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28e n e r g t ic a Vol. XXIII, No. 1/2002

Clculo de los ndices de consumo

energticos en la Panificadora ToyoMarta DomingoWaldo OrtizErnesto Medina

Noviembre del 2001

Resumen / Abstract

En medio de la poltica nacional de ahorro y conservacin de portadores energticos se ubica este trabajo,realizado en la Panificadora Toyo de la Ciudad de La Habana. Entre los objetivos de este se encuentran: determinarlos consumos de vapor y combustible, as como sus ndices de consumo. El anlisis y discusin de los resultadosse entreg a la entidad con sus recomendaciones,siendo considerados de gran importancia.Palabras clave: ndices energticos, combustible

Amid the national politics of saving and energy payees' conservation is located this work, done in the bakery

Toyo of the city of Havana. Is for it that the objectives of the same one are: to determine the consumptions of

vapor and fuel, as well as their consumption indexes. The analysis and discuss ion of the results were surrende r

to the entity with recommendations, being considered of great importance.

Key words: energy indixes, fuel

APLICACIONES INDUSTRIALES

INTRODUCCINEsta panificadora es una de las ms grandes yantiguas del pas. El centro se ha dado a la tarea dedetectar los principales consumidores que posee e irdisminuyendo paulatinamente las prdidas de energamediante el uso correcto de la tecnologa y losportadores energticos. El objetivo fundamental essacar el mayor rendimiento posible a las cantidadesde energa que se necesitan.

El estudio que se presenta a continuacin tiene comoobjetivo la determinacin de los consumos tanto devapor, como de combustible, en todos los equipos,

las prdidas por tuberas, la eficiencia del generadorde vapor y los ndices de consumo energticos de lostres talleres correspondientes y de la fbrica.

METODOLOGA DE CLCULOAplicacin del mtodo de clculo en Excel paralas prdidas de calor por tuberas. El mtodo utilizalas ecuaciones convencionales de conveccin -radiacin por prdida de calor al medio ambiente, seemple para el clculo de las prdidas de tuberas ysu consumo de vapor correspondiente teniendo encuenta los datos y especificaciones que se muestrana continuacin.Para su realizacin fue necesario determinar lossiguientes parmetros:

Longitud y dimetro de tuberas, especificando en

cada caso las que estn y no estn aisladas. Emisividad de la superficie de las tuberas, papel dealuminio para las aisladas y acero para las que no lo estn.

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Temperaturas de la superficie y del medio ambiente. Valor calrico inferior ( diesel regular), calculado porlos grados API, dado en la refinera "ico Lpez", ascomo su costo actual por tonelada y haciendo uso de

la formula.1

VCI =[9 626,8 +22,22 ( API -10)] 4,18 [ kJ /kg] ...(1)

con estos datos se obtuvieron los resultados finales.

CLCUL O DE CONSUMO EN L AS ESTUFASEstos equipos son los nicos consumidores de vaporen la fbrica. Por las caractersticas de los mismosse consider que cada orificio de los flautines de lasestufas por donde tiene que salir el vapor como unapitera, y se determin el consumo de cada cmara

por la expresin:2

Wv=0,4 Dp2[P (P + 1) ]0,5 ...(2)

donde:

P [ Atm ], Dp [ mm ] y Wv [ kg/h ]

Luego se multiplica por el nmero de orificios queexisten en cada cmara y por el tiempo diario queestn consumiendo vapor cada una, ya por ltimo sesuman los consumos de las tres cmaras para obtenerel consumo total de vapor diario para la humidificacin

y fermentacin del pan.

Aplicacin del balance de energa en los hornos

Qcomb

=Qprod

+Qequip

+Qacces+

+Qper

+Qg+Q

puertas ...( 3 )

El calor cedido por el combustible

donde:

Qcomb

=Mcomb

VCI ...(4)

El calor absorbido por el producto.3

Qprod

=Wc(H

vr- Ha) +gcCc(Tc- Tm) + (WaCa+gpCp)

(Tp- T

m) ...(5)

El calor absorbido por el equipo y los accesorios.4

Qequip

=Mequip

Cpequip

T ...(6)

Qacces

=Macces

Cpacces

T ...(7)

El calor cedido al medio ambiente por radiacin-conveccin.5

Qper

=haAT ...(8)

ha=[ 8,4 +0,06 ( T

p- T

amb) ] 1,163 ...( 9 )

donde:

Tpy T

amb[ C ] y h

a[ w/m2C ]

La cual tiene como restriccin que Tpdebe ser menor

de 150 C, por lo que se puede emplear en este caso.

