proyectos de ahorro de energia flde. caso: i-dv-31
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PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGIA
<'flDE. CASO: I-DV-31
INDUSTRIAS RESISTOL, S.A.
. Antecedentes
Industrias Resistol, S.A. de C.v., ComplejoCoatz.?coalcos,es una empresa que iniciósus actividades en noviembrede 1976y queactualmente está dividida en dos razonessociales diferentes, que son Resirene, S.A.de C.V. y Productora de QuímicosIndustriales, S.A. de C.v. Se encuentralocalizada en el Km. 1.3del camino petroleroEl Chapo, en Coatzacoalcos, Veracruz. Lasoportunidades de crecimiento de Produc-tora de Químicos Industriales, S.A. de C.v.dependen de las condiciones del mercadode detergentes en polvo en México, ya quesu producto elaborado es el tripolifosfatode sodio, junto a otra empresa del mismo
Grupo IRSA ubicada en el estado deMéxico.
Elproducto se vende a granel en carrotolvas(mercado nacional) y en sacos de 50 y 1,000Kg. (exportaciones); actualmente el 80% delproducto se vende en el mercado nacionaly el 20% se exporta a Centro y Sudamérica.
Porsu parte, la Planta Resirene,S.A.de C.v.obtiene como único producto finalelaborado el poliestireno cuyo mercadonacional representa el 85 %, exportando elrestante 15 por ciento.
En el Complejo Coatzacoalcos de IndustriasResistol, S.A. de C.V., actualmente se
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laboran 3 turnos; cuenta con 43 obreros y36 empleados y presenta un total de 7,499horas de operación del proceso al año; seencuentra contratada en tarifa HSL ydurante la realización del diagnósticopresentó aproximadamente una erogaciónde $ 4,590,711.00 anuales por concepto decompra de energéticos primarios.
. Descripción del proceso
En el proceso para la obtención depoliestireno se obtienen como productospoliestirenos cristales (PS-Cristales) y selleva a cabo de la siguiente manera:
El proceso de manufactura de poliestirenose origina en la producción de una melazaa partir de monómero virgen, catalizador,aceite mineral y tinta. La reacción se basaen tres reactores, los cuales tienen untiempo de residencia considerable,obteniéndose conversiones del orden del 70a 75 % de melaza.
La melaza es enviada hacia el tercer reactor(zapper) el cualconsiste en un -''''UI11simple calentamientopara elevar un pocomás la conversióndel monómero amelaza, pasandodespués por unsistema devolati-zador en donde sesepara la melaza delmonómero no con-vertido, el cual esrecirculado hacia elreactor uno.
La melaza convertida pasa hacia unosdados de extrusión donde se cortaen pellets, se tamiza, obteniéndose elproducto cristal y material de rechazo; elrechazo se reprocesa nuevamente haciael reactor y el producto cristal va hacia unossilos de almacenamiento y empaquesdonde es colocado en bolsas de 25 kg. parasu venta hacia los clientes de la empresa.
El proceso para la obtención detripolifosfato de sodio se realiza mediantelas siguientes fases:
1. Fase de reacción
Enesta fase se combinan el ácido fosfórico,carbonato de sodio y/o sosa cáustica en elreactor, llevando a cabo la preparación delproducto.
2. Fase de secado
En esta fase se efectúa la eliminación deagua de la mezcla realizada en el reactor,además de la recuperación del producto
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que fue arrastrado en esta misma fase desecado, llevando el producto ya seco a lafase de calcinación.
3. Fase de calcinación
En esta fase se dosifica, se calcina, se enfríay se hidrata el producto.
4. Fase de molienda y cribado
Enesta fase se dosifica, se tritura y clasificael producto hasta obtenerse el tamañodeseado, que posteriormente es almace-nado en los silos.
. Características energéticas
() Esta empresa presentó las siguientescaracterísticas por concepto de consumode energía eléctrica durante la realizacióndel diagnóstico energético.
- Optimización del sistema de generacióny distribución de aire comprimido.
El aire comprimido se genera con uncompresor de tipo tornillo de 286.7 BHP,elcual tiene una capacidad en aire libre de1,334.7 CFM-FAD (37.8 MCM @1.013 BARY 20°C). La longitud de tubería recta, sinconsiderar accesorios, entre este compre-sor y el punto más cercano de consumo esde aproximadamente 215 m hacia la plantade fosfatos y de 240 m hacia la de polies-tireno. La red de distribución carece desistemas de remoción de condensado ypresenta una buena oportunidad paraoptimizar trayectorias y diámetros. Lademanda máxima de aire comprimido deambas plantas, en un periodo de 19 horas,representó el 65% de la c;apacidad del
. Diagnóstico energético
Con apoyo financiero del FIDEse realizó undiagnóstico energético en IndustriasResistol,S.A.de C.v., Complejo Coatzacoal-cos, orientado a determinar los potencialesde ahorro de energía eléctrica en susinstalaciones.
Las áreas de oportunidad de ahorro deenergía eléctrica más importantes que 'sedetectaron en el diagnóstico fueron lassiguientes:
compresor, mientras que la demanda mediafue del 33%, con un factor de carga del 51%,lo que indica una fuerte variación en elconsumo de energía eléctrica.
En la planta de fosfatos se realizó unproyecto para eliminar el consumo de aireen vibradores, así como en el proceso defluidización, lo cual representó aproximada-mente una reducción del 30% en suconsumo.
Se propuso instalar un mecanismo decontrol de demanda de aire comprimido,
DemandaMáxima Consumomensual Facturacióneléctrica Factor de potencia Costo promediodel(kW) MWh/Mes ($/mes) % kWh
($)
1,865.64 1,165.87 170,104.71 90.5 0.146
diseñado para eliminar o, en su defecto,vigilar el consumo de este 'sE?rvíqioparalabores de limpieza o enfriamiento. . "
Asimismo, se propuso utilizar el compresorexistente de menor capacidad para satis-facer las necesidades de aire comprimido.
- Optimización del sistema de generacióny distribución de agua de enfriamiento.
La torre de enfriamiento de la planta depoliestireno fue diseñada para unacapacidad de remoción de calor de 3,252Mcal/h, operando con los siguientesdiferenciales de temperatura.
a) Entrada-salida = 10°Cb) Salida-bulbo húmedo = 5°C
Durante el desarrollo del diagnósticoenergético se registraron temperaturasextremaspromedio de bulbo húmedo y secode:
MAX. MIN.
Bulbo húmedo CC)Bulbo seco CC)
25.128.6
20.622.3
En estas condiciones, las temperaturas delagua a la salida de la torre oscilaron entre30.3 y 35.1 °C. El rango de temperaturasde esta torre se mantiene entre 3 y 4°C.
Se propuso cambiar la bomba de distri-bución por una de menor capacidad, de90.3 a 60.2 Us./seg. y H = 128 ft., así comoinstalar un mecanismo de control de flujo alsistema de distribución de agua deenfriamiento, para reducir en aproximada-mente un 40% el volumen de agua en elcircuito con el fin de operar en el rango detemperaturas especificado de diseño.
En condiciones ambientales, esta medidaoriginó una reducción de aproximadamente4.8°C en la temperatura del agu8:a la salidade la torre, lo que proporciona atractivosahorros de vapor en el sistema de vacío yde energía eléctrica en la unidad de
refrigeración, ade-más de otros bene-ficios en proceso.
- Optimización delsistema de calen-tamiento del reac-tor de fosfatos.
En la producciónde ortofosfatos seutilizan como mate-rias primas básicasel carbonato desodio y/o sosa, asícomo ácido fosfó-rico. El sistema de
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calentamiento del reactor consiste en inyec-tar vapor de 5 Kg./cm2 directamente a losproductos de reacción, lo que origina unapérdida del 93.5% del calor totalsuministrado, a través del ventilador deextracción.
Cuando se opera con carbonato de sodio,la inyección de vapor es imprescindiblecomo medio para desorber el bióxido decarbono que genera la reacción, mientrasque esta necesidad no se presentaal operarcon sosa cuya reacción es de 6.6 vecesmás exotérmica y no produce CO2.
Se propusieron 2alternativas:
() Alternativa 1
Instalar un serpentíncomo medio de calen-tamiento en el reactor,con el fin de evitar queel vapor de suministroentre en contacto conel licor, al operar consosa.
Alternativa 2
Sustituir el ventilador por un compresormecánico de vapor de agua, en el sistemade extracción del reactor. Esta propuestaimplica sellar el reactor y el tanque deretención, cuya presión se puede controlaroperando el compresor a velocidadvariable.
Comprimir el vapor de extracción del reactora 11.7 Kg./cm2 y utilizarlo como fuente decalor en el área de reacción. Esta operaciónorigina un excedente de vapor de 1997.5
Analizqr la posibilidadde incrementar laconcentración de sosaen la solución acuosa que alimenta alreactor.
Incrementarde 10.4a 26% la concentraciónde ortofosfatos en la corriente del lavadorde gases al reactor.
Recuperar los condensados de vapor delreactor en el sistema de deaereacion de lacaldera.
Kg/h, el cual puede utilizarse para impulsarun turbocompresor de 175 HP Y un turbo-generador de 750 kW.
