Julio César Cabrera Sarmiento. Byron Agustín Solórzano Castillo. Ing. Thuesman Estuardo

245 Pages·2014·7.8 MB·Spanish

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA.

ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS
NATURALES NO RENOVABLES.
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
“Diseño y construcción de un compresor de oxígeno como
complemento alternativo del sistema de generación y distribución
de oxígeno del Hospital Manuel Y. Monteros del Instituto
Ecuatoriano de Seguridad Social (IESS) de Loja.”

DOCUMENTO CIENTÍFICO PREVIO A
LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO ELECTROMECÁNICO.

AUTORES:
Julio César Cabrera Sarmiento.
Byron Agustín Solórzano Castillo.

DIRECTOR:
Ing. Thuesman Estuardo Montaño Peralta

LOJA-ECUADOR.
Autoría.
El presente proyecto ha sido elaborado con
los criterios de los autores, por lo tanto los
mismos se declaran autores legítimos de
este trabajo de tesis.
DECLARACIÓN DE AUTORIDAD

Nosotros: Byron Agustín Solórzano Castillo y Julio César Cabrera Sarmiento, autores
intelectuales del presente trabajo de investigación, autorizamos a la Universidad
Nacional de Loja, de hacer uso del mismo con la finalidad que estime conveniente.

…………………………………. ………………………………..
Byron Agustín Solórzano Castillo Julio César Cabrera Sarmiento
AGRADECIMIENTO

El más sincero sentimiento de gratitud al grupo de docentes de la carrera de Ingeniería
Electromecánica que participaron día a día en nuestra formación profesional, al Ing.
Thuesman Montaño que supo dirigirnos de la mejor forma para llevar a cabo el presente
proyecto de tesis, a la empresa Oximédica del Ecuador que contribuyo con sus
instalaciones, tecnología y equipos para el diseño y construcción del sistema de
compresión. Y de manera especial a la Universidad Nacional de Loja, por ser nuestra
institución formadora de nuevos criterios y principios profesionales tanto como
humanos.
DEDICATORIA

“Dedico el presente proyecto de tesis a mis
padres: Olga y Agustín, que gracias a su esfuerzo
y trabajo permanente, me guiaron y ayudaron a
salir adelante. A ellos debo mi eterna gratitud y
futura vida profesional.”

Att: Byron Agustín Solórzano Castillo.

“El presente trabajo de tesis lo dedico con mucho
cariño a mis padres: Bolívar y Zoila a quienes
siempre los llevo presente en mi corazón y
que son mi fuerza que me anima a seguir
adelante. A mis queridos hermanos, Patricia,
Cristina, Cristian, por compartir los deseos
de superación y optimismo, a mi esposa Janeth
por brindarme su amor y comprensión, en fín a
toda mi familia.”

Att: Julio César Cabrera Sarmiento.
RESUMEN

El presente proyecto de tesis comprende “El diseño y construcción de un compresor de
oxígeno como complemento alternativo del sistema de generación y distribución de
oxígeno del Hospital Manuel Y. Monteros del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social
(IESS) de Loja.” Teniendo como objetivos específicos: Determinar un sistema adecuado
y seguro para el proceso de compresión de oxígeno, el diseño de un equipo compresor
como complemento del sistema de extracción de oxígeno PSA propia del hospital y su
posterior construcción para un funcionamiento adecuado y eficiente, que garantice un
abastecimiento continuo a la red de distribución de oxígeno existente en esta casa de
salud.

Cabe recalcar la importancia de este proyecto, ya que su aplicación como componente
de una red de oxígeno hospitalaria, demanda de un buen diseño, basado en normas y
características de compresores para procesos especiales.

En el transcurso del proceso investigativo se determinó conveniente diseñar un
compresor alternativo de pistón ya que, su amplio campo de aplicación permite su uso
en este tipo de instalaciones. Siendo este compresor la base del estudio.
SUMARY.

The present thesis project understands "The design and construction of an oxygen
compressor like alternative complement of the generation system and distribution of
oxygen of the Hospital Manuel Y. Monteros of the Ecuadorian Institute of Social
security (IESS) of Loja." Having as specific objectives: "To determine an appropriate
system and insurance for the process of oxygen compression, the design of a team
compressor like complement of the system of oxygen extraction PSA characteristic of
the hospital and their later construction for an appropriate and efficient operation that
guarantees a continuous supply to the net of distribution of existent oxygen in this house
of health.

It is necessary to emphasize the importance of this project, since their application like
component of a hospital oxygen net, demand of a good design, based on norms and
characteristic of compressors for special processes.

