auditoria energetica en generadores de vapor
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AUDITORIA ENERGETICA EN GENERADORES DE VAPOR
“SUSTITUCION DE PETROLEO RESIDUAL POR GAS NATURAL EN CALDERAS DE VAPOR”
VERA MELGAR JAIME IVÁN.
CALLATA CARHUAPOMA MIGUEL ÁNGEL.
ALMEIDA MERINO PABLO MARTÍN.
JUAREZ CONDORI FRANCISCO JUNNIOR.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOXXXI CICLO DE ACTUALIZACION PROFESIONAL
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
2012
INTRODUCCION
El consumo de energía en nuestras casas, empresas, comercios e industrias es, según los principales estudios, mayor del realmente necesario. Mediante la aplicación de las medidas de ahorro recomendadas tras una auditoría energética, seríamos capaces de reducir el consumo en un porcentaje considerable, sin tener que reducir el confort que necesitamos. Pero, ¿por dónde empezar?
Mediante las siguientes preguntas y respuestas, explicamos de forma comprensible y paso a paso los pormenores de la auditoría energética.
¿Qué es una Auditoría Energética?:
La auditoría energética es la herramienta sobre la que se asienta un plan estructurado de ahorro energético. La auditoría energética implica realizar una labor de recogida de información, análisis, clasificación, propuesta de alternativas, cuantificación de ahorros y toma de decisiones
¿Cuándo debemos pensar en realizar una auditoría energética?:
Si creemos que en un determinado lugar:
• Se emplean aparatos poco eficientes.
• Se lleva a cabo un escaso mantenimiento en los equipos.
• Se producen pérdidas de calor o de frío por un aislamiento deficiente.
• Hay un desconocimiento de los hábitos adecuados de consumo.
¿Qué se analiza en una auditoría energética?:
Especialistas en eficiencia y ahorro energético analizan el lugar a auditar a fondo con la ayuda de equipos de medición de última tecnología y realizan un diagnóstico energético de la instalación:
• Hábitos de consumo
• Equipos de calefacción y climatización
• Equipos eléctricos
• Equipos de iluminación
• Aislamiento térmico de la instalación
• ¿Sabré cuánto puedo ahorrar con la auditoría energética?:
• Tras el análisis, un equipo técnico redacta una batería de medidas para corregir el exceso de consumo energético. Cada una de las medidas se clasifica según el ahorro energético, el ahorro económico que supondría, la inversión necesaria para implementarla y su periodo de retorno económico.
Generadores de Vapor:
Generación de Vapor y Agua Caliente:
Los equipos de mayor uso en las instalaciones industriales, comerciales y de servicios son los calderos de vapor y de agua caliente.Estos son usados para transferir energías de un combustible a un fluido que transporta calor a diferentes temperaturas ya sea para ser usados en el proceso o para un calentamiento en diferentes formas
Definición de Calderas de Vapor:
Es la serie de dispositivos que, aprovechando el poder calorífico de un combustible, producen vapor. Este vapor es utilizado posteriormente como aportación de calor en los procesos o para el movimiento de máquinas.
Clasificación:
• Disposición de los fluidos
• Transmisión de calor dominante
• Combustible empleado
• Presión de trabajo
• Tiro
• Lugar de montaje
Eficiencias de las Calderas a Vapor:
Por experiencias se sabe que las eficiencias térmicas de las calderas están por debajo e las máximas alcanzables .Los valores más aproximados para calderas de vapor son:
1. Calderas pirotubulares estándar de 3 pasos (1000 bhp): 80 – 83%
2. Calderas acuotubulares sin recuperador de calor (1000 bhp): 78- 80%
Clasificación por Disposición de Fluidos:
PIROTUBULARES
Los gases producto de la combustión circulan en el interior de los fluxes de la caldera.
La presión de trabajo no excede los 20 kg/cm2, ya que presiones más altas obligarían a usar espesores de la envolvente demasiado grandes.
La producción de vapor es del orden de 25 t/h
Eficiencia de operación: 80-85 %.
ACUOTUBULARES:
El agua circula por el interior de los fluxes de la caldera.
La presión de trabajo puede alcanzar hasta los 150 kg/cm2.
La producción de vapor es del orden de 25 hasta 1000 t/h.
Eficiencia de operación: 85-90 %.
Componentes de una Caldera:
1. Cámara de combustión.
2. Precalentador de agua.
3. Precalentador de aire.
4. Quemadores.
5. Sopladores de hollín.
6. Fluxes o tuberías.
7. Colector.
8. Domo.
9. Damper o mampara.
10. Chimenea.
Variables Importantes:
Emisiones de Gases Contaminantes:
La ineficiencia de las calderas y sistemas de distribución además de implicar un mayor consumo de combustible, implican también un incremento proporcional de las emisiones de gases de combustión tales como:
• Dióxido de carbono CO2
• Dióxido de azufre SO2
• OXIDOS DE NITROGENO NOX
• Monóxido de carbono CO
• Partículas de forma de hollín
Conclusión:
Es necesario adoptar medidas que permitan incrementar la eficiencia de las calderas y sistemas de distribución de vapor, usando las mejores tecnologías disponibles y aplicando
técnicas para incrementar la eficiencia de las calderas y el uso de vapor y reducir las pérdidas en los sistemas de distribución.
