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CALDEROS.

A. Definiciones básicas:

Es un equipo térmico conformado por un recipiente metálico, cerrado,

hermético, presurizado destinado a producir vapor o calentar agua u otro

fluido mediante un proceso isobárico, mediante el suministro de una

fuente de energía primaria (generalmente un combustible o también a

través de una resistencia eléctrica) el cual libera calor el cual es

aprovechado de manera indirecta por un fluido.(Castillo Neyra,2011)

Es un equipo térmico que sirve para la generación de:

Vapor para generación de potencia, procesos o propósitos de

calentamiento.

Agua caliente para procesos de calentamiento o como suplemento.

Calentamiento de un fluido térmico distinto al agua.

Las calderas son diseñadas para transmitir calor desde una fuente

externa de combustión o fuente de energía primaria (generalmente

quema de algún combustible) a un fluido que este contenido en la

caldera, siendo este fluido agua o vapor, siendo calificada como

calentador o intercambiador.

Cualquiera que sea el “líquido” que contenga, agua o vapor, debe ser

entregado en las condiciones deseadas (presión, temperatura, flujo

másico y calidad) (Mena Cáceres ,2010)

B. Clasificación. Se tiene las siguientes:

a. Según su uso:

De la caldera de coraza simple cilíndrica, han sido obtenidas gran

variedad de tipo de unidades de generación de vapor. Algunas han sido

diseñadas para propósitos de calentamiento o generación de potencia

en general, y se puede clasificar en:

Calderas portátiles: incluía un tipo de locomotora usada en campos de

petróleo y aserraderos, generadores de vapor miniatura; la mayoría de

calderas tipo “firebox” son clasificadas como portátiles.

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Comerciales o residenciales :Generalmente utilizadas para sistemas de

calefacción en países de climas fríos

b. Según su presión:

Calderas estacionarias: Con el propósito de tener toda la seguridad en

construcción de este tipo de calderas deben ser construidas de acuerdo

a la sociedad americana de ingenieros mecánicos (ASME) “código de

calderas y tanques a presión” (Boiler and Pressure Vessel Code). Este

código diferencia las calderas de la siguiente manera:

Baja presión : de 0 - 2.5 Kgf. /cm2.

Media presión : de 2.5 - 10 Kgf. /cm2.

Alta presión : de 10 - 220 Kgf. /cm2.

Supercríticas : más de 220 Kgf. /cm2.

Calderas marinas: este tipo de calderas son construidas de acuerdo a

las regulaciones de la guardia costera, para que los navíos puedan

navegar.

c. Según su material: Tenemos las siguientes :

Calderas de hierro fundido: está compuesta de un número de

secciones, las cuales pueden ser conectadas entre sí por medio de

conexiones o individualmente a cabeceras externas

Calderas de acero: son fabricados con tubos y planchas de acero, las

planchas son unidas por soldadura y los tubos son rolados o soldados

para hacer una unión resistente.

C. Tipos de Calderos según la disposición de los tubos:

a. Calderos Acuotubulares: Son calderos en las cuales contienen o pasa a

través de ellas vapor o agua a través de su banco de tubos, y el calor es

aplicado en la superficie exterior de estos, los tubos son generalmente

3

conectados con dos o más tambores en paralelo y son usualmente

horizontales. Este tipo de equipos se caracteriza por lo siguiente:

Producen vapor sobrecalentado para el accionamiento de generadores

eléctricos en la producción de energía eléctrica u otra máquina como un

compresor para producir energía mecánica al eje.

Son de alta presión llegando a calderos supercríticos, a presiones de

218 Bar y hasta temperaturas de 560 °C.

Son de gran tamaño y de poco uso industrial, salvo en el caso de las

empresas de fabricación de azúcar y del cemento.

Son automáticas y de fáciles de operar.

Su diseño es complejo debido a la gran cantidad de superficies de

transferencia de calor que la conforman.

Pueden operar con combustibles líquidos, gaseosos y solidos como el

carbón.

Figura N° 1 Corte de un caldero acuotubular

4

b. Calderos Pirotubulares: Son calderos que se caracterizan porque los

gases de la combustión fluyen dentro de los tubos, mientras que por la

parte externa de los tubos se encuentra el agua o fluido térmico el cual se

calentara o vaporizara según el caso. Sus características principales son

las siguientes:

Son tubos rectos que están rodeados de agua y a través de ellos pasan

los gases productos de la combustión.

