auditoria energetica de tuman

UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

AUDITORIA ENERGÉTICA DE LA “EMPRESA AGROINDUSTRIAL TUMÁN”

Luffi

ALUMNOS:

AUDITORIA ENERGÉTICA

ContenidoI. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA................................5

1.1. ANTECEDENTES.....................................................................................................................5

1.2. OBJETIVOS...............................................................................................................................6

1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA.......................................................................................................7

1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio.................................................................................7

1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña................................................................10

1.3.3. Conocimientos Básicos para la Toma de Mediciones Instrumentales...................11

1.3.4. Producción y distribución de energía...........................................................................14

1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire.............................20

II. CÁLCULOS DE ENERGÍA............................................................................................................23

2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la e.a. Tumán. S.a..........................................................................................................................................23

2.1.1. Descripción de los calderos...........................................................................................23

2.2. Parámetros de diseños..........................................................................................................25

2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La Caldera.....42

III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN............................46

3.1. Lavadores de gases...............................................................................................................46

3.2. Filtros:.......................................................................................................................................46

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................................................48

4.1. BIBLIOGRAFÍA:......................................................................................................................49

4.2. LINKOGRAFIA:.......................................................................................................................49

V. ANEXOS..........................................................................................................................................51

5.1. Análisis de los índices de contaminación............................................................................51

5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales....................................................................55

UNPRG - FIME Página 2


INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo de investigación tiene por finalidad analizar la energía de la

empresa Agroindustrial Tumán, ubicado en el distrito de Tumán en el departamento de

Lambayeque; para ello se ha recurrido a manuales, record de producción, consumo de

petróleo y agua, y pruebas de la utilización del vapor en el proceso, mediciones de

energía eléctrica.

Una caldera o generador de vapor es un equipo que consta de diferentes ele-

mentos destinados a la producción de vapor de agua o de cualquier otra clase de

vapor a partir de su fase líquida. Estos elementos son el hogar o cámara de

combustión, la caldera, los sobrecalentadores de vapor, el economizador y el

calentador de aire.

En el hogar, se produce la combustión de un combustible. La caldera es un

intercambiador de calor en el que los gases de la combustión calientan la fase líquida

hasta su transformación en vapor. El sobrecalentador calienta el vapor saturado por

encima de su temperatura de saturación y opcionalmente, el economizador precalienta

el agua de alimentación de la caldera. En ciertas instalaciones de vapor, algunos

calentadores se encargan de recalentar el vapor de extracción de las turbinas.

Finalmente, el calentador de aire calienta el aire necesario para la combustión

El vapor sobrecalentado es llevado mediante las tuberías a la turbina para la

generación de electricidad, dicha electricidad es llevada al consumo de las cargas de

la planta para el proceso de fabricación de azúcar, así como también para iluminación

de la planta, etc.



RESUMEN:El trabajo tiene por objeto realizar una auditoría energética térmica

particularmente de la Empresa Agroindustrial Tumán; localizada en el distrito de

Tumán, así como hacer un estudio y/o análisis de su eficiencia considerando la

importancia de este elemento en el sector industrial y plantas generadoras de energía

eléctrica, teniendo en cuenta que dependen del diagnóstico dependen de las medidas

a tomar con miras hacia un buen y eficiente funcionamiento de la unidad



CAPITULO I:

MEMORIA DESCRIPTIVA Y

EQUIPOS QUE COMPONEN

LA PLANTA



I. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA

1.1. ANTECEDENTES.

La actividad económica de nuestro país como es d nuestro conocimiento

tiene como uno de los ejes fundamentales de su desarrollo la agricultura; esta

actividad viene evolucionando a través del tiempo siendo una de ellas la industria

azucarera que enfrenta diversas dificultades y para tal efecto a fin de superar estas

se vienen haciendo nuevos estudios ,nuevas aplicaciones, innovando instalaciones

para mejorar la productividad y disminuir en la mayor cantidad posible la

contaminación ambiental y así mismo con el objeto de competir en una economía de

libre mercado.

La industria azucarera nacional cuenta con catorce centrales productivas con

una capacidad instalada de molienda de 36 164 TCD y que actualmente solo opera el

48% del total.

Producción de azúcar.- Ha ido aumentando y disminuyendo de manera

alternada no registrándose un crecimiento continúo.

Rendimiento.-Se ha mantenido inestable, aumentado y disminuyendo tanto

en el campo como en el ingenio.

Procesamiento de azúcar.-Esta orientado principalmente hacia el azúcar rubia,

domestica, refinada y melaza.

Exportación de azúcar.- Aumenta y disminuye a consecuencia del libre

mercado ya que otros países exportan a Estados Unidos, que es el principal

comprador, la exportación se hace de acuerdo a las cuotas fijadas por este

país.

Rol del gobierno.- Fueron varios los programas y políticas aplicadas al

sector, las que por diferentes motivos no cumplieron sus objetivos. El decreto

802 de saneamiento financiero y coinversión a sociedades anónimas con

accionariado difundido, abre la posibilidad a estas empresas de participar del

capital privado.



1.2. OBJETIVOS

Una auditoria energética de la caldera nos permitirá, además de diagnosticar la

situación energética actual, identificar las actuaciones para mejorar su eficiencia

energética.

La metodología para la realización de esta auditoría comprende las siguientes

etapas:

Recopilar información estadística y de diseño.

Planear y ejecutar las mediciones instrumentales.

Diagnosticar la situación energética a base del balance térmico elaborado.

Recomendar las acciones necesarias para reducir las pérdidas de calor a partir

de la interpretación del diagnóstico energético, acompañadas de sus respectivos

análisis de rentabilidades.

Cuidar la integridad del medio ambiente y tratar de reducir la contaminación por

efecto de los gases de escape.

Disminuir la emisión de partículas solidas y niveles de contaminación

Contribuir a que la industria azucarera tienda al modelo ISO 14000 ecológico.

Lograr una disponibilidad al coste mínimo de las calderas.

Obtener un buen rendimiento durante la actividad.

Después de la auditoria energética, es preciso llevar a cabo un seguimiento que

asegure que las recomendaciones planteadas sean ejecutadas y mantenidas de

tal manera que se garantice el funcionamiento de la caldera con un alto nivel de

eficiencia energética.

1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA

1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio

1.3.1.1. Ubicación

El ingenio y poblado Tumán está ubicado en el margen derecho del rio

Lambayeque a 15km de la capital departamental y al lado derecho de la carretera

Chiclayo-Chongoyape-Cutervo en el kilometro 30. Sus tierras están en la sede del

gobierno regional de Lambayeque, en el valle Lambayeque-chancay, en el distrito de

Tumán, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.



Precisado en coordenadas polares se encuentra a 6º44´47” de latitud sur,79º49

´16” de longitud oeste y 56 m.s.n.m. de altitud.



Área geográfica y calderas (Tumán)

1.3.1.2. Localidades

Los principales centros poblados y anexos de Tumán son: Calupe-La granja-

luya-vista florida-san José-san miguel-Conchucos-calerita-Rinconazo. Además esta

empresa cuenta con 29,711.85 Ha de tierra de los cuales 8645.49 Ha son cultivables.

1.3.1.3. Producción.

Es una empresa autogestionaria dedicado a la producción de azúcar, cuenta con

una capacidad de procesamiento de 4000 TCD , teniendo como subproducto la melaza

que se emplea para la fabricación de alcohol, la cachaza que se utiliza como abono en

los campos y el bagazo que sirve como combustible para las calderas de la fabrica . A

continuación el cuadro Nº 01, muestra la caña molida y azúcar producida en los

últimos años.

