nhumo, s.a. de c.v
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FIDE.PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGIA
CASO: I-DV-97
NHUMO, S.A. DE C.V.
.INTRODUCCION.
De acuerdo con sus políticas de mejora-miento continuo y de calidad en la planta,Nhumo, S.A. de C.V., implementó un pro-grama para el uso eficiente de la energíaeléctrica, dentro del que consideró realizarun Diagnóstico Energético en sus instala-ciones, por lo que solicitó financia!1lientoalFideicomiso para elAhorro de Energía Eléc-trica (FIDE) para la realización del mismo.Nhumo también requirió apoyo al FIDE parala realizacióndel estudioy la implementaciónde los proyectos propuestos como resultadodel diagnóstico energético, el cual le otorgóun prestamo sin intereses por $175,000.00para la realización del estudio y con$825,000.00 adicionado para efectuar lasmedidas tendientes a reducir el consumo deenergía eléctrica. Como resultado del pro-
yecto en su primera etapa, la empresa desa-rrollará las siguientes unidades: control deventeo a la atmósfera del sistema de sopla-dores, .eficientar la velocidad de las peleti-zadoras, recortar impulsores de las bombasde agua a proceso, reemplazar motores es-tándar por motores de alta eficiencia y elimi-nar las fugas del sistemade airecomprimido.
.ANTEDECENTES.
Nhumo, es una empresa del ramo químico,se encuentra ubicadaen la Carretera Mante-TampicoKm. 139.2,enAltamira,Tamaulipas.Su producto principal es el Negro de Humoen diferentes grados y para diferentesaplicaciones, la característica general deeste es que proporciona grados reforzanteso como agente de pigmentación en dondees empleado.
FIDE.La empresa cuenta contres unidades básicasde producción denomi-nadas 1,11Y 111,cada unade ellas produce dife-rentes grados de Negrode Humo.
La aplicación del negrode Humo en la industriaes principalmente paradarle al hule propie-dades de resistencia ala tensión y al desgarre,dureza, flexibilidad etc.Su uso más amplio esen la industria automotriz, ya que se utilizaen llantas, mangueras y soportes de hule;se utiliza también para la fabricación engeneral de llantas y en la fabricación desuelas para zapatos.
La tarifa en la que actualmente se factura aNhumoes la denominadaH-SL,tarifa horariapara servicio en alta tensión, nivel subtrans-misión, para larga utilización.
En la tabla siguiente se presentan los pará-metros eléctricos de la planta.
planta,con él se detectaron lossistemas conmayor consumo de energía mediante unanálisis y mediciones eléctricas detalladasde cada sistema, permitiendose detectar sis-temas con potencial de ahorro de energía;en todas la medidas propuestas se cuidó elno afectar la productividad ni la calidad delNegro de Humo.
. DESCRIPCION DEL PROCESO.
El proce"sode Negro de Humo, indepen-dientemente del tipo o grado producido,consta de 5 etapas:
. DESARROLLO DEL PROYECTO.
Con la finalidadde detectar áreas con poten-ciales de ahorro de energía eléctrica, eldiagnóstico energético se realizó en toda la
ReacciónFiltraciónAglutinaciónSecadoManejo de producto terminado
Reacción.
Esta primera etapa del proceso de produc-ción del Negro de Humo, cuenta con tresunidades productivas, y cada unidad cuentacon sus propios reactores de diferentestecnologías.
CONCEPTO MONTO
DEMANDA FACTURABLE (kW) 6,523
CONSUMO DE ENERGIA (kWh/año) 44,696,160
FACTOR DE CARGA (%) 78.86
FACTOR DE POTENCIA (%) 91.29
FACTURACION PROMEDIO ($/año) 14,576,584
n FIDE.En esta operación se alimenta al reactoraceite decantado (aceite pesado residual),el cual mediante alta temperatura ocasio-nada por la combustión de gas natural, esdegradado hasta obtener el carbón o Negrode Humo. El grado de Negro de Humo aobtener depende de la distancia a la cual seapague la reacción mediante la inyección deagua.
Una vez que teminó la reacción, la mezclade carbón y gas residual se conduce alproceso de filtración, antes de llegar a estaetapa entra a un precalentador de aire decombustión, posteriormente,en un enfriadortipo venturi, se disminuye su temperaturamediante la inyección de agua hasta latemperatura deseada.
n Filtración.
La unidad principal de filtrado (UPF) de launidad I consta de 10 compartimentos conbolsas (elementos filtrantes).
