ahorro de energía en el circuito del vapor fundamentos casa de calderas distribución usuarios...
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Ahorro de energía en elcircuito del vapor
FundamentosCasa de calderas
DistribuciónUsuarios
Recuperación de condensado
La energía del vapor(calor sensible)
0ºC0ºC
100ºC100ºC
El agua absorbe calor observándose un cambio en la temperatura.El agua absorbe calor observándose un cambio en la temperatura.El agua absorbe calor observándose un cambio en la temperatura.El agua absorbe calor observándose un cambio en la temperatura.
La energía del vapor(calor latente)
100ºC100ºC 100ºC100ºC
LíquidoLíquidosaturadosaturado
VaporVaporsaturadosaturado
La temperatura se mantiene igual.La temperatura se mantiene igual.El calor es utilizado en el cambio de estado físico.El calor es utilizado en el cambio de estado físico.
La temperatura se mantiene igual.La temperatura se mantiene igual.El calor es utilizado en el cambio de estado físico.El calor es utilizado en el cambio de estado físico.
Las tablas de vapor
Presión(bar m)
Temperatura(°C) hf (kJ/kg) hfg(kJ/kg) hg(kJ/kg)
Vol. esp.(m3/kg)
0.0 100.00 419.0 2257.0 2676 1.673
1.0 120.42 505.6 2201.1 2706.7 0.881
2.0 133.69 562.2 2163.3 2725.5 0.603
5.0 158.92 670.9 2086.0 2756.9 0.315
10.0 184.13 781.6 2000.1 2781.7 0.177
15.0 201.45 859.0 1935.0 2794.0 0.124
21.0 217.35 931.3 1870.1 2801.4 0.0906
Entalpía específicaEntalpía específica
El ciclo del vapor (ideal)
DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓN
USUARIOUSUARIOFINALFINAL
RETORNORETORNODELDEL
CONDENSADOCONDENSADO
GENERACIÓNDE
VAPOR
Energía
Energía Energía
Energía
El ciclo del vapor (real)
DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓN
USUARIOUSUARIOFINALFINAL
RETORNORETORNODELDEL
CONDENSADOCONDENSADO
GENERACIÓNDE
VAPOR
EN
ER
GIA
DE
L
EN
ER
GIA
DE
L
CO
MB
US
TIB
LE
100
%
CO
MB
US
TIB
LE
100
%
EN
ER
GIA
DE
L
EN
ER
GIA
DE
L
CO
MB
US
TIB
LE
100
%
CO
MB
US
TIB
LE
100
%
EN
ER
GIA
EN
ER
GIA
UT
IL 7
4 %
UT
IL 7
4 %
EN
ER
GIA
EN
ER
GIA
UT
IL 7
4 %
UT
IL 7
4 %
Purgade fondodecaldera3 %3 %
Pérdidas encombustión
18 %18 %
Pérdida endistribución
5 %5 %
REVAPORIZADO
10 %10 %
Condensado norecuperado
Agua dereposición
No puedes controlar aquello que no puedes medir
No puedes controlar aquello que no puedes medir
Lord KelvinLord Kelvin
¿ Por qué medir el vapor ?
• Eficiencia de la planta• Eficiencia en el uso de la
energía• Control de procesos• Costos y facturación• Transferencia de custodia
Estrategias de medición I
ProcesoProcesonn
ProcesoProceso11
ProcesoProceso22
ProcesoProceso33
Casa decalderas
Medidor = MMMM
MMMM
Estrategias de medición III
ProcesoProcesonn
ProcesoProceso11
ProcesoProceso22
ProcesoProceso33
Casa decalderas
Medidor = MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
MMMM
Purga manualN
ivel d
e S
DT e
n c
ald
era
Niv
el d
e S
DT e
n c
ald
era
0 12 240 12 24Tiempo en horasTiempo en horas
Máximo nivel de SDTMáximo nivel de SDT
Nivel promedioNivel promediode SDTde SDT
Purga automáticaN
ivel d
e S
DT e
n c
ald
era
Niv
el d
e S
DT e
n c
ald
era
0 12 240 12 24
Máximo nivel de SDTMáximo nivel de SDT
Nivel promedioNivel promediode SDTde SDT
Tiempo en horasTiempo en horas
Caudal mínimo de purga
QQpurga purga = =FF
B - FB - Fx Qx Qgeneracióngeneración
Donde:F = ppm del agua de alimentaciónB = ppm permitidas en la caldera
Ahorro por automatizaciónde la purga de superficie
El fabricante de la caldera recomienda mantener la concentración de SDT entre 2 000 y 3 000 ppm.– La caldera genera 5 000 kg/h de vapor a 7
barm.– El agua de alimentación a la caldera tiene 378
ppm.– Suponiendo 4000 h/año de trabajo (2 turnos al
día, 5días/semana, 50 sem/año)
– ¿Qué porcentaje de la generación de vapor debo purgar para mantener este nivel ?