AÑ

O

CAÑA

MOLIDA(Ton

)

AZÚCAR

RUBIA(Ton

)

AZÚCAR

REFINADA(Ton

)

EXPORTACIÓN

AZÚCAR

RUBIA(Ton)

MELAZA

(Ton)

199

5

1068779.157 40015.5 52388.558 24986.694 48699.235

199 1101673.088 53690.65 34600.3 28206.358 47356.5



6

199

7

1191060.802 49770.15 62364.3 8943.735 59037

199

8

904781.077 39704.172 15283.35 13543.745 46245.5

199

9

1080822.128 70300.45 28619.05 7268.253 46761

200

0

1028317.113 76172.764 28004.779 3722.205 39583.5

200

1

947272.635 70180.733 20473.07 6846.939 36348

200

2

928346.158 69124.586 19243.13 64762.234 35124

200

3

914267.127 947272.635 19146.25 64127.468 34942.4

200

4

921436.567 68579.468 20436.27 65743.137 35134

200

5

926535.125 76172.764 20473.07 7268.253 39583.5

200

6

947272.635 947272.635 19243.13 6846.939 46761

TABLA Nº 01.- Producción (fuente laboratorio de fabrica Tumán)

1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña.

Este proceso consiste en transformar el jugo de la caña en azúcar. La caña de

azúcar contiene sacarosa, fibra, sales, agua y otros elementos que están disueltos.

También contiene tierra, arena y otros materiales. Para obtener el azúcar se tiene que

combinar ciertas sustancias químicas con el calor, en una serie de depósitos y

maquinas que se encuentran instaladas en la fábrica, desde que llega la caña a la

fábrica y sale convertida en azúcar pasa por las siguientes etapas:

a) Pesado de la Caña (Balanza)

b) Descargado de la caña (Grúa de Hilo)



c) Preparación y Lavado de caña (Aire y Agua)

d) Molienda de la caña - Trapiche (Jugo y Bagazo)

e) Balanza de Jugo (Jugo mezclado)

f) Calentadores de Jugo - cuadros (Encalado - Calentado)

g) Clarificadores - Tanques Dor (Jugo Clarificado)

h) Filtración - Filtros Oliver (Cachaza)

i) Evaporadores (Jarabe)

j) Cristalización - Vacumpanes (Grano Azúcar)

k) Cristalizadores - Lanchas (crecimiento Azúcar)

l) Centrifugación (Separación Azúcar y Miel)

m)Refinería

n) Envases y Almacenamiento del Azúcar.



1.3.3. Conocimientos Básicos para la Toma de Mediciones Instrumentales.

Los principales parámetros a medir en cada prueba, para determinar el balance

de masa y energía de la caldera, son los siguientes:

a) Flujos.

b) Temperaturas.

c) Presiones.

d) Composición de gases.

Los características principales de los instrumentos más conocidos, para medir

estos parámetros, se indican a continuación.

1.3.3.1. Medición de flujos:

Los instrumentos de medida de flujo Son los siguientes:

a) Tubo pitot:

Mide puntualmente la presión de velocidad del fluido, que circula en el

interior de un ducto o tubería, como la diferencia (P) entre su presión total

tomada por el tubo interno y su presión estática medida por el tubo externo. A

partir de esta diferencia se obtiene la velocidad puntual del fluido mediante la

ecuación:

V=K √ 2g (ΔP )ρ

b) Tubo venturi: Consiste básicamente en un tubo formado por una garganta recta entre dos

tronco de cono. Una toma de presión estática se realiza en la garganta y la otra

salida del instrumento. Ambas tomas están conectadas a un manómetro

diferencial.



c) Contador volumétrico: Es un medidor estacionario constituido básicamente de un disco que gira,

en el interior de una cavidad, al paso del líquido. El disco está acoplado a un

mecanismo de lectura acumulativa.

1.3.3.2. Medición de temperaturas.

Los instrumentos de medida de temperatura se pueden clasificar en 2

grupos:

a) De medición directa:

a.1.Termómetro líquido: Consta de un bulbo de vidrio que contiene un líquido, usualmente

mercurio o alcohol etílico coloreado, que al contacto con el fluido se calienta y

expande subiendo por un tubo capilar graduado indicando de esta manera la

temperatura a la que se encuentra dicho fluido.

a.2.Termómetro bimetálico: Consiste en dos láminas metálicas de diferente coeficiente de dilatación

térmica, en forma de espiral y unidas por un extremo. El cambio de temperatura

hace que el espiral se deforme transfiriendo mecánicamente este movimiento a

una aguja, la cual indicará la temperatura del fluido sobre la escala del

instrumento.

a.3.Termocupla: Está formada por dos alambres de diferentes metales, unidos con

soldadura, formando un anillo. La diferencia de temperaturas entre las uniones

soldadas origina un voltaje que produce una corriente de eléctrica en el anillo.

Este voltaje, medido por un mili voltímetro, es proporcional a la diferencia (T)

entre la temperatura “T” (unión en contacto con el medio a medir) y una

temperatura de referencia “Ta” (0 ºC ó temperatura ambiente), según la siguiente

ecuación:

T=Ta+ (ΔT )



b) De medición indirecta.

b.1.Pirómetros: Para medir la temperatura de un cuerpo, sin contacto físico con el. Se

fundamentan en la ley de Stefan-Boltmann (E = KeT4) que sostiene que la

energía radiante (E) emitida por la superficie de un cuerpo aumenta

proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

1.3.3.3. Medición de Presiones.

a) .Manómetro diferencial: Está constituido de un tubo en forma de “U” en cuyo interior está colocado

un líquido manométrico que puede ser agua coloreada, aceite o mercurio. La

determinación de la presión (P) se efectúa midiendo la diferencia (H) entre los

niveles del líquido, de masa específica conocida, en cada una de las columnas y

aplicando la ecuación:

P= ρ⋅g (ΔH )

1.3.3.4. Medición de la composición de gases.

a) Aparato Orzat: Este instrumento es utilizado para determinar el porcentaje volumétrico en

base seca de los componentes de muestras gaseosas: bajo condiciones

estables de temperatura y presión ambiente. Cuantifica el contenido de CO2, O2

y CO mediante la técnica de absorción, midiendo el cambio de volumen después

de cada absorción. Los reactivos usados comúnmente son: solución alcohólica

de potasa para el CO2, solución de pirogalato sódico para el O2 y cloruro

cúprico en solución amoniacal para el CO.

1.3.3.5. Medición de Inquemados sólidos.

El índice de ennegrecimiento de Bacharach es el método más sencillo

para la determinación de los Inquemados sólidos presentes en los gases de

combustión. Este método es cualitativo y se basa en el ennegrecimiento de un

papel filtro al ser atravesado por la muestra, por acción de una bomba manual.



En el color resultante en el papel se compara con una escala de intensidades de

gris que va del 0 (blanco) hasta el 9 (negro).

1.3.4. Producción y distribución de energía.

1.3.4.1. Generación de vapor

La unidad generadora de vapor, se compone de un fogón (o cámara de

fuego) en el que se quemara el combustible (bagazo y/o petróleo); así como de

la caldera propiamente dicha y elementos auxiliares como ventiladores de tiro

inducido y forzado, sopladores de hollín y otros.

El ingenio azucarero de la Empresa Agroindustrial Tumán S.A, cuenta

con la instalación de 5 unidades de generación, cuyas características técnicas se

muestran en el cuadro (III-01), son de marca Babcock & Wilcox (caldera Nº1,2 y

6) y de combustión Enginnering Ing. (caldera Nº1y4).

Estas calderas, generalmente utilizan bagazo de caña como combustible;

sin embargo, están provistas para utilizar como combustible complementario

petróleo. A diferencia de la caldera Nº6 que está diseñada para quemar petróleo

y bagazo; esta quema petróleo bajo condiciones de parada de trapiche y al no

contar con Stock de bagazo; esta acción se realiza para mantener la

temperatura y presión de trabajo del vapor sobrecalentado.

