2.- analisis energetico de equipos y sistemas

7/17/2019 2.- Analisis Energetico de Equipos y Sistemas

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Curso de Auditorias Energéticas

PROGRAMA DE BECAS GREENPYME P. 44

22.. AANNAALLIISSIISS EENNEER R GGEETTIICCOO EEQQUUIIPPOOSS YY SSIISSTTEEMMAASS

2.1. Sistemas de Iluminación

Los sistemas de iluminación dispondrán de instalacionesadecuadas a los usuarios y a la vez eficacesenergéticamente disponiendo de un sistema de controlque permita ajustar el encendido a la ocupación real dela zona, así como de un sistema de regulación queoptimice el aprovechamiento de la luz natural, en las

zonas que reúnan unas determinadas condiciones.

Para el confort, existen normas que vinculan iluminaciones mínimas (lux) en funciónde los trabajos a realizar por las personas.

Ejemplo: Edificios de oficinas mínimo 400 lux (media).

Entonces el primer paso para conocer hasta donde podemos bajar el nivel deiluminación será conocer si existen normas, ejemplo, seguridad en el trabajo y buscarla escala mínima.

Niveles según nuestro (España) RD REAL DECRETO 486/1997, de 14 de abril, por el

que se establecen las disposiciones mínimas deseguridad y salud en los lugares de trabajo.

Estos niveles de alumbrado recomendado se asignana zonas.

Otro parámetro a tener en cuenta es el rendimientode la iluminación, que nos da la capacidad de emitirlumens (cantidad de luz) por unidad de potencia,lum/W. En la etiqueta de clasificación podemosobservar estos datos; un rendimiento de 67,5 y la vida útil estimada de 8000 h.

1.º Bajas exigencias visuales 100

2.º Exigencias visuales moderadas 200

3.º Exigencias visuales altas 500

4.º Exigencias visuales muy altas 1.000

Areas o locales de uso ocasional 50

Areas o locales de uso habitual 100

Vías de circulación de uso ocasional 25

Vías de circulación de uso habitual 50





Este valor suele estar comprendido entre 15 – 200.

En el gráfico siguiente hay una distribución de rendimientos en función del tipo delámpara.

Si analizamos dónde se pierde la energía en el proceso de iluminar, diremos que en elcaso de la incandescente, únicamente un 5% se transforma luz visible, el resto, 95%se pierde en emisiones infrarrojas IR (en forma de calor).





En una lámpara de vapor de sodio, un 50 % es luz y el resto IR mientras que en untubo fluorescente sólo el 25% se convierte en luz y el resto se reparte entreinfrarrojos i ultravioleta tal y como se refleja en el cuadro anterior.

Pero el valor más determinante es la eficiencia energética de la instalación VEEI (valor

de la eficiencia energética de la instalación) que nos da la relación entre la potencia yla iluminancia media para conseguir 100lux en una superficie. La potencia debeconsiderarse en conjunto, con los elementos auxiliares incluidos.

Como demostración de diferentes valores de VEEI, adjuntamos la siguiente tabla

respecto a la normativa española. El valor es el máximo, el VEEI debe estar pordebajo.

Las medidas de ahorro y eficiencia que nos podemos encontrar en los sistemas deiluminación serán:





A. Substituir por lámparas de mayor rendimiento y adecuadas al marco de trabajo.

B. Reducir la potencia instalada teniendo en cuenta la iluminancia mínima por

seguridad y el valor de eficiencia de la instalación VEEI.C. En caso de tener luz por fluorescentes y estos llevan reactancia

electromagnética, entonces substituirlos por reactancia electrónica, evitandoretardos en el encendido y las perdidas por el flujo circulante en el entrehierrode la reactancia.

D. Instalar sistemas de conexión por presencia en aquellos lugares donde el pasode personas es esporádico, ejemplo, pasillos, parquin, etc.

E. Instalar sistemas de aprovechamiento de la luz natural con sensores de luz díainterior y que desconecten las lámparas más cercanas a las ventanas.

F. Instalar reguladores de flujo luminoso que a la vez sean estabilizadores.





2.2. Motores y otros equipos eléctricos

El rendimiento de un motor eléctrico es la relación entre la energía mecánica en el eje

(útil) con la que se pretende realizar un trabajo y la energía eléctrica (absorbida)necesaria para conseguir ese trabajo. Se da en %.

ŋ = P útil / Pabsorbida %

En este proceso de conversión se producen unas pérdidas asociadas a diferentesaspectos como son, pérdidas mecánicas como el rozamiento, perdidas magnéticas porel entrehierro, perdidas eléctricas por joule (calor) y otras perdidas adicionales encarga.

Principales aplicaciones de los motores:

Bombeo.

Ventilación.

Compresión.

Tracción.

Transporte de fluidos.

Otros.

Para estos equipos las medidas de mejora están relacionadas con la construcción delmotor, con el control de velocidad y en menor medida con la regulación de losarmónicos. También hay un valor importante que es la reactiva que produce elbobinado del motor y que provoca desfases entre V e I en la red de suministro.

Constructivamente.

Los estándares de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, por sus siglasinglesas) se están orientando a escala global. Los estándares IEC forman parte de unesfuerzo cuyos objetivos son unificar los estándares de prueba de motores así comolos requisitos tanto de eficiencia como de etiquetado. IEC/EN 60034-30 define lasclases de eficiencia energética (código IE) basadas en los métodos de prueba y lecturaespecificados en IEC/EN 60034-2-1.

Los EU MEPS para motores eléctricos fueron aprobados el 22 de julio de 2009 por elParlamento Europeo. Fijan niveles de eficiencia obligatorios para motores eléctricosintroducidos en el mercado Europeo.





Los EU MEPS cubren prácticamente la totalidad de motores trifásicos de inducción de2, 4 y 6 polos de velocidad única con potencias comprendidas en el intervalo de 0,75a 375 kW.

El código IE se divide en diferentes escalas en función del grado de eficienciadestacando la Premium y vienen a substituir a las utilizadas EFF1 y EFF2.

Un motor de mayor eficiencia o rendimiento consume menos energía para desarrollarla misma potencia mecánica. Si un motor se utiliza más de 2,000 horas al año, eltiempo de amortización de la diferencia de precios es relativamente rápido.

Ejemplo:

Un motor de 15kW 4 polos con clase IE1 tiene un rendimiento de 88,7% y elequivalente en IE2 un rendimiento de 90,6%. Para desarrollar los 15kW, elmotor IE1 consumirá 15/0,887=16,91kW y el motor IE2 consumirá15/0,906=16,56kW, es decir, 0,35kW menos. Suponiendo que ambos motorestrabajan a plena carga durante 3000 horas al año, el motor IE1 habráconsumido 0,35x3000=1050kW.h más al año, que a un precio de 0,08€/kWhresulta en 84€ más de energía al año. S i se compara con la diferencia deprecios de adquisición de uno y otro motor, se verá que el tiempo deamortización es del orden de dos años.





