TÉCNICAS DE AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS

TÉRMICOS

EMILIO SALOMÓN MARTÍNEZ LÓPEZ

JOSÉ ARTURO MOCTEZUMA CAMARGO

4.5.- Ahorro de energía en maquinas térmicas.(Calderas, turbinas de vapor y de gas, intercambiadores de calor,

redes térmicas, ductos, compresores, motores de combustión interna y sistemas de refrigeración)

Ahorro De Energía En

Calderas De Vapor

• Control del exceso de aire:

Consiste en suministrar controladamente al quemador la cantidad mínima de aire para lograr una combustión eficiente. Esta es la forma más efectiva de mejorar la eficiencia y ahorrar energía en calderas.

• Es de fácil implementación. • Los ahorros son inmediatos. • Las inversiones son muy bajas o a veces nulas. • Debe realizarse periódicamente.

• Menores pérdidas de calor con el gas de chimenea.• Mayor transferencia de calor.• Mayor temperatura de llama y transmisión de calor radiante.• Reducción de las emisiones de gases contaminantes (NOx,

SO2 ,CO). • Mayor eficiencia de la caldera. • Menor costo de producción. • Se evita afectar la capacidad de entrega de vapor.

Beneficios:

• Control de la presión y temperatura del combustible.

Para una adecuada mezcla con el aire, el combustible tiene que inyectarse al quemador a la presión requerida por el fabricante Los combustibles pesados requieren además calentarse para bajar su viscosidad y lograr una fina atomización que permita mezclarse con el aire.

Beneficios:• Combustión sin hollín.• Mayor eficiencia de la caldera.• Se evita ensuciar los tubos

• Control del tiro (presión del hogar).

El tiro influye mucho en la combustión, eficiencia y conservación de la caldera. En las calderas pirotubulares depende básicamente de la presión del aire del ventilador, temperatura del gas y altura de la chimenea. Un excesivo tiro ocasiona:

• Alargamiento de la llama (puede lamer la pared posterior de refractario).

• Incremento del exceso de aire. • Deficiente combustión.

• Reducir la presión del vapor

La reducción de la presión, a un nivel compatible con las necesidades de temperatura, implica ahorros de combustible. Una reducción excesiva de la presión puede ocasionar problemas:

• Incremento del arrastre en la caldera.• Excesivas velocidades en las tuberías existentes.• Mal funcionamiento de trampas y otros dispositivos.• Menor transferencia de calor en los equipos de vapor.

• Mantener en buen estado el sistema de combustión.

Recomendaciones de mantenimiento del sistema de combustión. 1. Bombas• Verificar fugas, temperatura y presión de trabajo.

2. Filtros • Verificar limpieza y buen estado.

3. Calentador de combustible • Limpieza de tubos (eliminar borras). • Verificación de trampa de vapor del serpentín (usar filtro). • Chequeo del termostato y válvula reguladora de vapor de

calentamiento.

4. Válvula moduladora de combustible • Eliminar fugas. • Chequear fuelles, diafragmas, eje, etc. • Chequear leva moduladora: alineación, pines, etc.

5. Ventilador de aire • Limpiar la malla de entrada de aire y el rotor del

ventilador. • Engrasar rodamientos del ventilador y del motor.

6. Quemador • Retirar el cañón, limpiar. • Limpiar regularmente las toberas con solventes.

Cambiarlas cada 2 a 3 años como máximo. • Mantener limpia la fotocelda. • Mantener limpio y en buen estado el difusor de aire.

Garantiza una buena mezcla aire-combustible.

• Mantener en buen el refractario y aislamiento

• Su función es disminuir las perdidas térmicas, evitar el calentamiento excesivo del quemador y ayudar a dar forma a la llama y ayudar a la combustión. Si hay grietas o rotura, es mejor cambiar el refractario que repararlo. Tener cuidado de no obstruir el ingreso de aire, manteniendo el diámetro y ángulo original.

• Limpiar la cubierta metálica.

• No deformarla (golpes, pisadas).

• Si se humedece, quitar la cubierta y dejar que seque, pues la

humedad aumenta la conductividad y se pierde más calor.

• Restituir aislamiento cuando sea necesario.

• Mantener limpios los tubos de la caldera

En una caldera pueden formarse depósitos en 2 puntos : 1. Lado del agua: depósitos de sales (caliche) • Por mal ablandamiento del agua de alimentación. • Presencia de residuos de sales de Calcio y Magnesio, que

se depositan en los tubos por efecto del calor. 2. Lado de los gases: depósitos de hollín. • Por mala combustión (mezcla pobre aire-combustible o

defecto de aire). • Formación de hollín producto de reacciones incompletas

• Implementar economizador

Un economizador es un intercambiador de calor donde el agua de alimentación a caldera se calienta a expensas del gas de chimenea.

Una purga efectuada manualmente puede resultar en:

1. Purga demasiado excesiva. Implica extraer demasiada

agua caliente de la caldera: desperdicio de energía,

agua y productos químicos. 2. Purga insuficiente. Los STD se incrementan y se

producen incrustaciones.

• Implementar control automático de purga

AHORRO DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN DE

VAPOR

1. Aislar tuberías de vapor, condensado, accesorios y recipientes. • Mantiene la energía del vapor dentro del sistema. • Reduce las fluctuaciones de temperatura en el

sistema.• Previene quemaduras en el personal. • Usar el tipo y espesor óptimo de aislamiento. 2. Reemplazar trampas de vapor que fallan. • Si fallan abiertas : fuga de vapor por trampa. • Si fallan cerradas : fuga de vapor por by-pass.