La capacidad instalada de la sección calderas es de 220 tn/h, viéndose

menguada por la disposición generalmente de reserva de dos unidades de vapor

y baja eficiencia de las calderas debido a sus largos años de servicio. Siendo la

caldera Nº 4 la más antigua, puesta en servicio en 1984, la cual es la más

importante por su mayor capacidad (100 tn vapor/h), asegurando de esta

manera el 46% del total de generación de vapor y por ende la generación de

energía.

En el cuadro siguiente se muestra las dimensiones principales de las

chimeneas

CALDERA ALTURA(pie) DIAMETRO(pie)

1 75 5'-7"

2 75 7'-0"

4 75 5'-7"



5 75 7'-0"

6 100 9'-0"

TABLA Nº02.-Caracteristicas de las calderas

1.3.4.2. Distribución de Vapor de Alta y Baja Presión.

El vapor, producido por las calderas, es usado para el manejo industrial

azucarero, debido a sus múltiples aplicaciones, así como producir fuerza

procesos de calentamiento, cocinado, limpieza, etc. Lo cual hace que sea casi

indispensable en cualquier sección de la fábrica.

En el ingenio, se produce vapor sobrecalentado de 22.5 a 21 Kg/cm2

mediante expansión en turbinas, válvulas reductoras y proceso en elaboración –

fabrica se obtiene hasta 5.7; 2.1; y 0.5Kg/cm2.

La caldera Nº6 produce vapor sobrecalentado a una presión de 22.5

Kg/cm2 y 350 °C; el cual después de ser decepcionado en un colector (colector

de 22.5 Kg/cm2) es distribuido en:

a) Turbinas, Bombas, Agua de almacenamiento.

b) Turbinas, Ventilador de Tiro Inducido (Caldera Nº6)

c) Turbinas, Ventilador de Aire Secundario (Caldera Nº6)

d) Saturador (disminuye de 22.5 a 21 Kg/cm2, conduciéndolo a la

planta Eléctrica)

Las calderas Nº 1, 2, 4 y 5 también producen vapor sobrecalentado a una

presión de 21 Kg/cm2 y 300°C que es llevado a un colector (colector 21 Kg/cm2)

distribuyéndolo en:

Turbogeneradores, Planta Eléctrica, Válvula reductora de 21 a 5.7 Kg/cm2

para centrifugas continuas y servicio Fabrica – Refinería.

Turbinas de Trapiche.

Turbinas de Bombas de Agua de Alimentación y Equipos de Bombas y

Calderos de Petróleo.

Eyectores de condensadores de algunos tachos.

El vapor de 2.10 Kg/cm2 y 146°C es vapor de escape, producto de la

expansión de las turbinas de contrapresión, el cual es usado por el

proceso de Elaboración de Azúcar es distribuido en:



Evaporación de jugo clarificado aplicado en los Pre-evaporadores.

Previo calentamiento del jugo en los Pre-calentadores de jugo clarificado.

A través de la válvula reductora de vapor de 2.10 Kg/cm2que cubre la

salida de los pre-evaporadores.

Secador de azúcar refinada.

El vapor de 1.05 Kg/cm2en la salida de Pre-evaporadores y pre-

calentadores, es distribuido en:

Evaporadores, Baterías A y B.

Cristalización de tachos de las masas de 1era, 2da, 3era y de refinería.

Calentadores de jugo encalado antes del proceso de elaboración.

Calentadores de licor.

Desoxigenación y eliminación de otros gases (Desareador).

El vapor de 0.5 Kg/cm2 es vapor en la salida de los calentadores, va a la

cisterna de agua condensada para calentar el agua de alimentación a

calderas y a los evaporadores de Doble Efecto en Refinería.

1.3.4.3. Generación de Energía Eléctrica

El ingenio Azucarero Tumán, tiene que generar su propia electricidad en

su planta Eléctrica por medio de la expansión del vapor sobrecalentado, que a

su vez es producido principalmente utilizando como combustible el bagazo, en

las calderas. Para ello cuenta con tres turbogeneradores marca BROWN

BOVERI, generando a 2300 V a 60 Hz de frecuencia.

Las dos unidades más antiguas que fueron instaladas en 1952 y 1955 son

de 2200Kw nominales de potencia. Son unidas multietapa de contrapresión de 2

Kg/cm2. La unidad Nº3 es de 4000 Kw nominales de potencia. Fue instalada en

1971 y es una unidad multietapa a 2 Kg/cm2 de contrapresión. Su consumo

específico es variable de acuerdo con la porción de vapor vivo que se envía al

condensador. La unidad 3 es de condensación y extracción regulada.

Los tres turbogeneradores están trabajando a condiciones actuales de

vapor vivo (19 Kg/cm2 y 270 °C a la entrada de las turbinas, pero están

capacitadas para operar con 30 Kg/cm2 de presión)



El agua para condensación de vapor de escape del turbogenerador 3 es

reticulada por medio de una torre de enfriamiento marca BISCHOFF, de

412m3/h.

Las unidades así como el condensador y los tableros de distribución y

control están albergados en un edificio propio con piso embalsado y buena

iluminación e higiene, manteniéndose serrado para evitar la entrada de polvo y

contaminación, llamada Planta Eléctrica. La planta eléctrica cuenta con una

capacidad instalada de 8.4 MW ó 8400 KW, con una carga máxima de 7500 KW;

sin embargo actualmente su capacidad de trabajo promedio es

aproximadamente de 7000 KW.

1.3.4.4. Distribución de Energía Eléctrica

Actualmente la distribución de Energía Eléctrica está dirigida en parte al

Ingenio y a los centros poblados anexos; ya que el servicio de Energía Eléctrica

de la misma población de Tumán ha sido tomado por Electro norte S.A.

La distribución de la Energía Eléctrica se realiza en alta y baja tensión.

a) Distribución en alta tensión.El ingenio azucarero Tuman S.A distribuye en alta tensión desde la

generación a 2300 V hasta 440 V, así:

Calderas: Calderas Nº 1, 2, 4, y 6 –Servicios Generales.

Torre de Mando: Conductores de Caña, Machetes, Conductores de

Bagazo, Soldadores, Alimentadores de Bagazo, etc.

Desfibrador de caña Shredder: Mandos.

Enfriadores: Mandos y Motores.

Transformadores de Fabrica Nº1 y Nº2.

Alumbrado de Fabrica.

Circuito Arbulú: Pozos Tubulares y población (Calupe, La Granja,

Conchucos, El Milagro).

Circuito Luya: pozos tubulares y población (Dacha de los Chinos, Chacra

de las Invernas, Jarrin, San Miguel).



b) Distribución en Baja TensiónEl ingenio azucarero Tumán S.A, distribuye en baja tensión a través de

sus Transformadores de fábrica Nº 1 y Nº 2, así:

Talleres: maquinas taller, alumbrado, soldadoras.

Centrifugas de Miel A, B y C: centrifugas automáticas y semiautomáticas,

ventiladores, elevadores, gusanos y maquinas de coser sacos, mandos,

electrobombas, etc.

Refinería: tableros generales y vibradores, centrifugas, tanques Melter

Lancha y Mingler, bomba Danco Carbón.

Fabrica: comprende:

Fabrica II:

Soldadoras, electrobombas, jugo encalado, Oliver.

Fabrica III:

Electrobombas vacio, soldadoras, electrobombas (para columna de

agua, jarabe, condensado), compresora fabrica.