Control de velocidad.

A la velocidad del motor nominal, las variaciones del efecto mecánico: bombeo,ventilación, etc, a par variable, se obtienen mediante restricciones mecánicas comoválvulas. Esta reducción de caudal apenas disminuye la potencia absorbida. Porejemplo, en un ventilador con regulación del caudal por válvula de salida, al 80% delcaudal nominal, la potencia consumida es el 95% de la nominal.

La velocidad del motor se ajusta acorde al caudal demandado y la reducción de caudalocasiona una caída sustancial de la energía absorbida. En el ejemplo anterior de unventilador pero ahora equipado con un variador de velocidad con regulación del caudalpor variador, al 80% del caudal nominal, la potencia consumida es del 50% de lanominal.





Esto IMPLICA unos ahorros cercanos al 50% en ¡Potencia Activa!

Ejemplo:

En una sala blanca (laboratorio):

Tratamiento de aire destinado a salas blancas con 7 ventiladores,pasamos de 31 kW a 4,6 con el ahorro por unidad de 26,4 kW.

Ahorro Energético anual: 500 MWh/año 49 k€ / año.

Caudal

Sin variador Con variador

m3/hr kW kW

45000 37 37

22500 31 4,6

Energia consumida





Inversión: 65 k€.

Tiempo amortización: 16 meses.

Reactiva y armónicos.

La reactiva es una forma de energía no útil pero necesaria para el movimiento decargas lineales.

Se trata de reducir el ángulo de desfase entre el voltaje y la corriente haciéndolo lomás próximo a 0. Entonces cos phi= 1, implica totalmente compensado.

Ejemplo:

La potencia aparente es la que se solicitara a la red eléctrica, en cambio, loscontadores sólo miden la componente activa y se cobran sólo esa parte. Lacontraprestación a esa energía, la compañía eléctrica lo traslada a un recargo en casode que sea un cos phi inferior a 0,85.





¿Es útil, tener siempre este valor a 1?, no, es recomendable evitar siempre 1 porquese pueden producir efectos por resonancia muy perjudiciales para los componentes dela propia instalación.

El otro punto de mejora es la reducción de los armónicos.

En general, los armónicos son producidos por cargas no lineales, lo cual significa quesu impedancia no es constante (está en función de la tensión). Estas cargas nolineales a pesar de ser alimentadas con una tensión sinusoidal adsorben unaintensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo respecto ala tensión. Para simplificar se considera que las cargas no lineales se comportan comofuentes de intensidad que inyectan armónicos en la red.

Las cargas armónicas no lineales más comunes son las que se encuentran en losreceptores alimentados por electrónica de potencia tales como: variadores develocidad, rectificadores, convertidores, etc. Otro tipo de cargas tales como:reactancias saturables, equipos de soldadura, hornos de arco, etc., también inyectan

armónicos. El resto de las cargas tienen un comportamiento lineal y no generanarmónicos inductancias, resistencias y condensadores.

Existen dos categorías generadoras de armónicos. La primera es simplemente lascargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a latensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda sinusoidal de una solafrecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores,reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar uncomportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadoresmultifase conectados en estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemasen su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que sesaturan son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos seencuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta categoríade elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que estén energizados conuna tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos que se generansobre el sistema de potencia.





El siguiente gráfico describe quien puede generar esos armónicos:

Igualmente como se ve en el siguiente cuadro, los elementos que generan armónicos,los trasladan al resto de la instalación.

En los motores pueden afectar a la vibración del eje mecánico y destruir losrodamientos sin previo aviso, en los condensadores pueden influir sobre la resonanciay estos a su vez sobrecargar el transformador y destruir los componentesintermedios.

La forma de los armónicos provoca una distorsión en la onda senoidal corriente ytensión. Se deforma la onda y nos aparecen diferentes componentes a múltiplos de lafrecuencia de red.





Para conocer el efecto de esos armónicos tengo que calcular el verdadero valor eficaz.

Es decir, como afectan todas las componentes a cada múltiplo de frecuencia normal yaplicar la ecuación siguiente:

La solución es utilizar filtros activos de reducción de armónicos diseñados paracompensar el número o los números de frecuencias más significativos en función de laaplicación. En caso de monofásica y el efecto de los ordenadores nos da un alto niveldel 3er armónico y en caso de trifásica para cargas no lineales, entonces aparece

como destacado el 5º armónico.

2.3. Climatización, Calefacción y aire acondicionado

El Ciclo de Refrigeración.

El ciclo de refrigeración consta de los siguientes elementos básicos:





Refrigerante. Compresor. Condensador.

Válvula de expansión. Evaporador.

El ciclo comienza cuando entra el refrigerante en forma de gas al compresor, aquí elrefrigerante es elevado a una temperatura y presión más alta.

Luego el refrigerante entra al condensador, en donde cambia de estado, pasando degas de alta presión y alta temperatura, a ser líquido de alta presión y altatemperatura, teniendo como resultado un calor que es añadido al aire.

La válvula de expansión permite que el líquido a alta presión se expanda,convirtiéndose en líquido a baja presión.

En el evaporador el refrigerante a baja presión gana calor de la habitación o recintopasando de líquido a gas.

Ineficiencias del Sistema.

Al revisar este sistema en una empresa, debo enfocarme en los siguientes puntosdonde puede haber ineficiencia:

Compresor:





- Potencia.- Tipo de refrigerante: Los refrigerantes ecológicos trabajan a menor

presión, por lo que reduce el trabajo del compresor, logrando un ahorroen el consumo energético.

Evaporador:

- Temperatura de evaporación.

Condensador:

- Temperatura de condensación.

Un sistema de aire acondicionado bien proyectado y ejecutado, orientado hacia elahorro de energía, debe contar con equipos eficientes, uso de combustibleseconómicos o fuentes de energía alternativas y a esto debe agregarse una correctaoperación, mediante temperaturas, velocidad de distribución de fluidos, tiempos deutilización y sistemas de control óptimos. Por otra parte, la aplicación de un adecuadoaislamiento térmico y la mejora en la hermeticidad de los edificios es fundamental,dado que ello implica equipos más pequeños con menor consumo energético durantetoda la vida útil.

Los proyectos deben realizarse en función de la característica de la instalación yestructurados de manera coherente, debiéndose efectuar un balance energético conun análisis económico para definir la solución más conveniente. Deben fraccionarse lacapacidad de los equipamientos a fin de adaptar la producción de aire acondicionado ala demanda de calor del sistema en la magnitud y momento que se produce, conobjeto de conseguir en cada instante, el régimen de potencia más cercano al de

máximo rendimiento.Para ello, es necesario establecer las distintas tecnologías a emplear ya sea agua fríao expansión directa, los tipos de condensación a agua o aire, etc., considerando eldiseño de la instalación para la función a que va a ser utilizada. Debe tenerse encuenta que instalar equipamientos más eficientes, adoptar aislaciones más eficaces,proyectar edificios que disipen menos energía o proveer instalaciones que recuperenenergía, obliga a mayores inversiones económicas que deben retornar con el ahorroque pueda conseguirse, sobre la base del tiempo que se considere necesarioestablecer como razonable.

Para esbozar los lineamientos básicos a adoptar en el proyecto, debe conocerse elproblema en su real dimensión, como ser la cantidad y características de losconsumos y los ahorros que se pueden obtener, por lo que se hace necesario medircon datos objetivos los procesos energéticos que se producen, para determinar dondees posible y conveniente la aplicación de nuevas tecnologías.

En el caso de edificios existentes el proyecto de mejoras energéticas consiste enactuar sobre cada problema concreto, por ejemplo, controlar los niveles de trabajo delos equipos o set-point de operación, verificar los flujos de aire y agua, analizar laposición de los sensores ambientales, optimizar los consumos, mejorando lasoperaciones de manutención, como la limpieza de los filtros, control del estado defuncionamiento de los equipos, circulación del aire o agua, etc. En muchos casos setrata de problemas por una mala ejecución, como la poca circulación del aire o sub





dimensionamiento de los equipos, que requieren para su solución, la ejecución detrabajos y de nuevas inversiones.

En las ampliaciones de los edificios, la modificación de las instalaciones de aireacondicionado por aumento de los sistemas instalados, cambios de tecnologías, etc.

requieren una estrategia de crecimiento. El agregar nuevas máquinas a las yaexistentes para satisfacer necesidades de ampliación no previstas, lleva muchas vecesa resultados finales de instalaciones de distinta técnica, con bajos índices deeficiencia, altos costos de espacio, gestión y mantenimiento, por lo que debeanalizarse siempre con mucho detenimiento la posibilidad de adicionar losequipamientos de la manera más racional posible.

Un punto crítico en la fase del diseño lo constituye muchas veces la falta de datosciertos y significativos sobre las características de las necesidades deacondicionamiento y su programa de desarrollo a corto, medio y largo plazo debido alas continuas innovaciones y modificaciones tecnológicas, por lo que se debe contar

con una información completa y lo más actualizada posible, con objeto de prever losfuturos cambios en los procesos, que permitan una adecuada planificación delproyecto orientado al ahorro energético.

Existen numerosas tecnologías y medios de aplicación para disminuir el consumoenergético, por lo que se deben analizar las características particularidades de cadacaso, de modo de aplicar conceptos de diseño en la selección de los sistemas, quepermitan obtener menores gastos en la fase de explotación y mantenimiento,pudiéndose considerar para su estudio los siguientes parámetros básicos:

Disminución de las necesidades de energía

Utilización de energías gratuitas

Incremento de la eficiencia energética

Correcta regulación del sistema

DISMINUCIÓN DE LAS NECESIDADES DE ENERGÍA.

La forma más clara de ahorrar energía es la de buscar todas aquellas soluciones quelimiten en forma temporal o cualitativamente los consumos energéticos del sistema.

Es indispensable como primer medida en la fase inicial del proyecto, la adopción desoluciones arquitectónicas que tiendan a la reducción del consumo energéticomediante un correcto uso del aislamiento térmico, teniendo en cuenta la radiaciónsolar y una adecuada especificación de aventanamientos para reducir ganancias decalor e infiltraciones, ya que ello implica equipos de aire acondicionado y calefacciónmás pequeños, con un consumo menor.

Los vidrios de las ventanas actúan como una trampa de calor dado que dejan pasar laluz solar y calientan los elementos del ambiente, pero la radiación calórica invisibleque estos emiten a su vez no pasa a través del vidrio, por lo cual el calor almacenadono puede escapar denominándose efecto invernadero, de modo que las reflexionessucesivas de la radiación calórica en las paredes, pisos y mobiliario de un recinto





hacen que éste actúe prácticamente como una caja negra que absorbe toda laradiación incidente. Si bien en invierno este efecto invernadero es sumamentebeneficioso, no lo es en verano, debiéndose dotar de una buena protección solar a lasventanas.

Además, es muy importante analizar la automatización de los circuitos de alumbradoen función de los horarios de uso y de acuerdo a los requerimientos. La utilización de lámparas de alto rendimiento constituye un elemento a considerar, así comotambién reguladores que permitan reducir automáticamente el nivel de iluminacióny el eventual apagado, en función de las reales necesidades.Entre las muchas formas de lograr ahorro energético en instalaciones de aireacondicionado se puede mencionar como la más simple su propio aislamiento térmico y la disminución o aumento de la temperatura de diseño o set-point de los localessegún sea invierno o verano respectivamente, que puede suponer un ahorro anual,siempre que ello no implique una reducción substancial de las condiciones de confort.

UTILIZACIÓN DE ENERGÍAS GRATUITAS.

El uso de energías gratuitas constituye un elemento importante para el ahorroenergético. Se pueden mencionar como las más interesantes las siguientes:

• Aprovechamiento del aire exterior (free-cooling)• Enfriamiento evaporativo

Free-cooling.

Una de las formas de reducir el consumo energético es el empleo del sistemaeconomizador denominado free-cooling de aire exterior para aprovechar su bajaentalpía cuando las condiciones exteriores son favorables como en verano, paradisminuir el uso de los equipos de aire acondicionado. Se trata de utilizar el aire exteriory mezclarlo con el retorno para volverlo a introducir sin demandar que actúe el fluidorefrigerado.





Estos equipos tienen esta forma físicamente:

En el esquema de la figura1 se detalla el procedimiento más usual para llevar a caboel free-cooling, contando el sistema con un ventilador en la línea de retorno, quepuede canalizar dicho aire eliminándolo hacia el exterior, o recirculándolo hacia launidad de tratamiento de aire. La regulación de la proporción de aire eliminado orecirculado se realiza mediante un juego de persianas en función del grado de

apertura o cierre y una tercera persiana en la toma de aire exterior operasincronizadamente con el aire eliminado al exterior y de esa manera, al aumentar elcaudal de aire exterior a medida que la persiana se abre, se va cerrando la del airerecirculado y se abre la del aire expulsado.

La diferencia de temperatura exterior e interior deberá ser superior a unos 7 grados.

Enfriamiento evaporativo.

El enfriamiento evaporativo es un proceso de transferencia de masa de agua en una

corriente de aire por contacto directo, en la que se obtiene el enfriamiento sensible delaire por evaporación del agua. El método es análogo al de un aparato de humectacióny al de una torre de enfriamiento y la diferencia es el objetivo final, que es humectarel aire en el humectador y enfriar el agua en la torre, mientras que en este caso es lade enfriar el aire.

El contacto entre los dos fluidos aire y agua puede tener lugar sobre una superficie degran extensión con el propósito de aumentar el contacto íntimo entre ellas. El procesode transferencia de calor es adiabático, de modo que se mantiene prácticamenteconstante la entalpía del aire o lo que es casi lo mismo, su temperatura de bulbohúmedo.





Como se observa en la figura, el agua se evapora encontacto directo con el aire de suministro,produciendo su enfriamiento y aumentando sucontenido de humedad en un proceso de cambio

adiabático de calor. El aire suministra el calor alagua produciendo su evaporación, de modo que sutemperatura de bulbo seco baja y se incrementa lahumedad.

De esa manera, el calor intercambiado desde el aireiguala a la cantidad de calor absorbida por la evaporación del agua y el agua serecircula por el aparato.

Básicamente están compuestos por un elemento de humectación, un ventiladorcentrífugo y en los sistemas de atomización es necesario disponer de una bomba de

circulación con sus correspondientes tuberías y toberas y la característica del mediode humectación de los enfriadores son de fibras de madera aglomerada con elnecesario tratamiento químico para incrementar la humectación y prevenir elcrecimiento de los microorganismos, los que son montados en marcos de metal oplásticos removibles o de medio rígido conformados por un enjambre de placascorrugadas hechas normalmente de plástico.

Para realizar el enfriamiento evaporativo de una instalación de aire acondicionado esnecesario que se den en el clima exterior dos requisitos:

• Elevadas temperatura exteriores de bulbo seco

• Temperatura de bulbo húmedo relativamente baja

En general para temperaturas exteriores mayores de 35ºC y temperaturas de bulbohúmedo menores de 24ºC, de modo que son de aplicación en climas exteriores cálidosy secos.

Como se había mencionado, los sistemas evaporativos directos aunque puedenrelativamente disminuir la temperatura del ambiente algunos grados y ventilar,agregan vapor de agua a los ambientes. Su aplicación entonces puede ser para localesindustriales, criaderos, grandes espacios de circulación, etc., donde el efecto de

humedad no constituya un inconveniente.

INCREMENTO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.

Se pueden mencionar las siguientes acciones para lograr ese objetivo:

• Zonificación de los equipamientos para satisfacer sus necesidadesparticulares.





• Adecuada selección de las temperaturas de evaporación y condensación.

• Empleo de sistemas de distribución de fluidos con motores de velocidadvariable.

• Aplicación de equipos de bomba de calor.• Sistemas de cogeneración.

• Aprovechamiento del calor de condensación de los equipos de refrigeracióno el calor latente de los humos en calderas.

• Recuperación del calor del aire de descarga de ventilación.

• Métodos de acumulación térmica.

Es necesario en el diseño efectuar la zonificación y la parcialización adecuada de lacapacidad de los equipamientos a fin de adaptar la generación de aire acondicionado a

la demanda de calor del sistema en la magnitud y momento que se produce. Deberecordarse que la eficiencia de las máquinas se reduce a cargas parciales.

Las temperaturas de diseño en la evaporación o la condensación son factores muyimportantes en la determinación del proyecto desde el punto de vista energético, porlo que debe analizarse con detenimiento la temperatura enfriamiento en ladistribución de los fluidos y el uso de los sistemas de condensación por aguacontraponiendo los menores consumos de operación con los mayores costos demantenimiento que los de aire, teniendo en cuenta que el agua potable comienza aser un recurso cada vez menos económico.

El uso de métodos de regulación mediante equipos de distribución de fluidos a

velocidad variable representa un ahorro importante en el consumo energético conrespecto a los de velocidad constante. Tal es el caso de los sistemas de volumenvariable en las instalaciones todo aire, la regulación mediante bombas de velocidadvariable en los sistemas todo agua o los sistemas VRV en los todo refrigerante.

Por otra parte, son recomendables por su mayor eficiencia los sistemas de calefacciónpor bomba de calor teniendo en cuenta las características de las zonas deemplazamiento y utilización de los equipamientos complementados con larefrigeración, en reemplazo de las resistencias eléctricas. La bomba de calor permiteademás transferir el calor de una zona a otra del edificio reduciendo el consumoenergético.

Cogeneración.

En los casos comunes, la energía térmica, se genera utilizando los combustiblestradicionales en los diversos tipos de equipos y la energía eléctrica normalmente esdistribuida por medio de la red pública. Sin embargo, existen alternativas paragenerar energía térmica y eléctrica en forma conjunta con una mayor eficiencia que laobtenida por los sistemas convencionales.

La cogeneración es la técnica empleada para la producción simultánea de energía, porlo general eléctrica y térmica a partir de una sola fuente de combustible. La idea





básica es recuperar la energía calórica disipada como residuo no útil, para suaplicación en diversos usos, como por ejemplo en actividades industriales querequieren electricidad y calor.

Si bien las aplicaciones de la cogeneración destinada a calefacción o agua caliente

sanitaria se encuentran muy extendidas, debido a que la demanda es estacional no sepuede obtener plenamente la potencialidad de cogeneración, puesto que en verano loque se necesita es agua fría para la climatización. Para ello se emplean máquinasenfriadoras de absorción que pueden ser alimentadas con agua caliente, vapor odirectamente por los gases de la combustión en el caso de las turbinas de gas omotores alternativos y que proporcionan refrigeración con un consumo mínimo deenergía eléctrica.

Recuperación de calor del aire de descarga de ventilación.

La recuperación del calor aprovechando la capacidad térmica o entalpía del aireinterior contaminado que debe eliminarse al exterior cuando se introduce aire nuevoen el proceso de ventilación con objeto de diluir los elementos polucionantes ymantener la calidad del aire interior en los locales es un factor a tener en cuenta parael ahorro energético. Ese calor puede transferirse al aire nuevo que se incorpora,tanto en verano como en invierno, lo que permite reducir la carga de ventilación.

De esa manera, se recurre entonces al empleo de recuperadores de calor, parareducir la carga de ventilación. En general las normas europeas recomiendan suinstalación cuando el caudal de aire excede de 180 m3/min. y el diseño delrecuperador debe ser de rendimiento superior al 45%, en las condiciones másextremas de diseño.

Ejercicio:





Para repasar todos estos conceptos se propone realizar el ejercicio del Anexo6, que representa un climatizador con varias etapas de trabajo.

Finalmente vamos a realiza otro ejercicio de comprensión y adecuación deuna instalación a la demanda analizada.

Se tiene el siguiente anterior y un proveedor nos propone realizar el cambio porotro equipo plana enfriadora ya que es bastante antiguo.

Nos ofrece el siguiente equipo que es de alta eficiencia, con unos valoreseficiencia a cargas parciales de hasta 12, con un promedio de ESEER de 9,27. Elpropio proveedor nos hace un estudio comparativo con otro equipo de más bajorendimiento para demostrar los ahorros conseguidos.

Todos los valores son referidos al ESEER, (European Seasonal Energy EfficiencyRatio), que significa rendimiento a cargas parciales.

Pregunta: En vista de la grafica de la página siguiente, ¿aceptaríais el cambiode equipo?





La respuesta es que no, el 32% está a plena carga y ahí no se producen

ahorros, esta máquina funcionaría perfecta con una estacionalidad muy grandea baja carga, por lo menos 60% en ese régimen.





2.4. Sistemas de aire comprimido

El aire comprimido es una energía ampliamente extendida en la mayoría de lasindustrias, representa el 15 % de la energía consumida por toda la industria.

Comprimir el aire tiene un costo elevado ya que intervienen los factores siguientes:

• Costo de la energía para operación y generación el aire necesario y dar lacalidad precisa para cada aplicación.

• Costos de mantenimiento de los equipos e instalaciones.

• Amortización de los equipos (compresores, secadores, filtros, purgas de

condensado, separadores de condensados, depósitos, instalaciones, etc.).

De los tres ítems anteriores, el que tiene una mayor incidencia es el primero, ya queun periodo de funcionamiento de diez años representa más del 70% del costo total.

COMPONENTES ESTIMADOS DE LA DEMANDA

DE AIRE COMPRIMIDO EN PLANTA

FFuuggaass 2255%%

UUssooss

iinnaapprrooppiiaaddooss 55%%

PPrroodduucccciióónn 6655%%

DDeemmaannddaa

aarrttiif f iicciiaall 1100%%





En una planta industrial existen numerosas posibilidades de ahorrar energíaconsumida para generar aire comprimido, desde la sala de compresores hasta lospuntos de uso del aire comprimido.

Realizar medidas de ahorro en estos sistemas puede llegar a representar un 25% delcoste. Esto en sistemas ya funcionando. Pero se pueden realizar otras modificacionespara reducir el consumo para producción de aire.

Para la producción con aire comprimido se usan tres tipos de compresores:

• Compresores de pistón o recíprocos.

• Compresores de tornillo rotatorios.

• Compresores centrífugos rotatorios.

Los compresores recíprocos son máquinas de desplazamiento positivo: Incrementan lapresión del aire reduciendo su volumen. Esto significa que están tomando sucesivosvolúmenes de aire, que se confinarán con un espacio cerrado, y elevarán el aire a unapresión más alta. El compresor recíproco funciona por la actuación de un pistón dentrode un cilindro como elemento de compresión y desplazamiento. El compresor estádisponible en una configuración mono-etapa o multi etapa, dependiendo del nivel depresión. Los compresores de pistón tienen una alta eficiencia (75 %) pero requierenun mantenimiento considerable, debido a las válvulas de pistón.

Los compresores de tornillo rotatorios son también compresores de desplazamiento

positivo. Este tipo de compresores consiste en dos rotores con una envolvente dondelos rotores comprimen el aire internamente. Ya que no hay válvulas, el mantenimientoes menos intensivo. Estas unidades están básicamente refrigeradas por aceite (conrefrigeradores de aceite enfriados por aire o agua), donde el aceite sella los espaciosinternos. La eficiencia es aproximadamente del 71 %.

Los compresores de tornillo libres de aceite utilizan terminales de aire especialmentediseñados para comprimir aire sin aceite en la cámara de compresión produciendoverdadero aire libre de aceite. La eficiencia de este tipo de compresores es alrededordel 73 %.

El compresor centrífugo es un compresor dinámico, que depende de la transferencia

de energía de un impulsor rotatorio en el aire. Los compresores centrífugos producendescarga de alta-presión convirtiendo el momento angular impartido por el impulsorrotatorio. Estos tipos de compresores están diseñados para capacidades más altasporque el caudal del compresor es continuo. La eficiencia es aproximadamente del 75%.

La demanda de aire cambia continuamente en una factoría industrial. Por lo tanto, loscontroles del sistema necesitan acoplar el subministro de aire comprimido con lademanda del sistema y uno de los determinantes más importantes en la eficiencia deenergía del sistema total. El control clásico es el control de carga/descarga. La presióndel sistema se controla y descarga el compresor cuando la presión de descarga esadecuada. Cuando la presión del sistema alcanza un nivel mínimo predeterminado, el





compresor se carga, y la presión se elevará. Cuando el motor funciona de formacontinuada, un compresor de tornillo rotatorio descargado consumirá entre el 15 y el35 % de la potencia a plena carga, sin producir ningún trabajo útil. Cuando lademanda es volátil, hay mucha conmutación entre carga y descarga, resultando un

consumo durante los periodos de descarga del 40 % o incluso más alto.Cuando cambiamos de carga a descarga, la potencia de descarga mínima no sealcanza inmediatamente. Los cambios rápidos de carga a descarga dan comoresultado una potencia de descarga promedio más alta. El almacenaje puede usarsepara controlar la variabilidad de la demanda en un sistema de aire comprimido. Losdepósitos del receptor almacenan aire comprimido, que puede satisfacer la demandatemporal de aire comprimido sin grandes caídas de presión en el sistema. Estopermite a los compresores más pequeños satisfacer cargas variables. Debido a que loscompresores más pequeños funcionan más continuadamente que los grandescompresores, esto puede dar como resultado un ahorro de energía significativo.

Cuando la demanda de aire está variando entre caudales de volumen alto y bajo, eltiempo de descarga puede llegar a ser muy alto. El tiempo de descarga, y un consumode energía inútil pueden reducirse instalando más de un compresor con una capacidadnominal más pequeña, de esa forma los compresores no necesarios pueden apagarsecuando no son necesarios.

El tiempo de descarga, y el consumo de energía inútil pueden reducirse instalandomás de un compresor con una capacidad nominal más pequeña, de esa forma loscompresores se apagan cuando no se necesitan. Para los compresores de múltiplesetapas, la presión de activación del compresor de la carga base es un poco más altaque la presión de activación de los compresores que van con retraso. Solamentegenerará ahorro energético ya que los compresores continuarán funcionando sin carga

mientras que extraen una fracción significativa de la potencia a plena carga. Sinembargo, la mayoría de los compresores tienen un modo "sleep" o "automático" en elque el compresor se apaga si funciona descargado durante 5 o 10 minutos.

Acciones de mejora:

Control maestro del sistema.

Como vimos en la primera parte de este artículo, se requiere un control maestro delsistema para coordinar todas las funciones necesarias para optimizar el airecomprimido. Los controles maestros del sistema trabajan con todas las marcas y tiposde compresores, y pueden coordinar la operación del compresor satélite, o endiferentes edificios.

Un control maestro del sistema apropiadamente configurado puede determinar larespuesta más eficiente energéticamente a eventos que ocurran en el sistema.

Un grupo de compresores normalmente consiste en varios compresores decarga/descarga. El control maestro selecciona los compresores para producir lademanda requerida, evitando que los compresores trabajen en régimen de descarga.





Ahorrando el consumo específico con variadores de velocidad variable.

La velocidad variable se acepta como un medio eficiente de control de la capacidad delcompresor rotatorio, usando variadores AC de frecuencia variable integrados. Lavelocidad del compresor se eleva cuando cae la presión de descarga y vice versa. Coneste tipo de control, la presión de descarga del compresor puede mantenerse dentrode límites estrechos, resultando una presión de descarga más baja. Tampoco hayconsumo de descarga. Mediciones en laboratorio muestran que puede conseguirse unmayor ahorro cuando se eleva la variabilidad del perfil de la demanda. El ahorro dehasta un 40 % no es la excepción.

La integración de un compresor VSD en un sistema de control reducirá el consumoespecífico del aire comprimido mejorando la estabilidad de la presión del sistema yeludiendo el funcionamiento sin carga de los compresores de base.

Para obtener los mejores resultados es importante que la capacidad del compresor develocidad variable sea mayor que la variación del caudal. De otro modo, ocurrenhuecos de regulación. Para ciertas demandas de caudal, el sistema de regulación notiene respuesta óptima y el compresor trabaja sin carga.

Mejorando la eficiencia de producción reduciendo la temperatura de admisiónde aire.

Los modelos termodinámicos muestran que la temperatura de entrada del aire másalta provoca que se requiera más potencia para hacer funcionar el compresor. Elconsumo de energía se eleva aproximadamente 0,3 % por Cº. Las instalaciones biendiseñadas usan aire exterior y tienen la admisión en el lado norte del edificio, y lejosde fuentes de calor como los conductos de vapor, quemadores, hornos, etc. Estasmedidas pueden resultar en una reducción de la temperatura de admisión en 10 ºC,ahorrando alrededor del 3,5 % de la energía.

Realzando el rendimiento del sistema usando secadores.

El rendimiento del sistema de aire comprimido se realza típicamente por el uso desecadores, pero ya que añaden costes de capital y operación (incluyendo energía), elsecado solamente será realizado al grado que se necesite para el funcionamientoapropiado del equipo y uso final.

La selección de un secador de aire comprimido se basará en el punto de rocío depresión requerido y el coste de operación estimado.

Los secadores de tipo refrigerante son los más comunes y proporcionan un punto derocío de presión de 2ºC, que es aceptable para muchas aplicaciones.

Las torres gemelas, secadores de tipo desecante son los más efectivos en la retiradade la humedad del aire y se clasifican típicamente a un punto de rocío de - 20ºC. La





regeneración del desecante se hace ya sea por aire purgado o por calor. Los tiposespeciales son los secadores regenerativos, que usan el calor generado durante lacompresión para llevar a cabo la regeneración del desecante.

El uso apropiado del aire comprimido puede ahorrar mucha energía.

Como se ha discutido anteriormente, el aire comprimido es una forma muy cara deenergía. Para ilustrarlo; del consumo de energía total para la reducción de airecomprimido, el 10 % se convierte en energía útil y el 90 % se convierte encalor. Pero también está limpio, fácilmente disponible y simple de usar. Comoresultado de ello, el aire comprimido a menudo se elige para aplicaciones en las queotras fuentes de energía son más económicas. Los usuarios por lo tanto debenconsiderar siempre otras formas más efectivas en costes de energía antes deconsiderar el aire comprimido.

Los ejemplos de usos inapropiados del aire comprimido incluyen soplado en abierto,aspiración, generación de vacío y refrigeración de armarios. Se usan otras tecnologíasalternativas como sopladores, ventiladores o bombas de vacío. También debeconsiderarse el uso de herramientas eléctricas en vez de herramientas neumáticas, yaque ahorramos el 90 % de la electricidad.

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Las pérdidas cuestan mucho dinero, pero pueden reducirse

Las pérdidas de aire no son evitables en un sistema de aire comprimido. A menudo,representan una fuente significativa de energía derrochada en un sistema de airecomprimido industrial. Una planta típica que no se haya mantenido bien es probableque tenga pérdidas de un 20 % o más altas. La detección de pérdidas proactiva y lareparación puede reducir pérdidas a menos del 10 % de la producción del compresor.

Una forma fácil de estimar la tasa de pérdidas es determinar la carga promedio y eltiempo de descarga del compresor, cuando no hay demanda en el sistema. Laspérdidas pueden estimarse dividiendo el tiempo en carga por el tiempo de ciclo total.

Si bien las pérdidas pueden venir de cualquier parte del sistema, las áreas deproblemas más comunes son:

Acoplamientos, mangueras, tubos y accesorios. Reguladores de presión. Trampas de condensado abiertas y cerradas. Equipos no operando.

Ya que las pérdidas son casi imposibles de ver , y no pueden siempre serescuchadas, deben usarse otros métodos para localizarlas. La mejor forma dedetectar pérdidas es usar un detector acústico ultrasónico, que puede reconocerlos silbidos de alta frecuencia asociados con pérdidas de aire.

Ejemplo de pérdidas que sí son visibles:





NOTA: Realizar el ejercicio correspondiente al diseño de un sistema para evitar pérdidas de fuga por condensados Anexo 7

Una presión de salida inferior da como resultado un mayor ahorro energético.

El aire que se comprime a una presión más alta que lo necesario es un derroche deenergía. Nuestro modelo termodinámico muestra que una presión de salida más altademanda una mayor potencia en el compresor para la misma cantidad de airecomprimido.

El consumidor que necesita la presión más alta a menudo determina la presión desalida. En muchos casos, es útil dividir la red en una presión neta baja y una presiónneta alta, que es alimentada por un compresor diferente.

Ejemplo de cálculo de ahorro potencial:

Un taller requiere aire comprimido a 11 bares y 6 bares. El caudal requerido decada uno es de 10 m3 /s. Para proporcionar 20 m3 /s a 11 bares, se necesita unapotencia mecánica de 10162 kW. En un sistema separado, la alta presiónnecesita 5081 kW, y la baja presión neta necesita 3720 kW, generando unahorro energético de 13.4 %

El sistema de distribución a menudo necesita ser diagnosticado por tener unacaída de presión en exceso, resultando una presión de salida demasiado alta delcompresor. Un sistema diseñado apropiadamente tendrá una pérdida de presiónmucho menor del 10 % de la presión de descarga del compresor.