Son de mediana potencia y capacidad, diseñados para operar hasta 24

Bar de presión en condiciones de generación de vapor de agua o agua

caliente.

Son utilizadas en las industriales o plantas consumidoras de energía con

la finalidad de producir vapor saturado para procesos de calentamiento

con presiones de generación de entre 6 a 8 Bar de presión.

Son calderas automáticas.

Figura N° 2 Corte de un caldero pirotubular

Pueden operar con cualquier tipo de combustible líquido o gaseoso.

Se les conoce también como calderos del tipo paquete o escocesa.

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Según el número de viajes que realizan los gases de la combustión se

tienen de 1 , 2, 3 y pazos. Por ejemplo si son viajes los que realizan los

gases de la combustión, entonces se denomina caldero de 2 pazos.

Detalles de los Calderos Pirotubulares.

A. Componentes: Tenemos los siguientes componentes principales:

a. Cámara de Combustión: También llamada hogar, y es el lugar donde se

realiza la combustión y la generación de los gases de la combustión debido

a la reacción del combustible y el oxígeno del aire. Es una zona en donde

se presentan puntos radiativos a alta temperatura. Su fabricación es a

través de un aplancha corrugada del tipo Morrison en lámina de acero al

carbono en calidad ASTM A 285 grado C.

b. Banco o haz de tubos: Está conformado por tubos de acero al carbono sin

costura, generalmente cedula 40 (de 2 a 2 ½” generalmente para calderos

de mediana y gran capacidad , para calderos de pequeña capacidad se

usan tuberías de ½”) en calidad certificada ASTM A 192, están fijados en

los espejos del caldero de la siguiente forma: En la parte frontal van

expandados y en la parte posterior van expandados y electro soldados.

c. Cilindro del Caldero : Es el recipiente que conforma la parte externa del

caldero y a su vez está compuesto por:

Cámara de agua: Es el volumen de la caldera que está ocupado por el agua

que contiene y tiene como límite superior un cierto nivel mínimo del que no

debe descender nunca el agua durante su funcionamiento. Es el

comprendido donde el nivel mínimo visible en el tubo de nivel hacia abajo.

Cámara de vapor: Es el espacio o volumen que queda sobre el nivel

superior máximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la

caldera. Mientras más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe

ser el volumen de esta cámara.

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En este espacio o cámara, el vapor debe separarse de las partículas de

agua que lleva en suspensión. Por esta razón, algunas calderas tienen un

pequeño cilindro en la parte superior de esta cámara, llamada “domo”, y

que contribuye a mejorar la calidad del vapor (hacerlo más seco). (CONAE,

2011)

Figura N°3 Corte de la Cámara Principal del Caldero Pirotubular

El cuerpo de presión de la caldera será totalmente soldado por fusión

eléctrica de penetración completa. La lámina del cilindro de presión

generalmente es de plancha de acero al carbono en Calidad Certificada

ASTM A 285 grado C o ASTM A 515 Grado 70.

Las soldaduras se someterán a inspección radiográfica de acuerdo con lo

ordenado por el Código ASME en sus secciones pertinentes. Una vez

soldado íntegramente el cuerpo de presión será sometido a tratamiento

térmico de normalización para eliminar los esfuerzos residuales producidos

durante la soldadura.

Cámara de vapor

Cámara de agua

Banco de tubos

Cámara de

combustión

7

La caldera estará cubierta con aislamiento de lana mineral de 2" de espesor

y recubierta con lámina galvanizada o con lámina de acero inoxidable de

¼”.

d. Espejos: Conforman las paredes frontales y posterior del cuerpo de presión

del caldero y son planchas de acero al carbono en calidad ASTM A 285

grado C o 515 grado 70.

e. Cámara de humos: Corresponde al espacio de la caldera en el cual se

juntan los humos y gases, después de haber entregado su calor y antes de

salir por la chimenea.

f. Mampostería: Se llama mampostería a la construcción de ladrillos

refractarios o comunes que tienen como objeto:

Cubrir la caldera para evitar pérdidas de calor.

Guiar los gases y humos calientes en su recorrido.

Para mejorar la aislación de la mampostería se dispone, a veces, en sus

paredes de espacios huecos (capas de aire) que dificultan el paso del calor.