Fabrica IV:

Electrobombas (jugo clarificado, agua a la torre, mescla, soda,

agua caliente a tanque rojo, condensado, agua para lavado de Fábrica,

etc.), transportar la cachaza, ventilador canal de cables, soldadora,

alambique, ventilador de alcohol, electrobombas, soldadoras. Cuarto de

cal. Transportador de cal, zaranda, motor de transmisión de cal,

mescladores



TABLA Nº03.-Capacidad y generación

1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire

1.3.5.1. Sistema de Alimentación de Combustible

La Empresa Agroindustrial Tumán utiliza el bagazo de la caña como

combustible, además cuando escasea este, utiliza petróleo como combustible.

El bagazo se toma directamente del trapiche (cuando hay molienda) o de la

bagacera.

El petróleo utilizado es el Petróleo Industrial 500, el cual es previamente

filtrado y calentado a una temperatura de 1200C antes de ser enviado a los

quemadores, con la finalidad de disminuir su viscosidad y permitir una combustión

eficiente.

1.3.5.2. Sistema de Suministro de Aire

a) Tiro Forzado.El aire que se necesita para la combustión del bagazo es tomado de la

planta de fuerza. Este aire caliente de la planta de fuerza es impulsado por

medio de ventilador de tiro forzado a través de una bóveda por debajo de las

parrillas del hogar. Antes de su ingreso al hogar este aire aprovecha el calor de

los gases de escape de la combustión al pasar por el calentador.

El aire que entra por debajo de la parrilla tiene dos funciones:

La primera, ya antes mencionada, de permitir la combustión.

La segund a, de aumentar en suspensión el bagazo para un

mejor quemado de éste.

b) Tiro Secundario.Además del ventilador de tiro forzado el caldero cuenta con un ventilador

auxiliar de tiro secundario, el cual toma aire del exterior (aire frio) que contribuye

a la mejora de la combustión. Este aire es distribuido en la caldera de la

siguiente manera:



1.- Parte es conducido hacia los recuperadores de bagazo. Este

devuelve el bagazo no totalmente quemado a la cámara de

combustión.

2.- una porción es llevada a la parte posterior de la cámara de

combustión. Este aire ingresa a la cámara por medio de tuberías de

pequeño diámetro con un fin de crear turbulencia dentro de la

cámara.

3.- el resto del aire es llevado hacia la parte frontal de la cámara de

combustión. Este aire ingresa a la cámara por tres puntos:

A través de tuberías (como en la parte posterior) para crear

turbulencia en la cámara.

Mediante ductos (en cada alimentador de bagazo) para

evitar que el bagazo se acumule en la parte del alimentador.

Mediante ductos por debajo de cada alimentador con la

finalidad de esparcir el bagazo en la cámara y así mejorar la

combustión. Estos ductos poseen una compuerta que está

girando constantemente (mediante motor a bajas RPM),

abriendo y cerrando la entrada del aire haciendo que su

entrada sea pulsante.

c) Tiro Inducido.Para mantener la combustión, además de suministrar cierta cantidad de

aire, es necesario remover los productos resultantes de dicha combustión que se

realiza mediante el ventilador de tiro Inducido.

Los gases de la combustión, en su recorrido formado por los bafles,

ceden calor al agua de la caldera, vaporizándola. Luego el calor de estos gases

residuales es aprovechado para calentar el aire que va a ser empleado en la

combustión.

Los gases resultantes son expulsados hacia el exterior por medio de una

chimenea.



CAPITULO II

CÁLCULOS DE ENERGÍA



II. CÁLCULOS DE ENERGÍA

2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la

e.a. Tumán. S.a.

2.1.1. Descripción de los calderos

Existen 5 unidades de generación de vapor construidos por Babcock & Wilcox y combustión Engineering, de tipo acuotubular, identificados con los números 1, 2,, 4, 5 y 6. El más antiguo es el Nº4.

Fig. Nº 03.-Calderos y planta de fuerza



La capacidad instalada de generación de vapor y sus especificaciones son:

Caldero Nº 6 (ESTE SE TOMARÁ COMO MODELO PARA TODOS, ASUMIENDO QUE TIENEN EL MISMO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO).

o Año de operación : 1989o Superficie de calefacción : 2043.89 m2

o Combustible utilizado : bagazo/petróleoo Temperatura agua de alimentación : 98 ºCo Condiciones del vapor - Trabajo : 21 Kg./ cm2/ 310 ºCo Condiciones del vapor - diseño : 35 Kg./ cm2/ 370 ºCo Capacidad de generación - trabajo : 70000 Kg / ho Presión de trabajo : 450 Psio Tº vapor sobrecalentado trabajo : 700 ºFo Nº de Domos : 2 superior

1 inferioro Válvulas de seguridad : 01 (en el sobrecalentado)

01 (en el domo superior)01 (en el domo inferior)05 (otras partes del caldero)

o Otras válvulas : válvulas de salida del vaporVálvulas de purga

o Tº de entrada del Petróleo : 120 ºCo Sopladores de hollíno Tiro Forzado

Motor:ASEA 3Potencia : 200 HP 150 KWTensión : 2300 voltiosIntensidad : 51 AmperiosFrecuencia : 60 HzVelocidad : 890 RPM

o Tiro InducidoTurbina a vapor:

Potencia : 16 Kg / cm2 (238 a 240 Psia)RPM : 2800

o Tiro secundarioTurbina a vapor

Potencia : 1600 HPRPM : 1760Ventilador : 10 RPMEficiencia :


2.2. Parámetros de diseños

Se tenderán en cuenta los siguientes parámetros:

Caldera N° 6

Humedad del Bagazo (w): 49 - 50 % de humedad

Para una condición máxima se obtiene los siguientes datos:

Pvs(bar) Ta(°C) Vapor Ta/h Ts°CConsumo de combustible

kg bagazo/hr

29.6 121 80 338 33696

TABLA Nº 05.-Parámetros de diseño

Pvs : presión de vapor sobrecalentado

Ta : temperatura de agua de alimentación

Ts : Temperatura de sobrecalentamiento

Temperatura de los gases en la chimenea (Tch)

Porcentaje de CO2 (%CO2)

Calor especifico medido de los gases de

Combustión CEM = 0,27 + 0,00006T

Calor especifico del agua

1 atm, 300°k (27°C) = 4,179 kj/kg°C

2.2.1.-Cálculo de los gases de salida

Existe una variación no muy grande en la composición

química del bagazo, según el Manual de Ingeniería de Hugot,

para los cálculos se tomará los siguientes valores medios (%

en moles).

C = 47%

H2 = 6.5%

O2 = 44%

E = 2,5 % ; E=otros compuestos químicos.

100%

Primero se determina las fracciones molares de los constituyentes del bagazo según la base de “sin ceniza”

Luego se formula la ecuación de combustión que corresponde a un mal bagazo sin ceniza.

0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + b (O2 + 3.76N2) pCO2 + qH2O +

rN2

C: 0.458 = p P = 0.458

H: 2q = 2(0.382) q = 0.382

O: 2p + q = 2(0.160) + 2 b b = 0.489

N: 2b (3.76) = 2r r = 1.838

-CALCULOS TEORICOS

La ecuación de reacción con aire teórico será:

0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + 0.489(O2 + 3.76N2) 0.458CO2 + 0.382H2O +

1.838N

-CALCULOS REALES

Si consideramos un exceso de aire de 100% tenemos:

(0.458C + 0.382H2 +0.160O2) + 2 x 0.489(O2 + 3.76 N2) 0.458 C2

+ 0.382H2O + 3.676N2 + 0.489O2……………….ecuación real

Xi Mi Xi Mi Yi

C

H2

O2

0,482

0,067

0,451

12,0

2,0

32,0

0,0402

0,0335

0,0141

0,458

0,381

0,160

1,000 0,0878 1,000

(r ac)t=ma

mc=

0489(32+3 . 76∗28)12∗0. 458+0 .382∗2+0 .160∗32

=5. 899kg .deaire

kg .debagazo

2.2.2.-Calculo de la Temperatura de llama Adiabática (T) y entropía de

generación (Sgen.) de los gases de salida.