In the course of the investigative process it was determined convenient to design an
alternative compressor of piston since their application field it allows their use in this
type of facilities. Being this compressor the base of the present study.
INDICE
Pag.
I.- INTRODUCCIÓN. 5
II.- ANTECEDENTES. 7
II.i.- Situación problémica. 7
III.- METODOLOGÍA. 10
III.i.- Tipo de investigación. 10
III.ii.- Métodos. 10
III.iii.- Técnicas e instrumentos. 12
IV.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. 15
IV.i.- Sistema categorial. 15
IV.ii.- Declaración teórica. 18
V.- EVALUACIÓN DEL OBJETO DE INVESTIGACIÓN. 101
V.i.- Descripción general del equipo planteado. 101
V.ii.- Características de los equipos instalados. 101
VI.- DESARROLLO. 104
 Resumen de estado actual del equipo de generación de oxígeno, análisis de las
partes defectuosas y razón de la solución planteada. 104
 Necesidad del sistema. 106
 Condiciones de trabajo. 107
 Selección general del tipo de compresor. 108
 Selección general de los componentes del compresor. 109
 Selección de materiales necesarios para las partes del compresor. 111
 Dimensionamiento de las partes fundamentales del compresor. 112
 Diámetro del pistón de trabajo. 112
 Carrera del pistón de trabajo. 113
 Número de revoluciones. 113
 Dimensionamiento, diseño y esquematización de las partes fundamentales del
compresor, basado en la cinemática, dinámica y resistencia a las condiciones de
trabajo. 114
 Diseño de las partes de transmisión de potencia (móviles). 115
 Cigüeñal. 115
o Cálculo del torque máximo sobre el cigüeñal. 116
o Estimación de la potencia mecánica para condiciones de trabajo. 118
o Cálculo del momento flector sobre el eje del cigüeñal. 119
o Cálculo del menor diámetro necesario del eje del cigüeñal. 120
 Polea conducida. 121
o Cálculo del diámetro de la polea conducida del compresor según
fuente motriz. 122
o Determinación del número de correas necesarias para trasmisión de
potencia. 122
 Brazo de biela. 128
 Pistón guía, Vástago propulsor y Pin pasador. 131
o Cálculo del diámetro del perno del vástago. 134
o Cálculo del espesor lateral del pistón guía. 136
o Cálculo del espesor superior del pistón guía. 139
o Determinación del diámetro mínimo para el pin-pasador del pistón
guía. 140
 Diseño de las partes fijas o estructura. 144
 Block. 145
o Puntos de apoyo del cigüeñal. 145
o Inexistencia de lubricación. 145
o Acceso al brazo de biela, para mantenimiento. 145
 Camisa Guía. 146
 Separador de camisas. 148
 Porta camisa de trabajo. 150
o Analisis y cálculo del número de pernos necesarios para la sujeción
de las partes de compresión. 150
 Manzana del cigüeñal. 157
 Diseño de las partes de compresión. 164
 Pistón de trabajo. 164
 Anillos de compresión y de soporte. 165
 Expansores de anillos de compresión. 167
 Grupo de válvulas. 168
 Camisa de trabajo. 169
 Cabezote. 172
 Diseño de otras partes. 174
 Rodamientos. 174
 Elementos de ajuste (pernos, tuerca, espárragos). 175
 Sellos y empaquetaduras. 176
 Análisis de pérdidas de potencia en el compresor. 177
 Potencia disipada por la fuerza de fricción producida por los anillos de
trabajo en la camisa de compresión. 177
 Potencia disipada por la fuerza de fricción producida por los anillos de
soporte en la camisa guía. 180
 Potencia de pérdida por el ventilador conformado en la polea de
transmisión. 182
 Estimación de potencia para el compresor. 183
 Potencia mecánica. 184
 Potencia Isotérmica. 185
 Potencia adiabática. 186
 Determinación de la fuente de Potencia. 188
 Sistema de enfriamiento. 188
 Determinación del calor generado en la camisa de trabajo. 189
 Incremento de temperatura (ganancia de energía en el gas) por
compresión. 189
 Incremento de temperatura (ganancia de energía en el gas) por fricción
de los componentes de compresión. 190
 Determinación del calor generado en la camisa guía. 190
 Dimensionamiento del sistema de refrigeración. 191
 Cálculo de la capacidad de disipación de calor del intercambiador
utilizado. 191
 Dimensionamiento de partes y esquematización del circuito de control y
accionamiento eléctrico. 195
 Dimensionamiento de partes y esquematización del circuito de flujo de oxígeno
y refrigerante. 198
 Circuito de flujo de oxígeno. 198
 Dimensionamiento del tanque de reserva. 199