La unidad II también cuenta con com-partimentos. Las dimensiones y número deelementos filtrantes por compartimento sonidénticas a la unidad 1.
La unidad 1I1 opera con varios com-partimentos y cada uno de éstos consta debolsas con las mismas dimensiones que lasunidades anteriores.
El negro de humo recolectado es transpor-tado neumáticamente, utilizando el gas resi-dual de reacción,como medio de fluidizaciónen un loop cerrado. Se utiliza un sistema deciclones para separar el negro de humo delgas de transporte.
El gas residual separado se distribuye hacialos secadores, el excedente se quema enflares existentes en cada unidad de filtración.
Aglutinación.
El área de aglutinación se compone, en las3 unidades,de equiposde molienda o micro-pulverizadores, una tolva acumuladora (tan-que agitador en el caso de la unidad 1),mis-ma que tiene la función de absorber varia-ciones de flujo hacia el aglutinador, 2 trans-portadores y 2 aglutinadores por unidad.
Secado.
En el área de secado exis1en2 secadorespor cada unidad, utilizando unsistema horno/quemador de gasresidual en cada secador.
o
Los secadores son de tipo tamborgiratorio,el cual tiene en su interiorun sistema de celdas en donde elproducto a secar se va depositan-do. Los gases de combustión en-tran en equicorriente con el pro-ducto. En este secador, el calorse transmite a través de las pare-des de compartimentos indepen-dientes.
FIDE.
El aire de combustión se precalienta en lachimenea de cada secador, aprovechandoúnicamente el calor disponible en un áreasuperficial determinada, mediante una pe-queña chaqueta de calentamiento.
Además, es importante mencionar que antesde la entrada de gases provenientes de la com-bustión al secador, son enfriados mediante lainyección de aire a condiciones ambientales.
Así mismo y como un sistema auxiliar a lafase de secado, se cuenta con un sistema depurgas que consiste de un ventilador por cadasecador, mismo que extrae el vapor de aguaal interior del secador y lo descarga al cabezalde humos corriente arriba del primer disparodel ducto distribuidor de la unidad principalde filtrado (UPF), mezclándose entonces lamezcla de Negro de Humo y el gas residualde reactores con las purgas de secado.
Manejo de Producto Terminado.
Una vez concluida la fase de secado, elproducto se transporta por un sistemahelicoidal hasta un elevador de cangilones,el cual suministra el producto a silos dealmacenamiento, de los que se realiza elempaque en sacos, superbolsas o a granelen camiones o vagones de tren.
Diagrama de Flujo del Proceso
.AREAS DE OPORTUNIDADESDETEC-TADAS.
Como resultado del diagnóstico energético,se detectarondiversas áreas de oportunidadpara ahorrar energía eléctrica, de las cualesla empresa implementó un sistema decontrol para los sopladores, el cambio en elsistema de transmisión de las peletizadoras,recorte de impulsores en bombas,eliminación de fugas de aire comprimido, yremplazo de motores estándar por motoresde alta eficiencia, con recursos propios.
1.- Control de sopladores para evitar el ven-teo a la atmósfera.
El sistema de sopladores está compuestopor sopladores de 900 HP (se tiene uno derespaldo,paracomplementar la demandadeaire cuando aumenta), que suministran aireal proceso con dos objetivos: para su-ministrar aire de combustión a los reactoresy quemar el aceite decantado, y a la vez,sirve de medio de transporte al negro deHumo, el sistema presenta una operaciónde 24 horas diarias.
El objetivo de instalar un control es el evitarel venteo del aire sobrante a la atmósfera,ya que para evitar que los sopladores en-
tren en inestabilidad "surge"existe unventeo de aire a la at-mósfera que se controla me-diante una válvula y que man-tiene una presión constante enel cabezal principal; así, encaso que disminuya la de-manda de aire, como los so-pladores suministran un vo-lumen constantede aire, la pre-sión del cabezal tenderá aaumentar, lo que puedeprovocar que exista un reflujo
SECADOR SILOS DEAlMACENAMIENTO
FIDE.
de aire en algún soplador y dañarlo, por loque la presión se regula mediante el venteode aire a través de una válvula.
El control propuesto elimina el venteo y solosuministra el aire necesario medianteválvu-las en la succión y el monitoreoconstantedela presión y temperatura en la succión ydescarga de cada soplador y la presióndiferencial,a partirde estosvaloresy a travésde PLC y una programación de altarespuesta, se pueden regular las válvulasde cada soplador de manera independientepara evitar que los sopladores entren en"surge".