2.2.2.1.-Determinación de la entalpía:

Reactantes

HR = 0.458(hf + h)C + 0.382(hf + h)H2 + 0.160(hf + h)O2 +

0.978(hf + h)O2 + 3.766(hf + h)N2

HR = 0

Productos

HP = 0.458(hf + h)CO2 + 0.382(hf + h)H2O + 3.676 (hf + h)N2

+ 0.489(hf + h)O2

HP = 0.458(-393522 + h) + 0.382(-241827 + h)H2O + 3.676

hN2 + 0.489 hO2

T(k) HP(KJ/kmol)

1800 k

T

1900k

- 6976.163

0

12628.36

Interpolando tenemos

T = 1835.58K…… (Temperatura de llama adiabática)

(r ac)r=

marmc r

=0978(32+3 .76∗28 )12∗0 .458+0 .382∗2+0 .160∗32

=11.798kg .deaire

kg .debagazo

2.2.2.2.-Cálculo de la generación de entropía.

Sgen = Ssist + Saire

Pero Saire = 0

Sgen = Ssist = Sprod - Sreact.

Ni Yi Si (T, 1atm) -RulnYi.Pm Ni Si

C

H2

O2

N2

0.458

0.382

1.138

3.676

0.09

0.48

0.09

0.33

5.74

130.57

205.04

191.50

20.020

6.102

20.020

9.21

11.798

52.208

256.118

737.809

Sreact = 1057.933

CO2

H2O

O2

N2

0.458

0.382

0.489

3.676

0.06

0.12

0.08

0.73

304.142

260.332

265.528

248.990

23.391

17.628

20.999

2.616

150.010

106.180

140.111

924.903

Sprod = 1321.204

Por lo tanto:

Sgene = Sprod - Sreact

= (1231.204 – 1057.933)

Sgene = 263.271 kj/kmol.k

2.2.3.-Contenido de CO2 en los gases de salida

Su composición en volumen es interesante dado que el

contenido de CO2 permite conocer el exceso de aire.

Si se emplea la cantidad de aire teóricamente necesaria, el

contenido de CO2 en los gases de la chimenea será máximo,

si hay exceso de aire la cantidad de CO2 permanecerá

constante en un volumen de aire determinado que se hace

mayor a medida que el exceso de aire aumenta.

El volumen total de los gases secos (Vgs) está dado por

la ecuación. Vgs = 4,47 (1-w) m – 0,056 (1-w)}

Donde:

W: humedad de bagazo en relación a la unidad.

M: relación de peso aire empleado al peso del aire exacto

(exceso de aire).

El volumen de CO2 contenido en estos gases se obtiene

inmediatamente por medio del peso de CO2 en la siguiente

ecuación.Vol CO2 en los gases = 1.72 (1-w)* 0.509 = 0.875

(1-W)

El coeficiente de dilatación es el mismo para todos los

gases y por lo tanto, la proporción calculada del volumen a

0ºC será la misma a una temperatura cualquiera.

El contenido de CO2en volumen en los gases es:

; Despejando m:

m =

0 .496γ + 0.0126

Dado que el segundo término es muy pequeño, se puede

eliminar

m =

0 .496γ

γ=0.875(1−W )Vgs

γ=0.875(1−w )4 .47(1−w )m−0 .056 (1−w)

m = m= peso de aire empleado

peso de aire estrictamente necesario

= contenido de CO2 de los gases secos con relación a la

unidad.

ANÁLISIS DE CO2 (%) Y TEMPERATURA (ºC) DE LOS GASES DE SALIDA

FECHA PARÁMETRO CALDERA

1 2 4 5 6

06/01/03% CO2 8.0 - - 7.0 8.0

Tch 230 - - 200 160

28/01/03% CO2 - 8 - 7 8

Tch - 220 - 193 160

18/01/03% CO2 - 8 - 8 9

Tch - 215 - 200 185

20/01/03% CO2 - 7 - - 7

Tch - 154 - - 150

25/01/03% CO2 - 7 - - 10.5

Tch - 200 - - 185

2901/03% CO2 - 5 - - 6

Tch - 180 - - 105

13/01/03% CO2 7 5 - 4 8

Tch 215 210 - 200 165

16/01/03% CO2 5.5 - 4 - 6.5

Tch 223 - 196 - 158

24/01/03% CO2 5 - - - 6

Tch 180 - - - 195

10/01/03% CO2 - 8 - 12 8

Tch - 214 - 213 175

19/01/03% CO2 - 4 6 - 10

Tch - 202 246 - 195

01/10/03% CO2 7 5 10 - -

Tch 226 208 244 - -

23/10/03% CO2 9 7 9 11 -

Tch 250 225 215 210 -

28/10/03% CO2 11 7 - - 9.5

Tch 250 213 - - 185

TABLA Nº06.-Temperatura y % de CO2

TABLA: RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDO DE CO2 () DE LOS GASES DE LA

CHIMENEA Y EL EXCESO DE AIRE (m)

(%) 0.0

6

0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.1

2

0.13 0.14 0.15 0.16 0.17

M(%) 3.2

7

2.80 2.45 2.18 1.96 1.78 1.6

3

1.51 1.40 1.30 1.22 1.15

2.2.4.-Aire necesario y gases de combustión

Pa: Peso de aire por kg de bagazo

Va: Volumen de aire empleado por kg de bagazo.

Pg: peso de gas por kg de bagazo

Vg: volumen de los productos gaseosos de la combustión.

Pa = 5.75 (1- w) m

Pg = 5.75 (1- w) m + 1

Pgs = (1- w) (5.75 m + 0.415)

Va = 4.47 (l-w) m

Vg = 4.47 (l-w) m + 0.572 w + 0.672

Vgs = 4.47 (l-w) m – 0.056 (l´-w)

El contenido de CO2 en los gases de combustión = 0.08

según la tabla anterior, m = 2.45 y w = 0.5

Reemplazando estos valores en las ecuaciones anteriores

tenemos:

Pa = 7 kg de aire / kg de bagazo

Pg = 8 kg de gas / kg de bagazo

Pgs = 725 kg de gas / kg de bagazo

Va = 5.476 m3 de aire / kg de bagazo

Vg = 6.434 m3 de aire / kg de bagazo

Vgs = 5.45 m3 de aire / kg de bagazo

Los volúmenes de arriba se calcularon a 0°C y 760 mm de

mercurio.

Para obtener a la temperatura t, será necesario aplicar la

Ley de Mariotte, pV = RT (Para este proceso isotérmico)

Figura Nº 04 diagramas para la ley de mariotte

En la que T = 273 + t, como R es un coeficiente y p es

constante (presión atmosférica) Vt = VO (273 + t) /273, donde t

= 195°C tiene:

Vat = 9.38 m3 de aire /kg de bagazo

Vgt = 11.03 m3 de aire /kg de bagazo

Vgs = 9.34 m3 de aire /kg de bagazo

2.2.5.-Velocidad de los gases de combustión

Para calcular la velocidad de los gases de combustión en el

conducto de salida, determinaremos el flujo volumétrico de los

gases dada por la siguiente ecuación:

Q = Q =

B∗V gt

3600 m3/s

m3/s

Donde:

Q = volumen de gases que deben pasar por la chimenea

(m3/s)

B = peso de bagazo quemado en los hornos (kg/h)

Vgt = volumen de gases de combustión dado por la ecuación

y convirtiéndolo a la temperatura y presión de entrada de la

chimenea.

Para nuestro cálculo tenemos los siguientes datos:

B = 33696 kg de Bagazo /h.

Vg = 11.03 kg de bagazo /h

Vgt = 11.03 m3 de gases/ kg de bagazo, a t= 195°C

Entonces nuestro flujo en volumen de gases es: Q = 103.24

m3/s

La sección transversal a la entrada de la chimenea es:

2.5 x 2.895 m2

La velocidad de entrada es Vi =

QA ; Vi = 14.3 m2/s

2.2.6.-Composición de los gases

Sabemos que el peso total de los gases está dado por:

Pg = 5.75 (1 – w) * m + 1

El peso individual de los gases se calcula de la siguiente

manera:

a) Nitrógeno, N2

N2=1. 330×(76 .8523 .15 ) (1−W )×m

N2 = 4.42 * (1-w) * m

b) Oxígeno, O2

O2 derivado del aire 1.330 * (1-w) * m

+ O2 derivado del bagazo +0.440 * (1-w)

- O2 para formar agua -0.520 * (1-w)

- O2 para formar CO2 -1.250 * (1-w)

Es decir:

O2 = 1.330 * (1-w) * (m -1)

c) Agua, H2O

Agua formada 0.585 * (1-w)+ Agua contenida w

H2O= 0.585 * (1-w) + w

d) Acido carbónico

CO2 = 0.47 * 3.67 * (1-w)

CO2 = 1.72 * (1-w)

Sustituyendo m y w y dividiendo en Pg, puede

calcularse fácilmente la proporción de peso de cada uno de

los componentes de los gases de la combustión.

Para nuestro cálculo tenemos que m = 2.45 y w = 0.5

N2= 4.42 * 0.5 * 2.45 = 5.415 67.4%

O2 = 1.330 * 0.5 * 1.45 = 0.964 12.0%

H2O =0.585 / 0.5 + 0.5 = 0.793 9.9%

CO2= 1.72 * 0.5 = 0.860 10.7%

8.032 100.0%

2.2.7.-Calculo de los gases en la chimenea

El valor calorífico neto del bagazo está dado por:

VCN = 4250 – 48.50 w

W = 0.5

VCN = 1825 kcal

Como podemos ver la fórmula del valor calorífico neto del

bagazo toma en cuenta la pérdida de calor latente del vapor

de agua que arrastran los gases a la chimenea.

Se sabe la composición de los gases y el calor específico de los gases que los componentes. Por lo tanto puede obtenerse la pérdida de calor sensible del gas.

Se sabe tomar como calor específico medio entre 0°C y la

de los gases finales, el calor específico verdadero de 100°C.

A partir del peso encontrado de los componentes de los

gases finales, el calor sensible que es llevado por cada uno

de estos gases será:

N2 q1 = 4.42 (1-w) m 0.255 t

Q2q2 = 1.33 (1-w) (m-1) 0.218 t

H2Oq3 = (0.585 (1-w) + w) 0.499 t

CO5q4= 1.72 (1-w) 0.215 t

2.2.8.-Cálculo del calor sensible en los gases de combustión

La siguiente ecuación es una simplificación obtenida a partir

de los calores de cada componente de los gases finales:

q=t (1−w )(1 .4+ 0 . 5l−w

−0 .12 )

q = pérdida de calor sensible en los gases en kcal/kg de

bagazo.

t = temperatura de los gases finales en °C.

w = humedad del bagazo con relación a la unidad.

m = relación entre el peso del aire empleado para la

combustión y el peso teórico necesario.

Tenemos que:

t = 210°C

w = 0.5

m = 2.45

Las pérdidas de calor sensible en los gases es:

q = 452.55 kcal/kg

2.2.9.-Eficiencia de la caldera

p=

Qd

mc∗PCI=m∗(h3−h2 )mc∗PCI

m = flujo másico de la sustancia a trabajar (Ton/h)

Q4 = flujo de calor entregado al ciclo (kj/kg)

mc = flujo másico de combustible (Ton/h)

PCI = poder calorífico del combustible (kcal/kg)

a) El flujo de agua (m)

El valor medido es de 47.8 ton/h

b) El flujo de calor entregado al ciclo (Q4)

Q3 = m (h3- h2) = m * ∆h

Las temperaturas medidas son:

T2 = 212°C h2 = 507.97 kJ/kg

T3 = 338°C a P3 = 2.96 Mpa h3 = 3039.3 kJ*kg

∆h = h3 – h2 = 2531.34 kJ/kg

c) El flujo de combustible (mc)

mc= 33696 kg/h

d) Poder calorífico o valor calorífico neto del bagazo

PCI = 1825 kcal/kg

Reemplazando estos valores en la fórmula obtenemos que

la eficiencia en la caldera es de 0.47

2.2.10.-Cálculo de los sólidos no quemados

Se debe considerar las pérdidas de calor que se producen

en el horno y la caldera, estas consisten en:

(a) Calor latente del agua que se forma por combustión del

hidrógeno del bagazo.

(b) Calor latente del agua contenida en el bagazo.

(c) Calor sensible de los gases que dejan las calderas.

(d) Pérdidas en sólido no quemados.

(e) Pérdidas por radiación del horno y especialmente de la

caldera.

(f) Pérdidas debidas a la mala combustión del carbono

que da CO en lugar de CO2.

Como hemos visto el valor calorífico neto incluye las

pérdidas de los incisos (a) y (b). Las pérdidas de calor

sensible calculado anteriormente cumplen con el inciso (C).

Las otras tres pérdidas se tomarán en cuenta por medio de

los coeficientes aplicados a la cantidad total que todavía

permanece después de las tres primeras pérdidas.

= coeficiente que incluye las pérdidas en los sólidos no

quemados.

= coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la

radiación.

n = coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la

combustión incompleta.

La cantidad de calor que queda al vapor, está dada por la

expresión:

Mv = (4250 – 4850 w - q) n

Donde:

Mv = calor transmitido al vapor por kg de bagazo quemado

en kcal.

w = humedad por unidad de bagazo

q = calor sensible de los gases finales

= es del orden de 0.99 Muy pocas veces desciende de

este valor, a menos que se emplee un rito muy fuerte que

arrastre a la chimenea pedazos relativamente grandes de

bagazo.

= varía entre 0.90 y 0.95 de acuerdo con el aislamiento

más o menos eficiente de la caldera. Si la caldera está bien

aislada puede tomarse 0.95.

n = puede variar de 0.99 a 0.8. Este coeficiente será mejor

sí:

(1) humedad baja del bagazo

(2) Poco exceso de aire

(3) temperatura del horno elevado

La eficiencia total está dada por:

p=Mv

Ns= Calorìas transferidas al vaporvalorcalorìfico superioral bagazo

p=

4250−4850∗w−q )∗α∗β∗η4600 ∗(1−w )

α=

p∗4600∗( l−w )( 4250−4850∗w−q )∗β∗η

: Coeficiente de sólidos no quemados

p = eficiencia de la caldera (p = 0.47)

W: humedad del bagazo (w = 0.50)

q: calor sensible de los gases (q = 452.55 kcal/kg)

: Coeficiente de radiación ( = 0.90)

: Coeficiente de mala combustión ( = 0.90)

Reemplazando está fórmula en los datos encontrados que:

= 0.9724

La proporción de sólidos no quemados es:

L - = 0.0276

El flujo de sólidos no quemados total es:

m = mc = (1 - ) = 33696* (0.0276)

m = 930 kg/h = 0.25 kg/s

2.2.11.-pérdidas de energía debido a la fricción en las paredes de la

chimenea

1. La velocidad de entrada en la chimenea es Vi = 14.3

m/s

2. El diámetro y altura a la chimenea N° 6 es 9 y 100

pies respectivamente

3. Temperatura promedio de la torre de expulsión: Tp

- Temperatura de ingreso Ti = 195°C = 383° F

- Temperatura de salida Ts, lo obtendremos de la figura

(ver anexo Nº2)

Para la chimenea N° 6 con 100 pies de altura y 108

pulgadas de diámetro, la temperatura de salida es Ts =

290°F= 143.3°C.