Importancia del Uso de Gas Natural en las Calderas de Vapor:
Conceptos Generales sobre Gas Natural:
Hidrocarburos:
¿Qué es el gas natural?:
Mezcla de gases hidrocarburos y no hidrocarburos, el principal componente del gas natural es el metano.
METANO
Gas combustible incoloro, inodoro, no toxico e insípido. Gas Natural-componentes.
Hidrocarburos:
Metano.
Etano.
Propano.
Butanos.
Pentanos.
Hexanos.
Heptanos y superiores.
Vapor de agua.
Gases inertes:
N2.
CO2.
Otros:
O2.
H2S.
Mercaptanos.
Gases Natural-contaminantes:
N2.
O2.
Agua.
CO2.
H2S.
Otros compuestos con azufre.
Hidrocarburos condensados.
Partículas sólidas y liquidas.
Composición del gas natural (Camisea):
Metano : 88.22% vol.
Etano : 10.81% .
Propileno : 0.02%.
Nitrogeno : 0.59%.
Dioxido carbono : 0.36%.
PCS@15°C : 9634 kcal/m3.
Densidad : 0.751 kg/m3.
Ventajas económicas y ambientales del uso del gas natural:
Ha reemplazado paulatinamente a otros combustibles porque:
Es más económico que los combustibles liquidos(D-2, residuales-9.
Produce mejor combustión.
Tiene poder calorífico elevado.
Es menos agresivo en los equipos de combustión.
No requiere almacenamiento (se entrega por tubería de manera segura y confiable.
Es más limpio en el manejo.
Los combustibles fosiles contienen principalmente carbono e hidrogeno y en menor proporción azufre, nitrógeno y otros elementos.
La facilidad de combustión y las emisiones varían en función de la relación C/H:
Proyecto:
Sustitución de petróleo residual por gas natural en calderas a vapor.
Suministro de gas en una caldera a vapor.
Para quemar el nuevo combustible es necesario tender una tubería desde el empalme con el suministrador hasta la caldera.
Proceso de conversión en calderas pirotubulares:
1. Revisión de transferencia de calor entre zonas radiantes y convectiva ante nueva realidad.
2. Determinación de nuevas exigencias de los materiales.
3. Estudio de dilataciones extructurales frente a nuevas exigencias.
4. Revisión y adecuación de equipos de la caldera.
Quemador.
Ventilador.
Economizador.
Controles.
1. Revisión de tranferencia de calor entre zonas radiante y convectiva:
El residual transmite mayor calor de forma radiante que el gas natural, por lo que la temperatura de salida del hogar se incrementa.
La masa de gases de combustión es mayor para el gas natural que para el residual.
2. Determinación de nuevas exigencias de materiales:
Determinación de nuevas temperaturas en paredes de tubos.
Determinación de nuevas temperaturas en economizador.
Comparación con diseño.
Evaluación de la habilidad de los materiales para las nuevas temperaturas.
3. Estudio de dilataciones estructurales:
Se analizan las dilataciones diferenciales producidas por las nuevas temperaturas en el hogar y tubos de zona convectiva.
Se revisaran los sistemas existentes para absorción de dilataciones y su habilidad para los nuevos requerimientos.
Se deberá revisar la habilidad de la chimenea existente(diámetro y altura) para el mayor caudal de gas.
4. Revisión y adecuación de equipos de la caldera:
Quemador: Posibles modificaciones o cambio total. Potencia, modulación, sistema de encendido, controles, caja de aire, etc.
Ventilador: Capacidad, presión.
Economizador: Diseño, temperaturas.
Controles: combustión, presión de aire/gas, lazos existentes.
5. Análisis adicionales:
Acciones a realizar:
Los procesos de conversión a gas de calderas toman tiempo, por lo cual es recomendable.
Iniciar ya el estudio de factibilidad técnica-económica de la conversión.
Especificación de nuevos equipos y modificaciones.
Diseño del sistema de suministro de gas por tuberías.
Implementación y puesta en marcha.
Ventajas de conversión:
Incremento de la eficiencia de la caldera.
Reducción de costos de mantenimiento,
Reducción de demanda de vapor para atomización de combustible líquido.
Reducción de emisiones de contaminantes.
Reducción de costos operativos en planta.
Casos de conversión a gas natural en calderas a vapor:
Caso 1: Planta pesquera (caldera Pirotubular).
Caso 2: Planta de fibras (caldera Acuotubular).
Caso 1: Planta pesquera de Paita.
Datos de las calderas:
Beneficios económicos y energéticos:
La inversión total de las instalaciones para el quemado del gas natural fue de US$ 145500, entonces el retorno simple de la inversión es de:
Retorno de inversión= 145500/154810=0.94 año.
Consistió básicamente en:
Cambio del quemador de petróleo COEN por otro de gas de alta eficiencia marca SAACKE.
Cambio del ventilador de aire y ductos.
Modificación de la caja del quemador.
Nuevos controles, totalmente electrónicos y automáticos.
Instalación de trenes de válvulas y controles.
Instalación de tuberías de gas internas.
-Quemador SAACKE de gas.
-Caldera B&W con quemador de petróleo residual-6 COEN.
-Caldera B&W con quemador de gas SAACKE:
Resultados de la conversión a gas:
Beneficio de ahorro: