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ESCUELA NACIONAL DE MARINA MERCANTE
“ALMIRANTE MIGUEL GRAU”
PROGRAMA ACADÉMICO DE MARINA MERCANTE
ESPECIALIDAD MÁQUINAS
SELECCIÓN DE ELEMENTOS Y FUNCIONAMIENTO DE LA
PLANTA EVAPORADORA DE UN BUQUE CONTENEDOR - 2016
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE OFICIAL DE MARINA
MERCANTE
PRESENTADA POR:
ESPINOZA NAVARRETE, WILLIAMS JOSEPH
JULIAN ALVARADO, TEÓFILO CARLOS
CALLAO, PERÚ
2016
ii
“SELECCIÓN DE ELEMENTOS Y FUNCIONAMIENTO DE LA
PLANTA EVAPORADORA DE UN BUQUE CONTENEDOR – 2016”
iii
DEDICATORIA
A nuestros padres, por su enorme
sacrificio de apoyo en toda nuestra
crianza y ser las personas de bien
que somos ahora.
iv
AGRADECIMIENTOS
A Dios, que nos permitió culminar nuestros estudios.
A nuestros padres, quienes se esforzaron día a día
con nosotros y nos brindaban su apoyo. A nuestra
alma máter, que contribuyó con nuestra formación
como oficiales de máquinas.
v
ÍNDICE
Pg.
Portada……..……………………………...………………………..……………….…. I
Título………………………………………………………………..………………….... ll
Dedicatoria.......................................................................................................... III
Agradecimiento................................................................................................... IV
ÍNDICE....................................................................................................................... V
RESUMEN................................................................................................................ X
ABSTRACT........................................................................................................... XI
INTRODUCCIÓN.................................................................................................. XII
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................. 1
1.1 Descripción de la realidad problemática .................................................... 1
1.2 Formulación del problema ......................................................................... 3
1.2.1 Problema general ................................................................................... 3
1.2.2 Problemas específicos ........................................................................... 3
1.3 Objetivos de la investigación ..................................................................... 3
1.3.1 Objetivo general ..................................................................................... 3
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................. 3
1.4 Justificación de la investigación ................................................................ 4
1.5 Limitaciones de la investigación ................................................................... 5
1.6 Viabilidad de la investigación ........................................................................ 5
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO .......................................................................... 6
2.1 Antecedentes de la investigación ................................................................. 6
2.1.1 Antecedentes internacionales ................................................................ 7
2.1.2 Antecedentes nacionales ....................................................................... 6
2.2 Bases teóricas .............................................................................................. 8
2.2.1 Selección de elementos ......................................................................... 8
2.2.2 Elementos principales .......................................................................... 11
2.2.3 Recomendaciones de fabricante .......................................................... 14
2.2.4 Método de cálculo ................................................................................ 16
2.2.4.1 Método de cálculo de tuberías de agua salada ............................. 16
2.2.4.2 Método de cálculo de tuberías de agua de camisas ...................... 20
2.2.4.3 Método de cálculo de tuberías de agua destilada.......................... 23
2.2.4.4 ISO (International Standarization Organization) ............................ 26
vi
2.2.5 Planta evaporadora y funcionamiento .................................................. 33
2.2.5.1 Datos principales del buque .......................................................... 33
2.2.5.2 Principio de trabajo ........................................................................ 33
2.2.5.3 Procedimiento de arranque y parada ............................................. 34
2.2.5.4 Proceso de la planta evaporadora ................................................. 39
2.2.5.5 Principio de operación de la planta evaporadora ........................... 40
2.3 Definiciones conceptuales ......................................................................... 45
CAPÍTULO III: HIPÓTESIS Y VARIABLES .......................................................... 48
3.1 Formulación de la hipótesis ........................................................................ 48
3.1.1 Hipótesis general.................................................................................. 48
3.1.2 Hipótesis especificas ............................................................................ 48
3.1.3 Variables .............................................................................................. 49
CAPÍTULO IV: DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................... 50
4.1 Diseño de la investigación .......................................................................... 50
4.2 Población y muestra ................................................................................... 50
4.3 Técnicas para la recolección de datos ........................................................ 51
4.4 Técnicas para el procesamiento y análisis de los datos ............................. 52
4.5 Aspectos éticos ........................................................................................... 52
CAPÍTULO V: RESULTADOS .............................................................................. 53
5.1. Estadística descriptiva ............................................................................... 53
5.1.1. Análisis descriptivo de las variables .................................................... 53
5.2. Pruebas de hipótesis ................................................................................. 57
5.2.1. Hipótesis general................................................................................. 57
CAPÍTULO VI: DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......... 61
6.1 Discusión .................................................................................................... 61
6.2 Conclusiones .............................................................................................. 63
6.3 Recomendaciones ...................................................................................... 63
FUENTES DE INFORMACIÓN ............................................................................. 65
Referencias bibliográficas ................................................................................. 65
Referencias electrónicas................................................................................... 65
ANEXOS ............................................................................................................... 67
ANEXO 1: Matriz de consistencia ..................................................................... 67
ANEXO 2: INTRUMENTO PARA LA RECOLECCIONES DE DATOS ............. 69
vii
ANEXO 3: COEFICIENTE DE PÉRDIDA K EN VÁLVULAS ABIERTAS, CODOS
Y TES ............................................................................................................... 72
ANEXO 4: VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA FLUIDOS EN TUBERÍAS
.......................................................................................................................... 73
ANEXO 5: DIAGRAMA DE MOODY…………..………………………….............75
ANEXO 6: DIMENSIONES DE TUBOS DE ACERO CALIBRE 40 ................... 75
ANEXO 7: CONSTANCIA DE CORRECIÓN DE ESTILO ................................ 76
viii
LISTA DE TABLAS
Pg.
Tabla 1: Guía de valores de consumo de agua potable en litros por persona/cama
y días ..................................................................................................................... 31
Tabla 2: Guía de valores para el consumo de agua de buques de carga en los
diferentes puntos de servicio por persona y por día. ............................................. 32
Tabla 3: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección de
equipos .................................................................................................................. 53
Tabla 4: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-
teórica ................................................................................................................... 55
Tabla 5: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-
operativa................................................................................................................ 56
Tabla 6: Resultados de la correlación de Pearson entre el funcionamiento de la
planta evaporadora y la Selección de equipos ...................................................... 58
Tabla 7: Resultados de la correlación de Pearson entre Selección Teórico-técnico
y Funcionamiento de la planta evaporadora.......................................................... 59
Tabla 8: Resultados de la correlación de Pearson entre Selección Técnico-
operativa y Funcionamiento de la planta evaporadora .......................................... 60
ix
LISTA DE FIGURAS
Pg.
Figura 1: Bomba eyectora ...................................................................................... 8
Figura 2: Bomba de agua destilada ........................................................................ 9
Figura 3: Bomba de agua de camisas .................................................................. 10
Figura 4: Tubería de acero galvanizado ............................................................... 11
Figura 5: Planta Evaporadora ............................................................................... 12
Figura 6: Panel de control con salinómetro .......................................................... 12
Figura 7: Placa de la planta evaporadora ............................................................. 13
Figura 8: Diagrama de la planta evaporadora ...................................................... 36
Figura 9: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección de
equipos ................................................................................................................. 54
Figura 10: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección
técnico-teórica ...................................................................................................... 56
Figura 11: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección
técnico-operativa .................................................................................................. 57
x
RESUMEN
El trabajo de investigación consiste en conocer la relación que existe entre la
selección de elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque
contenedor. El tipo de investigación es correlacional porque se estudia la relación
entre dos variables, las cuales ayudan a entender cuánto influye la selección de
elementos con el funcionamiento de la planta evaporadora. La población es la
tripulación del buque contenedor consorcio naviero peruano Ilo y la muestra fue la
tripulación del departamento de máquinas. Las técnicas para la recolección de
datos son encuesta y el análisis documental, porque se necesitaba la opinión de
profesionales respecto al tema de investigación y los documentos que certifican la
veracidad de la investigación. Dichas técnicas ayudaron a hallar la significancia de
relación entre la selección de elementos y funcionamiento de la planta
evaporadora. La investigación dio como resultado que sí existe relación
significativa entre la selección de elementos y el funcionamiento de la planta
evaporadora de un buque contenedor - 2016.. La tabla 6 según la prueba de
correlación de Pearson fue 0.609 el cual pertenece al intervalo [0.5, 0.75>, lo que,
a decir de Hernández (2010), corresponde a una correlación de nivel medio.
Palabras clave: Buque contenedor, Métodos de cálculo, Normas ISO, Planta
evaporadora, Selección de elementos.
xi
ABSTRACT
The research work consists in knowing the relation between the selection of
elements and the operation of the evaporating plant of a container ship. The type
of research is correlational because it is studied the relationship between two
variables, which help to understand how much influence the selection of elements
with the operation of the evaporator plant. The population is the crew of the
container ship Peruvian shipping consortium Ilo and the sample was the crew of
the machinery department. The techniques for data collection are survey and
documentary analysis, because the opinion of professionals on the subject of
research and the documents that certify the veracity of the research was needed.
These techniques helped to find the significance of the relationship between the
selection of elements and the operation of the evaporator plant. The investigation
showed that there is a significant relationship between the selection of elements
and the operation of the evaporator plant in a container ship - 2016. Table 6
according to the Pearson correlation test was 0.609 which belongs to the interval
[0.5, 0.75>, which, according to Hernández (2010), corresponds to a mid-level
correlation.
Keywords: Container ship, Calculation methods, ISO standards, Evaporator plant,
Elements selection.
xii
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación se llevó a cabo con la experiencia y
conocimientos obtenidos durante el periodo de prácticas en el M/V CNP ILO, los
cuales han sido una gran oportunidad para conocer de primera mano a un buque
con una planta evaporadora. La peculiaridad de este tipo de equipo no se limita a
la producción de agua dulce, sino que también funciona como un enfriador del
agua de camisas.
El trabajo de investigación tiene como finalidad encontrar la relación que
existe entre la selección de elementos y el funcionamiento de la planta
evaporadora, así como también en el cálculo para dicha selección, guiándonos
con el manual del fabricante y la norma ISO 15748.
Así mismo, el presente trabajo de investigación es de alto grado de
importancia ya que se adquieren nuevos conocimientos sobre una planta
evaporadora, conocimiento sobre la manera de diseñar una planta evaporadora y
la selección de sus elementos, la aportación de un trabajo de investigación sin
precedentes en la Escuela Nacional de Marina Mercante, además de aprovechar
todos los datos de información obtenidos, para ganar así más experiencia en este
tipo de equipo.
A continuación, se describirá los seis acápites que consta esta tesis:
xiii
Capítulo I: Es denominado planteamiento del problema y se formula una
descripción de la realidad problemática. Además, se muestra el planteamiento del
problema, el objetivo general, los objetivos específicos, su justificación, limitación
y viabilidad.
Capítulo II: Es titulado como marco teórico. En este se definen, explican y
estructuran aspectos relacionados con el trabajo. Para ello, se inicia por los
antecedentes de la investigación, en los que se consideraron investigaciones
nacionales e internacionales; luego, se presentan las bases teóricas; y finalmente,
las definiciones conceptuales.
Capítulo III: Tiene como título variables. En este acápite, se presentan las
variables de investigación.
Capítulo IV: Denominado diseño metodológico. En esta sección, se explica
el tipo de investigación realizada, aspectos relacionados con la población y
muestra; técnicas para la recolección de datos, el procesamiento y análisis
(paquetes estadísticos de ser el caso) y aspectos éticos.
Capítulo V: Se muestran los resultados, la descripción de gráficos del
análisis descriptivo y del análisis de la relación que existe entre la selección de
elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora.
Como parte final, el capítulo VI, se muestran la discusión, conclusiones y
recomendaciones. Finalmente, se consignan las fuentes de información utilizadas
para el desarrollo de la investigación.
1
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Descripción de la realidad problemática
La construcción de los buques se basa en los requerimientos del cliente.
Dentro de estos parámetros, está la ruta del buque, los equipos a instalar,
tipos de materiales, tipo de buque, entre otros. Para ello, se contrata diversos
profesionales que usando tecnología de punta garantizan un diseño óptimo
del buque. Sin embargo, en el transcurso del tiempo, se reduce la vida útil de
los equipos, siendo necesario el mantenimiento correctivo o reemplazo; es por
eso que se sugiere tener en cuenta las recomendaciones del fabricante.
En el caso de los buques de otros países, sí dan prioridad a las
indicaciones y repuestos dados por el fabricante. Por ese motivo, se alarga la
vida útil de los equipos y previenen fallas durante su funcionamiento. En el
caso de los buques de bandera peruana, los requerimientos de los repuestos
no son prioritarios, anulando así su óptimo funcionamiento basados en su
diseño, dado que en el buque M/V CNP ILO su planta evaporadora tiene una
producción menor a la requerida por instalaciones de elementos no
estipulados en el manual.
Según Cordero (2015), el uso de evaporadores que utilizan el calor del agua
de refrigeración de los motores presenta varias ventajas. En primer lugar
2
ayuda al sistema de refrigeración de los motores, en segundo lugar este
sistema es menos propenso a la aparición de incrustaciones en el
evaporador, y en tercer lugar aprovechamos un calor residual. (p.15)
El buque M/V CNP ILO fue construido en 1995 y su diseño fue óptimo
para el requerimiento del entonces cliente. Actualmente, el buque ha pasado
por diferentes compañías resultando así cambios desfavorables a causa de
una mala gestión de mantenimiento. Es por eso que para calcular el diseño
óptimo de una planta evaporadora a bordo del buque M/V CNP ILO se
procederá a estudiar la previa selección de materiales mediante los cálculos
necesarios para la selección de estos y hallar así la relación existente entre la
selección de elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora.
Se debe tener en cuenta también, que de no investigar un trabajo de
en este rubro, todo aquello que trabaje con el agua producida puede ser
perjudicado. Ello ocasionaría un mayor problema y fomentaría el mal
funcionamiento de cualquier equipo, no solo el de la planta evaporadora, sino
también al desempeño del buque.
3
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Problema general
¿Cuál es la relación que existe entre la selección de elementos y el
funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor -
2016?
1.2.2 Problemas específicos
¿Cuál es la relación que existe entre la selección de elementos
técnico-operativo y el funcionamiento de la planta evaporadora de un
buque contenedor - 2016?
¿Cuál es la relación que existe entre la selección de elementos
técnico-teórico y el funcionamiento de la planta evaporadora de un
buque contenedor - 2016?
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general
Determinar la relación que existe entre la selección de elementos y
el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor
- 2016
1.3.2 Objetivos específicos
Determinar la relación que existe entre la selección de elementos
técnico-operativo y el funcionamiento de la planta evaporadora de un
buque contenedor - 2016
Precisar la relación que existe entre la selección de elementos
técnico-teórico y el funcionamiento de la planta evaporadora de un
buque contenedor - 2016
4
1.4 Justificación de la investigación
Justificación técnica:
La justificación fundamental por la que se propone el estudio es la de
explicar la relación de importancia entre la selección de elementos con el
funcionamiento de una planta evaporadora. Además, induce a comprender el
funcionamiento del sistema, su diseño, así como también promover el uso de
repuestos y mantenimiento recomendados por el fabricantes con el fin de
mantener la productividad, operatividad y vida útil de la planta evaporadora.
La investigación es porque la producción de agua destilada en cantidad y
calidad suficiente es de mucha importancia a bordo de todo tipo de buques.
Es por este motivo que el buque cuenta con una planta evaporadora que
produce 20 toneladas de agua por día. Los evaporadores también son los
encargados de proveer de agua potable sanitaria para el uso de la tripulación.
Justificación práctica:
Durante las prácticas a bordo, se explicó que siempre se debe de poner
en marcha este equipo cuando se pasa las 20 millas de la costa, porque de lo
contrario, la cantidad de incrustaciones aumentaría, produciendo así, agua
perjudicial tanto paro el consumo humano como para el uso de los equipos
que necesitan el agua dulce. Los procesos de parada y marcha de la planta
evaporadora son los mismos en todos los buques, por lo tanto no solo sirve
para un tipo de planta sino para el de todos los buques.
Justificación metodológica:
Adquisición de nuevos conocimientos de una planta evaporadora,
conocimientos sobre métodos de cálculo para la selección de elementos de
una planta evaporadora, la aportación de un trabajo de investigación sin
precedentes en la Escuela Nacional de Marina Mercante y el de aprovechar
todos los datos de información obtenidos para ganar así más experiencia en
este tipo de equipos.
5
1.5 Limitaciones de la investigación
La investigación no presentó limitaciones significativas que representen un
riesgo a la viabilidad del estudio.
1.6 Viabilidad de la investigación
La investigación fue viable puesto que se contó con los recursos, ambiente de
trabajo y la disponibilidad de medios y personas, de tal manera, que se pudo
ejecutar el estudio.
6
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la investigación
Antecedentes nacionales
Desde el ámbito nacional, Ayquipa y Maldonado (2014) desarrollaron una
investigación de tipo descriptivo titulada Análisis y recomendaciones para
mejorar el mantenimiento del generador de agua dulce con intercambiador
tipo placas en buques mercantes nacionales. Su objetivo fue analizar la
gestión de mantenimiento del generador de agua dulce con intercambiador de
placas en buques mercantes nacionales. Los resultados fueron que los
factores más importantes del mantenimiento del generador de agua dulce que
manifiestan son los siguientes: los oficiales encargados no cuentan con los
repuestos debido a que existes una demora en la entrega de estos y una falta
de optimización del mantenimiento abordo.
Asimismo, Rodríguez (2013) realizó una investigación de tipo descriptivo
titulada Plan de mantenimiento para generadores de agua dulce a bordo:
causa de averías y precauciones. Su objetivo fue encontrar las causas de las
7
posibles averías que se puedan presentar en los diferentes tipos de
generadores de agua dulce con un plan de mantenimiento recomendado por
el fabricante y las evaluaciones y recomendaciones del personal que opera.
Asimismo, el de prevenir el deterioro de los equipos adyacentes a esta planta,
ya que sin ellos el evaporador no podrá operar correctamente. El resultado
fue que el generador de agua dulce de tipo placas es el más instalado en los
buques y con un buen plan de mantenimiento establecido y realizado por el
ingeniero a cargo, con el tiempo, se verá resultados positivos (eliminación de
averías, fallas, paradas inesperadas).
Antecedentes internacionales
Desde el ámbito internacional, Cordero (2015) realizó una investigación de
tipo descriptivo titulada Cálculo y diseño del sistema de agua dulce en un
buque tanque. Su objetivo fue de explicar el funcionamiento del sistema de
generación y distribución de agua dulce a bordo de un buque tanque (en el
desarrollo del proyecto se procedió la sustitución de un sistema de generación
de agua dulce que utiliza vapor, por otro más moderno que aproveche el agua
caliente de las camisas de los motores principales). El resultado fue que la
planta evaporadora que utiliza el calor del agua de refrigeración de los
motores presenta varias ventajas. En primer lugar, ayuda al sistema de
refrigeración de los motores, en segundo lugar este sistema es menos
propenso a la aparición de incrustaciones en el evaporador, y en tercer lugar
aprovechamos un calor residual. Teniendo como presupuesto de ejecución
77400.8€, licencias y tramites 3870.04€, imprevistos 7740.08€, honorarios
del proyecto 2870.04€ y obteniendo el precio total neto de 91.880.96€.
8
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Selección de elementos
Según Alfa Laval Marine & Power (1995), la selección de elementos se
determina por un criterio, el cual se basa en la teoría y en el
funcionamiento del equipo.
A continuación se describirán los principales elementos de una
planta evaporadora.
Bomba eyectora
La bomba eyectora es una bomba centrífuga de una sola etapa, que
bombea agua de mar desde la tubería principal hacia la planta
evaporadora. Se disponen de una bomba eyectora para el generador
de agua dulce. La bomba eyectora elegida es el modelo CNL 65-
65/200, del fabricante Alfa Laval. Esta contiene una capacidad de
caudal de 36 m3/h a 3.7 bar. El motor eléctrico tiene una potencia de
8.6 kW a 3430 rpm. (p. 13)
Figura 1: Bomba eyectora
Fuente: Alfa Laval Marine & Power, 1995, p. 64.
9
Bomba de agua destilada
La bomba de agua destilada es una bomba centrífuga de una sola
etapa, que bombea agua destilada desde la planta evaporadora
hacia los tanques de almacenamiento. Está fabricada por la
compañía Alfa Laval. Se trata del modelo VVF – 2040 y tiene una
capacidad de 1.05 m3/h, a una presión de 2.35 bar. El motor posee
una potencia de 0.75kW a 3360 rpm. (p. 13)
Bomba de agua de camisas
La bomba de agua de camisas es una bomba centrífuga de una sola
etapa, que bombea el agua de refrigeración de camisas de la
máquina principal hacia la planta evaporadora mediante un by-pass.
Se disponen de dos bombas, ambas sirven para alimentar al
evaporador. Estas son del fabricante Heinrich BEHRENS., modelo
VRF3/350/G. Tienen una capacidad de 38 m3/h y trabajan a una
Figura 2: Bomba de agua destilada
Fuente: instruction manual for fresh water generator (Alfa Laval) p. 67
10
presión de 3 bares. El motor eléctrico tiene una potencia de 15Kw a
1760 rpm. (p.14)
- Tuberías
Según Cordero (2015) fueron seleccionadas las tuberías de acero
galvanizado para realizar las instalaciones de agua de mar, agua
caliente (proveniente de la máquina principal) y el agua destilada.
Propiedades del acero galvanizado:
- Larga vida útil.
- No se corroe.
- Protección catódica.
- Fácil y rápida instalación.
- Alto grado de resistencia química.
Figura 3: Bomba de agua de camisas
11
- Superficie interna lisa, lo que dificulta la formación de
incrustaciones. (p.41)
2.2.2 Elementos principales de una evaporadora
Se han considerado tres elementos principales de una planta
evaporadora, las cuales pasamos a describir.
Evaporadora
Se disponen de una planta evaporadora del fabricante Alfa Laval, se
trata del modelo JWP-26-C80, de placas y de simple etapa. Recibe una
temperatura de agua de camisas de 85°C y sale con 70.7°C; recibe una
temperatura de agua de mar de 32°C y sale con 45.2°C Tienen una
capacidad de producción de agua dulce de 20 por día.