La temperatura promedio de la torre de expulsión:

T P

T i+T s

2

Tp = 336.5°F

4.-Número de Reynolds: NRE

N RE=

24000∗mg

D(T p+715)

Tp = temperatura promedio de la torre de expulsión (°F)

Mg = flujo de gases (lb/h)

D= diámetro de la torre (pie)

Reemplazando Tp = 336.5°C, mg = 11142.86 lb/h, D = 9

pies

NRE= 28258.96

NRE = 2.8 x 104

5.-Factor de fricción

Con el NRE vamos a la figura (ver anexo Nº 03) y

encontramos el factor de fricción “f”

Donde f = 0.020

6.-Velocidad de salida de los gases de combustión

Para calcular la velocidad de salida utilizaremos la siguiente

ecuación:

La velocidad de entrada es: V S=

QA t

Donde:

Q = flujo de gases de combustión m3/s

At = área transversal de la chimenea m2

Reemplazando los siguientes valores Q = 103.24 m3/s y

At = 5.91m2

Vs = 17.47 m/s (57.31 pie/s)

7.-Velocidad promedio de flujo de gases.

V P=

V i+V s

2

Vp = 15.89 m/s (52.12 pie/s)

8.-Pérdidas de energía debido a la fricción en la torre

Las pérdidas por fricción la podemos calcular mediante la

ecuación6 de Darcy:

ht=f

L∗v2

D∗2g

En la que:

hL = pérdida de energía a la fricción (Nm/ N, m,lbpie/pie, pie)

L = longitud de la corriente de flujo (m o pie).

D = diámetro del conducto (m o pie)

v = velocidad promedio de flujo (m/s o pie/s)

f = factor de fricción

Reemplazando:

L = H = 100 pies, D = 9 pies, Vp = 52.12 pies/s, f = 0.020 y

g = 32.8 pies/s2

Tenemos que las pérdidas a lo largo de la chimenea es:

ht = 9.2 pies

2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La

Caldera

El bagazo es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su

composición granulométrica y estructural, que presenta relativamente baja

densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se

obtiene del proceso de molienda de la caña.

A continuación se muestran en las tablas 1, 2 y 3 las características

fundamentales del bagazo de caña utilizado en este trabajo.

Tabla 1. Análisis inmediato (% base seca).

Caracteristica %

Carbono fijo 41,9

Volatiles 46,36

Cenizas 11,74

Tabla 2. Análisis elemental (% base seca).

Caracteristica %

Carbono 42,54

Hidrogeno 5,17

Nitrogeno 0,63

Azufre 0,30

Oxigeno 39,62

Tabla 3. Poderes caloríficos.

Especificación (kcal/kg) (kJ/kg)

Superior (b.s.) 3 986 16 661,5

Inferior (b.s.) 3 715 15 528,7

El peso de la muestra fue de 5,540 mg. El material se sometió

a una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósfera

inerte garantizado por un flujo de N2.

Fig. 1. Diagrama h vs T del bagazo de caña de azúcar (real).

El peso de la muestra fue de 7,30 mg. El material se sometió a

una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósfera inerte

garantizado por un flujo de N2 de 20 cc/min.

Fig. 2.diagrama U vS T

CAPITULO III

POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE

CONTAMINACIÓN.

III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.

3.1. Lavadores de gases.

Se propone implementar a las carderas con lavadores de

gases presentes en el mercado industrial.

Estos lavadores serán seleccionados de acuerdo con el

tamaño de las partículas que arrojan las calderas(polvo >u,

humo<u; etc)

3.2. Filtros:

De otro modo se puede implementar las calderas con filtros

(en las chimeneas), para de esta manera reducir el paso de

partículas contaminantes al medio ambiente.

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Según los cálculos teóricos la temperatura máxima que se alcanza durante

la combustión (temperatura de llama adiabática) en la caldera es de

1835.58K.

durante los calculos realizados se ha determinado que el flujo en volumen

de los gases Q=103.24 m3/s.

La perdida de calor sensible en los gases de combustión es q=452.55

Kcal/Kg.

La eficiencia de la caldera es de 0.47 lo cual es un valor muy bajo esto se

debe a la falta de mantenimiento (predictivo, preventivo y correctivo).

La velocidad promedio del flujo de los gases en la combustión es de

15.89m/s

Las pérdidas de energía a lo largo de la chimenea es 9.2 pies.

Los cálculos realizados anteriormente son aplicables a todas las demás

calderas puesto que tienen el mismo principio de funcionamiento.

Con la instalación del lavador de gases o filtros en la caldera Nº 06 se

reducirá la emisión de partículas a la atmosfera.

Si se implementara con lavadores a las calderas se recomienda diseñar un

ducto de desagüe el cual se vierta en una piscina de decantación y luego

sea llevado a los campos de cultivo.

Si la implementación de las calderas es por medio de filtros se recomienda

hacer un mantenimiento preventivo de los mismos cada un cierto tiempo.

Se recomienda implementar las instalaciones con nuevas tecnologías y

dispositivos que permitan mantener un ambiente más saludable.

Finalmente hacer de conocimiento que los resultados de este informe han

sido analizados mediante cálculos teóricos por no disponer de materiales y

equipos para realizarlo prácticamente.

4.1. BIBLIOGRAFÍA:

TESIS: Limpieza húmeda en las chimeneas de las calderas de la

E.I.A...Tuman (José Miguel Pantoja solano)

HUGOT E. manual del ingeniero azucarero.

E.A.I. Tuman informes técnicos, estadísticas elaboradas por los

ingenieros.

4.2. LINKOGRAFIA:

Google heart.

www.google .com (diagramas de combustión del bagazo).

ANEXOS

V. ANEXOS

Anexo Nº 01

5.1. Análisis de los índices de contaminación.

1.1.- Identificación del Problema:

Actualmente existe una contaminación del aire del ambiente

producida por la fábrica sobre la población que es afectada por

la caída de los sólidos emanados de la chimenea, producto de la

combustión del bagazo en las calderas. Estos sólidos

contaminantes son expandidos por el viento hacia la población

generando molestias y enfermedades tanto a los órganos

visuales como respiratorios, y otros.

Además las calderas no cuentan con la instrumentación

necesaria para controlar los parámetros de funcionamiento y los

pocos instrumentos con los que cuenta no proporcionan una

medida confiable para realizar un estudio de las especificaciones

técnicas del fabricante.

1.2.- Justificación e importancia:

Justificación:

La gestión de los recursos energéticos constituye un factor

fundamental para mejorar la competencia de la industria, por

esta razón es cada vez más necesario potenciar la eficiencia

energética y la innovación tecnológica con la introducción de

equipos más eficientes y menos contaminantes con el

aprovechamiento de las energías renovables.

El motivo del presente trabajo es implementar la instrumentación

y equipos necesarios para el mejor funcionamiento de las

unidades. El 6 de diciembre de 1999, el CONSEJO NACIONAL

DE MEDIO AMBIENTE del Perú (CONAM), emitió una norma

limitando las emisiones de gases al medio ambiente a partir de

abril del 2000 para el sector industrial, lo que implica el mejorar

la combustión en los quemadores existentes, o el reemplazo de

equipos antiguos, o la sustitución de combustible, la utilización

de filtros especiales. El CONAM está buscando un desarrollo

industrial “limpio” preservando el medio ambiente de

contaminación, con lo que está promocionado una reconversión

del parque nacional de calderos industriales, y también el uso

del gas de camisea.