En algunos tipos de calderas se ha eliminado totalmente la mampostería de

ladrillo, colocándose solamente aislación térmica en el cuerpo principal y

cajas de humos. Para este objeto se utilizan materiales aislantes, tales

como lana de vidrio recubierta con planchas metálicas y asbestos.

g. Puertas de explosión: Son puertas metálicas con contrapeso o resortes,

ubicadas generalmente en la caja de humos y que se abren en caso de

exceso de presión en la cámara de combustión, permitiendo la salida de los

gases y eliminando la presión. Solo son utilizables en calderas que trabajen

con combustibles líquidos o gaseosos

h. Registros: Llamadas Manhole o llamados registros de hombres, los cuales

son tapas elípticas que se ponen e los fondos del cilindro del caldero o en la

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parte baja: Permiten la entrada de un hombre, con el fin de hacer un

mantenimiento interno o inspeccionar ocularmente.

i. Chimenea:

Es el conducto de salida de los gases y humos de la combustión hacia la

atmósfera, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para

evitar perjuicios o molestias a la comunidad. Además, tiene como función

producir el tiraje necesario para obtener una adecuada combustión, esto

es, haciendo pasar el aire necesario y suficiente para quemar el

combustible, en caldera que usan combustibles sólidos. (Tiraje natura). Las

dimensiones de la chimenea en cuanto a su altura y diámetro estarán

determinadas por el tiraje necesario y condiciones de instalación respecto

a edificios vecinas. En las calderas modernas existe tiraje artificial en que

el movimiento del aire se hace por ventiladores sin descartar, desde luego,

los usos de la chimenea.

El dámper es una compuerta metálica instalada en el conducto de humo

que comunica con la chimenea o bien en la chimenea misma. Tiene por

objeto dar mayor o menor paso a la salida de los gases y humos de la

combustión.

B. Sistemas conformantes. Dentro de los sistemas conformantes de los

calderos tenemos los siguientes:

a. Sistema de alimentación de agua. Los sistemas de alimentación de agua

tienen por finalidad suministrar agua de manera constante al caldero. El

Agua de Calderos es un agua tratada químicamente de manera externa e

interna, tal que cumpla condiciones que permitan al gua inhibir sus efectos

corrosivos e incrustantes dentro de las tuberías de los calderos

pirotubulares.

El agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina.

Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y

9

ácidos que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los

sistemas de vapor.

Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas

en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en

Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como

las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad

de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en

aguas quietas y de poco movimiento.

Para esto es necesario previamente el ablandamiento del agua a través de

un sistema de tratamiento químico de agua con finalidad de reducirle la

dureza al agua. (En un ideal de 0 ppm).

Posteriormente el agua de calderos es dosificado con aditivos anti

incrustantes (para evitar la incrustación externa de los tubos con sales de

calcio y magnesio) y con aditivos anticorrosivos (para inhibir el efecto del

oxigeno disuelto en el agua sobre las tuberías de metal)

Las Bombas de agua clásicas para calderos pirotubulares son las de

múltiple turbina como las Bombas AURORA (de doble impulsor).

Figura N°4 Planta de tratamiento de agua de calderos

10

b. Sistema de alimentación de combustible.

El combustible por naturaleza dentro de las unidades de generación de

vapor es el Petróleo R-500, el cual como fluido de alta viscosidad necesita

un tratamiento adecuado para su optima atomización.

El combustible inicialmente deben se almacenado ya sea en tanques

verticales o bóvedas subterráneas donde es constantemente precalentado,

en este punto se le adiciona aditivos emulsionantes o dispersantes de las

moléculas de agua contenidas en el combustible.

Es precalentado hasta 45 ºC y luego es transvasado aun tanque diario de

combustible, el cual también es precalentado con vapor saturado a baja

presión, posteriormente se impulsa a través de bombas de desplazamiento

positivo o de lóbulos hacia el quemador. El pre calentador generalmente

tiene un radiador térmico y una resistencia eléctrica actuando

alternadamente, estando el combustible listo para combustionar hasta una

temperatura de precalentamiento de hasta 95 °C.

Figura N°5 Quemadores de Calderos

c. Sistema de alimentación de aire. El aire es un insumo necesario el cual

debe suministrarse a los calderos para una adecuada y optima combustión,

esto se realiza a través de ventiladores de tiro forzado los cuales son

11

regulados a través de dampers para una adecuada relaciona

aire/combustible durante la reacción de oxidación del combustible y el

oxígeno del aire. Según el tipo de combustible el exceso de aire debe estar

en el siguiente rango:

Combustibles líquidos ( 20 a 30 % de exceso de aire).

Combustibles líquidos ( 15 a 20 % de exceso de aire)

d. Sistema de Seguridad.