Figura 4: Tubería de acero galvanizado
Fuente: http://www.cofiasa.com.mx/productos/tuberia-de-
constuccion/tubo-galvanizado-c40/
12
Salinómetro
El salinómetro elegido pertenece a la compañía Alfa Laval, se trata del
modelo NS10-M1/M2. Es capaz de medir la salinidad entre un rango
de 0 a 19.9 ppm. La alarma está programada para que se active si la
salinidad llega a 5ppm ± 0.5 ppm.
Figura 5: Planta Evaporadora Fuente: instruction manual for fresh water generator (Alfa Laval) p. 53
Figura 6: Panel de control con salinómetro
Fuente: instruction manual for fresh water generator (Alfa Laval) p. 72
13
Placas de la evaporadora
Según Alfa Laval Marine & Power (1995), los componentes de la
placa de la planta evaporadora son los siguientes:
Sección del evaporador
La sección de evaporador consta de un intercambiador de calor de
placas y está encerrado en el recipiente separador.
Sección del condensador
Al igual que en la sección del evaporador la sección del condensador
consta de un intercambiador de calor de placas cerrado en el
recipiente separador.
Salmuera combinada/eyector de aire
El eyector extrae salmuera y gases no condensables del recipiente
separador.
Figura 7: Placas de la planta evaporadora
Fuente: instruction manual for fresh water generator (Alfa Laval) p. 62
14
Bomba de agua dulce
La bomba de agua dulce es una bomba centrífuga de una sola etapa.
La bomba de agua dulce extrae el agua dulce producida de la sección
del condensador y bombea el agua dulce hacia el tanque de
almacenamiento de agua dulce.
Panel de control
Normalmente, el panel de control es entregado por Alfa Laval. Este
contiene arrancadores de motor, luces de marcha, salinómetro,
contactos de alarma remota y está preparado para el
arranque/parada. (pp.11-12)
2.2.3 Recomendaciones de fabricante
La presente tabla está conformada por tres secciones: componentes,
horas de trabajo y acción; en las cuales se dan recomendaciones sobre
las horas de mantenimiento y acciones en la planta evaporadora.
15
COMPONENTES HORAS DE
TRABAJO
ACCIÓN
Sección del evaporador Cuando sea requerido
Limpiar en una bañera con químicos
Sección del condensador Cuando sea requerido
Limpiar en una bañera con químicos
Recipiente del separador
con ánodos
2000 horas Ver las instrucciones del separador
Combinado eyector/bomba
de agua de refrigeración
con motor
8000 horas Medir anillo de sello y el rotor. Examinar el
sello del eje mecánico, las tuberías por
donde pasa el agua de refrigeración.
Hacer un megger-test al motor eléctrico.
Limpiar la bomba a fondo antes de volver a
montar
Combinado de aire /
salmuera eyector
8000 horas Boquillas de medida y difusor y comparar
con las mediciones en la especificación
técnica.
Max. Desgaste del 20% en diámetro
difusor cilíndrico.
MV-valves 4000 horas Desensamblar e inspeccionar los posibles
daños
Demister 8000 horas Limpiar en químicos
Manómetros 8000 horas Ajustar con manómetros de control
Salinometro 1000 horas Remover la unidad electrónica,
inspeccionarla y limpiarla. Usar un trapo
limpio y seco, evitar tocar los electrodos
con los dedos
Fuente: instruction manual for fresh water generator (Alfa Laval) p.14
16
2.2.4 Método de cálculo
2.2.4.1 Método de cálculo de tuberías de agua salada
El circuito de agua salada está comprendido por las tuberías
que van desde el domo de la toma de mar, a la bomba
eyectora, a la evaporadora y la tuberías por la que se envía el
agua salada de nuevo al mar.
Los datos que se presentan a continuación han sido obtenidos
del buque contenedor CNP ILO.
De acuerdo con el fabricante de la evaporadora, la bomba
necesaria para suministrar el agua salada al eyector tiene un
caudal de 36 metros cúbicos por hora, a una presión de 3,72
bares.
Por otro lado, el eyector necesita una presión de entrada
de entre 3 y 4 bar para su correcto funcionamiento. Según la
ISO 15748-2 la velocidad máxima del fluido en sala de
máquinas es de 2.5 m/s. Mediante este dato y el caudal
podemos obtener el diámetro interno de la tubería:
Según el sistema internacional
𝑄 = 𝑣∗𝐴 =
Siendo:
V = velocidad del flujo ( )
A = sección interna de la tubería ( )
D = diámetro interno de la tubería (mm)
Q = caudal ( )
Hallamos la velocidad, cuidando de no sobrepasar la
velocidad máxima de 2.5 m/s, usando así los dos diámetros.
17
Dimensiones de tubos de acero calibre 40
Medida de tubería Diámetro interno
2 ½’’ 62.7 mm
3’’ 77.9 mm
Fuente: Cofiasa (http://www.cofiasa.com.mx/productos/tuberia-de-
constuccion/tubo-galvanizado-c40/)
= = = 3.239
= = = 2.098
Tabla: Velocidades recomendadas para fluidos en tuberías
Fuente: McCabe et al., Operaciones Unitarias en Ingeniería
Química, 4ª Ed., McGraw-Hill, 1991
Fluido Tipo de flujo Velocidad
Líquido poco
viscosos
Entrada de bomba 0.3 – 0.9
Salida de bomba 1.2 – 3.0
La no está en el rango, por lo tanto el diámetro es incorrecto;
por otro lado la está dentro del rango, por lo tanto el
diámetro es el correcto. Ello da una velocidad de flujo menor.
Esto trae consigo beneficios, ya que habrá menos turbulencias,
el ruido será menor y las pérdidas de carga debido a la
velocidad serán menores.
Por lo tanto la velocidad del flujo será:
V = 2.098
Pérdidas de carga desde la bomba eyectora hasta el
generador de agua dulce:
18
La longitud de la tubería es de 23.5 metros. De los cuales
7.5 son tramos verticales, siendo los 16 metros restantes
horizontales. Tiene 3 curvas de 90º.
Para calcular las pérdidas de carga utilizaremos el método de
Darcy-Weisbach (1845):
H =
Siendo: H = pérdida de carga equivalente en metros
= coeficiente de fricción
= longitud de la tubería (m)
Primero hayamos el número de Reynolds (Introducido por
George Gabriel Stokes en 1851 pero nombrado por Osborne
Reynolds):
Siendo: γ = viscosidad cinemática
En el caso del agua de mar la viscosidad cinemática es de
este valor es para una temperatura de 20 ºC.
Re = = 155651.619 (Diámetro: en metros)
Según el diagrama de Moody el coeficiente de rugosidad
absoluto del acero galvanizado es de 0.15 mm. Por lo tanto la
rugosidad relativa es:
Rug = = = 1.9255 x 0.0019255
19
Ahora mediante el Diagrama de Moody, y los valores del
número de Reynolds y de la rugosidad relativa obtenemos el
coeficiente de fricción:
f = 0.024
Longitudes equivalentes de accesorios
- 16 m. de tubería horizontal = 16 m.
- 7.5 m. de tubería vertical = 7.5 m.
- 3 curvas de 90° (DN 80) = 0.164 m.
= = = 0.05502 m.
- 2 v/v mariposa de 3’’ = 0.113 m.
= = = 0.05726 m.
- Longitud equivalente = 23.777 m.
Coeficientes de perdidas k en válvulas abiertas Codos y TES
20
2’’ 3’’ 4’’
K 0.30 0.245 0.19
= 0.245
2’’ 3’’ 4’’
K 0.35 0.255 0.16
= 0.255
Sustituyendo en la fórmula de Darcy-Weisbach los datos
obtenidos:
H =
H = = 1.645 m.c.a.
Ahora, se comprobará si la bomba alimenta el sistema de
forma satisfactoria:
La bomba tiene una presión de salida de 3,72 bares.
Las pérdidas son de 1.645 m.c.a. lo que equivale a 0.16 bar.
Por lo tanto, en la parte más desfavorable tendremos una
presión de 3.56 bar. Lo que es suficiente para el correcto
funcionamiento del eyector.
2.2.4.2 Método de cálculo de tuberías de agua de camisas
El circuito del agua caliente de las camisas es el encargado,
mediante la bomba de agua de camisas, de suministrar el agua
21
caliente al generador de agua dulce para la evaporación del
agua de mar.
Como tanto la brida de la salida de la bomba es de 77.9 mm,
utilizaremos este diámetro para la tubería. Siempre y cuando la
velocidad sea la adecuada.
DIMENSIONES DE TUBOS DE ACERO CALIBRE 40
MEDIDA DE TUBERÍA DIÁMETRO INTERNO
2 ½’’ 77.9 mm
3’’ 62.7 mm
Hallamos la velocidad:
= = = 3.419
= = = 2.214
Tabla: Velocidades recomendadas para fluidos en tuberías
Fluido Tipo de flujo VELOCIDAD
Líquido poco
viscosos
Entrada de bomba 0.3 – 0.9
Salida de bomba 1.2 – 3.0
La no está en el rango, por lo tanto, el diámetro es
incorrecto; por otro lado la está dentro del rango, por lo tanto
el diámetro es el correcto. Como se puede observar, da una
velocidad de flujo menor, esto nos beneficia ya que habrá
menos turbulencias, el ruido será menor y las pérdidas de
carga debido a la velocidad serán menores.
Por lo tanto la velocidad del flujo será:
V = 2.214
22
H =
Acero galvanizado: 0.15 mm La viscosidad cinemática del agua a 80ºC es de 0.364 x
m2 /s y diámetro en metros:
Re = = 473820.32
La rugosidad relativa es:
Rug = = = 1.9255 x 0.0019255
Ahora mediante el diagrama de Moody obtenemos el
coeficiente de fricción:
f = 0.024
Longitudes equivalentes de los accesorios
- 5 m. de tubería horizontal = 5 m.
- 2 curvas de 90° (DN 80) = 0.1225 m.
= = = 0.06127 m.
- 2 v/v mariposa de 3’’ = 0.1275 m.
= = = 0.06377 m.
- 2 reducción 5’’ a 3’’ = 2.5 m
- Longitud equivalente = 7.7559 m.
23
Sustituyendo en la fórmula de Darcy-Weisbach los datos
obtenidos: H = = 0.5978 m.c.a.
Las pérdidas son de 0.5978 m.c.a. lo que equivale a 0.059 bar.
Coeficientes de pérdidas k en válvulas abiertas Codos y TES.
2’’ 3’’ 4’’
K 0.30 0.245 0.19
= 0.245
2’’ 3’’ 4’’
K 0.35 0.255 0.16
= 0.255
2.2.4.3 Método de cálculo de tuberías de agua destilada
Este circuito abarca desde la salida de los evaporadores hasta
los tanques de almacenamiento de agua dulce. Se utilizó el
mismo tipo de tubería que en el circuito de agua salada, en
este caso el diámetro de la tubería quedó determinado por la
brida de salida de la bomba de agua destilada que recomienda
el fabricante del evaporador.
La bomba que recomienda instalar produce un caudal de
1.05 m3/h a una presión de 2.35 bar. La brida de la descarga
de la bomba es de 15.8 mm, por lo tanto este será el diámetro
que se empleará.
24
Dimensiones de tubos de acero calibre 40
Medida de tubería Diámetro interno
’’ 20.9 mm
15.8 mm
Hallamos la velocidad:
= = = 1.487
= = = 0.085
Tabla: Velocidades recomendadas para fluidos en tuberías
Fluido Tipo de flujo Velocidad
Líquido poco
viscosos
Entrada de bomba 0.3 – 0.9
Salida de bomba 1.2 – 3.0
La está en el rango, por lo tanto el diámetro es correcto; por
otro lado la no está dentro del rango, por lo tanto el diámetro
es el incorrecto.
Para calcular las pérdidas de carga utilizamos la fórmula de
Darcy-Weisbach:
H =
Primero calculamos el número de Reynolds:
La viscosidad cinemática del agua destilada a 20ºC es de 1.004
x m2 /s y diámetro en metros:
Re = = 23400.99 = 1.004 x
25
El coeficiente de rugosidad absoluto del acero galvanizado es
de 0.15 mm, por lo tanto la rugosidad relativa será de:
Rug = = = 9.49 x 0.00949
Ahora mediante los valores de la rugosidad relativa y el número
de Reynolds obtenemos el coeficiente de fricción con la ayuda
del diagrama de Moody.
f = 0.039
Ya se puede calcular la longitud equivalente de los accesorios:
- 20 m. de tubería horizontal = 20 m.
- 2 curvas de 90° (DN 80) = 0.05527 m.
= = = 0.02763 m.
- 2 v/v mariposa de 3’’ = 0.05753 m.
= = = 0.02876 m.
- 1 codo 90° de 3’’ = 0.03892 m
= = = 0.03892 m.
- Longitud equivalente = 20.151 m.
H = = 3.3093 m.c.a. 1 m.c.a. 0.098 bar
Las pérdidas son de 3.3093 m.c.a. lo que equivale a 0.325
bar.
26
Coeficientes de perdidas k en válvulas abiertas Codos y TES.
2’’ 3’’ 4’’
K 0.30 0.245 0.19
= 0.245
2’’ 3’’ 4’’
K 0.39 0.345 0.30
= 0.345
La bomba produce una presión de 2.35 bares, por lo tanto
en el punto más desfavorable la presión será de 2.03 bares.
2.2.4.4 ISO (International Standarization Organization)
La norma ISO (2002) “[…] es la entidad internacional
encargada de favorecer normas de fabricación, comercio y
comunicación en todo el mundo” (p.04).
ISO 15748
Para la realización de los cálculos, la base será la norma
ISO 15748, esta norma esta titulada como Embarcaciones
y tecnología marina – Suministro de agua potable en
buques y estructuras marinas. La presente norma está
dividida en dos secciones, la parte 1 acerca de la
planificación y el diseño, y la parte 2 acerca de los métodos
de cálculo (Cordero, 2015).
27
1. Planificación y el diseño
Esta parte de la norma ISO 15748 se aplica a la
planificación, el diseño y la configuración de los sistemas
de abastecimiento de agua potable en barcos,
estacionario o estructuras marinas y embarcaciones de
navegación interior flotante.
Esta parte de la norma ISO 15748 “especifica los
requisitos mínimos para los sistemas de suministro de
agua potable que deben cumplirse con el fin de proteger
el agua potable y para mantener su calidad” (ISO 15748,
2002, p.6).
También proporciona consejos sobre los
componentes que deben utilizarse y el tendido de las
tuberías.
- Disposición de tuberías
Se recomienda la instalación de líneas de agua
potable preferiblemente en pasillos y zonas comunes.
Líneas de agua potables estarán dispuestas de tal
manera que el mantenimiento conveniente y
posibilidad de desmontaje de engranajes, tuberías y
equipos están garantizados. El libre acceso para su
inspección, mantenimiento y reparación debe
proporcionarse como medida de lo posible.
Ninguna línea debe funcionar por encima o cerca
de equipos eléctricos y electrónicos esenciales para el
funcionamiento de la nave. Si esto no se puede evitar,
se adoptarán las disposiciones para evitar daños a
este equipo en caso de fuga.
En estas zonas no se permiten conexiones
separables.
28
Las líneas que puedan verse afectadas por
temperaturas por debajo del punto de congelación
deberán estar provistos de drenaje y cierre de
dispositivos.
Se recomienda estructurar el sistema de
abastecimiento de agua potable en varias áreas de
servicio con el fin de mantener problemas de
abastecimiento debido a las bajas del sistema, a un
mínimo.
No se permite dirigir las líneas de agua potable a
través de tanques que no contienen agua potable. Si
esto no se puede evitar, se instalarán dichas líneas en
túneles de tuberías, que tendrá una descarga efectiva
a un punto controlable.
Los sistemas de abastecimiento de agua potable
deberán estar diseñados de tal manera que pone a
prueba, el mantenimiento y las reparaciones son
posible de una manera apropiada.
Si las tuberías de agua caliente y las tuberías de
agua fría se colocan de lado a lado muy juntas, se
llevarán a cabo el aislamiento térmico adecuado. (ISO
15748, 2002, p.18)
Principios de diseño
En la etapa de diseño, se hará provisión para la
deformación elástica del casco del buque, así como
expansiones causadas por el calor.
Ventilación y el drenaje de todo el sistema, así
como de las secciones de tubo individuales deberán
ser posibles.
Donde hay una necesidad de contratación de
líneas de agua fría cerca de tuberías de agua caliente,
las tuberías de agua fría se colocaran más abajo que
las tuberías de agua caliente o estar aislados para
29
prevenir el calentamiento de agua potable. (ISO
15748, 2002, p.18-19)
Marcado de tuberías de Identificación
Líneas de agua potable deben estar marcadas
adecuadamente recomendado a distancias de 5 m y
en las zonas de la rama-offs en de tal manera que se
pueden identificar inequívocamente como líneas que
llevan el agua potable.
Mangueras de agua potable deberán estar
marcadas en consecuencia.
La identificación se producirá de acuerdo con la
norma ISO 14726-1 y 14726-2 marcado.
Además, las palabras "agua potable" se pueden
pintar en la tubería o en una etiqueta adicional cuando
sea razonablemente necesario.
Si la dirección del flujo es importante, esto se
indicará por medio de una flecha que apunta en la
dirección respectiva.
Si es necesario, se debería agregar marcados
adicionales para diferenciar entre el agua fría y
caliente. (ISO 15748, 2002, p.20)
2. Método de calculo
Una sección de la norma ISO 15748 está dirigido a la
planificación, el diseño y la configuración de los sistemas
de abastecimiento de agua potable en barcos,
estacionarios o estructuras marinas y los artes de la
navegación interior flotante.
Esta parte de la norma ISO 15748 sirve para
determinar la cantidad de agua potable a llevar a bordo,
la capacidad de los depósitos a presión y calentadores
30
de agua, la capacidad de bombeo, etc. (ISO 15748,
2002, p.1).
1) Consideraciones generales
El consumo de agua potable depende del tipo de
buque, el tiempo de marcha (tiempo de la tripulación y
los pasajeros embarcados), el número de puntos de
dispensación y suministro de agua potable y el área
de crucero.
Los cálculos aproximados de los requerimientos
diarios de agua potable deben basarse en los valores
de referencia en la tabla 1. (ISO 15748, 2002, p.2)
31
Tabla 1 Guía de valores de consumo de agua potable en litros por persona/cama y días
Tipo de buque Grupo de personas embarcadas
Consumo de agua cuando es alimentado con
Sistema de inodoro de baño
Sistema de vacío de baño
Buques de navegación marítima
Buques de carga
Tripulación/Cama 220 L 175 L
Buques pasajero
Pasajero/Cama 270 L 225 L
Crucero de lujo Pasajero/Cama _______ 275 L
Transbordador con cabinas
Pasajero/Cama 205 L (a) 160 L (a)
Pasajero sin cama 100 L 55 L
Transbordador sin cabinas
Pasajero sin cama 150 L 105 L
Tripulación sin cama 100 L 55 L
Barcos por vía
navegable
Buque de carga Tripulación/Cama Mínimo 150 L
Buque de pasajero con cabina
Pasajero/Tripulación/Cama 220 L 175 L
Buque de pasajeros sin cabinas
Tripulación/Pasajero 100 L
Buque de propósito especial
Barco de investigación
Por cama
Fuerzas armadas y mayores
Tripulación/Cama
Federal armed forces – smaller than tender
Tripulación/Cama
Buques de pesca Tripulación/Cama Mínimo 150 L
Offshore Tripulación/Cama 350 L
(a) No lavandería a bordo
Fuente: ISO 15748
Determinación del consumo de agua potable con
respecto a los puntos de distribución previstos /
existentes deberían ser basados en los valores de
32
referencia de la Tabla 2 para buques de carga (ISO
15748, 2002).
Tabla 2 Guía de valores para el consumo de agua de buques de carga en los diferentes puntos de servicio por persona y por día.
Punto de servicio
Consumo por uso
L
Frecuencia de uso
Por día
Consumos
Total cantidad de agua
L/Día
Agua fría L/Día
Agua caliente a
L/Día
Lavatorio para Lavado de mano/pie
2 6 x 12 5 7
Plato de ducha
60 2 x 120 50 70
Inodoro b 10 6 x 60 60 -
Inodoro de vacío b
1,2 6x 8 8 -
Urinario b 3 5 x 15 c 15 c -
Área de la cocina
- - 20 8 12
Lavandería b
- - 38 15 d 23
Limpieza - - 5 2 3
(a) A una temperatura de agua caliente de entrada 60 ° c. (b) Si se usa agua no potable, habrá disminución del consumo de agua potable en consecuencia (c) El uso de los urinarios reduce el uso de los inodoro (d) Aparatos de consumo con conexiones de agua caliente
Fuente: ISO 15748
2) Determinación y dimensionamiento de los
componentes del sistema
Los tamaños de los componentes del sistema se
determinarán teniendo en cuenta:
El material de la tubería que se utilizará
La configuración de las instalaciones de agua
potable (tuberías, accesorios, dispositivos de
servicio)
33
El cálculo previsto para el agua fría, agua caliente y
tuberías de circulación (ISO 15748, 2002, p.2)
2.2.5 Planta evaporadora y funcionamiento
2.2.5.1 Datos principales del buque
El buque que servirá de muestra para la investigación es un
buque contenedor el cual fue construido en VW GmbH
Straulgund en 1995 y tiene un DWT=14,717 mt, GROSS=11,987
mt, T.NET=6,156 T, con una Máquina principal DMR SULZER
DIESEL 7 RTA 52 U-MARINE de 10,920KW / 135 RPM.
También consta de un BOW THRUSTER = 960 KW = 953 HP,
Con 2 Motores generadores MAK 6M20 con generador AEM
GmbH de 950 KW, Generador de cola AEM SE400L4 de 800
KW, con un paso variable CPP HyW 475.2N190 y 2 Grúas de
carga NMF tipo DKII de 45 Ton.
2.2.5.2 Principio de trabajo
Se instaló una evaporadora la cual aprovecha el calor del motor
principal. La evaporadora tiene una capacidad de producción de
agua destilada de 20 m3 /día. Fue fabricado por la compañía
Alfa Laval. Se trata del modelo JWP-26-C-80/100, de placas y
simple etapa.