Hay también otras penalizaciones para presiones más altas que las necesarias.La elevación de la presión de descarga del compresor incrementa la demandade cada uso no regulado, incluyendo pérdidas, soplado abierto, etc.

Los sistemas de recuperación de calor pueden tener pay-backs de menos dedos años.

Una parte importante de la energía mecánica se convierte en calor. Una gran parte deesto puede recuperarse bajo la forma de aire caliente o agua caliente a bajatemperatura.

A modo de ejemplo, en el Anexo 8 donde nos presenta un estudio y un análisis decoste beneficio de una instalación de un sistema recuperador de calor del circuito derefrigeración de la compresión para obtener agua caliente para proceso

2.5. Generadores de vapor y equipos auxiliares

Una caldera está formada principalmente por un cuerpo con tubos por donde circula elagua, un quemador con llama difusa la chimenea de evacuación de los gases deescape producto de la combustión. Es decir, un quemador y un intercambiador. Losotros elementos son auxiliares de este sistema.





En la imagen anterior podemos observar los puntos críticos que afectan a las pérdidasenergéticas de un circuito de generación de vapor.

La mayoría de las calderas no tienen un rendimiento del 100%, ya que cerca del 20%

del calor generado se pierde.

Esta pérdida de calor puede aumentar hasta el 30% o más si la caldera no tiene unbuen mantenimiento o no se opera correctamente.

Tabla de Lista de acciones a comprobar en una caldera y como afecta al rendimiento:

OPORTUNIDAD RAZ N ACCI N

1.- ¿Seinspecciona

periódicamente su caldera?

Las calderas quetrabajan con pocaeficiencia conllevanimportantes costeseconómicos.

Las comprobacionesperiódicas detectan losproblemasrápidamente.

Mande inspeccionar la calderaperiódicamente. Inspeccione lossiguientes puntos:

Las luces de alarma;

Signos de fugas en las tuberías,válvulas, acoples y caldera;

Olor a gas;

Daños y marcas de quemadoen la caldera o chimenea;

Ruidos anormales en lasbombas o quemadores;

Bloqueos de los conductos deaire.

2.- ¿Está la sala Las restricciones en el Haga inspecciones periódicas





de calderasdebidamenteventilada contodas las

persianas oconductosabiertos y noobstruidos?

suministro de aire a lacaldera reducen laeficiencia debido a unacombustión incorrecta.

La ventilacióninadecuada puedecontribuir a la emisiónde gasespotencialmentepeligrosos, por lotanto, la ventilaciónadecuada de la sala decalderas es también unasunto de salud yseguridad.

para asegurarse de que lasaberturas de ventilación estánlibres en todo momento.

Si tiene dudas asesórese

profesionalmente.

3.- ¿Inspecciona periódicamente su sistema pararver si tienefugas?

Los sistemas con fugasnecesitan sercompensados conagua. La adición deagua producecorrosión, depósitos ypérdida de eficiencia.

Inspeccione el tanque deexpansión y alimentaciónperiódicamente. Si se oye laentrada de agua a través de laválvula de llenado, entonces elsistema tiene fugas.

Si sospecha que hay fugas,llame inmediatamente a unespecialista para que las arregle.

4.- Si tiene unainstalación con

varias calderas,¿apaga lascalderas

superfluascuando hace buentiempo?

Lasinstalaciones

con variascalderas sediseñan paracubrir losnivelesmáximos dedemanda (quegeneralmentese producen eninvierno).

Mantener todo

el sistemafuncionandocuando hacebuen tiempo esuna pérdida dedinero.

Cuando hace buen tiempoapague las calderas

superfluas. Cierre las válvulas

aislantes para que el aguano pase por ellas.

Marque las calderas y

válvulas indicando queestán aisladas.

No olvide volverlas a abrirantes de volver a arrancarlas calderas.

5.- Si tiene unainstalación convarias calderas,¿solo usa las

Las calderasgrandes pierdenmás calor quelas pequeñas.

Durante el verano, solouse la caldera de menortamaño para generaragua caliente sanitaria.





menores enverano?

6.- Si tiene unainstalación convarias calderas,¿ha instaladocontroles de

secuencia paraestas?

En un momentodado y paraevitar malgastarcalor, solo debeencenderse elmínimo númerode calderas.

Compruebe que no seencienden y apagan todaslas calderassimultáneamente.

Ajuste los termostatosindividuales para que seenciendan en un rangoque aumente desde 60ºCa 85ºC. De esta manerase asegura que el númeromínimo de calderas seencenderá para cubrir lademanda.

Estudie instalar controlessecuenciales.

7.- ¿Apaga lascalderas y susllamas pilotodurante elverano?

Dejar las

calderasencendidasdurante elverano esconllevaimportantescosteseconómicos.

Los pilotos delas calderas degas consumencantidadesimportantes degas.

Disponga que alguien

apague las calderas ypilotos durante el veranoy los vuelva a encendercuando haga falta(automatización).

8.- ¿Hacomprobado si lascalderas seencienden aunqueno haya demanda

de calefacción enlas zonas detrabajo?

Las calderas seencienden auncuando eltermostato de lasala, o

temporizador,apaguen labomba. Estoconlleva ungasto adicionalen periodos enlos que no haydemanda decalor.

Disponga que se instalennuevos circuitos(cableado) para que eltermostato y eltemporizador de

calefacción apaguen tantolas bombas de circulacióncomo las calderas.





Otras acciones de mejora:

9.- ¿Se revisan las calderas periódicamente por profesionales?

El aumento de los depósitos de la combustión disminuye la eficiencia de la

caldera. Una combustión mal ajustada reducirá la eficiencia de la caldera. Las calderas y los quemadores deben ser limpiados y revisados

periódicamente por un técnico cualificado. La revisión debe incluir una comprobación de la eficiencia de combustión y el

ajuste de la proporción aire / combustible del quemador para obtener laeficiencia óptima.

Indique al técnico que maximice la eficiencia de la caldera y que le presente

una hoja de ensayos con los resultados.

Coste aproximado: de 90,15 € a 150,5 € por caldera.

10.- ¿Controla las prestaciones de sus calderas?

Los depósitos de la combustión aumentan las temperaturas de los humos enlas chimeneas. Esto indica una pérdida de calor importante en la caldera.

Los depósitos calcáreos del agua también pueden causar un aumento detemperatura de los humos.

Estudie instalar un termómetro en la chimenea. La caldera necesitalimpiarse cuando la temperatura máxima de los gases en la chimeneaaumente más de 40ºC sobre la del registro del último servicio.

