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CALDERAS

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INDICE

CALDERAS

1.- CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32.- BALANCE DE ENERGA EN UNA CALDERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2.1.- Balance energtico en una caldera de vapor de gas natural . . . . .7

3. RENDIMIENTO DE UNA CALDERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.1.- Clculo de rendimiento en una caldera (mtodo directo) . . . . . .11

3.2.- Clculo del rendimiento de una caldera (mtodo indirecto) . . . .12

4.- MEJORAS DE EFICIENCIA ENERGTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

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Calderas

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La caldera es un equipo donde se transfiere la energa obtenida en la combus-tin de un combustible a un fluido de trabajo.

1. CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

Las calderas pueden clasificarse atendiendo a varios criterios:

Atendiendo a las necesidades energticas del proceso:

- Calderas de agua caliente

- Calderas de agua sobrecalentada

- Calderas de vapor saturado

- Calderas de vapor sobrecalentado

- Calderas de fluido trmico

Atendiendo a la posicin relativa entre el fluido a calentar y los gases decombustin:

- Calderas Pirotubulares: Los humos calientes circulan por el interior de lostubos sumergidos en el fluido.

- Calderas Acuotubulares: El fluido circula por el interior de los tubossumergidos en una masa de humos.

2. BALANCE DE ENERGA EN UNA CALDERA

En el balance de calor de una caldera se estable la siguiente igualdad:

CALOR ENTRANTE = CALOR SALIENTE

Para realizar el balance deberemos:

- Establecer una temperatura de referencia (normalmente la temperatura

ambiente)- Realizar un balance de masa

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MEJORAS HORIZONTALES DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGTICASECTOR INDUSTRIAL. ENERGA TRMICA. EJEMPLOS PRCTICOS

4

- Considerar el PCI del combustible

A continuacin se describen los calores que toman parte en el balance de unacaldera de vapor. Los clculos se refieren a la unidad de combustible:

Calor entrante

1. Calor sensible del combustible (Qc)

Qc= cc tc [1]

Donde:

cc= Calor especfico del combustible [kcal/Ud. de combustible]

Tc= Temperatura de precalentamiento del combustible [C]

2. Calor de combustin (Qco)

Qco= PCI [kcal/Ud. de combustible]

3. Calor del aire de combustin (Qa)

Qa= Ga cpa t [2]

Donde:

t = Diferencia de temperaturas del aire caliente y fro [C]

cpa= Calor especfico del aire [kcal/kg aire C] Se obtiene en la

Tabla 23

Ga= [kg aire/ Ud. de combustible] Se obtiene de las Tablas de 1 a 5

4. Calor del fluido de entrada (Qfe)

Qfe= hfe

Donde

hfe= Entalpa del fluido de entrada [kcal/kg]

Tc

Diferencia de temperaturas del aire de entrada a la caldera y de referencia (C)

Qfe = hfe x Cab

Ca = caudal del agua de alimentacin a caldera (kg/h)

b = consumo horario de combustible

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Calderas

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Calor saliente

1. Calor del fluido de salida (Qfs)

Qfs= hfs

Donde

hfs= Entalpa del fluido de salida [kcal/kg]

2. Calor de los humos (QH)

Qgc= x [kg. humos/Ud. de combustible] y [kcal/kg humos] [3]

El calor de los gases de combustin se muestra en las Tablas 11 y 12. Con el %de O2y CO2se obtiene el caudal de humos (x) expresado en kg de humos/Ud.de combustible. Con la temperatura de los humos, y en las mismas tablas, seencuentra la entalpa especfica de los humos (y) en kcal/kg humos.

3. Calor por inquemados gaseosos (Qig)

Qig= [ ][ ] [ ]

+

000.1100.32121

2

CHCO

O [% de prdidas sobre el

PCI del combustible] [4]

Donde:

[O2] = Concentracin de O2en los humos (%)

[CO] = Concentracin de CO en los humos (ppm)

[CH] = Concentracin de CH en los humos (ppm)

4. Inquemados slidos (Qis)

Se calcula midiendo la opacidad mediante la escala Bacharach

Qfe = hfs x Pvb

hfs = Entalpa del fluido de salida (kcal/kg)Pv = Produccin de vapor (kg / h)b= consumo horario de combustible

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6

1. Calor por purgas (Qp)

Qp=bhp p [kcal/unidad de combustible]

[5]

Donde:p = Caudal de purgas en kg/h

hp= Entalpa de la purga en kcal/kg purga y corresponde a la entalpa

de lquido para la presin de generacin de vapor.

b = Consumo horario de combustible

Para calcular la purga continua necesaria en una caldera hay que realizar unbalance de los distintos componentes a controlar.

P a = A b + P bba

bAP

=

[kg/h]

Donde:

P = Caudal de purga [kg/h]a = Salinidad total en la caldera [ppm]. Se mira en las tablas que sepresentan a continuacin.

b = Salinidad total en el agua de aportacin [ppm]. Se mide con elconductmetro.

A = Caudal de agua de aportacin [kg/h] que es el caudal del vapor menosel caudal de condensados que se recuperan.

[5]

5.

PRESION

[kg/cm2]

SALINIDADTOTAL EN

CO3Ca [mg/l]

SILICEEN

SiO2[mg/l]

SOLIDOS ENSUSPENSION

[mg/l]

CLORUROSEN

Cl [mg/l]

0-20 3.500 100 300 2.000

20-30 3.000 75 250 1.500

30-40 2.500 50 150 1.000

40-50 2.000 40 100 800

50-60 1.500 30 60 650

60-70 1.250 25 40 500

CALDERAS

ACUOTUBULARES

70-100 1.000 15 20 350

Norma UNE-9075 para calderas acuotubulares

.

.

Se obtiene de

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Calderas

7

6. Calor por radiacin (Qr)

El calor perdido por radiacin se calcula midiendo la temperatura y la super-

ficie de la caldera, distinguiendo paredes verticales y horizontales hacia arribay hacia abajo.

En la Tabla 30 del Anexo se indican las prdidas expresadas en W/m2 (si mul-tiplicamos por 0,86 las obtendremos en kcal/h m2).

Al multiplicar por cada superficie se obtienen las prdidas kcal/h.

Si b es el consumo horario de combustible, las prdidas por radiacin seobtendrn de la forma siguiente:

Tambin puede emplearse la Tabla 31 para calcular las prdidas por radiacinen funcin de la produccin mxima del vapor y el ndice de carga.

Ejemplo: Balance energtico en una caldera de vapor de gas natural

Una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.500 h/ao produce 20 t/hde vapor a 20 kg/cm2 y consume 13.000.000 Nm3/ao. La capacidad mxima decaldera es de 25 t/h. Se realiza una purga continua cuyo caudal es de 1.200kg/h.

El anlisis de la combustin revela los siguientes resultados:

O2 = 2%CO2 = 11% CO = 500 ppm

THUMOS = 230 C

PRESION

[kg/cm2]

SALINIDADTOTAL EN

CO3Ca [mg/l]

SILICEEN

SiO2[mg/l]

SOLIDOS ENSUSPENSION

[mg/l]

CLORUROSEN

Cl [mg/l]

0-15 7.000 100 300 3.000CALDERAS

PIROTUBULARES 15-25 4.500 75 300 2.000

Norma UNE-9075 para calderas pirotubulares

Qr=b

hKcal/ [kcal/unidad de combustible] [6]

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Se toma como referencia la temperatura ambiente de 20 C.

Calor entrante:

Se consideran una fuente de calor entrante o calor aportado.

- Calor de combustin, Qco

Qco = PCI = 9.000 kcal/Nm3

De modo que el calor entrante o aportado es:

Qentra = 9.000 kcal/Nm3

Calor saliente

Parte del calor aportado ser empleado en la generacin del vapor y otraparte se perder. Se consideran cuatro puntos de prdida de calor.

- Calor de los humos, QH

De la Tabla 12 se obtiene: 15,5 kg/Nm3

62 kcal/kg

Por lo que, aplicando [3]:

QH = 15,5 kg/Nm3 62 kcal/kg = 961 kcal/Nm3

- Calor por inquemados

Se obtiene de la frmula [4] y se considera [CO] = [CH]

Qig=

000.1500

100.3500

22121

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- Calor por purgas, Qp

De la Tabla 16 se obtiene la entalpa de la purga correspondiente a 20 kg/cm2

hp = 215,9 kcal/kg

- Calor por radiacin, Qr

El ndice de carga de la caldera es 20/25 = 0,8. De la Tabla 31 se obtiene quelas prdidas por radiacin son del orden de 2,4% del calor aportado, por lo que:

Qr = 0,024 9.000 = 216 kcal/Nm3

Qig= 0,73% de 9.000 kcal/Nm = 65,7 kcal/Nm

Qp=aoNm

kgkcalaohhkg

/000.000.13

/9,215/500.7/200.1

3

= 149,6 kcal/Nm3

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El balance queda de la siguiente forma:

3. RENDIMIENTO DE UNA CALDERA

El rendimiento de una caldera puede calcularse por dos mtodos:

- Mtodo directo

Donde:

PV = Produccin de vapor [kg/h]

HV = Entalpa del vapor [kcal/kg]hfe = Entalpa del fluido de entrada [kcal/kg]

PCIb

hHP feVV

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b = Consumo de combustible [Ud. de combustible/h]

PCI = Poder Calorfico Inferior del combustible [kcal/Ud. de combustible]

Se observa que para poder calcular el rendimiento de la caldera por estemtodo ser necesario conocer la produccin horaria del vapor as como el con-sumo de combustible.

Ejemplo: Clculo del rendimiento en una caldera (mtodo directo)

Tenemos una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.600 h/ao, pro-duce 6 t/h de vapor saturado a 7 kg/cm2. El consumo anual de gas natural es de3.850.000 Nm3. El agua de alimentacin est a temperatura ambiente, 20C.

- Mtodo indirecto

Si se desconoce la produccin de vapor o el consumo de combustible se apli-ca este mtodo, tambin conocido como mtodo de las prdidas separadas.

De la Tabla 16 se obtiene la entalpa del vapor saturado a 7 kg/cm2 659,5 kcal/kg

100

/000.9/000.850.3

/205,659/600.7/000.633

NmkcalaoNm

kgkcalaohhkg =......................84,1%84,1%

APORTADO

UTIL

Q

Q

Como: QUTIL= QAPORTADO- QPERDIDAS

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Siendo:

Ejemplo: Clculo del rendimiento en una caldera (mtodo indirecto)

En una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.600 h/ao se obtiene

vapor a 7 kg/cm2. El anlisis de la combustin revela los siguientes datos:O2 = 3%

CO2 = 10%

CO = 0 ppm

THUMOS = 185 C

Aplicando la frmula [3] vista en el balance de una caldera y segn tabla 12,se puede calcular:

Se estiman unas prdidas por purgas y por radiacin del 5% por lo que se ten-dr:

APORTADO

PERDIDAS

APORTADO

PERDIDASAPORTADO

Q

Q

Q

QQ

1

QPERDIDAS= QHUMOS+ QINQUEMADOS+ QPURGAS+ QRADIACION[kcal/Ud. de combustible]

QAPORTADO= PCI [kcal/ unidad de combustible]

Qhumos= 16,3 kg/Nm3 48,037 kcal/kg= 783 kcal/Nm

3

Qpurgas+ Qradiacin= 0,05 9.000 = 450 kcal/Nm3

100000.9

4507831

= 86,3%

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4. MEDIDAS PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

A continuacin se presentan las medidas de ahorro energtico aplicables a lascalderas, tanto si son empleadas para la generacin de vapor como si se utili-zan para el calentamiento de un fluido.

Las medidas de ahorro energtico que se van a considerar son:

4.1 Ajuste de la combustin

4.2 Economizadores en calderas

4.3 Precalentamiento del aire de combustin

4.4 Recuperacin del calor de purgas4.5 Calorifugado de tuberas y tanques

4.6 Eliminacin de fugas de vapor

4.7 Mantenimiento de purgadores

4.8 Expansin del condensado de alta presin

4.9 Recuperacin de condensados

4.10 Cogeneracin con turbina de vapor a contrapresin

4.11 Convertidores de frecuencia en ventiladores de combustin y bombasde alimentacin en calderas

4.12 Sustitucin de calderas elctricas por calderas de gas natural

AJUSTE DE LA COMBUSTIN

Para ver el ahorro por ajuste de combustin habr que calcular el rendimien-

to de la caldera antes (n ci) y despus (n cf) del ajuste de combustin.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:

AxC

Las actuaciones a realizar para mejorar la combustin pueden ser:

a) Ajustar la combustin de forma manual

cf

cicfA

=

cf ci

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14

b) Sustituir los quemadores

c) Instalar microprocesadores de combustin, controlando:

O2

O2 + CO

O2 + CO + Opacidad

En funcin del consumo anual de la caldera, que justifique la inversin, sepropondr la medida a), b) c).

Ejemplo: Ajuste de la combustin de una caldera de gas natural.

Una caldera de vapor genera 7,5 t/h de vapor a 8 kg/cm2 y consume 5.000.000Nm3/ao de gas natural se ha obtenido el siguiente resultado tras el anlisis dela combustin:

O2 = 8%

CO2 = 7,4%

CO = 0 ppm

THUMOS = 200 C

Con la Tabla 12 se obtiene:

21,7 kg/Nm3

52,4 kcal/kg

Analizador de combustin.Cortesa de TESTO

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Calderas

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Por lo tanto, el calor perdido por los gases de la combustin es:

QH = 21,7 52,4 = 1.137 kcal/Nm3

Este calor supone un 12,6% del calor aportado por el combustible (PCI gasnatural = 9.000 kcal/Nm3).

El resto de prdidas se estiman en un 5%. Por lo que el rendimiento de la cal-dera es:

Se realiza un ajuste manual de la combustin y se obtiene el siguiente resul-tado:

O2 = 2,5%

CO2 = 10,5%

THUMOS = 200 C

Del mismo modo se calculan las prdidas por los gases de la combustin y lasprdidas por inquemados:

QH = 9,5%Resto = 5,0%

Por lo que el rendimiento queda:

El ahorro de combustible ser:

Que supondr un ahorro de:

Ahorro energtico = 2.110.465 kWh(PCS)/ao

Que equivalen a = 163,35 tep/ao

Para un precio de gas natural de 2,6 c/kWh(PCS) se tiene un ahorro econ-mico de:

Ahorro econmico = 54.872 /ao

= 1-0,126-0,05 = 0,824 = 82,4%

= 1-0,095-0,05 = 0,855 = 85,5%

A= 1005,85

4,825,85

= 3,63%

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ECONOMIZADORES EN CALDERAS

Con esta medida se pretende aprovechar el calor contenido en los humos dela combustin que salen de la caldera para precalentar el agua de aportacin ala misma.

El ahorro por la instalacin de un economizador secalcular a travs de los rendimientos antes y des-pus de la mejora.

Normalmente, estos rendimientos se calculan porel mtodo indirecto.

Donde:

QPERDIDAS = QHUMOS + QINQUEMADOS + QPURGAS + QRADIACION

Al instalar un economizador lo nico que vara es QHUMOSpues disminuir la temperatura de salida de los humos.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao,el ahorro anual ser: AxC

Ejemplo: Instalacin de un economizador.

Una caldera de vapor de gas natural consume 6.000.000 Nm 3/ao para gene-rar 9 t/h a 10 kg/cm2. El anlisis de la combustin tiene el siguiente resultado:

PCIQPERDIDAS 1

f

ifA

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O2 = 3%

THUMOS = 200 C

Con estos datos y la Tabla 12, se obtiene: 16,3 kg/Nm 3

53,5 kcal/kg

Por lo tanto, las prdidas en los gases de la combustin:

QH = 16,3 kg/Nm3 53,5 kcal/kg = 872 kcal/Nm3

Este calor equivale al 9,69% del calor aportado (PCI gas natural = 9.000kcal/Nm3). El resto de prdidas se estiman en un 6% (prdidas por inquemados,radiacin y purga).

Se instala un economizador para aprovechar parte del calor que tienen los

humos. De esta forma se obtiene que a la salida del economizador la tempera-tura de los humos es de 180 C.

Las nuevas prdidas por humos sern:

QH = 16,3 kg/Nm3 48,03 kcal/kg= 783 kcal/Nm3

Que equivalen a un 8,7% del calor aportado

= 1-0,0969-0,06 = 0,8431 = 84,31%

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Ahorro energtico = 809.302 kWh(PCS)/ao




PRECALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTIN

El empleo de esta medida de ahorro energtico tiene como fin el aprovecha-miento del calor residual de los humos de combustin de la caldera para el pre-calentamiento del aire que ser empleado en dicha combustin.

Precalentador de Aire.

Cortesa de KALFRISA

= 1-0,087-0,06 = 0,853 = 85,30%

A= 10030,85

31,8430,85

= 1,16%

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El uso de precalentadores de aire en calderas, dado el bajo coeficiente glo-bal de transmisin de calor entre dos gases, slo se recomienda como ltimo

recuso y siempre que no se pueda utilizar la entalpa de los gases de salida paraprecalentar otro tipo de fluido (por ejemplo el agua de aporte de red).

El ahorro por la instalacin de cualquier equipo de este tipo se calcular a tra-vs de los rendimientos antes y despus de la mejora.

Normalmente, estos rendimientos se calculan por el mtodo indirecto.

Donde:

QPERDIDAS = QHUMOS + QINQUEMADOS + QPURGAS + QRADIACION

Al instalar un recuperador para precalentar el aire lo nico que vara es QHU-

MOS pues disminuir la temperatura de salida de los humos de la caldera.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:

AxC

Ejemplo: Instalacin de un recuperador para el precalentamiento del airede combustin.

Una caldera de vapor de gas natural genera 15,5 t/h vapor a 12 kg/cm2 y con-sume 10.000.000 Nm3/ao. El anlisis de la combustin tiene el siguiente resul-tado:

O2 = 4%

THUMOS = 210 C

Con estos datos y la Tabla 12, se obtiene: 17,1 kg/Nm3

56kcal/kg

PCI

QPERDIDAS 1

f

ifA

=

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Por lo tanto las prdidas en los gases de la combustin:

QH = 17,1 kg/Nm3 56 kcal/kg = 958 kcal/Nm3

Este calor equivale al 10,64% del calor aportado (PCI gas natural = 9.000kcal/Nm3). El resto de prdidas se estiman en un 6%.

Se instala un recuperador para aprovechar parte del calor que tienen loshumos en precalentar el aire de combustin. De esta forma se obtiene que a lasalida del recuperador la temperatura de los humos es de 180 C.

Las nuevas prdidas por humos sern:

QH = 17,1 kg/Nm3 47,83 kcal/kg = 818 kcal/Nm3

= 1-0,1064-0,06 = 0,8336 = 83,36%

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Que equivalen a un 9% del calor aportado







RECUPERACIN DEL CALOR DE PURGAS

La operacin de purga consiste en extraer slidos disueltos y en suspensin de

la caldera, ya que al vaporizarse el agua aumenta la concentracin de estos sli-dos en el agua que queda, lo que provoca problemas impor-tantes.

El agua evacuada en las purgas de las calderas de vaporest a elevada temperatura y presin. El calor contenido enel agua de purgas se recupera expansionndola en un tan-que y utilizando el lquido y el vapor producidos.

El ahorro obtenido gracias a la recuperacin de estecalor sera:

Recuperadores de calor de purgasCortesa de SPIRAXSARCO

Donde:

Q = Calor recuperado del condensado o purga

n = Rendimiento de la caldera

PCI = Poder Calorfico Inferior del combustible

= 1-0,09-0,06 =0,85 = 85%

A= 10085

36,8385

= 1,93%

combudkcalPCI

aokcalQA

./

/

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Ejemplo: Recuperacin del calor de purgas mediante expansin en un tan-que flash.

Una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.000 h/ao con un rendi-miento del 85%, produce 14 t/h de vapor a 12 kg/cm2. Se realiza una purga con-tinua de 450 kg/h. Esta purga se va a expansionar en un tanque para producirvapor a 3 kg/cm2 que ser enviado a proceso.

El vapor producido ser:

Por lo tanto, el calor recuperado ser:

Q= 343.226 kg/ao 650,1 kcal/kg =223.131.220 kcal/ao

De esta forma se estima que el ahorrode combustible ser:



Que equivalen a 26,25 tep/ao

PV=

( )

( ) aoh

kg

kcal

kg

kcal

h

kg

000.74,1331,650

4,1337,189450

= 343.226 kg/ao

A=

3000.985,0

220.131.223

Nm

kcalao

kcal

= 29.167 Nm3/ao

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CALORIFUGADO DE TUBERAS Y TANQUES

El ahorro producido por el calorifugado de lastuberas y tanques se realiza calculando la diferen-cia de prdidas de calor entre los elementos des-nudos y calorifugados.

Para calcular el calor perdido en accesorios seemplea el baco de Wrede (Tabla 40 del Anexo),teniendo en cuenta que una vlvula equivale a 1,8m de tubera y una brida a 0,3 m de tubera.

Instalacin de calorifugado de tuberas

Los codos, T, injertos, reduccionesequivalen en funcin del dimetro de latubera, a:

1-1,5 a 1 m de tubera

2-5 a 1,5 m de tubera

5,5-10 a 2 m de tubera

Las prdidas de los elementos calori-fugados se calculan por el baco delsuministrador del aislamiento.

Para el clculo de las prdidas en tan-ques y depsitos se utilizan las Tablas 38y 39 del Anexo.

El ahorro ser:

Donde:

combudkcalPCI

ao

hH

h

kcal

A

.

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Ejemplo: Aislamiento de tuberas y vlvulas.

En una caldera de vapor de gas natural que funciona 7.200 h/ao existen 8 mde tubo de 70 mm de dimetro y 4 vlvulas sin aislar. La temperatura del exte-rior de los tubos es de 120 C y la temperatura ambiente es de 20 C. El ren-dimiento de la caldera es del 85%.

Se calculan las prdidas de calor en tuberas y vlvulas sin aislar a partir delbaco de Wrede (Tabla 40).

baco de Wrede

Qtubos = 3 m 280 kcal/m h = 840 kcal/h

Qvlvulas = 4 (1,8 m 280 kcal/m h) = 2.016 kcal/h

QTotal = 2.856 kcal/h

Se procede a colocar un aislamiento de 25 mm en las tuberas y en las vlvu-las de forma que el calor perdido en ellos ser el calculado en los bacos de los

= Diferencia de prdidas calorifugado y desnudaH = Horas de funcionamiento al ao

= Rendimiento de la calderaPCI = Poder Calorfico Inferior del combustible

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suministradores (Se va a suponer que las prdidas dadas por el suministradorson de 10 kcal/m h):

Qtubos = 3 m 10 kcal/m h = 30 kcal/h

Qvlvulas = 4 (1,8 m 10 kcal/m h) = 72 kcal/h

QTotal = 102 kcal/h






Ahorro econmico = 754 /ao

ELIMINACIN DE FUGAS DE VAPOR

Siempre que exista una fuga de vapor se tendr una prdida energtica. Parapoder realizar un ahorro energtico en este aspecto habr que localizar y elimi-nar las fugas de vapor existentes.

El caudal de vapor que sale por un orificio viene dado por la expresin:

Donde:

Q = Caudal de fluido que sale por el orificio [kg/h]

d = Dimetro del orificio [mm]

P = Presin manomtrica del vapor [kg/cm2]

K = Coeficiente de valor 0,35-0,45

A=

( )

3000.985,0

200.7102856.2

Nm

kcalao

h

h

kcal

= 2.592 Nm3

/ao

( )1 2 += PPdKQ

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26

Tambin puede emplearse la Tabla 45 para el clculo del caudal de vapor per-dido a travs de las fugas.

El ahorro de energa por eliminar las fugas de vapor ser:

Donde:

Q = Caudal de vapor que se pierde [kg/h]

H = tiempo que est la fuga de vapor [h/ao]

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud combustible]Ejemplo: Eliminacin de fugas de vapor.

En una caldera de vapor de gas natural se tienen unas fugas localizadas devapor. En total se han encontrado 10 fugas, 4 de 3 mm de dimetro y 6 de 5 mmde dimetro. La instalacin funciona 5.000 h/ao con una produccin especfi-ca de vapor de 12 kg/Nm3 a 8 kg/cm2 de presin.

De acuerdo con la Tabla 45 el caudal de vapor perdido ser:

X

HQA

= [ud. combustible/ao]

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Calderas

27

Orificios de 3 mm: 27 kg/h

Orificios de 5 mm: 75 kg/h

El caudal total de vapor perdido:

Q= 4 27 + 6 75 = 558 kg/h

El ahorro de combustible por eliminar las fugas de vapor ser:



Que equivalen a = 209 tep/ao



MANTENIMIENTO DE PURGADORES

Un purgador de vapor es una vlvula automtica instalada en una conduccinde vapor para eliminar los condensados y el aire.

Los purgadores actan en funcin de diversosparmetros fsicos, pudiendo ser estos parmetrosde tipo mecnico como la densidad, termostticoen base a diferencia de temperaturas entre el vapory el condensado y termodinmico en base a cambiosde fase.

Uno de los parmetros esenciales para el buenfuncionamiento de los purgadores y su mxima efi-ciencia es una correcta instalacin. Una vez com-probado esto, hay que establecer, como objetivoprioritario, un mantenimiento adecuado del mismo.

Purgador de vapor

Cortesa de Spirax Sarco

A=

312

000.5558

Nm

kgao

h

h

kg

= 232.500 Nm3/ao232.500 Nm

3/ao

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28

Si Q es el caudal del vapor que se pierde por los purgadores, el ahorro ener-gtico por eliminar dicho defecto ser:

Donde:

Q = Caudal de vapor que se pierde [kg/h]

H = tiempo que est la fuga de vapor [h/ao]

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud combustible]

Ejemplo: Mantenimiento de los purgadoresPor los purgadores de una caldera de vapor de gas natural se ha estimado que

se pierden 40 kg/h de vapor. La instalacin funciona 7.000 h/ao con una pro-duccin de vapor de 12 kg/Nm3.

El ahorro por eliminar las fugas de vapor ser:






EXPANSIN DEL CONDENSADO DE ALTA PRESIN

Esta medida permite emplear el condensado de una utilizacin de vapor a altapresin para producir ms vapor a una presin inferior que podr ser utilizadoen otro punto del proceso productivo.

Se trata de expansionar el condensado a alta presin en un tanque para gene-rar vapor y nuevos condensados a una presin inferior. Estos nuevos condensa-dos pueden ser expansionados nuevamente en otro tanque y as sucesivamente.

X

HQA

= [ud. combustible/ao]

A=

312

000.740

Nm

kgao

h

h

kg

= 23.334 Nm3/aoA=

312

000.740

Nm

kgao

h

h

kg

=

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Calderas

29

En los sucesivos expansionados habr que llegar a un acuerdo entre el ahorroproducido por la expansin y el coste de la instalacin de nuevos tanques.

Para obtener el ahorro energtico se realiza un balance de masa y calor en eltanque de expansin.

El ahorro producido por el calor recuperado del condensado sera:

Donde:

Ejemplo: Expansin del condensado en un tanque flash.

En una instalacin que emplea vapor generado en una caldera de gas naturalse tiene un caudal de condensados 450 kg/h a 15 kg/cm2. Se quiere expansionareste condensado para producir vapor flash a 4 kg/cm2.

La produccin de vapor ser:

Por lo tanto, el calor recuperado ser:

Q = 653,4 kcal/kg 50,23 kg/h = 32.824 kcal/h

Si la caldera funciona durante 7.500 h/ao, con un rendimiento medio del85%, el ahorro de combustible ser:

[ ][ ]ecombustibldeUdkcalPCI

aokcalQA

./

/

=

Q = Calor recuperado del condensado = Rendimiento de la caldera

PCI = Poder Calorfico Inferior del combustible

PV=

kg

kcal

kg

kcal

h

kg

7,1434,653

7,1436,200450

= 50,23 kg/h

A=

3000.985,0

500.732.824

Nm

kcalao

h

h

kcal

= 32.180 Nm

3/ao

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30

que supondr un ahorro de:





RECUPERACIN DE CONDENSADOS

A.Tanque de condensados atmosfricoEl calor del condensado se recupera en un intercambiador o en un tanque

flash, donde se obtiene vapor que se puede emplear en el proceso productivo oen el precalentamiento del agua de aporte a la caldera. El calor del condensa-

do del tanque flash se puede recuperar en un intercam-biador de placas.

Al introducir el agua en la caldera a una temperaturasuperior a la del agua de red se obtiene un incremento del

rendimiento de la caldera, o lo que es lo mismo, un des-censo del consumo de combustible.

Como se conoce el rendimiento de la caldera se aplicala frmula directa para obtener la produccin especficade vapor [kg vapor/ud. combustible]

Depsito de condensados

Donde:

El ahorro de combustible sera:

PCI

HHX CV

=

= Rendimiento de la caldera

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud. combustible]HV= Entalpa del vapor [kcal/kg]HC= Entalpa del agua de aporte a la caldera [kcal/kg]PCI = Poder Calorfico inferior del combustible [kcal/ud. combustible]

F

IF

XXXA =

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Calderas

31

Donde:

XF = Produccin especfica de vapor despus de la mejora

XI = Produccin especfica del vapor antes de la mejora

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:A x C

B.Recuperacin de condensados a presin en instalaciones tipo circuitocerrado

Esta instalacin aprovecha el condensado a una presin intermedia entre lade utilizacin y la atmosfrica. Para ello, el tanque de alimentacin se encuen-

tra presurizado y se utiliza una bomba de alimentacin a caldera capaz de tra-bajar a dicha presin.

El ahorro se calcula aplicando el mismo mtodo que A pero HC ser la ental-

pa del condensado correspondiente.

C.Recuperacin de condensados a presin en instalaciones tipo circuitosemi-cerrado

Esta instalacin aprovecha el condensado a la presin de utilizacin expansio-nndolo en un tanque flash, produciendo vapor a baja presin que se utiliza enel proceso y el condensado resultante se introduce a la caldera a dicha presin,utilizando una bomba de alimentacin a caldera capaz de trabajar en dichascondiciones.

Para el clculo del ahorro:

- Por aumentar la temperatura del condensado, se utiliza el mismo mtodoque A.

- Por la produccin de vapor flash, se utiliza el mismo mtodo la recupera-

cin del calor de purgas.D. Instalacin de una Unidad de Recuperacin deCondensados (U.R.C.)

Una U.R.C es un conjunto formado por: Circuito en bucle conbomba de recirculacin, termocompresor, refrigerador deajuste, eliminador de aire y elementos de medida, capaz detomar el condensado de la propia lnea de condensados yenviarlo directamente a la caldera.

U.R.C. Cortesa de Valsteam Engineering

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32

Este conjunto aporta las ventajas siguientes:

- Al enviar el condensado directamente a la caldera desaparecen las prdi-

das por revaporizacin, con lo que hay un ahorro importante de combusti-ble.

- El hecho de no pasar por el depsito de condensados, tener toda la insta-lacin a presin y de existir una desaireacin continua, mejora el coeficien-te de transmisin en los aparatos consumidores de vapor, acorta los tiem-pos de calentamiento y mitiga la presencia de oxgeno en las conducciones,lo que reduce en gran medida las corrosiones de las mismas, evitando laadicin de hidracina u otros inhibidores de oxgeno.

- Todo el revaporizado es agua nueva a aportar, por lo que su desaparicinhace innecesaria dicha aportacin, reduciendo el consumo de agua y sucoste de tratamiento.

- Paralelamente, la menor adicin de agua nueva hace descender el ritmo deconcentracin de sales disueltas en el interior de la caldera, pudiendoespaciar las purgas de la misma con el consiguiente nuevo ahorro de aguay de combustible.

- En el caso de recuperacin total de condensados, la purga se hace terica-

mente innecesaria y bastara una pequea purga cada dos das para mante-ner perfectamente la salinidad adecuada en la caldera.

Ejemplo: Precalentamiento agua de aporte a caldera mediante vaporflash del tanque de condensados atmosfrico.

Una fbrica de fibras textiles dispone de una caldera de gas natural quegenera 5 t/h de vapor saturado a 5 kg/cm2 para su proceso productivo. Trasemplear el vapor en el proceso, los condensados se introducen en un depsitoatmosfrico en el que se evacuan 230 kg/h de vapor flash.

Se pretende aprovechar el vapor flash para precalentar el agua de aporte acaldera, de 17 C hasta 41,8 C.

El rendimiento de la caldera es del 86%, y la produccin especfica de vapores de 12,11 kg/Nm3 de gas natural.

Precalentando el agua hasta 41,8 C, la nueva produccin de vapor en la cal-dera se calcula aplicando la siguiente frmula:

PCI

HH

X CV

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Calderas

33

Por lo que:

Si el consumo anual de combustible es de 19.203.810 kWh(PCS)/ao, el aho-rro obtenido es de:



Para un precio de gas natural de 2,4 c/kWh(PCS) se tiene un ahorro econ-

mico de:Ahorro econmico = 19.175 /ao

COGENERACIN CON TURBINA DE VAPOR A CONTRAPRESIN

Para instalaciones que precisen vapor a dife-rentes niveles trmicos, se puede pensar en unsistema de cogeneracin con turbina de vapor a

contrapresin.En una caldera de vapor se genera vapor a alta

presin. Parte de este vapor es enviado a proce-so y otra parte a una turbina de vapor. De estaturbina se pueden hacer extracciones a las pre-siones que se requiera que est el resto del vapordel proceso.

Turbina de vapor. Cortesa ELCOGAS

= Rendimiento de la caldera

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud. combustible]

HV= Entalpa del vapor [kcal/kg]HC= Entalpa del agua de aporte a la caldera [kcal/kg]PCI = Poder Calorfico inferior del combustible [kcal/ud. combustible]

30009

841656860

Nm/kcal.

kg/kcal,X,

X = 12,6 kg/Nm3gas natural

El ahorro obtenido ser: 612

1112612

,

,,A

= 3,9 %

( )

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Ejemplo: Cogeneracin con turbina de vapor a contrapresin.

Una instalacin que funciona 7.000 h/ao requiere 5 t/h de vapor a 15kg/cm2, 3 t/h a 6 kg/cm2 y 3 t/h a 3 kg/cm2.

El vapor proveniente de una caldera de vapor de gas natural a 15 kg/cm 2 selamina para alcanzar las presiones de trabajo requeridas.

Se propone instalar una turbina de vapor a contrapresin en la que se reali-zarn extracciones a las presiones de trabajo requeridas. El rendimiento mec-nico de la turbina es del 97,5%.

La instalacin quedara del siguiente modo:

La potencia aprovechada en la turbina, suponiendo un rendimiento isoentr-pico de 0,65, ser:

Esta potencia podr ser empleada en, por ejemplo, generacin de energaelctrica. Si el rendimiento del alternador es del 96% la generacin elctricaser:

P= 975,0860

35,6288,666000.75,6348,666000.3

kWh

kcal

kg

kcal

h

kg

kg

kcal

h

kg

= 415 kW

E.E. = 96,0000.7415 ao

h

kW = 2.788.800 kWh/ao

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Calderas

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CONVERTIDORES DE FRECUENCIA EN VENTILADORES DECOMBUSTIN Y BOMBAS DE AGUA DE

ALIMENTACIN DE CALDERASFrecuentemente, los ventiladores y bombas de agua de

alimentacin estn muy sobredimensionados, funcionandouna gran parte del tiempo en condiciones muy por debajo delas nominales. Por este motivo, el cortatiros y la vlvulaempleados para la regulacin del caudal trabajan en posi-cin muy cerrada durante todo el tiempo.

En la regulacin de dichas variables, gran parte de lapotencia absorbida por los motores de accionamiento seemplea en compensar la prdida de carga producida en elcortatiros y la vlvula.

Convertidor de frecuencia.Cortesa de OMRON

La sustitucin de estos sistemas convencionales por sistemas que realizan laregulacin de caudal, en base a la variacin de velocidad de los motores elc-tricos de accionamiento por medio de conversores de frecuencia, evita esta pr-

dida de energa.Cuando el rgimen de trabajo de una caldera de produccin superior a 25 t/h

vara frecuentemente, siendo durante mucho tiempo menor del nominal, el con-sumo de energa de los accionamientos del ventilador y de la bomba se puedereducir hasta un 70% y un 25%, respectivamente, de la energa consumida conlos sistemas de regulacin convencionales.

El pay-back de la inversin de este tipo de instalaciones se puede asegurarque, en la mayora de los casos, es menor de dos aos.

Ejemplo: Instalacin de un variador de velocidad para el ventilador de unacaldera

En el ventilador de una caldera de gas natural se han medido los siguientesparmetros:

% CargaPotencia

absorbida [kW]Caudal de aire

[kg/h]

100% 50 25.000

50% 30 11.500

15% 18 3.000

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La caldera trabaja 7.500 h/ao:

- 5.000 h/ao lo hace a un 50% de carga

- 2.500 h/ao lo hace a un 15% de carga

Como el caudal es de la forma Q = K N, para la carga al 50% se puede rela-cionar:

Como la potencia es de la forma P = K N3, para la carga al 50% se puede rela-cionar:

Operando de la misma manera para una carga de 15%:

El ahorro de energa obtenible sera:

A. Energtico = 170.454 kWh/ao


Para un precio de la energa elctrica de 7,3 c/kWh se tiene un ahorro eco-nmico de:


174,2500.11

000.25

2

1

2

1

2

1 N

N

NK

NK

Q

Q

275,10174,2 3

2

1

3

2

1

3

2

3

1

2

1

P

P

N

N

N

N

P

P

kWPP

P866,4

275,10

50275,10 2

2

1

En el caudal 33,8000.3

000.25

3

1

3

1 N

N

Q

Q

En la potencia 33

3

3

1

3

1 33,8N

N

P

P

Luego,

kWP 0865,033,8

5033

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Calderas

37

Ejemplo: Instalacin de un variador de velocidad para la bomba de ali-mentacin de caldera.

En la bomba de alimentacin de una caldera se han medido los parmetrossiguientes:

La caldera trabaja 7.500 h/ao:- 5.000 h/ao lo hace a un 50% de carga

- 2.500 h/ao lo hace a un 10% de cargaEn base a la curva caracterstica de la bomba de agua de alimentacin de la

caldera se tiene:

La potencia absorbida en la situacin actual y teniendo en cuenta el variadorde velocidad, para caudales iguales:

% CargaPotencia absorbida

[kW]

50% 25

10% 20

Carga de la caldera 50%

Caudal de agua 15 m3/h

Actual H1= 25 kg/cm2

Previsto (con variador develocidad)

H2= 15 kg/cm2

1

1

1

10

HQP =

2

2

2

10

HQP =

12

21

2

1

H

H

P

P=

9,01

2 =

,

12

2

1 67,09,015

25PP

P

P==

- Al 50% de carga:

P2= 0,67 25 = 16,75 kW

- Al 10% de carga:

P3= 0,67 20 = 13,4 kW

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El ahorro de energa obtenible sera:

A. Energtico = 57.750 kWh/ao


Para un precio de la energa elctrica de 7,3 c/kWh se tiene un ahorro eco-nmico de:


SUSTITUCIN DE UNA CALDERA ELCTRICA POR CALDERA DE

GAS NATURAL

Mediante esta propuesta de mejora se calcula el ahorroobtenido al sustituir las calderas elctricas de una fbricapor una caldera de gas natural.

Caldera de gas natural

Ejemplo: Sustitucin de calderas elctricas por calderas de gas natural

En una empresa textil se dispone de 23 calderas elctricas para calentar unfluido trmico (difenilo), que se demanda para el proceso productivo en esta-do lquido a (250 C y 2 3 kg/cm2) y en estado gaseoso (a 220 250 C y 0,5 0,6 kg/cm2).

La potencia total instalada en las calderas es de 847 kW, funcionando con ungrado de carga medio del 50%. Mediante el difenilo se obtiene energa trmi-ca a altas temperaturas que se precisa en diferentes puntos de consumo.

Se propone sustituir las calderas elctricas por una caldera de gas naturalque genere el fluido trmico a la mxima presin demandada, regulando latemperatura en cada punto de consumo mediante vlvulas reductoras de pre-sin y vlvulas de tres vas.

El consumo de las calderas elctricas, para un funcionamiento anual de 7.800

h/ao, es:847 kW 7.800 h/ao 0,5 = 3.303.300 kWh/ao = 826 tep/ao

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Calderas

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El rendimiento de las calderas elctricas para un grado de carga medio del50% es del 85%, por lo que la energa trmica generada es de:

3.303.300 kWh/ao 0,85 = 2.807.805 kWh/ao

El consumo de la caldera de gas natural para producir esta energa trmicademandada, para un rendimiento de la caldera del 75%, es el siguiente:

2.807.805 kWh/ao / 0,75 / 0,9 = 4.159.711 kWh (PCS)/ao = 322 tep/ao

El ahorro energtico sera, por lo tanto de:

Ahorro energtico = 826 - 322 = 504 tep/ao

Ahorro econmico para un precio de energa elctrica de 7,8 c/kWh y gasnatural de 2,3 c/kWh:

A. Econmico =kWh

c

ao

kWh

kWh

c

ao

kWh 3,2711.159.4

8,7300.303.3 = 161.984 /ao

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UPME

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EELLAABBOORRAADDOOPPOORR::

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDDDEELLAATTLLNNTTIICCOOGGRRUUPPOODDEEGGEESSTTIINNEEFFIICCIIEENNTTEEDDEEEENNEERRGGAA,,KKAAII::DDRR..JJUUAANNCCAARRLLOOSSCCAAMMPPOOSSAAVVEELLLLAA,,IINNVVEESSTTIIGGAADDOORRPPRRIINNCCIIPPAALL..MMSSCC..EEDDGGAARRLLOORRAAFFIIGGUUEERROOAA,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..MMSSCC..LLOOUURRDDEESSMMEERRIIOOSSTTAANNDD,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..MMSSCC..IIVVNNTTOOVVAARROOSSPPIINNOO,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..IINNGG..AALLFFRREEDDOONNAAVVAARRRROOGGMMEEZZ,,AAUUXXIILLIIAARRDDEEIINNVVEESSTTIIGGAACCIINN..

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDAAUUTTNNOOMMAADDEEOOCCCCIIDDEENNTTEEGGRRUUPPOODDEEIINNVVEESSTTIIGGAACCIINNEENNEENNEERRGGAASS,,GGIIEENN::MMSSCC..EENNRRIIQQUUEECCIIRROOQQUUIISSPPEEOOQQUUEEAA,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..MMSSCC..JJUUAANNRRIICCAARRDDOOVVIIDDAALLMMEEDDIINNAA,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..MMSSCC..YYUURRIILLPPEEZZCCAASSTTRRIILLLLNN,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..EESSPP..RROOSSAAUURRAACCAASSTTRRIILLLLNNMMEENNDDOOZZAA,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

AASSEESSOORRMMSSCC..OOMMAARRPPRRIIAASSCCAAIICCEEDDOO,,CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

UUNN PPRROOYYEECCTTOO DDEE LLAA UUNNIIDDAADD DDEE PPLLAANNEEAACCIINN MMIINNEERROOEENNEERRGGTTIICCAA DDEE CCOOLLOOMMBBIIAA ((UUPPMMEE)) YY EELL IINNSSTTIITTUUTTOOCCOOLLOOMMBBIIAANNOO PPAARRAA EELL DDEESSAARRRROOLLLLOO DDEE LLAA CCIIEENNCCIIAA YY LLAATTEECCNNOOLLOOGGAA..FFRRAANNCCIISSCCOOJJOOSSDDEECCAALLDDAASS((CCOOLLCCIIEENNCCIIAASS))..

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______________________________________________________________________________________________________________________________

EEFFIICCIIEENNCCIIAAEENNEERRGGTTIICCAAEENNLLAAGGEENNEERRAACCIINNYYDDIISSTTRRIIBBUUCCIINNDDEELLVVAAPPOORR 1

11.. AANNLLIISSIISSDDEESSIISSTTEEMMAASSDDEEVVAAPPOORR

El vapor de agua es uno de los medios de transmisin de calor de mayorefectividad, y su fcil generacin y manejo lo han situado como uno de losservicios auxiliares ms difundidos en la industria. En los diagnsticos energticos,se han encontrado grandes potenciales de ahorro en la generacin y distribucinde vapor, que van desde 5 hasta 20% del consumo de combustible.

El presente documento contiene informacin base a ser empleada para evaluarenergtica y econmicamente el potencial existente en sistemas de generacin ydistribucin vapor. La informacin contenida se encuentra dividida en:

1. MMEEDDIICCIIOONNEESS..En la parte correspondiente a mediciones, se tratan de aspectos

bsicos de instrumentacin como las mediciones que son requeridas pararealizar evaluaciones, la forma de realizarlas y mtodos alternativos para elcaso de que no se cuente con los instrumentos necesarios o con laposibilidad de tomar la medicin.

2. MMTTOODDOOSSDDEECCLLCCUULLOO..Dada la aceptacin a escala internacional del cdigode pruebas de potencia de la American Society of Mechanical Engineers(ASME PTC 4.1); este fue tomado como referencia para el clculo de laeficiencia en generadores de vapor, utilizando los mtodos de prdidas, y elde entradas y salidas (Directo).

11..11 MMEEDDIICCIIOONNEESSYYPPRRUUEEBBAASSDDEECCOOMMBBUUSSTTIINNEENNLLOOSSGGEENNEERRAADDOORREESSDDEEVVAAPPOORR..

La medicin en un diagnostico energtico, es una etapa que, mediante lainstrumentacin adecuada, experiencia, buen criterio, programacin, anlisis,coordinacin y planeacin apropiadas, permite dar seguimiento al flujo ydistribucin de energa en sus procesos de transformacin y establecer un balanceen cada etapa y en cualquier tiempo.

An cuando las aplicaciones, usos finales, fuentes de prdida y formas de laenerga son numerosas, conceptualmente los procesos siguen patrones bienestablecidos y sencillos en sus transformaciones de energa qumica trmica

mecnicaelctrica.

Para la medicin, se parte del conocimiento de los parmetros que intervienen encada etapa de transformacin, de los efectos que el cambio produce en ellos y delos patrones que siguen esos cambios.

La calidad del diagnstico energtico, y por lo tanto la efectividad de las medidasque se recomienden, depender de la precisin, exactitud, forma y condiciones enque las mediciones sean tomadas, por lo que habr que cuidar la variacin entre

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lecturas y para una serie de lecturas del mismo parmetro y bajo las mismascondiciones, se esperaran valores similares, en caso contrario se debernanalizar buscando el origen de la variacin; mediciones de la misma variable ybajo las mismas condiciones debern mostrar valores con poca variacin, en casocontrario las lecturas debern desecharse y se tendrn que repetir las medicioneshasta obtener la precisin adecuada. Otro aspecto importante es el punto dondese tomen las mediciones.

a. Propsito de las Pruebas y Mediciones. Las pruebas y mediciones tendrncomo objetivo, conocer el comportamiento energtico de la unidad, por lo queser importante y necesario representar o reproducir las condiciones yrgimen de operacin que normalmente se tienen durante la mayor parte deltiempo en servicio, en la unidad que se prueba.

Los parmetros principales a medir sern aquellos cuya influencia esimportante o determinante en los clculos de eficiencia o rendimientoenergtico de la caldera, y de stos, aquellos con mayor exigencia en laprecisin sern los que en forma directa o en mayor proporcin participen enel clculo de prdidas.

b. Condiciones Deseables de Prueba.La campaa de mediciones y pruebasnos presenta tambin la oportunidad de determinar, adems del rendimientoenergtico, la capacidad real de generacin y la identificacin de reas demejora operativa o de factores limitantes para obtener la generacin mximay ptima del generador de vapor, por lo que ser recomendable revisar y de

preferencia comprobar que sean previstas en la planeacin de campaa demediciones como mnimo las condiciones que se dan al final.

c. Pruebas a Diferente Rgimen. An cuando sera deseable conocer elcomportamiento de una caldera en toda su gama de capacidades, estacondicin y las posibilidades prcticas de conseguirlo son poco comunes poralguna, entre otras, de las siguientes razones:

Condiciones determinantes por demanda de usuarios principales delvapor.

Perfil de carga constante.

Imposibilidad por deterioro o derrateo de la unidad para alcanzar sucapacidad nominal.

Problemas con sistemas o equipos auxiliares. Ajustes o problemas de potencia del sistema de control. Sobredimensionamiento de las unidades. Diseo original inapropiado del generador de vapor.

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11..22 PPRREEPPAARRAACCIINNDDEELLAASSMMEEDDIICCIIOONNEESS..

Se sugiere que previamente a la prueba en que se realizarn las mediciones, semantenga la carga del generador de vapor durante un lapso de una hora para quelos parmetros: presin, temperatura y flujo se estabilicen. A partir de los 30minutos, se tomarn lecturas para verificar la estabilidad y en el caso de que stase haya logrado, se proceder a iniciar la prueba.

Antes de realizar las pruebas y las mediciones correspondientes, es convenienterealizar una inspeccin completa al sistema para verificar la operacin de todos losinstrumentos, incluyendo los equipos porttiles. El equipo de trabajo darindicaciones al personal que participar en las mediciones y en la prueba. Con elpropsito de que todos los datos necesarios para el clculo sean obtenidos.

Las pruebas se realizarn de ser posible, al 50% (carga baja), 75% (carga media)y al 100 % (carga mxima de trabajo), de acuerdo al proceso productivo. Cadaprueba se realizar durante una hora y se tomarn mediciones cada 15 minutos,las que se registrarn en los formatos correspondientes. Los valores medidos nodeben tener discrepancias mayores del 5% entre s en cada prueba, pues de locontrario sta tendr que repetirse.

11..33 DDIIFFEERREENNTTEESSOOPPCCIIOONNEESSDDEEPPRRUUEEBBAA..

La medicin plantea un problema diferente para cada planta de acuerdo con elservicio, las necesidades y la calidad requerida del vapor por los usuarios en

planta, sin embargo hay una serie de opciones o artificios que pueden serempleados por el consultor o ejecutor de las pruebas y de los cuales, sin que estosea limitativo, se exponen a continuacin algunos.

1. Distribucin de Carga.Las plantas que cuentan con ms de una unidad endisponibilidad; ya sea en servicios todos o con unidad en reserva tendrnsiempre posibilidades de operar con otras unidades para lograr el niveldeseado en cada carga o rgimen seleccionado para medicin.

Esto particularmente resuelve los problemas de alta carga en el caso de lareserva y de alta o baja carga en el caso de usar otras unidades en servicio.

Lo anterior sin embargo establece el concurso de varios condicionantes,entre otros: que las calderas alimenten al mismo sistema, que operen a lamisma presin de trabajo, que no sean de capacidades muy distintas, etc.

2. Programacin de Acuerdo con el Perfil de Carga Normal. Esta opcinnormalmente requiere de un tiempo ms amplio en la ejecucin de lacampaa de mediciones ya que para tener representados diferentes nivelesde carga debe ajustarse al perfil de un perodo tpico de operacin que

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incluya los valores mnimo y mximo de carga en la planta y ese perodopuede ser diario, semanal, mensual, etc.

3. Programa de Pruebas con Produccin Programada. Si el perfil y procesosnormales de produccin no permiten representar los niveles de carga en todala gama deseada, hay la posibilidad de convenir temporalmente y por mnimotiempo posible, algunas operaciones del proceso ya sea para desplazar unaoperacin respecto de otra o para hacerlas coincidir.

Lo anterior puede convenirse, en fechas, horas y duracin, con losresponsables a cargo de produccin y de reas especficas de proceso ypermitir realizar las pruebas en menor tiempo que en la opcin anterior.

4. Variacin del Rgimen de Combustin Independientemente de la

Generacin de Vapor. En muchos casos podr realizarse la operacin devariar temporalmente el rgimen de combustin de una caldera y realizarmediciones de combustin a diferentes regmenes entre el mnimo y elmximo independientemente de la generacin de vapor instantnea.

Lo anterior es posible de acuerdo con los siguientes razonamientos:

La gran mayora de las calderas industriales, medianas y pequeas, encapacidades de generacin nominales de 500 CC y menores estnequipadas con sistemas de control de combustin tipo posicionador -paralelo y control de dos posiciones y un elemento para el sistema de

agua de alimentacin (o de nivel).

Las calderas tienen almacenamiento o inercia trmica que puedenadecuadamente aprovechar por perodos cortos.

El control de agua de alimentacin, por otro lado, opera en formaindependiente y nicamente obedece a seales de arranque y paro de labomba de alimentacin, a travs de seales de un interruptor en el casco(envolvente - coraza - cuerpo) o domo de la caldera segn el tipo.

En el caso de control de combustin, lo anterior significa, que para cada

valor de presin, dentro de la banda de desviaciones permisible delcontrol de presin de vapor, corresponde una posicin angular del ejemaestro y para cada ngulo de la manivela de ste hay una posicin fijadel mecanismo de leva/seguidor o manivela en la vlvula de control,segn el tipo de combustible correspondiente con una posicin fija de lascompuertas de registros y de regulacin de aire.

Un buen nmero de calderas tienen controles de agua de alimentacin dedos posiciones (dentro-fuera) cuyas caractersticas e influencia en el

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control de combustin pueden aprovecharse adecuadamente para estasmaniobras.

Esta configuracin permite el operar por perodos cortos, el control decombustin a diferente rgimen de fuego independientemente que setenga alta o baja evaporacin en la caldera.

Las calderas pueden operarse manualmente y conseguir una situacinfavorable de combinacin, presin de vapor-nivel de agua adecuada parala operacin por corto tiempo a un rgimen de combustin distinto al de lageneracin instantnea.

Adems en calderas medianas y pequeas la estabilidad en lascondiciones de combustin y anlisis de gases puede lograrse en pocos

minutos, as como la temperatura con un factor de correccin que noinfluye en la veracidad de los resultados.

Si se analizan los conceptos anteriores se entender que es relativamente fciloperar manualmente, ya sea con desconexin de mecanismos maestros o sinnecesidad de stos y lograr prcticamente cualquier nivel de rgimen decombustin, dentro de las capacidades del sistema, para obtener una informacincompleta de las unidades y lograr un diagnstico adecuado.

Lo anterior se consigue variando manualmente el nivel o rgimen de combustindesde el tablero de control, cuando se tiene control manual remoto, o bien

desconectando el varillaje del servomotor de control de presin, que permitaoperar manualmente el eje maestro al ngulo o posicin que requiere el rgimende combustin deseado.

Esta condicin permite obtener mediciones confiables de combustin y anlisis degases para cualquier condicin de carga a prcticamente cualquier generacin devapor y con bajo margen de error en la temperatura de gases. Lo anterior es mscierto en las calderas de tubos de humo, las que por otras parte, permiten tambinun margen en tiempo de estas condiciones de carga ficticia dada la mayorrelacin de almacenamiento de agua a produccin de vapor con respecto a lascalderas de tubos de agua.

En los casos de calderas con sistemas de control ms elaborado como elposicionador en serie, tambin se aplica lo anterior y cuando las calderas estnequipadas con control modulante de agua de alimentacin, estas operacionestambin pueden realizarse con mayor precisin y seguridad.

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Tabla 1. Lista de Mediciones y Lugares Donde se van a Efectuar.

MMEEDDIICCIINN LLUUGGAARRMMEEDDIIOOAAMMBBIIEENNTTEE

Temperatura ambiente de bulbo seco Temperatura ambiente de bulbo hmedo Humedad relativa Presin baromtrica

rea donde se localice el sistema de generaciny distribucin de vapor.(Punto No. 9)

GGEENNEERRAADDOORRDDEEVVAAPPOORRChimeneaAnlisis de gasesTemperatura de gases de escape

En algn lugar de la tubera, lo ms cercanoposible al cuerpo de la caldera, para evitar quela medicin se vea afectada por posiblesinfiltraciones de aire. (Punto No. 2,3 4)

Agua de alimentacin Flujo Temperatura Presin Conductividad

En la instrumentacin localizada a la descarga

de la bomba de agua de alimentacin y en eltanque de agua de alimentacin.(Punto No. 1 10)

Vapor Flujo Temperatura Presin

En la instrumentacin localizada en el generadorde vapor, o en el cabezal de distribucin devapor.(Punto No. 8)

Combustible Flujo Temperatura

En el tanque de da, a la descarga de la bombadel combustible o en la caseta del suministro decombustible. (Punto No. 6 u 7)

Aire Temperatura del aire a quemadores

En cuarto de mquinas. En el ducto de aire o ala salida del calentador de aire. (Punto No. 5)

TTUUBBEERRAA,,TTAANNQQUUEESSYYDDEEPPSSIITTOOSS

Temperatura de superficieDimensiones del equipo o tubera

Superficie o pared del equipo que se trate,En el cuerpo del equipo que se trate.

FFUUGGAASS

Dimetro de fugaPresin del vapor fugadoTemperatura de la fuga

En el lugar donde se detecten.

PPUURRGGAASS

Temperatura

Presin Flujo

Cabezales de distribucin o instrumentacin

localizada en tanques. (Punto No. 11)

TTRRAAMMPPAASSDDEE VVAAPPOORR

Sonido emitido por el flujo de vapor Sonido emitido por el flujo de

condensado Sonido emitido por falla del dispositivo

interno de la trampa de vapor.Temperaturas y presiones de trabajo

Tubera antes de la trampaTubera de descarga de la trampaEn el cuerpo de la trampa de vapor

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Figura 1.Diagrama Simplificado del Generador de Vapor.

Quemador

Economizador

Calentador

de aire

Agua de

alimentacin

Agua de atemperacin

Precalentador de aire

con vapor

Ventilador de

tiro forzado

Combustible

lquido

Combustible

gaseoso

Sobrecalentador

Soplador de holln o

servicios de vapor auxiliar

PurgasDomo

1

2

3

4

Aire para combustin 5

7

6

8

9

10

11

Vapor principal

Fuente

de calorVentilador de tiro inducido

Chimenea

Calentador decombustible

lquido

Frontera delgenerador de

vapor

Atemperador

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11..44 IINNSSTTRRUUMMEENNTTOOSSDDEEMMEEDDIICCIINN..

Los principios bsicos que la medicin emplea son sencillos y slidos, suconocimiento es fundamental para interpretar con buen criterio los resultados quese obtengan y el levantamiento en las plantas de industria media; puede requeriralgunos das de esfuerzo de buena ingeniera.

La seleccin del equipo apropiado para mediciones y el uso efectivo que se hagade l, son muy importantes en el programa de conservacin de energa y debenconsiderarse en las etapas iniciales de ste. Para una adecuada seleccin delequipo, tome en cuenta aspectos y condiciones reales de servicio, y considere lossiguientes factores:

a. Resistencia a la intemperie, temperatura, corrosin, abrasin al medio,vibraciones e impacto en el uso normal del equipo.

b. Factibilidad de instalacin, espacio requerido y necesidad de interrumpir elproceso.

c. Fuente de energa y costos requeridos para su operacin.

d. Costos iniciales de entrenamiento, refacciones y servicio.

e. Rango de valores medidos, proteccin contra variaciones sbitas.

f. Generalmente la versatilidad y la efectividad tienen signos opuestos.

g. Precisin del aparato.

El conocimiento de fenmenos fsicos y qumicos; y el comportamiento demateriales y fluidos, amplan el horizonte de posibilidades de medicin y la gamade habilidades de la instrumentacin disponible.

11..55 TTOOMMAADDEEMMEEDDIICCIIOONNEESS..

Es frecuente que los regmenes de energa no puedan ser medidos directamente y

se calculen a partir de mediciones de parmetros como presin, voltaje,temperatura, amperaje, anlisis u otros.

1.5.1 Mediciones de Condiciones del Medio Ambiente.

Se tomarn en el cuarto de mquinas junto al generador de vapor.

Temperatura de Bulbo Seco: Corresponde a la temperatura normal delambiente y es medida por un termmetro de bulbo o cualquier otro tipo.

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Temperatura de Bulbo Hmedo:Corresponde a la temperatura medida porun psicrmetro (termmetro similar al anterior pero con una mecha o algodnmojado en la parte sensible por donde se hace circular aire del ambiente).

Humedad Relativa: Se determina con la temperatura de bulbo seco yhmedo usando tablas psicromtricas o con un psicrmetro.

Presin Baromtrica:Se determina con un barmetro, barmetro aneroide oconociendo la elevacin del lugar y consultando tablas.

Frmula aproximada para determinar la presin baromtrica de un lugarconociendo su elevacin sobre el nivel del mar, vlido entre 500 y 4000 m.

1000

50033,10Pr

haBaromtricesin

Donde:

P: Presin baromtrica en m columna de agua.h: Elevacin del lugar en m.

Mtodo Alternativo:

Se podr usar la presin baromtrica del lugar determinada por lasNormales Climatolgicas, del Servicio Meteorolgico Nacional.

1.5.2 Generador de Vapor

Flujo de Vapor:Su medicin se realiza por medio de medidores de flujo (detoberas, orificio) instalados en la tubera de salida del generador de vapor oen el ramal de la red de distribucin en los puntos o secciones convenientes.

Mtodos Alternativos:

1. Para el caso especfico de produccin de vapor de un generador semedir la variacin de nivel en el tanque de agua de alimentacin,

manteniendo cerradas la purga continua y de superficie del generador devapor durante la medicin.

2. En algunos casos, se puede estimar el flujo de vapor si se conoce: lapotencia demandada real, el modelo y el dimetro del impulsor de labomba del agua de alimentacin al generador de vapor; el flujo sedetermina de acuerdo a la presin de descarga promedio de la bomba,potencia requerida por la bomba y utilizando las curvas proporcionadaspor el fabricante de la misma.

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3. Mediante la medicin y la suma del condensado que sale de los equipos alos cuales se les suministra vapor, y agregando el agua de repuesto y lasprdidas en distribucin. Esta medicin se realizar en el tanque decondensados midiendo la variacin de su nivel, adems de cerrar todasaquellas vlvulas que pudieran afectar la medicin.

4. Con la medicin del agua de alimentacin.

Temperatura del Vapor:Por medio de termmetro ya instalado en la tuberade salida del generador de vapor, en el caso de tener medicin detemperatura en los tableros de control o en grficos, podrn tomarse dichosvalores.

Mtodos Alternativos:

1. Si se trata de vapor saturado que es el ms comn; con la medicinprecisa de presin y el uso de tablas de vapor podemos obtener el valorde este parmetro.

2. Si se trata de vapor sobrecalentado y no existen termmetros en elgenerador de vapor, cabezales, equipos que reciben el vapor o cuarto decontrol, una alternativa emprica es medir la temperatura en un puntoconveniente que este desnudo y limpio, y sumar 15 C.

Presin del Vapor:Por medio de un manmetro ya instalado en la tubera

de salida del generador de vapor.

Mtodo Alternativo:

1. Si se trata de vapor saturado, se puede determinar si se conoce sutemperatura, mediante tablas de vapor.

1.5.3 Anlisis de Gases

Por medio del analizador de gases de combustin Orsat o analizador electrnicode gases de combustin, se debern tomar muestras a diferentes penetraciones

del ducto de escape de gases.

En caso de que no existan los puertos para realizar las mediciones correctamente,no sirven los que se encuentran para las mediciones de Semarnap, porque seencuentran alejados de la fuente; se puede hacer un orificio de toma de muestrasen el ducto de descarga de gases, cuidando que ste no se localice en puntosdonde exista infiltracin de aire o cambio de direccin del flujo de gases. Serecomienda realizar este orificio a la salida del generador de vapor.

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Temperatura de Gases: Por medio de un termmetro o termopar en elmismo orificio donde se tom la muestra de gases. Es recomendable quetambin se realice la medicin a diferentes penetraciones del ducto, con elobjeto de obtener la temperatura promedio de los gases. En el caso deutilizar un analizador de gases electrnico, ste ya incluye la sonda detemperatura junto con la de gases.

1.5.4 Flujo de Agua de Alimentacin

Por medio de medidores ya instalados: pueden ser toberas, orificios o medidoresde flujo de desplazamiento positivo. Tambin se podrn utilizarse aparatos demedicin ultrasnicos.

Mtodo Alternativo

1. Seguir las recomendaciones sugeridas en la medicin alternativa del flujo devapor.

Temperatura de Agua de Alimentacin: Por medio de termmetro yainstalado.

Mtodo Alternativo

1. Medir la temperatura con sonda de inmersin en el tanque de agua dealimentacin.

Presin de Agua de Alimentacin: Por medio de un manmetro yainstalado.

1.5.5 Cantidad de Purga Continua

Se obtiene por la diferencia entre el flujo de vapor y flujo de agua de alimentacin(adecuado si no hay fugas de agua en los tubos del generador de vapor). Comoesta medicin es indirecta depende de la exactitud y confiabilidad de lasmediciones realizadas.

Mtodo Alternativo

1. Mediante un medidor de flujo ultrasnico.

2. Por observacin de las variaciones de nivel y volumen desplazado en lasoperaciones de purga de fondo considerando el tiempo o con la instalacinde una placa de orificio.

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1.5.6 Caractersticas del Combustible

Utilizar de preferencia la informacin del combustible de la fuente de suministro, orealizar un anlisis de laboratorio de una muestra de combustible.

Cantidad de Combustible:

1. Gaseoso: Por medio de medidor de flujo de orificio, generalmente seinstala en la caseta de medicin y es proporcionado por el vendedor decombustible, compensado por temperatura, presin y densidad.

2. Lquido: Por medio de medidor de flujo, generalmente de desplazamientopositivo o de rea variable, compensado por temperatura o por diferenciasde nivel compensado por temperatura en un tanque cubicado.

3. Slidos: Mediante el pesado del combustible.

4. Otros combustibles: Usar el mtodo de medicin utilizado por la empresadiagnosticada, analizndolo y sugiriendo si se puede optimizar.

Mtodo Alternativo

1. En el caso de que se cuente con un cabezal para el suministro decombustible a varios generadores de vapor la determinacin del gasto porgenerador de vapor se realizar de la siguiente forma:

a. Se podr cuantificar proporcionalmente a la carga de cada uno de losgeneradores de vapor, esto es, se asignar un porcentaje de consumode combustible a cada generador de vapor en funcin a su carga ypotencia, mediante el siguiente procedimiento:

Se calcula una capacidad Ci para cada generador de vapor,mediante la siguiente ecuacin:

100

arg ade cPorcentajeor xdor de vapdel generaCapacidadCi

donde:i: N de generador de vapor.

Se obtiene una capacidad total del sistema de generacin devapor:

nt C...CCCC 321

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Se determina el factor para cada generador de vapor:

t

i

iC

CF

donde:

i: N de generador de vapor y,

Fii

n

1 1

Se obtiene el consumo de combustible para cada generador devapor y para el sistema de generacin de vapor, mediante lassiguientes ecuaciones:

iCi FxWW donde:

i: N de generador de vapor.Wc: Consumo de combustible medido de entrada al sistemade generacin de vapor.Fi: Factor para el generador i.

Adems, la sumatoria de todos los consumos calculados para losgeneradores de vapor debe ser igual al consumo de combustiblemedido.

W Wii

n

c 1

b. En el caso de que la operacin lo permita, se aislar cada uno de losgeneradores de vapor de manera que el combustible suministrado alcabezal, sea el combustible consumido por el generador de vapor.Esto podr implicar la suspensin momentnea del suministro devapor a procesos no relevantes.

1.5.7 Fugas en Trampas.

Equipo de ultrasonido, estetoscopio, termmetro de bulbo, bimetlico o termopar.

1.5.8 Mediciones en Superficies Calientes

En el caso de tuberas o tanques, se tomar la medicin de temperatura en lasuperficie del aislamiento, en el caso de que se cuente con ste, o en su defecto,directamente sobre la superficie de la tubera o tanque. As mismo, en el caso detuberas se determinar su longitud y en el caso de tanques su superficie.

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11..66 CCLLCCUULLOODDEELLAAEEFFIICCIIEENNCCIIAADDEELLGGEENNEERRAADDOORRDDEEVVAAPPOORR..

Como se expres anteriormente, para el clculo de la eficiencia energtica delgenerador de vapor se utilizar como referencia el Cdigo PTC 4.1 para unidadesde generacin de vapor del ASME.

El cdigo establece dos mtodos para determinar la eficiencia: El mtodo deprdidas de calor y el de entradas y salidas (Directo).

1. El mtodo de prdidas de calor o sea la determinacin de la eficienciamediante la sustraccin en porcentaje de la suma de las prdidas medidas enla caldera.

2. El mtodo directo o energa que entrega la caldera en el vapor contra laenerga entregada a la caldera.

Se recomienda utilizar el mtodo de prdidas, dado que la informacin requeridapor el mtodo directo obliga al uso de equipos e instrumentos de difcil obtencin yoperacin.

1.6.1 Mtodo de Prdidas de Calor.

Consiste en la evaluacin de las prdidas en el generador de vapor y del calorsuministrado como crdito con los fluidos que entran a l. Para la aplicacin delmtodo de prdidas de calor se requiere determinar lo siguiente:

a. Total de Prdidas de Calor: Por gases secos. Por formacin de CO. Por radiacin. Por la combustin del H2. Por la humedad del aire. Por la humedad en el combustible. Prdidas no determinadas

b. Crditos.

