vapor y agua caliente

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Ahorro de energía en el circuito del vapor Fundamentos Casa de calderas Distribución Usuarios Recuperación de condensado

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Es un trabajo que nos habla la importancia de poder ahorrar dinero con la reutilizacion del vapor

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Page 1: Vapor y agua caliente

Ahorro de energía en elcircuito del vapor

FundamentosCasa de calderas

DistribuciónUsuarios

Recuperación de condensado

Page 2: Vapor y agua caliente

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.

Page 3: Vapor y agua caliente

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.

Page 4: Vapor y agua caliente

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 0.8812.0 133.69 562.2 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 0.17715.0 201.45 859.0 1935.0 2794.0 0.124

21.0 217.35 931.3 1870.1 2801.4 0.0906

Entalpía específicaEntalpía específica

Page 5: Vapor y agua caliente

El ciclo del vapor (ideal)

DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓN

USUARIOUSUARIOFINALFINAL

RETORNORETORNODELDEL

CONDENSADOCONDENSADO

GENERACIÓNDE

VAPOR

Energía

Energía

EnergíaEnergía

Page 6: Vapor y agua caliente

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

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

Page 7: Vapor y agua caliente

No puedes controlar aquello que no puedes medir

Lord KelvinLord Kelvin

Page 8: Vapor y agua caliente

¿ 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

Page 9: Vapor y agua caliente

Estrategias de medición I

ProcesoProcesonn

ProcesoProceso11

ProcesoProceso22

ProcesoProceso33

Casa decalderas

Medidor = MM

MM

Page 10: Vapor y agua caliente

Estrategias de medición III

ProcesoProcesonn

ProcesoProceso11

ProcesoProceso22

ProcesoProceso33

Casa decalderas

Medidor = MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

Page 11: Vapor y agua caliente

Purga manualN

ivel

de

SD

T e

n c

ald

era

Niv

el d

e S

DT

en

cal

der

a

0 12 240 12 24Tiempo en horasTiempo en horas

Máximo nivel de SDTMáximo nivel de SDT

Nivel promedioNivel promediode SDTde SDT

Page 12: Vapor y agua caliente

Purga automáticaN

ivel

de

SD

T e

n c

ald

era

Niv

el d

e S

DT

en

cal

der

a

0 12 240 12 24

Máximo nivel de SDTMáximo nivel de SDT

Nivel promedioNivel promediode SDTde SDT

Tiempo en horasTiempo en horas

Page 13: Vapor y agua caliente

Caudal mínimo de purga

QQpurga purga = =FF

B - FB - Fx Qx Qgeneracióngeneración

Donde:F = ppm del agua de alimentaciónB = ppm permitidas en la caldera

Page 14: Vapor y agua caliente

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 ?

Page 15: Vapor y agua caliente

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

Page 16: Vapor y agua caliente

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

Page 17: Vapor y agua caliente

Otras áreas de oportunidad

Page 18: Vapor y agua caliente

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.

Page 19: Vapor y agua caliente

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

Page 20: Vapor y agua caliente

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 )

Page 21: Vapor y agua caliente

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

Page 22: Vapor y agua caliente

¿ Por qué fallan las trampas ?

Desgaste

Suciedad

Corrosión por condensado ácido

Golpe de ariete

Page 23: Vapor y agua caliente

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.

Page 24: Vapor y agua caliente

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:

174 Toneladas de vapor174 Toneladas de vapor

Page 25: Vapor y agua caliente

La pérdida de vaporpor orificios de trampas

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 mm10 mm7.5 mm

5 mm

3 mm

Vapo

r kg

/hVa

por

kg/h

Presión de vapor barmPresión de vapor barm

Page 26: Vapor y agua caliente

Ahorro de energía en el ciclo del vapor