Los generadores de vapor pirotubular por su naturaleza de operación

necesitan un adecuado sistema de seguridad y control de sus parámetros

de operación así tenemos:

Control del nivel de agua, así tenemos el Sistema McDonald Miller.

Control de la presión de operación, a través de válvulas de seguridad y

presostatos.

Figura Nº 6 Sistema de Seguridad de Calderos Pirotubulares

e. Sistema de Regulación de la operación.

El control de la operación en los generadores de vapor es muy importante ,

generalmente estos sistemas están automatizados bajo el gobierno de un

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programador electrónico el cual controla la operación de generación de

vapor regulando el ingreso al combustible y su sincronismo con el aire de la

combustión , así como está ligado los sistemas de control.

Figura Nº 7 Programador Electrónico Serie RM7800L

C. Características de Operación: Los calderos tienen el siguiente orden de

operación:

El caldero para encender debe iniciar con un pre barrido de la cámara de

combustión para eliminar los gases de la combustión contenidos en este.

A través de una llama piloto generada por un electrodo a 10000 voltios en

contacto con GLP , se inicia una combustión con llama primaria hasta que

una fotocelda capta la luminosidad del equipo y ordena el ingreso de

combustible premezclado con aire formándose la combustión.

El agua ingresa a temperatura cercana a los 95 °C y debe estar

generalmente a 2” dela ultima hilera de tubos de agua, generado el calor el

agua tratada químicamente aprovecha el flujo de gases de la combustión

transformándose de líquido saturado a vapor saturado.

Luego el vapor saturado es derivado a la red de distribución de vapor de la

planta para procesos de calentamiento.

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Los gases de la combustión abandonan el banco de tubos liberándose a

una temperatura que debe estar por lo menos a 30 °C sobre la temperatura

de saturación del vapor generado.

D. Parámetros técnicos.

BHP ( Boiler Hourse Power):

Es un parámetro de comparación entre calderos; este valor teórico está

referido a la capacidad de generar 15.65 Kg/hora de vapor saturado a 1

Kgf/cm² y a 100 °C, dentro de un caldero cuya superficie de transferencia

de calor es de 0.929 m². Si para esas condiciones el calor latente de

vaporización es hfg = 538.9 Kcal /Kg, entonces:

1 BHP = 538.9 Kcal /Kg * 15.65 Kg/hora de vapor = 8437 Kcal / hora de

vapor. Equivale a 9,81 kW.

RENDIMIENTO ESPECIFICO DE PRODUCCION: Es un Parámetro que

permite comparar el flujo de vapor generado por unidad de combustible

consumido.

(

)

TASA DE CALOR DE PRODUCCION: Es un Parámetro que permite

comparar el flujo de vapor generado por unidad de energía consumida, en

este caso en función del calorífico del combustible.

.

(

)

POTENCIA CALORIFICA SUMINISTRADA AL CALDERO: Es un parámetro

que permite evaluar la potencia entregada por el combustible en función a

su poder calorífico al caldero , y se evalúa según la siguiente ecuación:

14

Dónde:

= Potencia calorífica suministrada al caldero.

= Flujo másico de combustible (Petróleo R-500)

= Poder calorífico inferior del combustible.

FACTOR DE CARGA: Es un parámetro que permite comparar la capacidad

de producción de vapor en BHP, con los BHP nominales del generador de

vapor, y permite conocer que tanto de lo máximo de calor que puede

producir un generador de vapor brinda.

Donde los BHP de operación se obtienen según la siguiente ecuación:

Dónde:

= Flujo másico de vapor generado

= Entalpia en el estado de vapor saturado a la presión de operación del

generador de vapor pirotubular.

= Entalpia a condiciones de ingreso del agua en el generador de vapor

pirotubular, a presión de operación y a temperatura de 95ºC.

E. RENDIMIENTO DE UN CALDERO.

Permite determinar el grado de aprovechamiento del calor suministrado por

el combustible, y el calor útil disponible aprovechado por el agua para

transformarse en vapor saturado. Para los calderos pirotubulares la máxima

eficiencia varía entre 85-87%. La ecuación para determinar la eficiencia es

la siguiente:

15

Dónde:

= Eficiencia Térmica del Generador de Vapor Pirotubular.

F. COSTO VARIABLE DE OPERACIÓN. Es un Indicador Técnico que permite

evaluar el costo de generación de 1 Tonelada de vapor saturado producido

en función a sus costos, evaluándose a través de la siguiente ecuación:

(

)

PETRÓLEO R500.

