consumo combustible en calderas
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500 CALDERAS
PROCEDIMIENTO PARA INSTALACION DEL VITALIZER
1. CONCEPTOS GENERALES
El VITALIZER es un dispositivo que tiene como finalidad, optimizar los procesos de la combustión en todo tipo de quemador, calderas y hornos que utilizan combustibles líquidos derivados del petróleo, basado en el principio del intercambio de electrones y la IONIZACION de moléculas por medio de la FRICCION entre el combustible y la barra de aleación metálica del dispositivo.
La IONIZACIÓN de las moléculas con una misma carga favorece la reacción química de la combustión en el momento de la ATOMIZACIÓN del combustible dentro del hogar de la combustión. Las moléculas ionizadas con la misma carga se repelen entre si, generando una mejor dispersión y volatilidad del hidrocarburo y de esta manera optimizar la combinación con el Oxígeno, dando como resultado una combustión casi completa.
En la reacción química de la combustión estarán presentes: a) el combustible que suministra los hidrocarburos HC y otros componentes como Azufre, Vanadio, etc., b) el aire de combustión que suministra el O2 y Nitrógeno, y c) el calor generado por la reacción química. Los gases generados en la combustión son el Dióxido de Carbono CO2, el Oxígeno O2, el Monóxido de Carbono CO, los Óxidos de Nitrógeno NOx y Dióxido de Azufre SO2, siendo estos tres últimos de naturaleza Tóxica y sin olvidar las cenizas.
El aire de atomización tiene como finalidad principal, crear pequeñas partículas o diminutas gotas de combustible que puedan ser atacadas por el oxígeno y quemarlas totalmente. En algunos quemadores la atomización se logra por la alta presión de paso del combustible en la boquilla, creando un efecto de nebulización o spray. Los Vitalizer actúan en esta etapa de la combustión.
Es importante entender desde este primer concepto, la importancia de lograr una FRICCIÓN buena y eficiente entre el flujo de combustible y la unidad Vitalizer para obtener una buena ionización. Una buena Ionización aumenta la dispersión en la atomización y la combustión es completa.
2. CALDERAS Y QUEMADORES
Toda caldera estará equipada con un quemador dimensionado para suplir el poder calorífico que se requiere para generar vapor o agua caliente y en algunos casos calentar fluido térmico, dependiendo de la capacidad B.H.P. (Boiler Horse Power); BTU/Hr; KW o Kcal.
Por regla podemos estimar el consumo de calor que requiere una caldera, multiplicando 33,472 BTU/Hr por cada B.H.P. Ejemplo: Una caldera de 100 B.H.P. requiere de un INPUT de 33,472 BTU/Hr x 100 B.H.P., equivalente a 3.347,200 BTU/Hr.
Dependiendo del combustible utilizado podemos estimar el consumo NOMINAL de cada caldera.
1 galón de Fuel Oil No.6 contiene 150,000 BTU/gl 1 galón de Diesel No.2 contiene 140,000 BTU/gl1 galón de Kerosene contiene 137,000 BTU/gl
Siguiendo el ejemplo anterior, una caldera de 100 B.H.P. quemando Fuel Oil No.6 consume NOMINALMENTE
(3.347,200 BTU/Hr/ 150,000 BTU/gln) = 22.3 Gls/Hr
Una caldera de 100 B.H.P. quemando Diesel
(3.347,200/140,000) = 23.9 Gls/Hr
Una caldera de 100 B.H.P. quemando Kerosene
(3.347,200/ 137,000) = 24.4 Gls/Hr
Este procedimiento de cálculo NOMINAL se utiliza conociendo la capacidad en B.H.P. de cada caldera y que tipo de combustible quema. En la práctica, no existe la eficiencia de combustión total, los rangos de eficiencia de combustión dependerán del tipo de quemador y generalmente no superan el 90%; los rangos comunes oscilan entre los 80 a 88%.- Esto modifica los cálculos anteriores de la siguiente manera:
Si una caldera de 100 B.H.P. trabaja al 80% de eficiencia de combustión, quemando Fuel Oil No.6, el consumo REAL será calculado así:
Consumo Nominal / Eficiencia
(3.347,200 BTU/Hr / 0.80) = 4.184,000 BTU/Hr
4.184,000 BTU/Hr / 140,000 BTU/Gln = 29.8 Gls/Hr
La misma caldera de 100 B.H.P. trabajando al 85% de eficiencia de combustión, consumirá menos combustible, según el cálculo.
Consumo Nominal / Eficiencia
(3.347,200 BTU/Hr / 0.85) = 3.937,882 BTU/Hr
3.937,882 BTU/Hr / 140,000 BTU/Gln = 28.12 Gls/Hr
Una diferencia de 1.76 Gls x Hora
Si la caldera trabaja 24 horas por 5 días a la semana por 46 semanas al año.
Ahorro al año: 1.76 x 24 x 5 x 46 = 9,715 Galones al año x $2,85 (precio al día)
TOTAL: $27.687 AL AÑO / CON 5% DE AHORRO
La definición de estos conceptos permite entender la finalidad y objetivo de una buena instalación de los Vitalizer y su posterior evaluación. Nuestra meta es demostrar que los equipos de Ionización Vitalizer ayudan a quemar el combustible en su totalidad, generando un mayor Input de calorías o BTUs, con un menor volumen de combustible.En condiciones normales, los parámetros de combustión y la eficiencia son optimizados mediante ajustes mecánicos de elementos de control de presión de combustible, presión de aire de atomización, presión de aire de combustión, ajuste de temperatura de combustible y en algunos casos, el ajuste de la calibración de la boquilla, difusor de aire, etc.
Cuando se utilizan estaciones de Ionización Vitalizer, la principal modificación se realiza en el patrón de la llama. La llama con una mejor dispersión de las moléculas se volverá más amplia y todas las partículas atomizadas se quemarán totalmente al entrar en contacto con el oxígeno. Podemos afirmar que la reacción de la combustión es completa y los productos residuales de la combustión son perfectos.
COMBUSTIÓN
La combustión es una reacción química en la cual están presentes SIEMPRE tres elementos:
COMBUSTIBLE – AIRE – CALOR
Si uno de estos tres elementos falta, la combustión no se puede realizar. El combustible suministra los elementos químicos conocidos por Hidrocarburos HC y el aire proporciona el oxidante de la combustión, el oxígeno O2 y el calor permite las condiciones adecuadas para que la reacción química entre estos compuestos sea permanente y continua. Combustión completa es el proceso de quemar el combustible sin exceso de aire de combustión (O2), logrando el CO2 final adecuado para el grado de combustible quemado y sin generación de Monóxido de Carbono CO.
El CO2 final puede ser calculado puesto que la combustión de los diferentes grados de combustible es principalmente la oxidación del Carbón presente. La medición de los gases de CO2 es predecible tomando en cuenta la cantidad de aire (Oxígeno O2) que interviene en la combustión (Exceso de aire)
PROPANO CO2 final 13,7 %DIESEL CO2 final 15.2 %FUEL OIL No. 6 CO2 final 16.7 % Todo fabricante de quemadores y calderas recomienda los parámetros aceptables para obtener una buena combustión, pero la regla general nos obliga a mantener un exceso de aire entre 20% y 30%, con esto garantizamos una lectura de CO2 final, muy cercana a la mostrada arriba y una lectura baja de O2 (entre 3% y 5 %)
La combustión o quemado de combustibles derivados del petróleo, implica la reacción química del Carbón y el Hidrógeno con el Oxígeno para producir Dióxido de Carbono y vapor de agua, y la consecuente liberación de energía química de enlace en forma de LUZ y CALOR.
C + O2 = CO2 + 14,000 BTU
2H2 + O2 = 2 H2O + 30,000 BTU
Cuando la reacción no está balanceada en la mezcla de aire y combustible, suceden dos eventos:
Si falta aire de combustión (exceso de aire muy bajo) o existe mucho combustible, la reacción es deficiente y tenemos una mala combustión y generación de CO (humo negro)
2C + O2 = 2CO + 4,000 BTU
En cambio, si existe exceso de aire (mucho O2) y poco combustible, la combustión es deficiente, las lecturas de gases de CO2 son bajas y el O2 es alto, la eficiencia de combustión es baja y la temperatura de los gases en la chimenea se incrementa, generando incluso humo blanco y generación de CO.
Como regla general y considerando la recomendación de cada fabricante, la combustión deberá mantenerse entre los siguientes parámetros:
EXCESO DE AIRE 20% - 30 %OXIGENO O2 valores bajos 3% - 5 %CO2 valores finales 11% - 15 %Eficiencia de Combustión (estándar) 80% - 85 %MONÓXIDO CO 0 ppmTemperatura de chimenea (estándar) Menos de 450º F
Existen diferentes tipos y marcas de quemadores y calderas, pero la forma de ajustar los parámetros de combustión generalmente los proporciona el fabricante y debemos respetar la norma. Si los elementos mecánicos de control de combustible y aire son ajustados de acuerdo al fabricante, la combustión será aceptable dentro de los parámetros antes mencionados y la llama será estable, la eficiencia buena y no tendremos problemas de generación de gases tóxicos.
Al instalar las estaciones de Ionización VITALIZER, aumenta la dispersión de las moléculas atomizadas en la cámara de combustión o del hogar de combustión, por lo cual la reacción química entre los Hidrocarburos y el Oxígeno es más efectiva, la llama se vuelve más amplia y brillante por el exceso de aire; las lecturas del análisis de combustión reportarán un aumento del exceso de aire, valores más altos de O2 y valores más bajos de CO2.
Bajo condiciones normales, la corrección de esta nueva lectura se logra aumentando la presión del combustible para reducir el exceso de aire, pero al utilizar los Vitalizer, debemos tener especial cuidado de no hacerlo de esta manera, porque al aumentar el volumen de combustible la llama se incrementaría y se saldría de la dimensión normal.
Debemos adecuar la nueva condición o nueva llama al sistema Vitalizer y lo primero que debemos ajustar es el aire de combustión para disminuir el exceso de aire y posterior a este ajuste, trataremos de llevar el combustible a una mezcla aceptable con valores estándar de O2 y CO2, buena eficiencia y cero Monóxido.
CALDERAS YORK SHIPLEY
Las calderas York Shipley tienen un quemador equipado con una CAJA DE VISCOSÍMETRO conectada con tubos de cobre a las válvulas solenoides y entrada a la bayoneta del quemador. Por diseño los quemadores York Shipley no permiten la instalación directa de las unidades Vitalizer. y se requiere de mucha creatividad para lograr instalar los Vitalizer lo más cerca posible de la entrada de la bayoneta, sin alterar o interferir en el movimiento del varillaje.
Textufil Textile Plant San Salvador, El Salvador
Caldera 500 York Shipley Usa Bunker C/Sludge Ahorros de combustible - 8% Cenizas reducidas en un 75%. Aditivos reducidos en un 50%
CALDERAS CLEAVER BROOKS
En estas calderas es preferible sustituir la manguera de suministro de combustible, por un arreglo de las unidades Vitalizer conectadas a una manguera de alta presión sin inserto metálico, procurando que el largo total sea igual al original. Debido al peso de las unidades será necesario adecuar un soporte y uniones universales para facilitar los mantenimientos de rutina para limpiar o cambiar boquillas.
Kombinat Aluminijuma Podgorica KAP - Montenegro, East Europe
Una Caldera quema 5,000 gals. diarios de combustible.
Consumo reducido en 14% - Ahorros anuales $300k.
Opacidad reducida en más del 60%
Compañías con Vitalizers Instalados
Calderas y Hornos
Textufil- 2 b Cleaver Brooks 700-800bhp
Gasohol – 3 Cleaver Brooks 600hp
Coop-1 Yorkley Shipley 200hp - 1 Cleaver Brooks 150hp
Textiles San Andres- 1 Yorkley Shipley 500hp - 1 Yorkley Shipley 300hp
Si-Han- 1 Cleaver Brooks 30hp diesel
Unilever (San Salvador) 1 Yorkley Shipley 150hp - 1 Oven 3000KW
Unilever Honduras-2 Cleaver Brooks 800hp ea.
Unilever – Dominican Republic-1 Oven 3000KW
Hoons-Dominican Republic-3 Vertical Fulton Boilers 60hp ea.
Nuevo Proyecto
Los ingenieros de Kimberly Clark visitaron una operación que está usando el Vitalizer con Sludge.
Se van a instalar el dispositivo Vitalizer en una de sus calderas para evaluar los resultados. Nepa Power suplirá el sludge a Kimberly Clark para la evaluación.
PROCESO DE AJUSTE
Antes de la instalación de los Vitalizer será necesario realizar un análisis de la combustión y medir los parámetros. Si la caldera no cuenta con los equipos y/o accesorios de control adecuados, como falta de termostatos, aire de atomización deficiente, temperatura o presión incorrecta, etc. SERA RECOMENDABLE ATENDER O COMPLETAR EQUIPO ANTES DE INSTALAR LOS DISPOSITIVOS VITALIZER.
Después de la instalación y operación de los dispositivos, esperamos obtener una lectura de EXCESO DE AIRE, mayor a la medida con anterioridad. Si las unidades han logrado cambiar la estructura de las moléculas por el efecto de la IONIZACION, la dispersión en la atomización es mayor y por lo tanto, las nuevas lecturas deberán ser determinantes en el EXCESO DE AIRE, aumento de O2 y disminución del CO2. Con esta pauta, debemos adecuar los parámetros de la combustión bajo las nuevas condiciones.
Si obtenemos un aumento en el Exceso de Aire y aumentamos la presión del combustible, podemos equilibrar la mezcla aire-combustible, pero corremos el riesgo de generar una llama demasiado grande. Lo recomendable es reducir tanto el aire de combustión, como la presión del combustible y ajustar el aire de atomización, para lograr una llama estable, buena eficiencia y cero generación de CO.
El objetivo será disminuir el consumo de combustible, manteniendo una buena eficiencia de combustión. El efecto inmediato de los equipos Vitalizer se mide en el cambio de la llama y debemos readecuar los parámetros en base a los resultados de las lecturas del Exceso de Aire, el Oxígeno y el Dióxido de Carbono.
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