Antes de la implementación de esta medida,la plantademandaba en promedio6,523 kW,con su implementación se demandarán2,181.2 kW obteniéndose un ahorrode 278.80 kW, por lo que se tendráun ahorro en demanda de un 4.27%;el ahorro mensual en consumo deenergía será de 199,617.85 kWh, loque representa el 5.36% delconsumo promedio y un ahorroeconómico anual de $822,046.68,que representa el 5.64% en el costopromedio de facturación anual.
2.- Cambio en la transmisión de laspoleas de las peletizadoras.
requiere una velocidad determinada derotación de la peletizadora, la cual varía deacuerdo al grado de Nhumo. Antiguamentese variaba la velocidad de la peletizadoramedianteel cambio de poleascon diferentesradios, posteriormente se instalaron varia-dores de velocidad en cuatro de los motores,los restantes se mantendrán con velocidadconstante, sin contar con variadores develocidad.
La velocidad de los motores es de 1,185r.p.m. y la relación de poleas para la línea Ies 1: 3.32, para la línea 111: 3.11 y para lalínea 111es 1: 2.12, la tabla siguiente presentalas diferentes velocidades a las que se ajustael motor con el variador y la correspondientevelocidad de la peletizadora :Como se puede observar en la tabla anterior,
El sistema de peletizadoras está compuestode dos sistemas por línea de producción, esdecir, existen varias peletizadoras con unmotor de 75 HP cada una, con transmisiónmediante poleas y bandas. La función deestas es compactar el Negro de Humopulverizado en pequeños pellets mediantela adición de algunos aditivos para darleconsistencia.
Para determinar el tamaño del pellet se
en algunos casos las revoluciones del motorson superiores a sus valores nominales, porlo que se propone cambiar la relación de laspoleas con objeto de disminuir la velocidaddel motor y mantener la velocidad en laspeletizadoras, para lo que es necesarioinstalar dos variadores en la unidad 111.
Los ahorros por la implementación de estaacción serán de 101.6 kW y en consumo de28,777.10 kWh al mes, lo que representa unahorro del 1.55% en demanda, el 0.7726%en consumo y el ahorro en costos es de
LlNEA DE VELOCIDAD VELOCIDAD DE LAPRODUCCION DEL MOTOR PELETIZADORA
(rpm) (rpm)1,000 300
I 1,490 4501,800 550
925 30011 1 545 500
2,000 650
111 1,150 550
flDE.$352,132.90 al año, lo que representael 2.4% del costo de facturación anual.
3.- Recorte de impulsores en Bombas.
Se evaluaron tres bombas que envíanagua al proceso, la bomba 1suministraagua a las peletizadoras, la 2 suministraagua a los reactores y la bomba 3suministra agua a los reactores Ashla.Se realizaron mediciones de flujo ypresión en la succión y descarga decada bomba, así como medicioneseléctricas en el motor de cada una; comoresultadode estasse encontróque la presióngenerada por las bombas es mayor que larequerida por el proceso, por lo que sepropuso recortar los impulsores a lasbombas y disminuir la presión de descarga.Para realizar esta propuesta fue necesariocomparar las curvas de la bomba contra ladel sistema con la finalidad de determinar siel recorte permite seguir cumpliendo con elflujo de agua demandado por el proceso, latabla siguiente muestra la situaciónpropuesta y la esperada con el recorte delos impulsores.
o ,
consumoglobal y el ahorro económicoal añoserá de $24,818.00, representando el0.1703% de la facturación promedio anual.
4.- Reemplazo de motores estándar pormotores de alta eficiencia.
Del total de motores analizados se encon-traron cuatro motorescon baja eficiencia, loscuales serán remplazados por motores dealta eficiencia de la misma capacidad; tam-bién se encontraron motoresde ventiladoressobrecargados, los cuales serán rempla-zados por motores de mayor capacidad;
Los ahorros en potencia serán de 8.42 kW,que representan el 0.123% de la demandatotal, el ahorro en consumo será de 6,026.72kW al mes, representando el 0.161% del
ademásse encontrarononce motoressobre-dimensionados siendo estos remplazadospor motores de menor capacidad, a conti-nuación se presenta un resumen de las con-
DIAMETRO DEL PRESION DE POTENCIA A
BOMBA SITUACION IMPULSOR DESCARGA LA FLECHA
(mm) (kg/cm2) (HP)1 ACTUAL 193.7 20.00 67.02
PROPUESTA 187.1 18.45 61.81
2 ACTUAL 254 12.99 33.51
PROPUESTA 245.4 11.99 30.91
3 ACTUAL 193.7 24.00 48.59
PROPUESTA 189.8 22.77 46.11
FIDE.
diciones de operación de algunos motores.Los ahorros por consumo energía que setendrán al remplazar los 19 motores están-dar por motores de alta eficiencia serán de45,631.32 kWh al mes, lo que representa el1.225% del consumo promedio, el ahorroeconómico anual es de $187,914.38 lo querepresenta el 1.29% del costo de faturaciónpromedio al año.