El calor perdido por los gases de combustin:6

Qg=M

comb(V

ao+ (n- 1)Vl0)Cpg(Tg- Ta) ...(10)

Para el cumplimiento de este objetivo se determinaron

los valores de los parmetros Vao, Vloy n por laexpresin tomada de (6), o sea:

Vlo=( aVCI / 4 190 ) +b(11)

Vao=( cVCI / 4 190 ) +d(12)

donde:

VCI [ kJ / kg ], Vlo[ m3aire/ m3combustible]

Vao[ m3 gas residual / m3comb.]

Para combustibles lquidos a= 0,85;b= 2; c=1,11 yd= 0

El valor del coeficiente de exceso de aire se determinapor la expresin tomada de (6).

METODOLOGA DE CL CULO PARALA EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR

Para el clculo de la eficiencia del generador de vaporse toma el mtodo indirecto por la ventaja quepresenta el desglose de los clculos, donde se pueden

analizar la influencia de cada prdida en el balance.

Prdidas de calor sensible de los gases de combustin( porcentaje P

cs)

Prdidas al medio ambiente (porcentaje Pa)

Prdidas por incombustin mecnica (PorcentajePim)

En este caso estas son las que influyen en esteproceso.

Con estas prdidas se pudo calcular la eficiencia delgenerador de vapor dando como resultado un valor de79,77 %.

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CLCUL O DE LOS NDICES DE CONSUMOndices de consumo de vapor y combustibleequivalente por tonelada de pan (en estufas y tuberas)

Por estufaKilogramos de vapor / daKilogramos de vapor / toneladas de panLitros de combustible / toneladas de pan

Por prdidas en tuberasKilogramos de vapor / daKilogramos de vapor / tonelada de panLitros de combustible / toneladas de pan

Por talleresKilogramos de vapor / da

Kilogramos de vapor / toneladas de panLitros de combustible / toneladas de pan

ndice de consumo total de vapor teniendo encuenta tanto las tuberas como las estufas portallereskilogramos de vapor / toneladas de panLitros de combustible / toneladas de panPesos / toneladas de pan

ndice de consumo de combustible Por hornosLitros de combustible / toneladas de pan ( real)Pesos / toneladas de pan ( real)Litros de combustible / toneladas de pan (necesario)Pesos / toneladas de pan (necesario)

General por talleresLitros de combustible / toneladas de pan ( real)Pesos / toneladas de pan ( real)Litros de combustible / toneladas de pan (necesario)Pesos / toneladas de pan (necesario)

Estos resultados se pueden observar en lastablas 1,2,3 y 4.

Tabla 1ndice de consumo en las estufas de vapor ycombustible por toneladas de pan

ndice

Estufas

1 3 4

vapor / da (kg) 653,00 1 734,00 102,00

vapor / pan (kg/t) 742,04 1 806,36 165,06

Comb. / pan (L/t) 66,72 162,43 15,10

Tabla 2ndice de consumo de vapor y combustiblepor taller

ndice Taller 1 Taller 3 Taller 4

Vapor / da (kg) 80,9 40,45 60,6

Vapor / pan (kg/t) 91,9 42,13 99,8

Comb / pan (L/t) 8,3 3,79 11,8

Tabla 3ndice de consumo de combustible por horno

ndiceCriollo

(cada uno)Estrella Giratorio Planta

Comb./pan(real) (L/t)

219,36 254,36 226,7 239,45

Pesos/pan(real)

44,4 51,48 45,88 48,44

Comb./pan(nec.)(L/t)

203,35 192 196,5 218

Pesos pan(nec.) ($/t)

41,16 38,36 39,77 44,12

Tabla 4ndice de consumo de combustible por taller

ndice Taller 1 Taller 3 Taller 4

Comb./ pan (real) 509,71 420,58 310

Pesos/ pan (real) ($/t) 103,17 85,13 62,72

Comb./pan (nec.) (L/t) 477,69 358,22 248

Pesos/pan (nec.) ($/t) 96,7 72,51 50,2

ANL ISIS DE RESULTADOSAnlisis de los consumos de vapor

En la fbrica los nicos equipos consumidores de vaporson las estufas o cmaras de fermentacin, como enellas se consider que el vapor pasa a travs de piteras,los flujos de vapor tericos que se determinaron fueronde 783,81 kg / h para la estufa del taller 1 438,2 kg/hpara la del 3 y 51 kg/ h para el taller 4, dando comoresultado una masa de vapor consumida de 653 kg, 1734,11 kg y 102 kg respec-tivamente. Se pudo observarque la estufa del taller 3 consume un 60 % del vapor

total, esto se debe fundamentalmente a las condicionesde trabajo y estado de esta estufa, que en la panificadoraes la que mayor preocupacin ofrece.