- Generación de vapor con el horno detherminol
La demanda de aceite térmico caliente dela planta de poliestireno se satisface con laoperación de un horno, cuya capacidad esde 1764 Mcal/h. Encondiciones estables,
flD~la demanda máxi-ma de calor delproceso de polies-tireno se obtienecon la producciónde HH-103, situa-ción en la cual elhorno opera al38.3% de su capa-cidad, con unaeficiencia térmicadel 48.5%. Laspérdidas más signi-ficativas de energíaen este equipo, aloperar con monó-mero gastado, sonpor escape degases secos (13.8%) y por combustible noquemado (23.7%).
Se propusieron 2 alternativas.
Alternativa 1
Instalar un generador de vapor que utilicetherminol como medio de calentamiento, locual permitirá incrementar la eficiencia delhorno al mejorar sus condiciones de carga.Regresar §. las especificaciones originalesde diseño del horno, en lo que respecta acapacidad de calentamiento utilizando unquemador de alta eficiencia para laoperación con monómero gastado.
Instalar una caldera complementaria de250 C.C., la cual utilice gas natural comocombustible, para cubrir la demandade vapor en ambas plantas. La recomen-dación de utilizar gas natural atiende anecesidades de control de contaminaciónambiental y a la política actual de preciosde combustibles de PEMEX.
Instalar un economizador al generador devapor antes mencionado para recuperarparte de la energía de los gases de escapeen el horno de therminol.
()
Implementar un método sistemático de /'verificación y ajuste de la carburación.
Alternativa 2
Instalar una caldera de tubos de agua de500 c.c. la cual utilice gas natural comocombustible para cubrir la demanda devapor en ambas plantas.Esta medida permitirá eliminar la operaciónde la caldera actual de 10,910 Kg/h decapacidad.
- Optimización del circuito de therminol.
Una vez que el proceso de poliestirenose estabiliza, después del arranque,los reactores dejan de consumir therminolen cantidades importantes originando
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que alrededor del 60% del flujo total semantenga recirculando sin hacer trabajoútil. El no contar con un sistema de controlde flujo apropiado crea la necesidadde desperdiciar energía en unaereoenfriador al mezclar therminol fríocon caliente, lo cual origina pérdidaspor incremento de entropía en el sistema;de consumir más energía para bombeo,así como el reponer mayores pérdidaspor radiación y convección; lo anteriorreflejó la necesidad de controlar latemperatura requerida en el proceso. Porotro lado, la especificación para latemperatura de operación del circuitoprimario es de 280°C y se detectó quese maneja a 310°C.
e Se propuso diseñar e implementar unsistema de control de flujo que permitaoptimizar el consumo de energía en ladistribución del servicio de therminol,asegurando la calidad de suministro querequiere en todo momento el proceso.
- Optimización del sistema de alumbrado
Se propuso la sustitución de lámparasconvencionales por lámparas de mayoreficiencia, así como la instalación debalastros electromagnéticos de altaeficiencia.
- Ahorro de energía eléctrica en motoreseléctricos:
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Se midió el comportamiento de lasprincipales variables eléctricas de losmotores más importantes de la planta comoson variación de voltaje, potencia, corriente,factor de potencia, se analizó su perfil .dedemanda así como su comportamiento deacuerdo con su tipo de aplicación.
Se realizó la evaluación del comportamientooperativo de los agitadores, ventiladores ybombas con base en las condicionesactuales de operación en comparación consus características de diseño.
Con base en las mediciones eléctricas serealizó una evaluación técnico-económicapara proponer la sustitución de motoresestándar por motores de alta eficiencia.
Se llevó a cabo un análisis de carga porcarga de ventiladores y bombas y serecomendó instrumentar un programa de
FIDE.
mantenimientopreventivo, con el fin demaximizar la confiabilidad y eficiencia delos motores.
En el siguiente cuadro se muestran lospotenciales de ahorro a implantar.
Potenciales de ahorro para seraplicados en Industrias Resistol, S.A.
POTENCIALESDEAHORROA SERAPLICADOSEN INDUSTRIASRESISTOL,S.A.
No. I Concepto I kW
I % de I kWh/añoI %AhorrojAhorroenI % de InversiónPeriododen,Ahorro en en Facturaciónahorro en ($) recuperación
demanda consum. $/Año Facturación IVA (Años)incluido
Optimización del sistema 2.45de generación ydistribución de airecomprimido
2 I Optimización del sistema 1.25de generación ydistribución de agua deenfriamiento
3 Optimización del sistema 2.49de distribución detherminol en la planta depoliestireno
4 I Optimización de sistema 1.18de iluminación en plantade fosfato
5 I Optimización del sistema 0.766de Iluminación en plantade poliestireno
TOTAL nFIDEICOMISO PARA EL AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA.León Tolstoi No. 22, 4° piso. Col. Anzures. México, D.F.C.P. 11590Tel.: 5452757