5.- Eliminación de fugas de la red de airecomprimido.
La producción de aire comprimido se realizamediante un compresor tipo tornillo, la plantacuenta con dos compresores de las mismascaracterísticas, el aire se alimenta a la plantaseco y húmedo. La red de aire comprimido
suministra aire a los instrumentosde control,pistones neumáticos, área de ensacado yvibradores neumáticos.
Durante la revisión de la red de distribuciónde aire comprimido se detectaron fugas endiferentes puntos de la red; para determinarlas pérdidas de energía se realizaronmediciones del flujo de aire fugado acondiciones atmosféricas y se determinó elíndice energético, se detectaron 9 puntoscon fugas, la pérdidatotal de airees de 48.92kg/h.
Las fugas detectadas más comunes seencontraron en dispositivos de control omedidores de presión dañados. Los ahorrosde energía obtenidos por la eliminación de
fugas es de 7,061.90 kWh/mes,que representan el 0.19%, elahorro económico anual es de$23,665.12 que representa el0.1624% de la facturación anualpromedio.
En la tabla siguiente se presentaun resumen de los ahorros deenergía, económicos, la inver-sión y el tiempo de recuperaciónde la inversión.
FACTOR DE POTENCIA FACTOR DE POTENCIAPOTENCIA CARGA ACTUAL POTENCIA CARGA DEMANDADA
ACTUAL ACTUAL DEMANDADA PROPUESTA ESPERADO ESPERADA
(HP) (0/0) (kW) (HP) (0/0) (kW)30 85.75 21.43 30 84.64 20.1440 85.32 28.43 40 82.89 26.64100 101.29 83.00 125 77.36 76.13100 112.58 88.00 125 84.40 82.67100 68.66 51.20 75 85.44 41.7960 62.8 28.10 40 88.47 26.39
.CONCLUSIONES. senta el 9.68% de su facturación eléctricaanual.
()El ahorro energético que se obtuvo enNhumo con la implementación de lasmedidas realizadas es de 312.07 kW en de-manda, 4,161,224.76 kWh/añoen consumo,que representan el 9.31% del consumo pro-medio anual y el ahorro económico ascien-de a $1,410,577.09 pesos al año que repre-
Las áreas de oportunidad que surgieron deeste proyecto, así como los ahorros obteni-dos con las medidas aplicadas, demuestranlos grandes beneficios económicos que sepueden Qbtener en la industria química alemplear racionalmente la energía eléctrica.
FIDEICOMISO PARA EL AHORRODE ENERGIA ELECTRICA.LeónTolstoi No.22,4opiso.Col. Anzures. México, D.F.C.P. 11590 Tel.: 5545 2757Consulte nuestra hoja web:http://www.fide.org.mx
AHORRO EN AHORRO EN AHORRO TIEMPO DE
DESCRIPCION POTENCIA CONSUMO ECONOMICO INVERSION RECUPERACION
(kW) (kWhlaño) ($/año) ($) (años)SISTEMA DE CONTROL PARA
EVITAR EL VENTEO DE LOS 278 2,395,414.20 $822,046.68 $2,214,745.04 2.69
SOPLADORES.
CAMBIO EN LA RELACION DE
TRANSMISION DE LAS 25.65 1,061,171.28 $352,132.91 $305,994.03 0.87
PELETIZADORAS.
RECORTE DE IMPULSORES DE
LAS BOMBAS DE AGUA A 8.42 72,320.64 $24,818.00 $14,583.00 0.59
PROCESO.
REEMPLAZO DE MOTORES
ESTANDAR POR MOTORES DE -- 547,575.84 $187,914.38 $587,475.91 3.13
ALTA EFICIENCIA.
ELlMINACION DE FUGAS EN -- 84,742.80 $23,665.12 SIN INVERSION INMEDIATA
AIRE COMPRIMIDO.
TOTAL 312.07 4,161,224.76 $1,410,577.09 $3,122,797.98 2.21