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Anl is is de las prd idas por t uber asSe ha de destacar que el consumo de vapor porprdidas en tuberas es de 404,52 kg diariamente,elcual es un nmero a considerar ya que representa un

14 % del consumo de vapor total. Esta cifra tanelevada se debe a que todo el tiempo de trabajo estcirculando vapor por las tuberas, las cuales carecende vlvulas para independizar el paso a travs deellas, adems de presentar tramos de tuberas sinaislamientos.

Anlisis de los hornos c omo equiposconsumidores de combustibles

Este anlisis se realiza en los equipos por separado.

Anlisis en los hornos criollosEn estos hornos a pesar de ser bastante anticuados

se pudo observar que la diferencia de consumo realcon el tericamente calculado es aproximadamentede 10 L, lo cual se debe al tiempo de uso de losquemadores as como a la forma de operar en ellos,que es diferente para cuando trabaja cada uno de loshorneros debido a la experiencia que pueden haberacumulado cada uno de ellos en los aos de trabajo.

Anlisis en el horno estrellaDe todos los existentes este horno es el que msdiferencia de consumo presenta con un valoraproximado de 60 L, esto se debe fundamentalmente

al tiempo de vida til del equipo; es uno de los msantiguos en la fbrica, adems de la estructura quepresenta y la forma de operacin o de trabajo en cadaturno. Es decir, que influye notablemente cmotrabaja cada operador, pues, encienden y apagan elquemador, cuando entienden que se enfri o calentel horno; muchas veces por experiencia,o como locrean, pues el termmetro que tiene no siempre trabajabien. Adems en este horno se han visto trabajardiferentes operarios en el perodo.

Anlisis en el horno de carro giratorio

La diferencia de consumo de combustible en esteequipo fue de 16 L respectivamente, lo cual estjustificado por el gran tiempo de trabajo en este hornoy la forma operacional del mismo. Ocurre que a vecesqueda abierto un tiempo apreciable cuando se trasladael carro a llevar la carga al otro lado del saln Se debedestacar que a pesar de ser un horno pequeo procesauna gran masa de pan, lo cual efectivamente se puedeobservar en el anlisis de las prdidas por el calorabsorbido por el producto que representa un 34 % delas prdidas totales.

Anlisis en el horno de plantaEl horno de planta durante las corridas que se realizaronse pudo observar que la diferencia de consumo entre

el real y el terico fue de 21 L aproximadamente, locual se debe fundamentalmente a que este equipo notrabaja a su capacidad mxima y a que presentaperodos largos de receso entre turno y turno, lo que

trae consigo que este horno se enfre y se tenga queconsumir una mayor cantidad de petrleo para elevarsu temperatura, que es significativamente alta.

De forma general, se puede sintetizar que el hornoestrella es el que presenta un mayor consumo decombustible en relacin con el tericamente requeridoo el necesario, seguido por el de planta, el de carrogiratorio y los dos criollos respectivamente, que elporcentaje de prdidas ms elevado fue el de losgases, seguido en algunos casos por las prdidas delequipo y en otros por la del producto.

Anlisis de la eficiencia del generador de vaporEn esta caldera la eficiencia da un valor de79,77 % donde solamente aportan prdidas, los gasesde combustin, las prdidas al medio ambiente porradiacin-conveccin y por incombustin mecnica,dando un mayor peso las prdidas por calor sensiblede los gases de combustin. Este resultado es muysatisfactorio teniendo en cuenta que no tiene otrosaditamentos adicionales.

Las prdidas al medio ambiente son elevadas si se

tiene en cuenta el pequeo tamao de la caldera y sedebe a deficiencias en el aislamiento.