Es un combustible netamente refinado en el Perú, su nombre se debe ,

porque su viscosidad no debe exceder a los 500 SSF (Segundos Saybolt

Furol), a la temperatura de 122°F. La diferencia de este producto con el

Petróleo Industrial N°6 muy pequeña, y normalmente, sí se le adiciona un

5% de Petróleo Diesel N°2 al Residual 500, podríamos obtener un

combustible con propiedades del Petróleo N°6. Este combustible se obtiene

o se prepara mezclando los residuales obtenidos de las diferentes

operaciones de refinación cuyas viscosidades son muy superiores a los 500

SSF a 122°F, y los destilados más ligeros, reduciendo de esta forma su

viscosidad hasta viscosidades menores o iguales a 500 SSF a 122°F como

lo indican las normas vigentes.

Aplicación Industrial: Siendo su aplicación netamente industrial, este

residual es usado ampliamente en los equipos de producción de energía

(hornos y calderos).

Sus características principales son:

· Su poder calorífico es mayor al Residual 6 en aproximadamente 6%, a

pesar que su precio es el de menor costo en el mercado.

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· Es necesario ser calentado en aproximadamente 5 – 10 °C más que el

Petróleo Industrial N°6, tanto para su bombeo y su atomización.

· Se debe tener cuidado en la operación de combustión al igual que el

Residual 6, ya que se tiene relativamente más impurezas que este

(aproximadamente 7%).

Cuadro N° 1 Propiedades Físico químicas del Petróleo Residual 500

Fuente: PETROPERU

TECNOLOGÍA DEL GAS NATURAL.

A. Generalidades.

El Gas Natural es una mezcla de hidrocarburos parafínicos, que incluye el

Metano (CH4) en mayor proporción, y otros hidrocarburos en proporciones

menores y decrecientes. Esta mezcla generalmente contiene impurezas

tales como vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono,

nitrógeno y helio.

B. Propiedades del gas natural.

No genera partículas sólidas cuando se combustiona.

Produce menos CO2, reduciendo el efecto invernadero.

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No tiene impurezas, como azufre, por lo tanto no genera humos ni produce

SO2 ni NOx

Es más ligero que el aire, si hay fuga se difunde rápidamente en el aire.

No tiene color, olor, necesita odorizantes que son adicionados durante su

proceso de obtención.

Su precio varía entre 2.5 a 2.78 U$/MMBTU para las empresas de

generación de energía y entre 4.5 a 4.8 U$/MMBTU para las plantas

consumidoras de energía.

Sus emisiones son ; N2, O2, agua, CO2, H2S, hidrocarburos condensados.

El contenido de metano en la composición de G.N.C. varía entre 86% y

95%.

Peso: a 15° C y 760 mm Hg de presión = 0,74 kg./m3

Condición a presiones de trabajo: gaseoso.

Relación aire/gas: = 17,4/1 (Peso).

Capacidad térmica a 0° C - 0,82 Calorías/litro mezcla.

Número octano: = 125 a 130.

Relación teórica de compresión: = 12/1.

Valor de referencia para el avance al encendido: 22° + 2° inicial.

Para determinar la capacidad de almacenaje a presiones de trabajo,

tomemos como ejemplo un cilindro con capacidad de 50 litros. Si llenamos

el cilindro con metano a presión ambiente, tendremos 50 litros de gas, pero

si seguimos introduciendo gas a presión, hasta que la misma iguale a 200

bar equivalente a 196,2 Kg/cm2, habremos introducido en él :

50 x 196,2 = 9810 Lt., o lo que es igual, 9,81 m3 con un peso de 7,26 kgs.

Presión máxima de trabajo para un equipo de G.N.C. = 200 bar. Presión

de prueba.

Según Normas G.E., nunca menor a una vez y media de la presión de

trabajo.

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C. Características de gas natural.

Poder calorífico. Se tienen el comparativo entre combustibles refinados por

Petroperú y Repsol.

Cuadro N° 2 Poder Calorífico de combustibles peruanos

Fuente: PETROPERU.

Composición: Evaluado con un gravedad especifica de 0.63 o densidad de

0.63 kg/m3 , se tiene la siguiente composición del gas natural:

Nitrógeno 0.6 %

Dióxido de Carbono 0.2%

Metano 87.3% (pudiendo llegar hasta 94 %)

Etano 9.7 %

Propano 1.8 %

i-Butano 0.1 %

n-Butano 0.2 %

Pentanos 0.1 %

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Límite de inflamabilidad:

En una atmósfera homogénea de gas metano en aire, solo se dan

condiciones de inflamabilidad si la proporción de metano se encuentra entre

5 y 15%.