El eyector crea un vacío en el sistema a fin de bajar la
temperatura de evaporación del agua de alimentación. Esta se
introduce en la sección del evaporador a través de un orificio y
se distribuye en cada canal (canales de las placas del
evaporador). El agua caliente se distribuye en el resto de
canales, transfiriendo así su calor al agua de alimentación en los
canales de evaporación.
De haber alcanzado la temperatura de ebullición – con una
presión inferior a la atmosférica - el agua de alimentación se
somete a una evaporación parcial y la mezcla de vapor
34
generado y salmuera entra en el recipiente separador, donde la
salmuera se separa del vapor y se extrae por el eyector. De
haber pasado por un separador de partículas, el vapor entra en
cada segundo canal de la placa en la sección del condensador.
El paso la bomba eyectora suministra agua de mar al resto de
canales, absorbiendo así el calor que se transfiere desde el
vapor de condensación; el agua dulce producida se extrae con la
bomba de agua dulce y es conducida al tanque de
almacenamiento de agua dulce.
Asimismo, el uso de evaporadores que utilizan el calor del
agua de refrigeración de los motores presenta varias ventajas:
En primer lugar ayuda al sistema de refrigeración de los
motores.
En segundo lugar este sistema es menos propenso a la
aparición de incrustaciones en el evaporador.
En tercer lugar aprovechamos un calor residual. (Alfa Laval
Marine & Power, 1995, p.10)
2.2.5.3 Procedimiento de arranque y parada
Procedimiento de Arranque:
Abrir las válvulas de succión y descarga de la bomba
eyectora PU-SC-01.
Abrir la válvula fuera de borda para la salmuera
combinada/eyector de aire.
Cerrar el AIR SCREW VA-E1-01 en el separador.
Arrancar la bomba eyectora PU-SC-01 para crear un
vacío de mínimo 90%.
La presión mínima en la entrada de la salmuera
combinada/eyector de aire es 300 kPa (3.0 kp/ ).
La contrapresión máxima en la salida de la salmuera
combinada/eyector de aire es 60kPa (0.6 kp/ ).
35
Evaporación:
Cuando haya un vacío mínimo del 90% (después de 10
minutos como máximo): a) Abrir la válvula del tratamiento de
agua de alimentación, si es que hay alguna, b) Abrir las
válvulas de entrada y salida de agua caliente, c) Empezar la
alimentación de agua caliente al destilador ajustando
gradualmente la válvula de derivación 10°C paso a paso,
hasta que se alcance la temperatura deseada del agua de
camisas, d) La temperatura de ebullición ahora se eleva,
mientras que el vacío obtenido se reduce a aprox. 85%, e)
Esto indica que la evaporación ha empezado.
Condensación:
Después de 3 minutos aproximadamente la temperatura de
ebullición caerá de nuevo y el vacío normal se restablecerá:
a) Abrir la válvula hacia el tanque de almacenamiento de
agua dulce, b) Prender el salinómetro, c) Arrancar la bomba
de agua dulce PU-FR-01/PU-FR-02 (Alfa Laval Marine &
Power, 1995, pp. 13-14).
Procedimiento de parada: a) Detener la alimentación de agua
caliente al destilador, b) Cerrar la válvula del tratamiento de
agua de alimentación, si es que hay alguna, c) Detener la
bomba de agua dulce PU-FR-01/PU-FR-02, d) Desconectar
salinómetro, e) Parar la bomba eyectora PU-SC-01, f) Abrir el
AIR SCREW VA-E1-01, g) Cerrar las válvulas de succión y
descarga de la bomba eyectora, h) Cerrar la válvula fuera de
borda de salmuera combinada/eyector de aire, i) Cerrar la
válvula hacia el tanque de almacenamiento de agua dulce (Alfa
Laval Marine & Power, 1995, pp.16-17).
36
Figura 8: Diagrama de la planta evaporadora
Fuente: Alfa Laval Marine & Power, 2002, PI-DIAGRAM FRESH WATER GENERATOR JWP-26-C80, p.25
37
PARAMETROS DE LA PLANTA EVAPORADORA DEL CNP ILO 2014 C/E Luis Ninahuanca Olivera
AGUA Ene-14 Feb-14 Mar-14 Abr-14 May-14 Jun-14 Jul-14 Ago-14 Set-14 Oct-14 Nov-14 Dic-14
Inventario Inicial 106.00 144.00 56.00 115.00 48.00 150.00 190.00 107 105 100 67 128
Faena 0.00 35.70 145.00 0.00 100.00 80.00 180.00 187.00 120.00 100.00 140.00 73.00
Produccion Evap.
180.00
150.00
160.00
150.00
180.00
190.00 84.98 2 124.6 99.76 51.03 117.2
Total Agua 286.00 329.70 361.00 265.00 328.00 420.00 454.98 296.00 349.60 299.76 258.03 318.20
Consumo 142.00 273.70 246.00 217.00 228.00 258.00 349.98 191.00 256.60 232.76 130.03 212.20
Saldo 144.00 56.00 115.00 48.00 100.00 162.00 105 105 93 67 128 106
Nro de Dias del mes 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Consumo Agua x día
4.58
9.78
7.94
7.23
7.35
8.60
11.29
6.16
8.55
7.51
4.33
6.85
Producción 180.00
150.00
160.00
150.00
180.00
190.00
84.98
2.00
124.60
99.76
51.03
117.20
Horas 300.00
270.00
275.00
242.00
290.00
300.00 136 43 240 200 270 275
Produccion por hora
0.60
0.56
0.58
0.62
0.62
0.63
0.62
0.05
0.52
0.50
0.19
0.43
Produccion por Dia
14.40
13.33
13.96
14.88
14.90
15.20
15.00
1.12
12.46
11.97
4.54
10.23
Teorico por dia 20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
Teorico por hora 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83
Teorico producido
249.00
224.10
228.25
200.86
240.70
249.00
112.88
35.69
199.20
166.00
224.10
228.25
Eficiencia 72.29% 66.93% 70.10% 74.68% 74.78% 76.31% 75.28% 5.60% 62.55% 60.10% 22.77% 51.35%
38
PARAMETROS DE LA PLANTA EVAPORADORA DEL CNP ILO 2015 C/E Luis Ninahuanca Olivera
AGUA Ene-15 Feb-15 Mar-15 Abr-15 May-15 Jun-15 Jul-15 Ago-15 Set-15 Oct-15 Nov-15 Dic-15
Inventario Inicial 106.00 48.00 59.00 54.00 35.00 140.00 101.00 136.00 110 87 113 85.69
Faena 103.00 100.00 100.00 130.00 190.00 83.00 131.00 120.00 100.00 105.00 90.00 120.00
Produccion Evap.
84.40
43.00
89.17
50.00
40.00
85.00 65 71 30 72.4 52.3 88.58
Total Agua 293.40 191.00 248.17 234.00 265.00 308.00 297.00 327.00 240.00 264.40 255.30 294.27
Consumo 245.40 132.00 194.17 199.00 125.00 207.00 161.00 217.00 153.00 151.40 169.61 173.76
Saldo 48.00 59.00 54.00 35.00 140.00 101.00 136.00 110 87 113 85.69 120.51
Nro de Dias del mes 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Consumo Agua x día
7.92
4.71
6.26
6.63
4.03
6.90
5.19
7.00
5.10
4.88
5.65
5.61
Producción 84.40
43.00
89.17
50.00
40.00
85.00
65.00
71.00
30.00
72.40
52.30
88.58
Horas 156.00
127.00
204.00
145.00
114.00
245.00
180.00
190.00 200 185 151 238
Produccion por hora
0.54
0.34
0.44
0.34
0.35
0.35
0.36
0.37
0.15
0.39
0.35
0.37
Produccion por Dia
12.98
8.13
10.49
8.28
8.42
8.33
8.67
8.97
3.60
9.39
8.31
8.93
Teorico por dia 20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
Teorico por hora 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83
Teorico producido
129.48
105.41
169.32
120.35
94.62
203.35
149.40
157.70
166.00
153.55
125.33
197.54
Eficiencia 65.18% 40.79% 52.66% 41.55% 42.27% 41.80% 43.51% 45.02% 18.07% 47.15% 41.73% 44.84%
39
2.2.5.4 Proceso de una planta evaporadora
APV HEAT EXCHANGER (s.f.) explica el proceso de
evaporación en este tipo de embarcaciones:
Se sabe que el agua de mar es una mezcla de solutos
no volátiles (sales) y agua dulce, lo que permite
evaporar y condensar tan solo al segundo, pero
permanecen las sales en el residuo o salmuera.
Para poder vaporizar el agua salada utilizando la
temperatura relativamente baja del agua del motor (65
a 70 °C), es necesario reducir la presión del aire dentro
del generador al 10% de la presión atmosférica, con lo
cual el agua hierve aproximadamente a 40°C.
La producción del agua es continua, así como la
circulación de los demás fluidos y no es alterada a lo
largo de muchos días, hasta que sea necesaria la
limpieza química, como se verá más adelante.
El recipiente con el evaporador y condensador es
situado bajo vacío por medio de una bomba de agua de
mar eyectora. La presión absoluta debe permanecer
aproximadamente a 0'1 bar. A esta presión, con
aproximadamente 40º C el agua de mar se evaporará.
La parte del evaporador abierta al tanque de vacío,
es alimentada con agua de mar. En la otra parte del
evaporador, circula el agua de refrigeración del motor a
una temperatura de 60º-80º C. Parte de este agua
hierve cuando entra en contacto con la zona caliente de
las placas, y abandona el evaporador en forma de
vapor, a través del lado abierto de paquete de placas.
La cantidad remanente de agua de mar, ahora contiene
una importante concentración de sal (salmuera), que es
drenada y descargada al mar por el eyector.
El vapor producido en el evaporador pasa a través
de un separador al condensador. Este condensador es
construido igual que el evaporador con un lado abierto
40
en la parte superior al tanque de vacío; el lado opuesto
está completamente cerrado. En el lado cerrado, circula
el agua del mar fría. Cuando el vapor hace contacto
con las placas frías, se condensa el agua dulce.
Normalmente, el condensador está conectado al
sistema de refrigeración de agua salada para generar
agua dulce desde el circuito central de refrigeración del
buque.
El agua dulce es bombeada a los tanques de agua
dulce del buque pasando por un sensor que se
encuentra conectado al salinómetro. El salinómetro
mide la salinidad del agua dulce. Cuando la salinidad
es superior al valor establecido preseleccionado
(normalmente 50 ppm), una válvula solenoide se abre y
el agua producida retorna al evaporador. El salinómetro
puede ser conectado a una alarma a distancia, que en
caso de una salinidad demasiado alta puede recibirse
en el puente de mando del buque o en la cámara de
control.
El estudio del principio de funcionamiento de los
generadores de agua dulce debe ser inicio con la
comprensión previa de algunos de los principios de
evaporación y condensación, lo que al cabo resulta
más beneficioso que la completa memorización de
todos los detalles de una planta cualquiera. (pp. 1,2)
2.2.5.5 Principio de operación de una planta evaporadora
Según Castro (2012), el proceso de separar, mediante
evaporación y condensación, los diferentes componentes
líquido, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una
mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de
cada una de las sustancias se le denomina destilación.
41
Para Paredes (2014), la destilación involucra tres principios
básicos:
a) Transmisión de calor
El calor se transmite o pasa de un cuerpo caliente a otro
más frío (segunda ley de la termodinámica):
Existe la diferencia de temperatura entre la sustancia que
entrega y recibe calor.
El área de la superficie es el lugar por el que se transmite
el calor.
El calor pasa por el coeficiente de transmisión de calor de
la sustancia.
Modos en que se realiza la transferencia de calor:
Conducción
La conducción de calor no implica ningún
movimiento en conjunto del cuerpo a través del cual
se transmite energía. La conductividad es un
mecanismo de transferencia de calor en sólidos,
líquidos y gases que dependen de la existencia de
una diferencia de temperaturas y que constituyen
esencialmente un proceso de no equilibrio. Es así que
esta transferencia de energía cesará en el instante en
que se produzca un equilibrio de temperatura entre
las dos regiones.
Radiación
Todo cuerpo emite energía en forma de radiación
electromagnética. Dos cuerpos cualquiera A y B
intercambiarán energía en forma de radiación térmica
hasta que sus temperaturas se igualen; incluso,
cuando no hay posibilidad de que intervengan
conducción o convección; es decir, que los cuerpos
pueden estar separados por un espacio que incluso
puede ser el vacío.
La radiación de un cuerpo se produce haya o no
diferencia de temperaturas entre el cuerpo y el medio
42
que lo rodea. Si no existe diferencia de temperaturas,
entonces el cuerpo está absorbiendo exactamente la
misma radiación que emite y la salida de energía
hacia el exterior es nula. Por lo tanto, la importancia
de la transferencia de calor por radiación es mayor
conforme se incremente la temperatura de un objeto.
Convección
La convección es un proceso de transporte de
energía por la acción combinada de conducción de
calor, almacenamiento de energía y movimiento de
mezcla. Esta tiene gran importancia como mecanismo
de transferencia de calor (energía) entre una
superficie sólida, un líquido o un gas.
La transferencia de calor por convección se
clasifica, de acuerdo con la forma de inducir el flujo,
en convección libre y convección forzada. Cuando el
movimiento de mezclado tienen lugar exclusivamente
como resultado de la diferencia de densidades
causado por las gradientes de temperatura, se habla
de convección natural o libre. Cuando el movimiento
de mezclado es inducido por algún agente externo, tal
como una bomba, el proceso se conoce como
convección forzada.
La eficiencia de la transferencia de calor por
convección depende básicamente del movimiento del
mezclado del fluido. Como consecuencia, un estudio
de la transferencia de calor por convección, se basa
en el conocimiento de las características del flujo del
fluido.
b) Evaporación y condensación
Si se suministra calor a un líquido, su temperatura se
elevará hasta alcanzar el punto de ebullición. En ese punto,
si continúa el suministro de calor de vaporización del
43
líquido, este se evaporará permaneciendo constante su
temperatura (si su presión permanece constante).
Si el vapor así formado es recogido y se le quita su
calor por medio de un enfriamiento (equivalente a la
cantidad calor de vaporización), se condensará a
temperatura constante (su temperatura de ebullición para la
correspondiente presión constante) y volverá al estado
líquido.
Aplicando lo anterior en un generador de agua dulce, el
agua de refrigeración de los cilindros circula por los
serpentines del evaporador entregando calor al agua de
mar que los rodea. El agua de mar se calienta hasta
producir vapor, el cual (a temperatura y presión
constantes), pasa al condensador, donde se condensa al
tomar contacto con los tubos que están enfriados por una
corriente de agua de mar producida por la bomba de
circulación. Al condensarse, el agua de alimentación
aumenta su temperatura y parte de esta agua es enviada al
interior del evaporador para reponer el agua de mar que ha
sido evaporada. Al evaporarse, el agua de mar retiene lasa
impurezas, sales, etc. aumentando la densidad del resto de
agua que permanece en el interior de la cámara del
evaporador y este aumento de la densidad es conocido con
el nombre de salmuera.
El agua destilada producida por la condensación del
vapor en el condensador destilador es enviada por medio
de una bomba de agua dulce a los diversos tanques de
almacenaje, o a los tanques de reserva de agua de
alimentación de calderas.
Cuando se usa vapor en vez de agua de refrigeración
de cilindros para la calefacción de los serpentines, se
instala una válvula reguladora de presión en la toma de
vapor, mejores resultados se consiguen colocando placas
44
con orificios calibrados (toberas). En estas condiciones, la
válvula reguladora de presión mantiene constante la
presión sobre la placa orificio, y con una presión inferior a
la presión crítica del lado de la descarga del orificio, se
obtiene un consumo constante de vapor en los serpentines
de calefacción, asegurando así un grado de evaporación
constante, una mejor calidad del agua destilada y un mejor
rendimiento en la capacidad de producción.
c) Efectos de los cambio de presión en la temperatura de
ebullición de un líquido
El agua a una presión dada hierve a una temperatura
definida. Si se aumenta la presión, la temperatura de
ebullición aumentará; si se disminuye, la temperatura de
ebullición disminuirá. Es posible, por tanto, producir la
ebullición del agua a la temperatura que se desee (dentro
de los límites en que ello es posible), y obtener vapor a
dicha temperatura, si mantenemos la presión
correspondiente. Existen tablas de vapor en donde se
puede hallar la temperatura de ebullición del agua bajo
diversas presiones.
El agua a la presión atmosférica normal (1 atm. Ó 760
mm de Hg) hierve a la temperatura de 100° C (212°F). En
un generador de agua dulce, la presión del agua de
refrigeración de cilindros que pasa por los serpentines del
evaporador es de 1.4 (1 atm. = 1.033 ), y que
regulando convenientemente las válvulas para el correcto
funcionamiento del evaporador, de las bombas y del
condensador. Se mantiene la presión absoluta, entre 0.060-
0.075 , dentro de la cámara del evaporador, la
temperatura de ebullición del agua de mar (despreciando la
densidad de la salmuera, que eleva ligeramente el punto de
45
ebullición), será de 35-40°C (95-104°F), y la temperatura
en el interior de los serpentines es, en consecuencia, la
temperatura del agua de refrigeración de cilindros: 60-70°C
(140-157°F). Se puede notar ahora cómo pasa el calor a
través de las paredes de los serpentines calentando el
agua de mar fría hasta su punto de ebullición, que es como
se ve, una temperatura inferior a la que existe en los
serpentines. (p. 23-26)
2.3 Definiciones conceptuales
Acero galvanizado
El acero galvanizado es aquel que se obtiene luego de un proceso de
recubrimiento de varias capas de la aleación de hierro y zinc. Por lo
general se trata de tres capas de la aleación, las que se denominan
“gamma”, “delta” y “zeta”. Finalmente se aplica una última y cuarta capa
externa que sólo contiene zinc, a la que se le llama “eta”, y es la que le da
aquel típico aspecto gris brillante al acero.
Ecuación de Darcy-Weisbach
Es una ecuación empírica que relaciona la pérdida de carga hidráulica (o
pérdida de presión) debido a la fricción a lo largo de una tubería dada con
la velocidad media del flujo del fluido. La ecuación obtiene su nombre en
honor al francés Henry Darcy y al alemán Julius Weisbach (ingenieros
que proporcionaron las mayores aportaciones en el desarrollo de tal
ecuación).
Diagrama de Moody
Es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor
de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de
una tubería, diagrama hecho por Lewis Ferry Moody.
46
Motor eléctrico
Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica
por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus
bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y
un rotor.
Numero de Reynolds
Es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de
reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de
un fluido. El concepto fue introducido por George Gabriel Stokes en
1851,2 pero el número de Reynolds fue nombrado por Osborne
Reynolds (1842-1912), quien popularizó su uso en 1883
Presión de vacío
Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o
real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los
que la presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta
cantidad es negativa se llama presión de vacío.
Salinidad
Es el contenido de sales minerales disueltas en un cuerpo de agua. Dicho
de otra manera, es válida la expresión salinidad para referirse al
contenido salino en suelos o en agua. El sabor salado del agua se debe a
que contiene cloruro de sodio (NaCl). El porcentaje medio que existe en
los océanos es de 3,5% (35 gramos por cada litro de agua).
Salmuera
Es agua con una alta concentración de sal (NaCl) disuelta. Existen ríos y
lagos salados en donde no hay vida por el exceso de sal y de donde se
extrae la salmuera, principalmente para obtener su sal evaporando el
agua en salinas.
47
Tanque de almacenamiento
Son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilíndrica,
que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o gases a presión
ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el calificativo de
tanques de Almacenamiento Atmosféricos.
48
CAPÍTULO III: HIPÓTESIS Y VARIABLES
3.1 Formulación de la hipótesis
3.1.1 Hipótesis general
Existe relación significativa entre la selección de elementos y el
funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor -
2016.
3.1.2 Hipótesis especificas
Existe relación entre la selección de elementos técnico-operativo y el
funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor -
2016.
Existe relación entre la selección de elementos técnico-teórico y el
funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor -
2016.
49
3.1.3 Variables
VARIABLES DE
INVESTIGACIÓN
DIMENSIÓN
(Indicadores)
ÍNDICES
(características)
Vx: Selección de
elementos
Técnico
operativo
Métodos de cálculo.
Longitudes equivalentes de
tuberías.
Norma ISO.
Técnico
teórico
Elementos de la planta.
Partes de la evaporadora.
Recomendaciones del
fabricante.
Vy:
Funcionamiento de
la planta
evaporadora.
Factor
proceso
Puesta en marcha de la planta
Parada de la planta
Producción de agua(real e ideal)
Consumo diario del buque
Factor equipo
Proceso de la planta
evaporadora
Principio de evaporación de la
planta evaporadora
50
CAPÍTULO IV: DISEÑO METODOLÓGICO
4.1 Diseño de la investigación
Se entiende por diseño de investigación, según Kerlinger (2002), como “el
plan y estructura de un estudio. Es el plan y estructura de una investigación
concebidas para obtener respuestas a las preguntas de un estudio” (p. 83).
El presente trabajo de investigación es de diseño correlacional porque estudia
la relación entre las variables existentes, es decir la correlación entre las
variables.
4.2 Población y muestra
Según Hernández et al. (2006), “la población es como el conjunto de todas
las situaciones que se relacionan como una serie de detalles” (p. 65). Es la
totalidad del fenómeno a estudiar, donde las entidades de la población
poseen una característica común la cual se estudia y da origen a los datos de
la investigación. En este caso, la población del trabajo de investigación está
conformada por la tripulación de un buque contenedor. (27 personas).
Por otra parte, Sierra (2003) define la muestra como "[...] una parte de un
conjunto o población debidamente elegida, que se somete a observación
51
científica en representación del conjunto, con el propósito de obtener
resultados válidos, también para el universo total investigado” (p.174).
En nuestro caso, la muestra de la investigación está conformada por el
departamento de máquinas del buque CNP ILO (14 personas).
Criterios de inclusión para determinación de la muestra:
Pertenecer al departamento de máquinas del buque contenedor.
Tener 4 meses de como mínimo a bordo del buque contenedor.
Son aceptados todos los rangos.
Criterios de exclusión para la determinación de la muestra:
Pertenecer a un departamento ajeno al de máquinas del buque contenedor.
Tener menos de 4 meses a bordo del buque contenedor.
4.3 Técnicas para la recolección de datos
El instrumento utilizado para la recolección de datos fue una encuesta. La
encuesta es la técnica utilizada para recolección de datos en el presente trabajo
de investigación. Según Hernández et al (2010) las encuestas son herramientas
que nos van a permitir recopilar datos y generalizar los resultados de nuestra
población. Esta herramienta nos permitió determinar la relación entre la selección
de elementos y el funcionamiento de una planta evaporadora.
Se validó la encuesta bajo el criterio de jueces o expertos. Fueron cinco los
expertos que evaluaron la encuesta. Los evaluadores son profesionales expertos
y de amplia experiencia en el tema de selección de elementos y funcionamiento
de una planta evaporadora.
Las observaciones presentadas por los expertos fueron levantadas, quedando
conforme al criterio los evaluados.
52
4.4 Técnicas para el procesamiento y análisis de los datos
El análisis y procesamiento de los datos recogidos se realizó a través del
paquete estadístico SPSS, versión 22. Para realizar el análisis descriptivo se
utilizaron tablas de frecuencia, porcentajes y figuras estadísticas.
El estadístico de Pearson fue la técnica que se aplicó para medir
paramétricamente la muestra y para hallar el grado de significancia entre la
relación de variables en la presente investigación
4.5 Aspectos éticos
En el desarrollo de la presente investigación, se tuvo en cuenta los aspectos
éticos y morales.
Para la aplicación del instrumento se dejó claro al encuestado la finalidad
de la investigación y sus beneficios a través del consentimiento informado,
asimismo se respetó su participación voluntaria y sus opiniones. A todos los
encuestados se les aplicó la misma encuesta, brindándoles un trato cortés y
amable; logrando así una información verídica a base de hechos reales.
53
CAPÍTULO V: RESULTADOS
5.1. Estadística descriptiva
5.1.1. Análisis descriptivo de las variables
Funcionamiento de la planta de evaporación y Selección de
equipos
En el 35.7% (5 entrevistados) se asoció el Funcionamiento Regular de
la planta de evaporación con la Selección de equipos Buena. En el
14.3% (2 entrevistados) se asoció el Funcionamiento Aceptable de la
planta de evaporación con la Selección de equipos Buena. En el 7.1%
de (1 entrevistado) se asoció el Funcionamiento Inaceptable de la
planta de evaporación con la Selección de equipos Regular. En el
28.6% (4 entrevistados) se asoció el Funcionamiento Regular de la
planta de evaporación con la Selección de equipos Regular. En el
14.3 (2 entrevistados) se asoció el Funcionamiento Aceptable de la
planta de evaporación con la Selección de equipos Regular.
54
Tabla 3 Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección de equipos
Funcionamiento de la planta de evaporación Total
Inaceptable Regular Aceptable
f % F % f % F %
Selección de
equipos
Bueno 0 0.0% 5 35.7% 2 14.3% 7 50.0%
Regular 1 7.1% 4 28.6% 2 14.3% 7 50.0%
Malo 0 0.0% 0 0.0% 0 0.0% 0 0.0%
Total 1 7.1% 9 64.3% 4 28.6% 14 100.0%
Figura 9: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección de equipos
55
Funcionamiento de la planta de evaporación y la Selección
técnico-teórica
En el 28.6% de los casos (4 entrevistados) se asoció el
Funcionamiento de la planta de evaporación Regular con la Selección
técnico-teórica Bueno. En el 14.3% de los casos (2 entrevistados) se
asoció el Funcionamiento de la planta de evaporación Aceptable con
la Selección técnico-teórica Bueno. En el 7.1% de los casos (1
entrevistados) se asoció el Funcionamiento de la planta de
evaporación Inaceptable con la Selección técnico-teórica Regular. En
el 35.7% de los casos (5 entrevistados) se asoció el Funcionamiento
de la planta de evaporación Regular con la Selección técnico-teórica
Regular. En el 14.3% de los casos (2 entrevistados) se asoció el
Funcionamiento de la planta de evaporación Aceptable con la
Selección técnico-teórica Regular.
Tabla 4
Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-teórica
Funcionamiento de la planta de evaporación Total
Inaceptable Regular Aceptable
f % F % f % F %
Selección técnico-teórica
Bueno 0 0.0% 4 28.6% 2 14.3% 6 42.9%
Regular 1 7.1% 5 35.7% 2 14.3% 8 57.1%
Malo 0 0.0% 0 0.0% 0 0.0% 0 0.0%
Total 1 7.1% 9 64.3% 4 28.6% 14 100.0%
56
Figura 10: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-teórica
Funcionamiento de la planta de evaporación y la Selección
técnico-operativa
En el 7.1% de los casos (1 entrevistados) se asoció el
Funcionamiento de la planta de evaporación Regular con la Selección
técnico-operativa Bueno. . . En el 57.1% de los casos (8
entrevistados) se asoció el Funcionamiento de la planta de
evaporación Regular con la Selección técnico-operativa Regular. En el
28.6% de los casos (4 entrevistados) se asoció el Funcionamiento de
la planta de evaporación Aceptable con la Selección técnico-operativa
Regular. En el 7.1% de los casos (1 entrevistados) se asoció el
Funcionamiento de la planta de evaporación Inaceptable con la
Selección técnico-operativa Malo.
Tabla 5 Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-operativa
Funcionamiento de la planta de evaporación Total
Inaceptable Regular Aceptable
f % f % f % F %
Selección técnico-
operativa
Bueno 0 0.0% 1 7.1% 0 0.0% 1 7.1%
Regular 0 0.0% 8 57.1% 4 28.6% 12 85.7%
Malo 1 7.1% 0 0.0% 0 0.0% 1 7.1%
Total 1 7.1% 9 64.3% 4 28.6% 14 100.0%
57
Figura 11: Funcionamiento de la planta de evaporación según la Selección técnico-operativa
5.2. Pruebas de hipótesis
5.2.1. Hipótesis general
Ho: El Funcionamiento de la planta de evaporación no está relacionado con
la Selección de equipos
Ha: El Funcionamiento de la planta de evaporación sí está relacionado con
la Selección de equipos
Nivel de confianza = 95%
Alfa = 5%
Prueba de correlación de Pearson
En la tabla 6, los resultados del test de Pearson permiten afirmar, al 95% de
confianza, que la correlación entre Selección de equipos y Funcionamiento de la
planta evaporadora sí es significativa (Sig. = 0.021 <0.05).
58
Por otro lado el valor del coeficiente de correlación de Pearson fue positivo,
la relación es directa, es decir, ambas variables tienen tendencias similares.
Finalmente, el índice de correlación de Pearson fue 0.609 el cual pertenece al
intervalo [0.5, 0.75>, lo que, a decir de Hernández (2010), corresponde a una
correlación de nivel Medio.
En conclusión, se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alterna:
El Funcionamiento de la planta de evaporación sí está relacionado con la
Selección de equipos.
Tabla 6 Resultados de la correlación de Pearson entre el funcionamiento de la planta evaporadora y la Selección de equipos
Correlación de Pearson Sig. (bilateral) N
0.609 0.021 14
5.2.2. Hipótesis específicas
Hipótesis específica 1
Ho: El Funcionamiento de la planta de evaporación no está relacionado con
la Selección técnico-teórica
Ha: El Funcionamiento de la planta de evaporación sí está relacionado con
la Selección técnico-teórica
Nivel de confianza = 95%
Alfa = 5%
Prueba de correlación de Pearson
En la tabla 7, los resultados del test de Pearson permiten afirmar, al 95% de
confianza, que la correlación entre Selección Teórico-técnico y Funcionamiento de
la planta evaporadora sí es significativa (Sig. = 0.018 <0.05).
59
Por otro lado el valor del coeficiente de correlación de Pearson fue positivo,
la relación es directa, es decir, ambas variables tienen tendencias similares.
Finalmente, el índice de correlación de Pearson fue 0.621 el cual pertenece al
intervalo [0.5, 0.75>, lo que, a decir de Hernández (2010), corresponde a una
correlación de nivel Medio.
En conclusión, se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alterna:
El Funcionamiento de la planta de evaporación sí está relacionado con la
Selección técnico-teórica.
Tabla 7 Resultados de la correlación de Pearson entre Selección Teórico-técnico y Funcionamiento de la planta evaporadora
Correlación de Pearson Sig. (bilateral) N
0.621 0.018 14
Hipótesis específica 2
Ho: El Funcionamiento de la planta de evaporación no está relacionado
con la Selección técnico-operativa
Ha: El Funcionamiento de la planta de evaporación sí está relacionado
con la Selección técnico-operativa
Nivel de confianza = 95%
Alfa = 5%
Prueba de correlación de Pearson
En la tabla 8, los resultados del test de Pearson permiten afirmar, al 95% de
confianza, que la correlación entre Selección Técnico-operativa y Funcionamiento
de la planta evaporadora no es significativa (Sig. = 0.059 <0.05).
60
Por otro lado el valor del coeficiente de correlación de Pearson fue positivo, la
relación es directa, es decir, ambas variables tienen tendencias similares.
Finalmente, el índice de correlación de Pearson fue 0.515 el cual pertenece al
intervalo [0.5, 0.75>, lo que, a decir de Hernández (2010), corresponde a una
correlación de nivel Medio.
En conclusión, se rechaza la hipótesis alterna y se acepta la hipótesis nula: El
Funcionamiento de la planta de evaporación no está relacionado con la Selección
técnico-operativa
Tabla 8 Resultados de la correlación de Pearson entre Selección Técnico-operativa y Funcionamiento de la planta evaporadora
Correlación de Pearson Sig. (bilateral) N
0.515 0.059 14
61
CAPÍTULO VI: DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
6.1 Discusión
La presente investigación ha permitido conocer la relación que existe entre la
selección de elementos y el funcionamiento de una planta evaporadora, así
como también se obtuvo conocimientos más claros sobre las características
de esta planta ,sus componentes y el proceso de producción de agua dulce
para abastecer a buques de acuerdo con sus necesidades.
Los resultados del análisis de la relación entre la selección de elementos y
el funcionamiento de la planta evaporadora indican que sí existe relación
significativa entre estas variables. Esto se puede verificar con el análisis
estadístico (Test de Pearson), en el cual se estudiaron la relación entre todas
las dimensiones de las variables, llegando así a una relación significativa.
De esta manera, Cordero (2015) realizó una investigación, cuyo objetivo
fue el de explicar el funcionamiento del sistema de generación y distribución
de agua dulce a bordo de un buque tanque. Este trabajo tuvo como resultado
que la planta evaporadora que utiliza el calor del agua de refrigeración de los
motores presenta varias ventajas. En primer lugar ayuda al sistema de
refrigeración de los motores, en segundo lugar este sistema es menos
62
propenso a la aparición de incrustaciones en el evaporador, y en tercer lugar
aprovechamos un calor residual. Como se puede apreciar, los métodos de
cálculo realizados en este trabajo coinciden con los de este estudio, ya que
se emplearon los mismos métodos y fórmulas, sin embargo consideramos de
vital importancia el hecho de saber la significancia de relación entre la
selección de elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora.