Ahorro por la automatizaciónde la purga de superficie
• Si los SDTmáx son 2000 ppm:
– % de purga = 378 x 100/(2000-378) = 23.3%• Si los SDTmáx son 3000 ppm:
– % de purga = 378 x 100/(3000-378) = 14.4%• Diferencia: 8.9% de 5 000 = 445 kg/h
En un año representa 1 780 m3 de agua tratada
Ahorro por la automatizaciónde la purga de superficie
• Como el vapor se genera a 7 barm., el agua purgada tiene 721.4 KJ/Kg
• En términos energéticos:– 1 780 000 kg/año x 721.4 kJ/kg = 1 284 092
MJ/año
• Valor calórico del gas natural: 35.4 MJ/m3
• La diferencia (de 2000 a 3000 ppm) representa:
36 274 m3 de gas/año
Otras áreas de oportunidad
Recuperación de condensado
• Una fábrica genera 18 000 kg/h de vapor @ 10 barm.
• El agua suavizada tiene 325 ppm de SDT.
• El condensado tiene una concentración de 12 ppm de SDT.
• El nivel máximo en caldera es controlado a 3000 ppm de SDT.
Recuperación de condensado0% de la generación
qpurga = Qvapor
F B - F
qpurga = 2 187 kg/h
qpurga = 18 000 kg/h 325 ppm
(3000 - 325) ppm
Recuperación de condensado50% de recuperación
qpurga = 1 067 kg/h
qpurga = 18 000 kg/h 168 ppm
(3000 - 168) ppm
El agua de reposición ( suavizada ) es solo el 50%50% ( 9 000 kg/h )El condensado es el restante 50%50% ( 9 000 kg/h )
x = 168 ppm 168 ppm ( SDT en el agua entrando a la caldera )
Recuperación de energíaRetomando nuestro ejemplo
• Diferencia entre 0 y 50% de recuperación de condensado:
9 000 kg/h• Tiempo de operación: 8 400
h/año• Recuperando el condensado a
90°C tendremos un ahorro energético anual (en términos de gas natural) de:= 715 200 m3/año
¿ Por qué fallan las trampas ?
Desgaste
Suciedad
Corrosión por condensado
ácido
Golpe de ariete
Desgaste
Suciedad
Corrosión por condensado
ácido
Golpe de ariete
El anegamiento del proceso
Un anegamiento -inundación del equipo- puede causar pérdidas del producto.
Se presenta un inadecuado calentamiento del proceso, por lo tanto hay pérdida de tiempo.
Baja eficiencia del proceso.
Un anegamiento -inundación del equipo- puede causar pérdidas del producto.
Se presenta un inadecuado calentamiento del proceso, por lo tanto hay pérdida de tiempo.
Baja eficiencia del proceso.
La fuga de vapor
Altos costos por pérdidas de vapor vivo. Seguridad en el proceso. Como ejemplo:
¿ Cuál es la pérdida de energía por un orificio de 3 mm con vapor de 7 barm ?
20 kg/h de vapor serán desperdiciadosPara un año de operación con 8 700 horas (7 días a la semana, 3 turnos, 365 días), representa:
Altos costos por pérdidas de vapor vivo. Seguridad en el proceso. Como ejemplo:
¿ Cuál es la pérdida de energía por un orificio de 3 mm con vapor de 7 barm ?
20 kg/h de vapor serán desperdiciadosPara un año de operación con 8 700 horas (7 días a la semana, 3 turnos, 365 días), representa:
174 Toneladas de vapor174 Toneladas de vapor174 Toneladas de vapor174 Toneladas de vapor
La pérdida de vaporpor orificios de trampas
Medida de trampa (mm) Medida de orificio (mm)
15 320 525 7.540 1050 12.5
Medida de trampa (mm) Medida de orificio (mm)
15 320 525 7.540 1050 12.5
1000
400200
100
4020
10
41 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14
12.5 mm12.5 mm10 mm10 mm7.5 mm7.5 mm
5 mm5 mm
3 mm3 mm
Vap
or
kg
/hV
ap
or
kg
/h
Presión de vapor barmPresión de vapor barm
Ahorro de energía en el ciclo del vapor