Las trampas que fallan ocasionan problemas :• Pérdidas de energía. • Mala transmisión de calor. • Sobrepresión del sistema de condensado. • Operación deficiente de otros equipos.

3. Seleccionar adecuadamente trampas de vapor para el servicio prestado.4. Evitar el uso de trampas de grupo. Usar una trampa por cada punto de drenaje.

5. Monitorear periódicamente las trampas de vapor. • Permite detectar fallas y tomar acciones. • El nivel aceptable de trampas con falla es de 5%.

Métodos de monitoreo: • Inspección de la descarga libre. • Inspección por visores o detectores. • Detección por diferencia de temperatura. • Detección por ultrasonido.

7. Diseñar tuberías de vapor correctamente.

• Usar diámetros que permitan velocidades de 25 a 30 m/s.

• Usar pendiente en sentido de flujo de vapor (0.4%).

• Usar pozos de condensado cada 30-50 m y en cambios de dirección.

• Usar venteos de aire en terminales de línea y puntos altos.

• Ubicar tomas de ramales por la parte superior de troncales.

• Usar separadores de humedad. • Minimizar recorridos de tuberías. • Anular tramos de tubería innecesarios.

8. Retornar el condensado de drenajes de línea y equipos a la caldera.

• Reduce el consumo de combustible en la caldera. • Reduce el régimen de purga. • Ahorra aditivos químicos. • Se reduce la contaminación ambiental. Si no es posible

retornar el condensado, recuperar su calor.

9. Operar los equipos usuarios de vapor a la menor presión posible : se aprovecha mayor calor latente

10.Eliminar aire de líneas, chaquetas y serpentines.

Es importante eliminar el aire del vapor por: • Reduce la temperatura del vapor. • Reduce la transmisión de calor. • Interfiere con la distribución de calor. • Causa corrosión en los circuitos de condensado • Provoca mayor consumo de vapor.

11.Limpiar serpentines y chaquetas de vapor.

12.Desconectar tuberías fuera de uso.

13.Considerar reemplazo de VRP por turbinas de vapor.

14.Usar termocompresores para recuperar vapores de baja

presión.

15.Realizar mantenimiento de eyectores

AHORRO DE ENERGIA EN HORNOS

Los factores que más influyen en la eficiencia en los hornos industriales y las técnicas a emplear se indican seguidamente.Diseño y utilización del horno•La elección de tipo de horno, su capacidad, tipo de calefacción y forma de operar, debe siempre realizarse mediante un estudio técnico-económico, optimizando el diseño para adecuarlo al objetivo. Debe procurarse que el horno se utilice exclusivamente para realizar las operaciones para las que se ha diseñado.

•Siempre que sea posible debe pasarse del trabajo discontinuo a continuo. En los procesos discontinuos deben utilizarse hornos de baja inercia térmica por alcanzar más rápidamente la temperatura de operación y tener menos pérdidas energéticas en las paradas. En los hornos de funcionamiento intermitente debe programarse el trabajo de tal forma que los tiempo de espera sean mínimos.•Una buena estanqueidad del horno evita entradas de aire incontroladas.•El empleo de materiales altamente refractarios permite temperaturas más altas de llama, con la consiguiente mejora de la eficacia.

•Aprovechar la energía desprendida en los procesos exotérmicos.•No operar nunca a temperaturas más altas de lo necesario.•Emplear aire enriquecido y precalentado para mejorar la cinética del proceso y el balance térmico.•Emplear oxígeno puro como comburente para minimizar el volumen de gases de combustión.•Recuperar los efluentes valiosos y aprovechar térmicamente el carbono y el monóxido de carbono para producir, mediante su combustión, vapor para proceso. Acoplar el horno con el resto del proceso, utilizando su energía residual en etapas que consumen energías de calidad decreciente.•Utilizar quemadores recuperativos o regenerativos.

•Evitar una excesiva humedad en el producto a tratar secándolo antes de su introducción al horno mediante gases residuales u otras energías semidegradadas.•Estudiar el almacenamiento de las materias primas, evitando, para las que capten fácilmente humedad, tiempos prolongados a la intemperie.•Mejorar el proceso químico y el intercambio térmico mediante la utilización de materias primas con granulometrías adecuadas.•Utilizar materiales semielaborados procedentes de procesos en los que se obtienen con una eficacia térmica mayor, que la que se consigue en el proceso principal.•Utilizar fundentes con el fin de rebajar la temperatura de operación.

•Optimizar la combustión utilizando equipos de análisis de gases y regulándola automáticamente.•Utilización de combustibles precalentados.•Trabajar a una temperatura de llama tan próxima a la teórica como sea posible.

•Programar el mantenimiento preventivo para evitar paradas imprevistas.•Calcular el empleo óptimo de los aislantes para evitar temperaturas de pared excesivas.•Eliminar la visión desde el exterior de las zonas rojas del horno con el fin de cortar pérdidas por radiación.•Utilizar el calor de las refrigeraciones para usos diversos, tales como calefacción, vaporización al vacío, etc.•Acortar el tiempo de las paradas, evitando perder todo el calor acumulado en los hornos.