UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE ING. MECANICA

ENERGIA

AUDITORIAS ENERGETICAS EN SISTEMAS DE VAPOR

Dr. Ing. JUAN M. PALOMINO CORREA

USO RACIONAL DE LA ENERGIA

FUNDAMENTOS DE USO RACIONAL DE LA ENERGIA

TECNOLOGIAS INTERSECTORIALES

TECNOLOGIAS

INTERSECTORIALES

TECNICAS PERIFERICAS O DE SERVICIO QUE SE USAN EN LAS PLANTAS INDUSTRIALES, INDEPENDIENTEMENTE DE LA RAMA O SECTOR INDUSTRIAL. TIENEN UNA GRAN IMPORTANCIA CON RESPECTO A LA ENERGIA. UNA PARTE MUY IMPORTANTE DE LA ENERGIA ES TRASNFORMADA EN OTRA FORMA DE ENERGIA EN LOS CALDEROS, EN LOS SITEMAS DE AIRE CONPRIMIDO, EN LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO, ETC,

GENERADORES DE

VAPOR

GENERACION DE VAPOR Y

AGUA CALIENTE

LOS EQUIPOS DE MAYOR USO EN LAS INSTALACIONES INDUSTRIALES, COMERCIALES Y DE SERVICIOS SON LOS CALDEROS DE VAPOR Y DE AGUA CALIENTE. ESTOS SON USADOS PARA TRANSFERIR ENERGIAS DE UN COMBUSTIBLE A UN FLUIDO QUE TRANSPORTA CALOR A DIFERENTES TEMPERATURAS YA SEA PARA SER USADOS EN EL PROCESO O PARA UN CALENTAMIENTO EN DIFERENTES FORMAS.

SISTEMA DE VAPOR

Es la serie de dispositivos que,

aprovechando el poder calorfico de un

combustible, producen vapor. Este vapor

es utilizado posteriormente como

aportacin de calor en los procesos o para

el movimiento de mquinas.

CLASIFICACIN

Disposicin de los fluidos

Transmisin de calor dominante

Combustible empleado

Presin de trabajo

Tiro

Lugar de montaje

EFICIENCIAS DE LAS CALDERAS

DE VAPOR

POR EXPERIENCIAS SE SABE QUE LAS EFICIENCIAS TERMICAS DE LAS CALDERAS ESTAN POR DEBAJO DE LAS MAXIMAS ALCANZABLES. LOS VALORES MAS APROXIMADOS PARA CALDERAS DE VAPOR SON:

CALDERAS PIROTUBULARES ESTANDAR DE 3 PASOS (1000 BHP): 78 85%

CALDERAS ACUOTUBULARES SIN RECUPERADOR DE CALOR (1000 BHP): 80 90%

CLASIFICACIN POR DISPOSICIN DE

FLUIDOS

Pirotubulares Los gases producto de la combustin circulan en el

interior de los fluxes de la caldera.

La presin de trabajo no excede los 20 kg/cm2, ya que presiones ms altas obligaran a usar espesores de la envolvente demasiado grandes.

La produccin de vapor es del orden de 25 t/h. Eficiencia de operacin: 80-85 %

CLASIFICACIN POR DISPOSICIN DE

FLUIDOS

Acuotubulares

El agua circula por el interior de los fluxes de la caldera.

La presin de trabajo puede alcanzar hasta los 150 kg/cm2.

La produccin de vapor es del orden de 25 hasta 1000 t/h.

Eficiencia de operacin: 85-90 %

COMPONENTES

Cmara de

combustin

Precalentador de agua

Precalentador de aire

Quemadores

Sopladores de holln

Fluxes o tuberas

Colector

Domo

Damper o mampara

Chimenea

VARIABLES IMPORTANTES

EMISIONES DE GASES

CONTAMINANTES LA INEFICIENCIA DE LAS CALDERAS Y SISTEMAS

DE DISTRIBUCION ADEMAS DE IMPLICAR UN

MAYOR CONSUMO DE COMBUSTIBLE, IMPLICAN

TAMBIEN UN INCREMENTO PROPORCIONAL DE

LAS EMISIONES DE GASES DE COMBUSTION TALES

COMO:

DIOXIDO DE CARBONO CO2

DIOXIDO DE AZUFRE SO2

OXIDOS DE NITROGENO Nox

MONOXIDO DE CARBONO CO

PARTICULAS DE FORMA DE HOLLIN

CONCLUSION

ES NECESARIO ADOPTAR MEDIDAS QUE PERMITAN INCREMENTAR LA EFICIENCIA

DE LAS CALDERAS Y SISTEMAS DE

DISTRIBUCION DE VAPOR, USANDO LAS

MEJORES TECNOLOGIAS DISPONIBLES Y

APLICANDO TECNICAS PARA

INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LAS

CALDERAS Y EL USO DE VAPOR Y REDUCIR

LAS PERDIDAS EN LOS SISTEMAS DE

DISTRIBUCION.

PROCEDIMIENTOS DE EVALUACION

ENERGETICA DE CALDERAS

LA EVALUACION ENERGETICA DE CALDERAS DE VAPOR Y AGUA

CALIENTE ES UNA DE LAS ACCIONES

MAS IMPORTANTES EN CUALQUIER

PROGRAMA DE AHORRO DE ENERGIA

TERMICA EN UNA INSTALACION Y LA

OPTIMIZACION DE UNA CALDERA

DEBE COMENZAR CON UNA

AUDITORIA ENERGETICA.

OBJETIVOS DE UNA

AUDITORIA EFECTUAR UN BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

EN LA CALDERA, PARA DETERMINAR LAS

PERDIDAS

DETERMINAR LA EFICIENCIA EN EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE

VER OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGIA E INCREMENTO DE LA EFICIENCIA.

DETETERMINAR LA INVERSIONES PARA MEJORAR LA EFICIENCIA

CONOCER LAS EMISIONES DE CONTAMINANTES

PROCEDIMIENTO 1. CONOCER LAS CARACTERISTICAS DE LA

CALDERA.

DISEO

VARIABLES DE DISEO

CONTROLES

COMBUSTIBLES USADOS

2. DETERMINAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS ACTUALES QUE ESTEN ALTERANDO LA EFICIENCIA.

MODO DE FUNCIONAMIENTO

REGIMEN DE OPERACIN

VARIABLES DE OPERACIN

CONTROLES

MANTENIMIENTO

3 REALIZAR MEDICIONES PARA OBTENER UNA BASE DEL DIAGNOSTICO

ANALISIS DE GASES 02, CO2, CO OPACIDAD DE GASES MEDICION DE TEMPRATURAS DE GASES MEDICION DE FLUJOS: COMBUSTIBLE, VAPOR,

PURGAS

TEMPERATURAS SUPERFICIALES: PERDIDAS POR RADIACION Y CONVECCION

4 EFECTUAR DIAGNOSTICO

DIAGNOSTICO ENERGETICO DE LA CALDERA PLANTEAMIENTO DE MEJORAS JUSTIFICADAS

TECNICA Y ECONOMICAMENTE

5 LOS RECURSOS NECESARIOS PARA HACER UNA EVALUACION ENERGETICA SON:

PERSONAL ESPECIALIZADO Y SOPORTE INSTRUMENTOS: ANALIZADOR DE GASES,

TERMOMETROS, MEDICIONES DE FLUJO, PIROMETROS.

CONOCIENDO LAS CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA CALDERA, SU MODO DE OPERACIN, CONSUMO ENERGETICO Y TENIENDO UN DIAGNOSTICO DE SU EFICIENCIA Y LIMITACIONES ES POSIBLE PLANTEAR UNA SERIE DE MEDIDAS PARA EL AHORRO DE ENREGIA MEDIANTE UNA SERIE DE TECNICAS.

TECNICAS DE AHORRO DE ENERGIA

EXISTEN UN GRAN NUMERO DE TECNICAS PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA EN SISTEMAS DE VAPOR, DESDE LA GENERACION EN CALDERAS HASTA EL CONSUMO EN LOS USUARIOS, LO QUE IMPLICA REDUCIR EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE PARA GENERAR LA MISMA CANTIDAD DE VAPOR. DE ESTA MANERA SE OBTIENE UN COSTO MINIMO DE PRODUCCION DE CALOR EN LA,PLANTA Y MENORES EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES A LA ATMOSFERA.

REGULAR EL EXCESO DE AIRE

CONSISTE EN REGULAR LOS FLUJOS DE AIRE Y

COMBUSTIBLE DE TAL MANERA QUE SE MANTENGA UNA

RELACION AIRE COMBUSTIBLE QUE PRODUZCA UN MINIMO

DE EXCESO DE AIRE PARA LA POTENCIA DEL QUEMADOR

QUE SE TRABAJE Y CON UNA MINIMA PRODUCCION DE

SUSTANCIAS RESULTANTES DE UN COMBUSTION

INCOMPLETA.

TIPOS DE SISTEMAS

CONTROL MANUAL

CONTROL AUTOMATICO

EN BUCLE ABIERTO

CON RETROALIMENTACION

DICHOS SISTEMAS PUEDEN DAR ORIGEN A TIPOS DE CONTROL:

EN SERIE

EN PARALELO

EN SERIE- PARALELO

LOS BENEFICIOS QUE SE CONSIGUEN AL REDUCIR EL EXCESO DE AIRE SON LOS SIGUIENTES:

MENORES PERDIDAS DE CALOR CON EL GAS DE CHIMENEA QUE ABANDONA LA CALDERA

MAYOR TRANSFERENCIA DE CALOR RADIANTE.

REDUCCION DE GASES CONTAMINANTES

UNA MAYOR EFICIENCIA DE LA CALDERA A MENOR COSTO DE PRODUCCION DE VAPOR.

Cuadro 1: Nivel Recomendado de Exceso de Aire y Otros

Parmetros(1)

Combustible

Parmetro

Exceso aire

(%)

O2 en chimenea

(%)

CO en chimenea

(ppm)

Opacidad de

humos

(Indice Bacharach)

Gas naturall

10 mx

2.0 mx

50 mx

0

Diesel

20 mx

3.5 mx

200 mx

3 mximo

Residual

25 mx

4.0 mx

400 mx

4 mximo

REEMPLAZAR QUEMADORES ON-OFF

POR QUEMADORES MODULANTES

El reemplazo de los sistemas de regulacin on-off

de la potencia del quemador por sistemas que modulan la potencia de acuerdo a la carga de la caldera, permiten no solo reducir las altas temperaturas del gas, sino tambin las perdidas de calor que se dan en el lapso del stand-by, asi como las perdidas asociadas con la purga de gases calientes de la caldera antes y despus de cada ciclo de fuego. el cambio de sistema puede incrementar la eficiencia de una caldera desde 75% a 77%. la inversin requerida puede ser cuantiosa.

REDUCIR LA PRESION DE VAPOR

A medida que la presin de vapor en una caldera aumenta, tambin

aumentan las perdidas de energa debido a las altas temperaturas del gas de chimenea, mayores fugas de vapor, perdidas de calor a travs de las paredes de la caldera y tuberas de distribucin y mayores perdidas de vapor a travs de trampas.

si la reduccin es excesiva pueden surgir problemas como:

incremento del arrastre de humedad en la caldera.

aumento del volumen especifico del vapor (m3/kg) al reducir la presin.

funcionamiento inadecuado de trampas y algunos instrumentos sensibles a la temperatura.

menor transferencia de calor en los equipos usuarios de vapor.

perdidas de rendimiento en equipos accionados por vapor.

REDUCCION DE LA FORMACION DE DEPOSITOS

1. En una caldera pueden formarse depsitos tanto en el lado del agua como en el lado de los gases. En el primer caso los depsitos se forman por una mala calidad del agua que afecta la eficiencia de la caldera de dos maneras:

se requiere una mayor purga

los depsitos de sales crea una barrera a la transferencia de calor.

2. En el lado de los gases , los depsitos de hollin se originan por una mala combustin del combustible, debido a una pobre mezcla aire-combustible o por defecto de aire. cuando el holln se deposita en los tubos, tambin acta como una capa de aislamiento que reduce la transferencia de calor gases-agua

RECUPERAR CONDENSADOS

La recuperacin de condensados implica un ahorro de combustible en la caldera y menores costos de vapor por las siguientes razones:

el condesado normalmente retorna a una temperatura de 70c a 90c.

si el condensado se pierde; el agua de alimentacin tiene que ser tratada.

el agua de alimentacin que reemplaza a un condensado no aprovechado contiene impurezas que incrementan el rgimen de purga y las perdidas de calor asociados a dicha purga.

CONDENSADOR DE VAPOR POR CONTACTO

El condensador de vapor es un equipo que se utiliza para obtener agua caliente aprovechando los vapores residuales de baja, enfrindolos usualmente con agua fra.

En esencia est formado por un depsito cilndrico vertical con varias entradas y salidas:

- entrada de agua refrigerante.

- entrada de vapor de baja presin.

- salida de agua condensada.

- salida de incondensables.

dicho sistema de recuperacin de calor se muestra en la figura .

En los condensadores de contacto, el vapor de baja presin se pone en contacto con agua ms fra de tal forma que el vapor se condensa y transfiere su calor latente al lquido, el cual eleva su temperatura.

En el diseo de un condensador debe seguirse una serie de criterios conducentes a:

evitar demasiadas cadas de presin. evitar arrastres de gotas de agua. eliminar bolsas de aire. utilizar agua tratada para evitar incrustaciones. Los condensadores de mezcla se emplean

especialmente como medios de recuperar calor si no es importante la mezcla del condensado con el agua de enfriamiento, o bien en situaciones en las que los vapores estn contaminados, como medida previa a su evacuacin.

USAR VAPOR FLASH

Son muchas las plantas que utilizan grandes cantidades de vapor a distintos niveles de presin y no tienen en cuenta el vapor flash de los condensados.

El vapor flash o revaporizado es un vapor con las mismas caractersticas que un vapor vivo y se forma cuando un condensado pasa de una presin mayor a otra inferior. Parte de este condensado se convertir en vapor a la misma temperatura que corresponda a la presin inferior.

El vapor flash se produce siempre que se reduce la presin del condensado; por ejemplo

en trampas de vapor, purgas de caldera, etc

El ahorro obtenido es muy importante y la inversin se amortiza en muy poco tiempo, ya

que la instalacin suele ser bastante simple.

La separacin del vapor flash del condensado se realiza en un tanque de expansin. donde se

produce una disminucin de velocidad de flujo

de vapor y condensado.

FUGAS DE VAPOR DE AGUA

Cuando una tubera se daa por corrosin o algn golpe en los

empaques o juntas, puede ocasionar fugas de diferente magnitud.

Dichas fugas deben repararse lo antes posible, ya que provocan

prdidas de:

Vapor Combustible Dinero

Fugas de vapor

La magnitud de las prdidas est en funcin directa del tamao de

la fuga y de las condiciones de operacin del vapor de agua que

se tenga en la tubera.

REDUCCION DE FUGAS DE VAPOR Cualquier fuga de vapor en

tuberas, equipos o accesorios, representa una perdida de

energa. en el cuadro siguiente se hace ver la importancia de un buen programa de mantenimiento preventivo.

Acciones a tomar:

Campaas de sensibilizacin y concientizacin del personal.

Programa de reduccin de fugas para evitarlas.

Se logran importantes ahorros de dinero.

Segn longitud del penacho de

vapor

Segn el tamao de orificio

(vapor a 100 psig)

Longitud (m) Kg/h Orificio (pulg) Kg/h

0.5 6 01-ago 21

0.75 11 mar-16 48

1.00 16 77

1.25 26 03-ago 186

1.50 38 318

1.75 66

2.00 104

2.25 161

EFECTOS DE LA FUGA DE VAPOR

TRAMPAS PARA VAPOR

DE AGUA

Definicin

Es una vlvula automtica cuya funcin es descargar condensado sin permitir que escape vapor vivo

Funciones

Drenar condensados

Eliminar el aire y otros gases no condensables

Prevenir las prdidas de vapor

CLASIFICACIN DE LAS TRAMPAS DE

VAPOR

Tomando como base su principio de operacin, se

clasifican en tres tipos bsicos:

Termosttica (diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado)

Mecnica (diferencia de densidades entre el vapor y el condensado)

Termodinmica (cambios de estado del condensado)

APLICACIONES DE LAS TRAMPAS DE

VAPOR

Tuberas de vapor Calefaccin de locales

Depsitos y recipientes

Prensas de platos mltiples

Calderas doble fondo para procesos

industriales

Evaporadores

Secadores por aire caliente

Cilindros secadores

Tanques de almacenamiento

Calentamiento de tuberas

VARIABLES IMPORTANTES

Condiciones

climatolgicas:

Temperatura ambiente

Velocidad del viento

Condiciones del vapor:

Temperatura

Presin

Trampa de vapor:

Tipo

Dimetro del orificio

Material

Temperatura de superficie

MANTENIMIENTO DE TRAMPAS DE

VAPOR

En una red de distribucin de vapor, el mal funcionamiento y deterioro de las trampas de vapor o purgadores pueden producir perdidas superiores al 10% del total producido por las calderas. para lo cual se debe considerar lo siguiente:

seleccin del tipo adecuado de trampa para el servicio requerido

diseo adecuado de las tuberas de drenaje de condensado.

uso de filtros de proteccin para las trampas de filtro. revisiones peridicas del funcionamiento de trampas y

limpieza del filtros.

mantenimiento necesario para conservar el sistema trabajando en las condiciones optimas. En la practica se admite un margen de fallas en fugas de vapor de un 5% como mximo

CAUSAS DE LAS PERDIDAS DE

ENERGIA A TRAVES DE LAS TRAMPAS

Perdidas directas: son aquellas que se producen por la descarga del vapor vivo a

travs de la vlvula de escape de la

trampa.

Perdidas indirectas: son todas aquellas que no suponen paso de vapor a traves

de la vlvula de la misma trampa.

Estas perdidas son siempre continuas y su magnitud depende de dos factores:

a) tamao de la trampa

b) temperatura de descarga de la misma y fase en su

interior

Mtodos para comprobar el funcionamiento de las trampas

de vapor:

-mtodo visual

-control por medicin de temperatura antes y despus de la

trampa

-mtodo acstico

Equipo micro snico estetoscopio W7

No basta solo con asegurar la compra del mejor equipo, con el mejor proveedor, al mejor precio

si quien lo instala y quien lo opera no conocen su funcionamiento y finalidad.

CUL ES LA MEJOR TRAMPA PARA VAPOR?

Respuesta: La que esta bien seleccionada!

FUNCIONAMIENTO DE UNA

TRAMPA DE VAPOR

drip pocket - por goteo de bolsillo

EFECTO DEL GOLPE DE ARIETE

RECUPERACION DE CONDENSADO DE UN

INTERCAMBIADOR DE CALOR

AISLAMIENTO

Definicin

Material termoaislante que posee baja conductividad trmica y que por tanto presenta resistencia al flujo de calor.

Sistema termoaislante

Combinacin de materiales que incorpora un material termoaislante, materiales de sujecin, barrera de vapor (para servicio a baja temperatura) y materiales de acabado, en el recubrimiento de equipo o tuberas.

CLASIFICACIN DE ACUERDO

A LA NORMA

Por rango de temperatura:

Alta temperatura, mayor de 37 C Baja temperatura, menor de 37 C

Composicin y estructura interna: Fibras minerales Celulares Granulares

Forma de presentacin: Rgidos Flexibles Colchonetas Cementos monolticos Espumas

MATERIALES DE CONSTRUCCIN DE

ACUERDO A NORMA

Silicato de calcio

Fibra de vidrio

Vidrio espumado

Lana de roca

Perlita expandida

Elastomricos

Poliestireno

Poliuretano

MEJORAR EL AISLAMIENTO

Tpicamente las calderas y sistemas de vapor trabajan a una presin de 100 a 150

psig,lo cual significa que las instalaciones

desnudas tiene temperaturas

superficiales de 155 a 170c

aproximadamente..

Para reducirlas es necesario que las superficies estn convenientemente

aisladas lo cual permitir evitar que

aproximadamente un 90% de la energa

se pierda innecesariamente.

Fluido de proceso: Temperatura Fluido

de proceso:

Temperatura

VARIABLES IMPORTANTES

Aislamiento:

Espesor

Material

Conductividad trmica

Tipo de recubriento

Temperatura de

superficie

Tubera:

Dimetro

Material

Temperatura de

pared

Condiciones

climatolgicas:

Temperatura

ambiente

Velocidad del

viento

1.- tipo de aislante

2.- conductividad termica

3.- emisividad del aislante

4.- temperatura del aislante

5.- densidad

6.- capacidad de secado rapido si absorve humedad

7.- estabilidad

8.- resistencia a la combustion

11.- emision de gases toxicos en caso de combustion

12.- facilidad de colocacion

13.- resistencia al dao y al deterioro

14.- resistencia a la deformacion y contraccion

15.- facilidad para recibir un acabado exterior superficial

16.- no ser peligroso para la salud durante su instalacion.

PARA SELECCIONAR UN AISLANTE SE DEBE TENER EN CUENTA LO SIGUIENTE:

COMENTARIOS

El ahorro de energa es beneficioso para la empresa

Las oportunidades de ahorro de energa estn siempre cerca de nosotros solo hay que identificarlas

La participacin de un experto en gestin energtica es importante

Realizar auditorias energticas es imprescindible para detectar las oportunidades de ahorro de energa

REFLEXIONEMOS

GRACIAS POR SU ATENCION