Ayquipa y Maldonado (2014) realizaron una investigación, cuyo objetivo
fue de analizar la gestión de mantenimiento del generador de agua dulce con
intercambiador de placas en buques mercantes nacionales. Este trabajo tuvo
como resultado, que los factores más importantes del mantenimiento del
generador de agua dulce que manifiestan son los siguientes: los oficiales
encargados no cuentan con los repuestos requeridos, a que existe una
demora en la entrega de estos y una falta de optimización del mantenimiento
a bordo. Como se puede apreciar, en esta investigación se nota que hay una
carencia de repuestos a bordo, obligándolos así a seleccionar elementos que
no son recomendados por el fabricante y óptimos para el funcionamiento de la
planta evaporadora, los cuales reducen la producción.
Rodríguez (2013) realizó una investigación, cuyo objetivo fue encontrar
las causas de las posibles averías que se puedan presentar en los diferentes
tipos de generadores de agua dulce con un plan de mantenimiento
recomendado por el fabricante y las evaluaciones y recomendaciones del
personal que opera, así mismo, el de prevenir el deterioro de los equipos
adyacentes a esta planta, ya que sin ellos el evaporador no podrá operar
correctamente. Esta investigación tuvo como resultado que el generador de
agua dulce de tipo placas es el más instalado en los buques y con un buen
plan de mantenimiento establecido y realizado por el ingeniero a cargo, con el
tiempo, se verá resultados positivos (eliminación de averías, fallas, paradas
inesperadas). Como se puede apreciar se ha llegado a una concordancia de
ideas ya que se toman muy en cuenta las recomendaciones del fabricante y
sus continuas evaluaciones.
63
Finalmente, se demuestra mediante los resultados del análisis de la
relación entre la selección de elementos y el funcionamiento de la planta
evaporadora indican que si existe relación significativa entre estas variables.
Esto se puede verificar con el análisis estadístico (Test de Pearson), en el
cual se estudiaron la relación entre todas las dimensiones de las variables,
llegando así a una relación significativa.
6.2 Conclusiones
Existe relación significativa entre la selección de elementos y el
funcionamiento de la planta de un buque contenedor - 2016.
Existe relación entre la selección de elementos técnico-operativo y el
funcionamiento de la planta de un buque contenedor - 2016.
Existe relación entre la selección de elementos técnico-teórico y el
funcionamiento de la planta de un buque contenedor - 2016.
6.3 Recomendaciones
Realizar un correcto mantenimiento teniendo en cuenta el manual del
fabricante y algunas recomendaciones de parte de los oficiales de
máquinas para mantener la eficiencia de la planta evaporadora.
Concientizar a la tripulación sobre el uso de agua mediante charlas que se
pueden dar a bordo y antes de embarcar, así como también, hacer
inspecciones rutinarias de las líneas de agua dulce.
Incorporar conocimientos en los oficiales sobre métodos de cálculo para la
selección de equipos mediante capacitaciones y cursos adicionales,
mejorando así también la competitividad profesional.
64
Priorizar en las empresas responsables el envio de repuestos requeridos
por el oficial encargado del stock de almacén, además de ser originales y/o
recomendados por el fabricante.
65
FUENTES DE INFORMACIÓN
Referencias bibliográficas
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mantenimiento del generador de agua dulce con intercambiador tipo placas
en buques mercantes nacionales. (Tesis de licenciatura). Escuela Nacional
de Marina Mercante, Perú.
Cordero, A. (2015). Calculo y diseño del sistema de agua dulce en un buque
tanque. (Tesis de licenciatura). Universidad de Cantabria, España.
Rodríguez, K. (2013). Plan de mantenimiento para generadores de agua dulce
abordo, causa de averías y precauciones. (Tesis de licenciatura). Escuela
Nacional de Marina Mercante, Perú.
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type JWP-26-C80/100. Recuperado el 11 de julio de 2016, de
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jwp-26-c-series.pdf
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junio de 2016 de http://infohouse.p2ric.org/ref/15/14353.pdf.
66
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petróleo. Recuperado el 28 de agosto de 2016, de
http://www.google.com.pe/amp/s/nestorcatrovaldivia.wordpress.com/2012/0
5/20/concepto-de-destilacion-y-tipos-de-destilacion/amp/.
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2016 de: http://www.cofiasa.com.mx/productos/tuberia-de-
constuccion/tubo-galvanizado-c40/
González, M. (2011) Diagrama de Moody. Recuperado el 20 de marzo de 2016,
de http://fisica.laguia2000.com/complementos-matematicos/diagrama-de-
moody
Hernández, Fernández y Baptista. (2006). Metodología de la investigación.
Recuperado el 13 de mayo de 2016, de
http://www.dgsc.go.cr/dgsc/documentos/cecades/metodologia-de-la-
investigacion.pdf
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Recuperado el 20 de setiembre de 2016, de
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Recuperado el 27 de agosto de 2016, de
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_kerlinger_fred_n_pdf.
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combustión emitidos por el horno de larguero galopante de la empresa
Siderperu –Gerdau en la ciudad de Chimbote. (Tesis de licenciatura).
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http://repositorio.untecs.edu.pe/bitstream/UNTELS/93/1/Paredes_Marco_Tr
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Sierra (2003) Metodologia de la investigación. Recuperado el 13 de octubre de
2016, de http://www.zanadoria.com>pid_00148556-1
67
ANEXOS
ANEXO 1: Matriz de consistencia
PROBLEMA GENERAL
OBJETIVO GENERAL
HIPÓTESIS GENERAL
VARIABLES DE
INVESTIGACIÓN
DEFINICIÓN OPERACIONAL
DIMENSIÓN (Indicadores)
ÍNDICES (características)
METODOLOGÍA
¿Cuál es la
relación que
existe entre la
selección de
elementos y el
funcionamiento
de la planta
evaporadora de
un buque
contenedor -
2016?
Determinar la relación que existe entre la selección de elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016
Existe relación significativa entre la selección de elementos y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016
Vx: Selección
de elementos
Es la elección de
elementos,
mediante un
método de cálculo
realizado a través
de operaciones
matemáticas
basadas en la
norma ISO 15748,
para lograr la
óptima
productividad de
una planta
evaporadora.
1. Técnico Teórico
Métodos de cálculo
Longitudes equivalentes de tuberías
Norma ISO
Tipo: no experimental Diseño: correlacional Población: Está conformada por la tripulación del buque CNP ILO. Muestra: Se tomará el tamaño de la muestra a la tripulación de máquinas (14 personas).
2. Técnico Operativo
Elementos de la planta
Partes de la evaporadora
Recomendaciones del fabricante
PROBLEMA ESPECÍFICOS
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
Vy:
Funcionamient
o de la planta
evaporadora.
Es la puesta en
marcha del
equipo mediante
una serie de
procesos como
transmisión de
calor,
3. Factor equipo
Puesta en marcha de la planta
Parada de la planta
Producción de
¿Cuál es la relación que existe entre la selección de elementos técnico-
Determinar la relación que existe entre la selección de elementos técnico-
Existe relación entre la selección de elementos técnico-operativo y el
68
operativo y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016?
operativo y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016.
funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016.
evaporación y
condensación,
teniendo en
cuenta la calidad
de sus
elementos.
agua(real e ideal)
Consumo diario del buque
¿Cuál es la relación que existe entre la selección de elementos técnico-teórico y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016?
Precisar la relación que existe entre la selección de elementos técnico-teórico y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016.
Existe relación entre la selección de elementos técnico-teórico y el funcionamiento de la planta evaporadora de un buque contenedor - 2016.
4. Factor Proceso
Proceso de la planta evaporadora
Principio de evaporación de la planta evaporadora
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ANEXO 2: INTRUMENTO PARA LA RECOLECCIONES DE DATOS
ENCUESTA
Instrucciones:
La presente encuesta forma parte de una investigación acerca de la selección de
elementos y funcionamiento de la planta evaporadora del buque contenedor -
2016.
Esperamos su apoyo respondiendo el cuestionario de la forma más sincera
posible.
MUY DE ACUERDO (5)
DE ACUERDO (4)
NI DE ACUERDO NI EN DESACUERDO (3)
EN DESACUERDO (2)
EN TOTAL DESACUERDO (1)
1
Considera usted, ¿Qué la realización de métodos de cálculos son necesarios para la selección de elementos de una planta evaporadora?
2 Considera usted, ¿Qué la pérdida en las tuberías causadas por el rozamiento del agua son necesarias para la selección de repuestos?
3 Considera usted ¿Que la tubería de acero galvanizado es apropiada para la correcta producción de agua dulce en la planta evaporadora?
4 Considera usted, ¿Qué se
deben cambiar las tuberías
del sistema de agua
después de un determinado
tiempo?
5 ¿Posee conocimientos sobre el método de cálculo de pérdida de tuberías por Darcy-Weisbach?
6 ¿Posee conocimientos para hallar las longitudes equivalentes en las tuberías?
7 ¿Conoce la norma ISO 15748 “EMBARCACIONES Y TECNOLOGÍA MARINA-SUMINISTRO DE AGUA POTABLE EN BUQUES Y ESTRUCTURAS MARINAS”?
70
8 Considera usted, ¿Qué deben realizarse cálculos para comprobar el correcto funcionamiento de los elementos de la planta evaporadora cada cierto tiempo?
MUY DE ACUERDO (5)
DE ACUERDO (4)
NI DE ACUERDO NI EN DESACUERDO (3)
EN DESACUERDO (2)
EN TOTAL DESACUERDO (1)
1 Considera usted ¿Que hay relación entre la correcta selección de elementos con el funcionamiento de la planta evaporadora?
2 En su tiempo de embarque, ¿utilizó repuestos o equipos originales recomendados por el fabricante para mantener su funcionamiento de la planta evaporadora?
3 Esta de acuerdo, ¿Que la producción de la planta evaporadora es mucho menor a la producción ideal?
4 ¿Se seguían las recomendaciones de mantenimiento puestas por el fabricante a bordo del buque en el que laboraba?
5 ¿Satisfacía la planta evaporadora el consumo diario del buque?
6 Considera usted, ¿Qué los oficiales cumplen los pasos para la puesta en marcha de la planta evaporadora, correctamente?
7 Considera usted, ¿Qué los oficiales cumplen los pasos para la parada de la planta evaporadora, correctamente?
8 Considera usted, ¿Qué el aumento del diámetro interno de las tuberías afecte a la producción de agua dulce de la planta evaporadora?
9 Esta de acuerdo, ¿Qué se deben usar repuestos originales para el buen
71
funcionamiento de la planta evaporadora?
10
Considera usted, ¿Qué la planta evaporadora puede ser usada como un enfriador adicional?
72
ANEXO 3: COEFICIENTE DE PÉRDIDA K EN VÁLVULAS ABIERTAS, CODOS
Y TES
Fuente: White F. M. (1994)
73
ANEXO 4: VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA FLUIDOS EN TUBERÍAS
Fuente: McCabe et al., Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 4ª Ed.,
McGraw-Hill, (1991)
74
ANEXO 5: DIAGRAMA DE MOODY
75
ANEXO 6: DIMENSIONES DE TUBOS DE ACERO CALIBRE 40
76
ANEXO 7: CONSTANCIA DE CORRECIÓN DE ESTILO
