléctrico dañado
Nunca use un cable que le falta la tercera clavija a tierra
No enchufe demasiados cables en un tomacorriente o receptáculo
Evite el trabajo en la presencia del agua o en condiciones húmedas o mojadas.
Mantenga el área del trabajo limpio y ordenado.

Riesgos
¿Qué es el diseño de layout?
Consiste en la integración de las diferentes áreas funcionales (que conforman la solución de una instalación logística) en un edificio único. Abarca no sólo el arreglo y composición de las secciones funcionales internas a dicho edificio (lo que se encuentra dentro de las cuatro paredes), sino también las demás áreas externas.

Bibliografía
Carnicer Royo, Enrique, “Aire Comprimido”, Edit. Paraninfo, Madrid, 1991, pp. 55-77.
Bloch, Heinz P., “A practical guide to compressor technology”, Edit. Wiley-Interscience, United States of America, 2006, pp. 29-48, 63-97, 109-11, 141-154.
Roldán, José, "NEUMÁTICA, HIDRÁULICA Y ELECTRICIDAD APLICADA",Ediciones Paraninfo. S.A.,1ª ed., 12ª imp.(05/1991), pp. 248.
John L. Ingraham,Catherine A. Ingraham. “Introducción a la microbiología”, Edit. Reverte, Madrid, 1998, pp.742
http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/principal-applications-for-steam.html (Recuperado 26/08/2013)
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/generador.html (Recuperado 26/08/2013)


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POR SU ATENCIÓN!!!
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