Calor en el aire de entrada. Calor sensible en el combustible. Calor que entra con la humedad del aire. Calor en el vapor de atomizacin (externo)

La eficiencia ser cuantificada mediante la siguiente expresin:

Eficiencia = (1 - Prdidas) x 100%

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1.6.2 Mtodo de Entradas y Salidas.

En este mtodo lo que se pretende es cuantificar la forma en que es utilizado elcalor suministrado por el combustible, agua de alimentacin y crditos. Esto es,cunto de este calor es usado para la produccin del vapor, que es el objetivo delsistema de generacin, y cunto calor es perdido por la purga continua y lasprdidas del generador de vapor.

Para el mtodo de entradas y salidas se requiere evaluar lo siguiente:

Calor que entra con el combustible. Calor que entra con el agua de alimentacin. Calor que entra por crditos. Calor que sale con el vapor generado. Calor que sale con la purga continua. Calor que sale con las prdidas en el generador de vapor.

La eficiencia ser cuantificada mediante la siguiente expresin:

%100xQ

QEficiencia

DOSUMINISTRA

OAPROVECHAD

Tabla 2. Errores Probables de Medicin y Errores Resultantes en Clculos deEficiencia (Tomado del ASME PTC 4.1, Seccin 3).

MMTTOODDOOEENNTTRRAADDAASSYYSSAALLIIDDAASS

MMEEDDIICCIINN EERRRROORREENN

MMEEDDIICCIINN,,%%EERRRROORREENNEEFFIICCIIEENNCCIIAA

DDEEGG..VV..,,%%Tanques pesadores (bsculas calibradas) +/- 0.10 +/- 0.10

Tanques medidores (escalas calibradas) +/- 0.25 +/- 0.25

Tobera u orificio de flujo calibrado (incluyendo manmetro) +/- 0.35 +/- 0.35

Tobera u orificio de flujo calibrado (incluyendo registrador) +/- 0.55 +/- 0.55

Tobera u orificio de flujo no calibrado (incluyendo manmetro) +/- 1.25 +/- 1.25

Tobera u orificio de flujo no calibrado (incluyendo registrador) +/- 1.60 +/- 1.60

Poder Calorfico (gas y combustleo) +/- 0.35 +/- 0.35

Temperatura de salida del sobrecalentador (calibrado) +/- 0.25 +/- 0.25Presin de salida del sobrecalentador (calibrado) +/- 1.00 +/- 1.00

Temperatura de agua de alimentacin (calibrado) +/- 0.25 +/- 0.25

MMTTOODDOODDEEPPRRDDIIDDAASSPoder calorfico (gas y combustleo) +/- 0.35 +/- 0.02

Anlisis de gases Orsay +/- 3.00 +/- 0.30

Temperatura de salida de gases de combustin (calibrado) +/- 0.50 +/- 0.02

Temperatura de aire de combustin (calibrado) +/- 0.50 +/- 0.00

Humedad del combustible +/- 1.00 +/- 0.00

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11..77 FFOORRMMUULLAARRIIOOPPAARRAALLOOSSCCLLCCUULLOOSS

1.7.1 Clculo de la Eficiencia.

La eficiencia de un generador ser calculada por el mtodo de prdidas deacuerdo con la siguiente frmula:

%100100 x

BH

LEficiencia

f

donde:L: Prdidas en el generador de vapor, kJ/kg.Hf: Calor suministrado con el combustible, kJ/kg.B: Crditos, kJ/kg.

a. Clculos Preliminares

1. Gasto de Nitrgeno:

100

07,32

01,12

01,12

02,28

2

2

2

SxCx

COCOx

NxWN

donde:

WN2: Gasto de nitrgeno, kgN2/kg cqN2: Nitrgeno en los gases de escape, %CO2: Bixido de carbono en los gases de escape, %CO: Monxido de carbono en los gases de escape, %C: Carbono en el combustible, %S: Azufre en el combustible, %cq: combustible quemado

2. Gasto de Aire

7685,0100

22

NW

W N

a

donde:Wa: Gasto de aire seco, kg as/ kg cqWN2: Gasto de nitrgeno, kgN2/ kg cqN2: Nitrgeno en el combustible, %

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3. Gasto de Gases de Combustin

10001,12

07,3201,1201,2802,283201,44

2

222

COCOx

SxCxCOxNxOxCOx

Wg

donde:Wg: Gasto de gases secos, kg gas/ kg cqCO2: Bixido de carbono en los gases de escape, %O2: Oxgeno en los gases de escape, %N2: Nitrgeno en los gases de escape, %C: Carbono en el combustible, %S: Azufre en el combustible, %CO: Monxido de carbono en los gases de escape, %

4. Relacin Carbono /Hidrgeno

2H

C

H

C

donde:C: Carbono en el combustible, %H2: Hidrgeno en el combustible, %

5. Presin Parcial de la Humedad en el Flujo de Gases

awag WxWHxm 100/936,8 2

donde:mg: Contenido de humedad en los gases de escape, kg agua/ kg gH2: Hidrgeno en el combustible, %Wa: Gasto de aire seco, kg as/kg cqWaw: Humedad en el aire, kg agua/ kg as

COCOxmCx

PP

g

b

mg

25,11

donde:Pmg: Presin parcial de la humedad en el flujo de gases, bar.Pb: Presin baromtrica del lugar, bar.mg: Contenido de humedad en los gases de escape, kg agua/kg g.CO2: Bixido de carbono en los gases de escape, %CO: Monxido de carbono en los gases de escape, %C: Carbono en el combustible, %

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6. Exceso de Aire

100

335,4937,7

3,3451,11

SxOHxCx

At

donde:At: Aire terico (estequiomtrico), kg as/kg cqC: Carbono en el combustible, %H2: Hidrgeno en el combustible, %S: Azufre en el combustible, %

22682,0

2100

22

2

COONx

CO

OxEa

donde:Ea: Exceso de aire, %CO: Monxido de carbono en los gases de escape, %O2: Oxgeno en los gases de escape, %N2: Nitrgeno en los gases de escape, %

b. Clculo de Crditos

1. Calor en el Aire de Entrada

faasaa TTCpxWB Re

donde:Ba: Calor en el aire de entrada, kJ/kg cq.Wa: Gasto de aire seco, kg as/ kg cq.Cpas: Calor especfico del aire seco, kJ/kgas C.Ta: Temperatura del aire a quemadores, C.TRef: Temperatura de referencia, C.

2. Calor Sensible en el Combustible

ffff TTxCpB Re

donde:Bf: Calor sensible en el combustible, kJ/kg cqCpf: Calor especfico del combustible, kJ/kg CTf: Temperatura del combustible, C.

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3. Calor en el Vapor de Atomizacin

f

VVva

ZW

hhxWB Sa ta

donde:Bz: Calor en el vapor de atomizacin, kJ/kg cqWva: Gasto de vapor de atomizacin externo a la unidad, kg/shva: Entalpa del vapor de atomizacin, kJ/kghvsat: Entalpa de vapor saturado a TRef, kJ/kgWf: Gasto de combustible, kg/s

4. Calor Suministrado con la Humedad que Entra con el Aire

faVawam TTxCpWxWB Re donde:

Bm: Calor suministrado con la humedad que entra con el aire, kJ/kg cqWa: Gasto de aire seco, kg as/kg cqWaw: Humedad en el aire, kg agua/kg asCpv: Calor especfico del vapor, kJ/kg CTa: Temperatura del aire a quemadores, CTRef: Temperatura de referencia, C

c. Clculo de Prdidas de Calor

1. Prdidas por Gases Secos

fgqqq TTxCpxWL Re

donde:Lg: Prdidas por gases secos, kJ/kg cqWg: Gasto de gases secos, kg gas/kg cqCpg: Calor especfico de los gases secos, kJ/kg CTg: Temperatura de los gases de escape, CTRef: Temperatura de referencia, C

2. Prdidas por Formacin de CO

COCO

CxxxxCO

LCO

2

100205,20549,110160

donde:Lco: Prdidas por la formacin de CO, kJ/kg cqCO2: Bixido de carbono en los gases de escape, %CO: Monxido de carbono en los gases de escape, %C: Carbono en el combustible, %.

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EEFFIICCIIEENNCCIIAAEE

NNEERRGGTTIICCAAEE

NNLL

AAGG

EENNEERRAACCIINNYYDD

IISSTTRRIIBBUUCCII

NNDD

EELL

VVAAPPOORR

20

3.

PrdidasporRadiac

in.

LR=

Prdida

sporradiacin,

%.

(Figura2

).

Figura

2.

PerdidaEstndarporRadiacin.

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4. Prdidas por la Humedad Producto de la Combustin del Hidrgeno

SatV WPh hhxHxL 2936,8

donde:Lh: Prdidas por la humedad producto de la combustin del H 2, kJ/kg cqH2: Hidrgeno en el combustible, %hpv: Entalpa del vapor a la presin Pmgy Tgas, kJ/kghwsat: Entalpa del lquido saturado a TRef, kJ/kg

5. Prdidas por la Humedad del Aire

SatV WPaeama hhxWxWL

donde:Lma: Prdidas por la humedad del aire, kJ/kg cqWa: Gasto de aire seco, kg as/kg cqWaw: Humedad en el aire, kg agua/kgashpv: Entalpa del vapor a la presin Pmgy Tgas, kJ/kghwsat: Entalpa del lquido saturado a TRef, kJ/kg

6. Prdidas por la Humedad en el Combustible

100

2 Sa tV WP

mf

hhxOH

L

donde:Lmf : Prdidas por la humedad en el combustible, kJ/kg cqH2O: Humedad en el combustible, %hpv: Entalpa del vapor a la presin Pmgy Tgas, kJ/kghwsat: Entalpa del lquido saturado a TRef, kJ/kg

7. Prdidas No Determinadas

Li = Prdidas no determinadas, %. (Informacin del fabricante).

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