Cuadro N° 3 Límites de Inflamabilidad

Fuente: Combustión Industrial.

El rango inflamable del gas natural (metano) resulta relativamente estrecho

en comparación con el de otros gases, por lo cual deberá controlarse el

nivel de exceso de aire para evitar problemas en el encendido.

La presencia de nitrógeno y vapor de agua en la zona de inflamación puede

restringir estos valores. En el Cuadro siguiente se muestran los límites de

inflamabilidad de mezclas gas – aire a 20° C y presión atmosférica.

Temperatura de auto inflamación.

Se muestran las temperaturas de autoinflamación de algunos gases y

vapores determinados según Ensayo DIN 51794 a presión atmosférica. La

temperatura de autoinflamación del gas natural resulta relativamente alta y

se explica por constituir el metano una molécula perfecta que requiere un

esfuerzo notable para disociarse antes de reaccionar y desencadenar la

ignición.

20

Cuadro N° 4 Temperatura de autoinflamacion

Fuente: Combustión Industrial.

D. Importancia del Uso del Gas Natural.

Económicas: En promedio, un quemador mixto cuesta entre 3 y 5 veces el

que representa instalar un quemador exclusivo para gas natural, pero este

no representa el error más grave desde el punto de vista económico.

Resulta más importante el mantenimiento de todas las complejas

instalaciones para pre-combustión de combustibles líquidos y/o sólidos,

probablemente preparados para entrar en servicio en cualquier momento

durante varios años, sin que resulten necesarios. La eliminación total de

estas instalaciones, además de la eliminación de costos injustificados,

representa la oportunidad de disponer de valiosos terrenos para

ampliaciones de producción que normalmente emergen de la mayor

competitividad que proporciona la economía, eficiencia y limpieza del gas

natural.

Técnicas: La instalación de un quemador mixto representa directamente, la

utilización del gas natural con tecnología para combustibles líquidos y/o

sólidos. El resultado se traduce directamente en limitaciones operativas y

complicaciones de manejo y regulación de la combustión. Como se ha

mostrado en puntos anteriores, la gasodinámica de la combustión del gas

natural resulta diferente a la requerida para otros combustibles.

21

Ecológicas: El desperdicio de las ventajas del gas natural no se limita

solamente a menores eficiencias de combustión; podrían ocasionar, como

lo hemos comprobado en la práctica, emisiones de inquemados sólidos

(hollín), gaseosos (CO) e incluso, el propio gas natural por chimeneas.

Asimismo, representa el mantener instalaciones de petróleo residual o

carbón, sucias, peligrosas y contaminantes, sin más justificación que

producir beneficios económicos para buenos vendedores que se

aprovechan de malos ingenieros de planta.

E. Quemadores a Gas natural.

a. Quemadores gas-aire.

Tomando en cuenta que el gas natural, a diferencia de combustibles

líquidos y sólidos, también es un fluido, resulta justificado evaluar si en el

diseño del quemador debe resultar flujo dominante el gas natural o el aire

de combustión.

Considerando que para quemar 1 Nm3 de Gas Natural se requieren

alrededor de 10 Nm3 de aire de combustión, generalmente resulta

conveniente regular la combustión utilizando como flujo dominante el aire,

aportando en el ventilador la energía cinética (impulso) necesario para

controlar la mecánica de fluidos que permita conformar el tipo y la forma de

llama adecuado a la cámara de combustión y/o un proceso industrial

determinado, pero existen dos tipos típicos de quemadores que utilizan el

gas natural como flujo dominante: los quemadores de inspiración, de

pequeña capacidad, y los supersónicos para grandes capacidades.

Quemador de inspiración tipo venturi.

Este quemador, como se observa en la figura, cuenta con una tobera de

inyección de gas en forma de tubo venturi, aspirando el aire primario

necesario para la combustión a través de los orificios de la parte posterior

del quemador, provocando una mezcla íntima del aire y gas.

22

Para casos de calderas de calefacción o industriales suelen diseñarse

quemadores atmosféricos tipo multitoberas, que son un conjunto de

quemadores del tipo mencionado precedentemente, que trabajan

simultáneamente, en forma proporcional a la cantidad de calor a

suministrar.

Quemador supersónico sin aire primario.

En el tipo de quemadores que utilizan una pequeña proporción del aire total

de combustión como aire primario como aportante del impulso para

formación de llama, con recuperación de aire secundario, se puede utilizar

gas natural a alta presión (30-40 bares) en sustitución del aire primario,

permitiendo mayor recuperación de calor con el 100 % de aire secundario.

En la Figura 8 se muestra el plato en el que se maquinan toberas axiales y

radiales con diseño De Laval, que permite inyectar gas natural a

velocidades supersónicas que pueden trabajar con 100% de gas natural o

combinarlo con combustibles difíciles de quemar, tales como carbón

antracita o pet coke, con muy buenos resultados. El gas natural le aporta

los volátiles que les faltan a estos combustibles y éstos, permiten mejorar la

emisividad de llamas de gas natural.

Figura N° 8 Quemador supersónico con aire primario

23

b. Quemadores de difusión aire/gas.

Constituyen los quemadores industriales convencionales y se denominan

en esta forma porque el aire y el gas natural se mezclan recién a la salida

del quemador, en el interior de la cámara de combustión, efectuándose la

mezcla y reacción de combustión por difusión.

Siendo generalmente el aire el flujo dominante que aporta el impulso para la

mezcla, la presión estática aportada por el ventilador y el diseño del difusor

determinan las características de la forma de llama y la cinética de la

combustión.

El suministro de gas debe efectuarse a baja presión, con el impulso mínimo

necesario para ponerse a disposición de la energía cinética aportada por el

aire, debiendo inyectarse en forma transversal respecto al ingreso del aire

para favorecer una mezcla rápida, encendido y combustión adecuada al

reactor de combustión que corresponda. Esta es la razón que explica que

recibiendo en la ERMP(Estación de regulación y medición de la presión)

hasta 10 bares, al final del circuito de distribución, el suministro al quemador

se efectúe por debajo de 100 mBar.

Figura N° 9 Quemadores para calderos pirotubulares

24

c. Quemadores especiales.

Las características de limpieza, facilidad de inyección y rapidez de

combustión del gas natural establecen importantes oportunidades de

aplicaciones industriales que no podrían implementarse con combustibles

líquidos y sólidos.

Para aprovecharlas en forma conveniente se ha diseñado quemadores

especiales específicamente adecuados para cada caso. Aunque podrían

existir muchas posibilidades en este campo, mencionamos las más

conocidas y utilizadas:

Quemadores en vena de aire:

La limpieza del gas natural permite la utilización de sus gases de

combustión para el secado directo. Estos tipos de quemadores representan

verdaderos generadores de gases calientes para tal objetivo; están

constituidos por un ventilador que impulsa un caudal de aire a presión

relativamente baja, suficiente para compensar la caída de presión en el

sistema.

Figura N° 10 Quemadores en vena de aire

25

En el ducto de transporte se ubica un quemador lineal en el interior de una

cámara perforada, por donde ingresa suficiente aire para mantener la

combustión, generando gases calientes que aguas abajo se mezclan con el

aire frío que transcurre por el exterior del quemador, promediando la

temperatura requerida para procesos de secado y similares. El nivel de

variación que puede mantenerse con este sistema es de +/- 1°C,

permitiendo un excelente control operativo del proceso de secado.

Quemadores tipo JET.

Disponiendo de quemadores de alta velocidad que permiten completar la

combustión en el reactor, los gases de combustión producidos se utilizan

directamente para transportar materiales pulverulentos húmedos, realizando

simultáneamente la operación del transporte y el proceso de secado.

Mediante un separador estático (ciclón) se separa el material seco y se

deposita en una tolva de características adecuadas para ser dosificado al

reactor de otro proceso o prepararse para embarque.

Figura N° 11 Quemadores tipo JET

26

Quemadores de combustión sumergida.

Para concentración de soluciones o simple calentamiento de fluidos, estos

quemadores permiten efectuar la combustión sumergidos en la solución,

introduciendo la totalidad de gases de combustión al interior del reactor, su

calor latente y calor sensible serán íntegramente transferidos al proceso,

permitiendo alcanzar excelentes rendimientos térmicos.

Figura N° 11 Quemadores de combustión sumergida

Quemadores de alto exceso de aire.

En muchos procesos de secado se elimina humedad de hidrocarburos

(grasas, aceite, lacas, barnices, etc) con poder calorífico. Las normas de

control de emisiones exigen que estos hidrocarburos se quemen y

conviertan en CO2 y H2O, antes de ser eliminados a la atmósfera. Para

recircular y quemar estos gases, el principal inconveniente es su baja

concentración, lo cual obliga a utilizar combustible adicional limpio (GLP o

Gas Natural) en reactores. El quemador de alto exceso de aire permite

mantener la combustión mediante un piloto que reenciende

permanentemente la llama, permitiendo generar gases relativamente fríos.

La ubicación de una etapa de intercambio térmico entre los gases sucios y

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los gases calientes, permite regular la temperatura en niveles adecuados

para el secado en forma directa o con aire de dilución adicional.

Figura N° 12 Quemadores de alto exceso de aire

INDICADORES ENERGÉTICOS.

A. Definiciones: Los Indicadores Energéticos , Parámetros Energéticos o

Números característicos energéticos son unidades de comparación entre

las unidades de energía consumida y las unidades de producción o servicio

brindado , con la finalidad de poder cuantificar como afecta en la obtención

de un producto o un bien la intensidad de energía consumida (Alegría,

2010)

B. Indicadores Energéticos Técnicos.

El estudio está referido al consumo del vapor en una Planta consumidora

de energía, por lo tanto se incide en los indicadores térmicos más que los

indicadores eléctricos, dentro de los Indicadores Energéticos térmicos

tenemos los siguientes:

Indicador Energético Térmico 1: Compara las unidades de combustible

consumido por unidad de producción.

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Indicador Energético Térmico 2: Compara en Unidades de energía

consumidas por unidad de producción. La diferencia entre este indicador y

el anterior esta dado porque en el primero se cuantifica por unidad de

combustible , mas cada combustible libera energía en función de su poder

calorífico , por lo que el 2º indicador es función de la cantidad de energía

suministrada para la obtención del producto final , en este caso la harina de

pescado.

C. Indicadores Energéticos Económicos.

Este tipo de indicadores están asociados al costo o facturación por

consumo de combustible en la producción de harina de pescado.

Indicador Energético Térmico de Costos: Compara la facturación del

combustible consumido por unidad de producción de planta.

D. Bonos de Carbono.

El Protocolo de Kyoto, por medio del cual los países desarrollados y

economías en transición se comprometen a reducir las emisiones de GEI en

un promedio de 5.2% con respecto a 1990 para el periodo de compromiso

2008-2012. Para lograr este objetivo, se crearon mecanismos de mercado

que aminoran el costo de implementación de las medidas. Uno de estos es

el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), el cual permite que los países

con metas de reducción de emisiones de GEI, puedan adquirirlas de

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proyectos ejecutados en países en desarrollo. Perú ha ratificado el

Protocolo de Kyoto, por lo que se puede beneficiar de este mecanismo.

Un CER representa una tonelada de CO2e que se deja de emitir a la

atmósfera. Es una unidad de reducción de emisiones de gases de efecto

invernadero, la cual ha sido generada y certificada bajo el esquema del

Mecanismo de Desarrollo Limpio.

: Algunas características que deben cumplir los proyectos para ser elegibles

en el marco del MDL:

El país donde se realice el proyecto deben tener una Autoridad Nacional

Designada para el MDL.

El país donde se realice el proyecto debe haber ratificado el Protocolo de

Kyoto.

El proyecto debe demostrar tener beneficios reales, medibles y a largo

plazo en relación con la mitigación de los gases de efecto invernadero.

La reducción de las emisiones debe ser adicionales a las que se

producirían en ausencia de la actividad del proyecto certificada.

Los proyectos deben contribuir al desarrollo sostenible del país.

E. Indicadores Energéticos Ambientales.

Los Indicadores Energéticos Ambientales nos permiten comparar las

emisiones de dióxido de carbono emitidos a la atmosfera por el consumo de

petróleo R-500 como fuente de energía primaria por cada tonelada de harina

de pescado producida.

F. Benchmarking Energético.

El Benchmarking energético (estudio comparativo) se desarrolla para

conocer el estado del consumo energético de varias empresas del mismo

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sector, y comparar de manera sistematizada las distintas características del

consumo de energía.

Es una información muy valiosa para detectar la excelencia energética y

así, tomar decisiones sobre reformas o nuevas inversiones, sin tener que

reinventar desde cero, reduciendo costos y tiempo.(Guevara,2002)

El benchmarking debe incluir distintos elementos, para que sea efectivo:

Variables energéticas a comparar y las condiciones de comparación.

Importancia relativa de cada variable.

Características similares entre empresas estudiadas.

Elementos evaluados. Clasificación y agrupación: características y valores.

Proyectos innovadores, ventajas competitivas, deficiencias y áreas de

oportunidad.