Coste aproximado: 30,05 €.

11.- ¿Están aisladas todas las calderas?

Las calderas sin aislamiento pierden calor hacia las zonas circundantes. Esto

supone un gasto adicional de energía.

Compruebe que las calderas están debidamente aisladas (como mínimo 50mm en el grosor del aislamiento).

Si no están aisladas ponga una manta de 50 mm de roca mineral (muchosfabricante suministran aislantes a la medida para sus unidades).

Coste aproximado: 60,10 e a 150,25 €.

Nota: Asegúrese de que el aislante no interfiera con los quemadores ocon el suministro de aire a la caldera.





12.- ¿Están aisladas todas las tuberías de distribución, válvulas yacoples?

Las pérdidas de calor en las tuberías puede reducirse en un 70%aislándolas.

Se pierden cantidades importantes de calor por las válvulas (equivalentes a

pérdida de calor de tuberías de 1 m) y acoples (equivalentes a tuberías de0,5 m).

Inspeccione todas las tuberías, válvulas y acoples en las cercanías de lacaldera.

Aísle las tuberías de distribución que no contribuyan a calentar las zonas detrabajo.

Coste aproximado: 6,01 € por metro de tubería de 25 mm.

Aísle todas las válvulas y acoples (de 50 o más milímetros) con camisas de

extracción rápida.

Coste aproximado: 36,06 € por camisa de 50 mm.

13.- ¿Usa calderas distintas para el agua caliente y la calefacción?

A ser posible el agua caliente y la calefacción deben venir de calderas

distintas.

La división del sistema le permite apagar las calderas de calefacción en elverano que se traduce en un ahorro económico.

Compruebe la instalación existente. Estudie la posibilidad de instalar una caldera menor para producir el agua

caliente sanitaria en verano.

14.- ¿Tienen sus calderas el tamaño adecuado para satisfacer lasnecesidades de la organización?

Quizá se haya instalado en un local que ya tenía una caldera. Tener una caldera mayor que la necesaria supone un coste económico

adicional. Compruebe si su caldera es del tamaño adecuado para sus necesidades

actuales. Considere cambiar su caldera si es demasiado grande.

Considere instalar una caldera suplementaria par los periodos de menordemanda.

15.- ¿Ha comprobado la eficiencia operativa de la caldera actual?





Los sistemas más antiguos generalmente son menos eficientes que los

modernos (del 10 al 30 %). Compruebe su caldera actual.

Si se trata de un sistema antiguo, considere los beneficios de cambiarlo omodernizarlo.

16.- ¿Ha considerado la instalación de una caldera de elevada eficienciaenergética?

Las calderas de condensación con más eficientes ya que recuperan la mayorcantidad de calor posible de los gases de escape.

Las calderas de baja temperatura presentan un rendimiento estacionalelevado.

Compruebe si tiene una caldera de elevada eficiencia energética. Estudie la posibilidad de instalar una caldera de elevada eficiencia energética

cuando necesite renovar los equipos existentes.

Finalmente nos queda analizar que mejora se puede obtener de la mejora de lacombustión.

La combustión de una caldera se realiza por la combinación entre el combustible y elcomburente (normalmente aire). La reacción entre ellos produce calor, dos moléculasde agua y humos de escape, CO2.

Y el rendimiento en función de la mezcla de combustible y comburente es:

El rendimiento máximo se produce para un valor del coeficiente estequiométrico= 1.

Pero esta es una situación ideal que en la práctica no se da, siempre estaremos o porencima o por debajo. Para conocer este valor debe realizarse un análisis de los gasesde escape por chimenea y observar la proporción de CO2, CO e inquemados quepresentan y obtener así el rendimiento de la combustión.





La siguiente grafica nos muestra la relación energética entre estos valores.





Donde vemos que la curva e pérdida de gas de combustión se produce fuera delintervalo ideal de operación.

¿Cómo se soluciona este problema?, instalando equipos de medición en continuode los gases de escape en una configuración ideal de trabajo que conforma la

siguiente imagen:

Estos sistemas pueden aportar un ahorro muy importante en la combustión

O de un modo más sencillo pero también muy efectivo en la búsqueda de la eficienciay el ahorro.

Ejemplo: Optimización de la combustión caldera de 1 MWh.Mediante esta instalación se pretende solucionar el problema de lacombustión incompleta que provoca pérdida de rendimiento y emisiónde otras partículas como CO, NOx, etc.

Se monitoriza de forma continua la combustión y se va regulando através del análisis de CO2 pero sólo la entrada de aire con unconvertidor de frecuencia.

La inversión será de:





Evaluación energética y económica.

Las instalaciones de este tipo suelen reportar ahorros estimados entorno al 6% del consumo necesario para obtener las mismasnecesidades térmicas demandadas para la actividad de producción de

vapor. Es decir, que para los 5.000 MWh/año aproximadamente que seconsumen actualmente en la generación de vapor, se les debe aplicar elahorro estimado y nos da un ahorro previsto anual de unos 300MWh/año.

Consumo

gas para

vapor 5.031.990 kWh

Ahorro gas 6%

Consumo

ahorrado 301.919 kWh

Para proceder a evaluar elahorro económico,utilizamos el ratio mediode €/kWh obtenido paraeste Centro en el análisisenergético

Presenta el siguiente

resultado:

Coste vapor

€ 188.540

Consumo

ahorrado € 11.312

Y por tanto estaremos en torno a una amortización energética dealrededor de 3 años. Es una medida muy aconsejable y además, el

Inversión

Quemador

modulante

electronico 20.817

Instalación 10.000Total 30.817





propio fabricante tiene estudios sobre el ahorro estimado del 6% que esmuy conservador, pudiéndose obtener mayores ratios de ahorro segúnla demanda se mantenga más constante, tal y como parece reflejar esteuso energético.

Otra posibilidad de mejora de estos sistemas es el aprovechamiento de latemperatura de los gases de escape para precalentar otros fluidos o aire.

Estos dispositivos se colocan en serie al flujo de gases y mediante un intercambiadorvapor – agua o vapor – aire, realizan precalentamiento de, por ejemplo, el agua dered, al agua de proceso, acs, etc.

Tiene la siguiente forma, la dimensión ira en función de la capacidad energética de losgases, Tª, Caudal y presión y de la demanda que queramos aprovechar.

De forma esquemática será:




La temperatura de salida del agua recuperada puede llegar tranquilamente a los 95-98ºC siendo útil este nivel para mezclar con el depósito de condensados antes deentrar nuevamente en la caldera.

En la siguiente gráfica vemos otra aplicación interesante para precalentar aire en elsector cerámico:

2.- analisis energetico de equipos y sistemas

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