Anlisis de los ndices de consumoSe calcularon ndices de consumo de vapor y deconsumo de combustible tanto separado por cadaconsumidor como por talleres, as como el ndicetotal por talleres todos llevados a combustible. Entodos los casos los ndices se calcularon con elobjetivo de conocer la cantidad de vapor y decombustible consumida para producir determinadacantidad de productos. Adems, se calcularon los

ndices de costos correspondientes.

Correspondiendo al consumo de vapor mayor, de lasestufas, la 3 es la que mayores ndices tambinpresenta ,tanto de vapor como de combustible, debidoa lo expuesto anteriormente y a que trabaja muchotiempo.

A consecuencia de las prdidas de calor en tuberas,el ndice de consumo de vapor y combustible 165,3y14,85 respectivamente, diarios son apreciables y esimportante trabajar por disminuir los mismos. Por taller,el de mayores ndices es tambin el 3,en cuanto avapor y combustible por uso de vapor y en cuanto a

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combustible en general ,es el 1,y por lo tanto, de costopor este concepto.

Los ndices de consumo de los elementos que tienen

que ver con la produccin de pan son mayores a losque no tienen que ver con dicha produccin, lo querefleja un resultado coherente.

CONCLUSIONESCon el presente trabajo se logr calcular, en los equiposel consumo ya sea de vapor o de combustible tantoprctico como terico en lo que fue posible, en lostres talleres respectivamente. Dando como resultadopor separado a la estufa del taller 3 como la de mayorconsumo de vapor con un valor de 1 734,11 kg devapor diariamente y el horno estrella como el equipo

de mayor consumo de combustible.

Se calcularon los consumos de las prdidas de calorpor tuberas, las cuales representan un porcentajeconsiderable con respecto al consumo total de vapor,su magnitud depende fundamentalmente del tiempoque se mantiene con vapor, su amplia trayectoria y lacarencia en algunos casos de aislantes trmicos. Estevalor de consumo fue de 404,52 kg de vapordiariamente representando un valor de 14 % delconsumo total de vapor en la fbrica.

Los ndices de vapor,combustible y costo por esteconcepto, son mayores en el taller 3. Los ndices decombustible y costo correspondiente son mayores enel taller 1.

RECOMENDACIONES Utilizar los ndices de consumo calculados paracomprobar el eficiente funcionamiento de los talleresestudiados, adems de conocer el consumo de vapory combustible tanto por equipo como por taller.

Que se continen los esfuerzos para lograr una

verdadera disciplina tecnolgica que impida elsurgimiento de problemas operacionales que atentencontra la eficiencia energtica.

Analizar la posibilidad de colocacin de vlvulasen las tuberas de vapor para independizar susrecorridos.

Realizar un estudio econmico del horno estrella,por la alta ineficiencia energtica que presenta en suoperacin.

Tener en cuenta la posibilidad de reparacin de laestufa del taller 3, as como realizar cambiosestructurales de la misma.

Analizar la posibilidad de un mayor trabajo en elhorno de planta, as como un mayor uso de sucapacidad para aliviar el trabajo del horno de carrogiratorio y aumentar la rentabilidad del horno a analizar.

Analizar la posibilidad de aislar trmicamente, lastuberas que lo requieran as como el generador devapor.

REFERENCIAS1. Daz, J . L.: "Metodologa de clculo de

caldera",ISPJ AE, Ciudad de La Habana, 2000.2. Crane Co:"Flow of Fluids Tthough Fittings and

Ppipers," Chicago, ILL, EUA, 1957.3. Surez, J . y D. Rudenko:Procesos y equipos de

la Industria Alimentaria II, FT-1392, 1984.

4. Mijeeva, I. M.: "Fundamentos de termotrans-ferencia", Ed. EMPES, Ciudad de La Habana, 1988.

5. Domnguez, A.: "Clculo de las prdidas deenerga", Trabajo de Diploma,ISPJ AE, Ciudad deLa Habana, 1995.

6. "Combustin, anlisis de gases, analizador orsat,Revista de Energa, Cuba, 1988.

AUTORESMarta Domingo MontanIngeniera Qumica, Mster en Ciencias Tcnicas,Asistente, Facultad de Ingeniera Qumica, Instituto

Superior Plitcnico J os Antonio Echeverra (ISPJ AE)e-mail:martad@quimica.ispjae.edu.cu

Waldo Ortiz VzquezIngeniero Qumico, Centro de Ingeniera Gentica yBiotecnologa (CIGB)

Ernesto Medina Garcs,Ingeniero Qumico, CIGB, Ciudad de La Habana