Actualmente el uso del gas de camisea implica un costo 10%

menos que el del petróleo Diesel 2 y un 200% mayor que el

petróleo Diesel 6, pero posibilita el operar en filtros de aire. El

CONAM también emitió una norma en el diario El Peruano el 24

de noviembre estableciendo estándares de calidad de aire, cuya

norma se adjunta a continuación:

DE LOS ESTÁNDARES PRIMARIOS DE CALIDAD DE AIRE

Articulo 4.- estándares primarios de calidad de aire: los

estándares nacionales primarios de calidad de aire considerando

los niveles de concentración máxima de los siguientes

contaminantes del aire:

Dióxido de Azufre (SO2).

Material Particulado con diámetro menor o igual a 10

micrómetros (PM10) y menor o igual a 2.5 micrómetros (PM2.5).

Monóxido de Carbono (CO).

Dióxido de Nitrógeno (NO2).

Ozono (O3).

Plomo (Pb).

Sulfuro de Hidrogeno (H2S).

Articulo 5.- tabla de estándares: los estándares nacionales

primarios para la calidad del aire son los establecidos por el

anexo 1 del presente reglamento.

CONTAMINANTE PERIODO

FORMA DEL ESTÁNDAR MÉTODO DE

ANÁLISIS

VALOR FORMATO

Dióxido de Azufre

Anual

24 horas

1 hora

10

minutos

10

150

350

Media aritmética anual

NE más de 3 veces al año

NE más de 24 veces al año

Se recomienda el registro

Fluorescencia

UV

PM 10Anual

24 horas

50

150


NE más de 4 veces en 3 años

Separación

Inercial/filtración

PM 2.5

Anual

24 horas

15

55

Promedio de 3 años del

promedio aritmético anual

NE más de 8 veces en 3 años

Separación

Inercial/filtración

Monóxido de

Carbono

8 horas

1 hora

10000

30000

Promedio móvil Nemas de una

vez por año

NE más de una vez por año

Infrarrojo no

disperso (NDIR)

Dióxido de

Nitrógeno

Anual

1 hora

100

200

Promedio Aritmético anual

NE más de 24 veces por añoQuimioniscencia

Ozono8 horas

120

Promedio móvil. NE el

promedio de3 años del cuarto

mayor valor anual de la

concentración máxima diaria

de 8 horas.

Se recomienda el registro

Fotometría UV

(método

automático)

PlomoAnual

Mensual

0.5

1.5


NE más de 1 vez cada 3

meses

Método para

PM 10

Sulfato de

Hidrogeno24 horas 150 NE más de tres veces por año

Fluorecen- cia

UV

TABLA Nº04.-Estandares de la calidad de aire

Todos los valores son concentraciones en microgramos por metro cubico.NE: No exceder

Cuadro de contaminación atmosférica y sus efectos en la salud. Contaminante Fuente Antropogenia Efectos en la Salud

contaminante Fuente antropogénica Efectos de salud

Monóxido de

carbono

Parque automotor industria

Exposición aguda: dolor

desvanecimiento y disminución del

desarrollo físico, muerte.

Exposición crónica: stress sobre

sistemas cardiovasculares; disminución

total de la tolerancia, al ejercicio y ataque

al corazón.

Oxido de

nitrógeno

Transporte, fuentes de

combustión estacionaria

Exposición aguda: irritación pulmonar

Exposición crónica: bronquitis

Oxido de azufre

Fuentes de combustión

estacionaria. Inducida

Exposición aguda: inflamación del

proceso respiratorio, agitación asmática.

Hidrocarburos

materia micro y

macropartículas

Transporte, fuentes de

combustión estacionaria.

Industria

Desconocido, irritación del sistema

respiratorio, ojos, deterioro estético.

Oxidantes foto

químicos

Transporte, fuente de

combustión estacionaria

Exposición aguda: irritación del sistema

respiratorio y ojos.

TABLA Nº 05.-Efectops en la salud

5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales

El nivel de contaminación que provoca la operación de las calderas

industriales, depende fundamentalmente del tipo de combustible

empleado y de la eficiencia de su combustión.

En la práctica los que requieren mayor atención son la emisión de

inquemados sólidos (cenizas y hollín) y los óxidos de azufre (lluvia

ácida), nitrógeno (NOx) y carbono (efecto invernadero)

Oxido de Azufre (lluvia ácida)

La presencia de azufre en los crudos de petróleo y en los productos

de refinado resulta un factor determinante en su calidad, por ejemplo

poco factible su eliminación en etapa previas a su empleo doméstico o

industrial.

Al quemar residuales durante la operación de calderas industriales, el

azufre actúa como combustible generando calor y productos de

combustión en forma de óxido, de los cuales el 96 o 97% es SO2 y en

resto SO3.

Si estos gases condensan sobre los tubos, partes metálicos o las

paredes de la chimenea, antes de salir de la caldera, provocarán la

mencionada corrosión ácida, también llamada corrosión a baja

temperatura, al disminuir por debajo del punto de rocío a partir del cual

se condensan los gases.

La presencia de partículas acompañadas de SO2 y sus derivados

pueden producir, según los niveles de concentración en que se

encuentra, desde leves irritaciones de las vías respiratorias hasta

claros aumentos en la mortalidad sobre todo personas con afecciones

bronco pulmonares.

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Los óxidos de nitrógeno se producen en el curso de la combustión y

se presentan en las formas de NO (monóxido u óxido nitroso) y NO2

(óxido nítrico o dióxido de nitrógeno). El N2O no se considera

contamínate al no ser tóxico y no participar en reacciones fotoquímicas.

Se forman a partir de la reacción entre nitrógeno y oxígeno a elevadas

temperaturas, normalmente en el interior de la llama.

El nitrógeno está siempre presente, aportando por el combustible y/o

el comburente (aire)

La cantidad formada de NO y NO2 depende de la temperatura de

combustión y la disponibilidad de oxígeno en la cámara de combustión.

De hecho, a partir del 1093ºC comienza a aparecer NO y NO2.

Monóxido de Carbono (CO)

El componente más peligroso para la salud es el NO2Este gas se

presenta normalmente como producto de una combustión incompleta

por deficiencia de aire (oxígeno) o una deficiente mezcla de

combustible y comburente.

Su presencia implica el riesgo a explosiones, por reaccionar

violentamente en atmósfera súbitamente oxidante.

Dióxido de carbono (CO2)

Es un gas que normalmente se encuentra en la atmósfera en una

proporción de 311 ppmm o 0.03 en volumen.

Emisión de partículas sólidas

Los sólidos emitidos en los gases de chimenea de calderos

comprenden dos clases de partículas: cenizas y material inquimado.

Cenizas: Esta clase de sólidos se presenta en el caso de combustión

de residuales. Están constituidos por sedimentos e impurezas

metálicas presentes en forma de compuestos organometálicos.

Durante la combustión se forman óxido de vanadio, fierro, níquel, etc.,

que al combinarse con el SO3 formado, son emitidos en forma de

sulfatos.

Inquemados: Están constituidos por los productos del craqueo del

combustible en fase líquida (coque o cenósferas) y en fase gaseosa

(hollín) que no llegar a combustionar en forma completa, salen por la

chimenea en forma de humo.

Fig. Nº01.-Emisión de partículas sólidas y niveles de contaminación

Anexo Nº02

Fig. Nº 02.-Temperatura en función de las dimensiones de la chimenea.

Anexo Nº03

Fig.Nº03.-Factores de fricción para chimeneas

auditoria energetica de tuman

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