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ESCUELA POLITEacuteCNICA DEL EJEacuteRCITO
FACULTAD DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN Y
EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA DE LA
EMPRESA TEXTIL ECUADOR SA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIOacuteN DEL TIacuteTULO DE
INGENIERO MECAacuteNICO
LUIS FRANCISCO VILLACIacuteS BUENANtildeO
DIRECTOR ING ADRIAacuteN PENtildeA
CODIRECTOR ING ROBERTO GUTIEacuteRREZ
Sangolquiacute Febrerondash2006
ii
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO
El proyecto ldquoAUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN Y EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA
DE LA EMPRESA TEXTIL ECUADOR SArdquo fue realizado en su
totalidad por el Sr Luis Francisco Villaciacutes Buenantildeo como
requerimiento parcial para la obtencioacuten del tiacutetulo de Ingeniero
Mecaacutenico
ING ADRIAacuteN PENtildeA ING ROBERTO GUTIEacuteRREZ DIRECTOR CODIRECTOR
Sangolquiacute 2006-02-07
iii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
ldquoAUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN Y
EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA DE LA
EMPRESA TEXTIL ECUADOR SArdquo
ELABORADO POR
LUIS FRANCISCO VILLACIacuteS BUENANtildeO
FACULTAD DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA
MAYO DE E ING EDGAR PAZMINtildeO
DECANO
Sangolquiacute 2006-02
iv
DEDICATORIA
A quienes no les fue posible alcanzar
sus suentildeos de nintildeos
A quienes piensan que el uacutenico ser
humano muerto es el que no quiere
seguir creciendo
A quienes lean esta dedicatoria
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios El ser maacutes espectacular del universo
A mis padres Jaime y Rosa Son mi rodilla y
la mejor parte de cada diacutea
A mis hermanos Roberto y Emilio Los
mejores compantildeeros
A los Ingenieros Adriaacuten Pentildea y Roberto
Gutieacuterrez
A todo el personal administrativo y
principalmente operativo de la empresa
Textil Ecuador SA
vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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2000
ii
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO
El proyecto ldquoAUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN Y EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA
DE LA EMPRESA TEXTIL ECUADOR SArdquo fue realizado en su
totalidad por el Sr Luis Francisco Villaciacutes Buenantildeo como
requerimiento parcial para la obtencioacuten del tiacutetulo de Ingeniero
Mecaacutenico
ING ADRIAacuteN PENtildeA ING ROBERTO GUTIEacuteRREZ DIRECTOR CODIRECTOR
Sangolquiacute 2006-02-07
iii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
ldquoAUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN Y
EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA DE LA
EMPRESA TEXTIL ECUADOR SArdquo
ELABORADO POR
LUIS FRANCISCO VILLACIacuteS BUENANtildeO
FACULTAD DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA
MAYO DE E ING EDGAR PAZMINtildeO
DECANO
Sangolquiacute 2006-02
iv
DEDICATORIA
A quienes no les fue posible alcanzar
sus suentildeos de nintildeos
A quienes piensan que el uacutenico ser
humano muerto es el que no quiere
seguir creciendo
A quienes lean esta dedicatoria
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios El ser maacutes espectacular del universo
A mis padres Jaime y Rosa Son mi rodilla y
la mejor parte de cada diacutea
A mis hermanos Roberto y Emilio Los
mejores compantildeeros
A los Ingenieros Adriaacuten Pentildea y Roberto
Gutieacuterrez
A todo el personal administrativo y
principalmente operativo de la empresa
Textil Ecuador SA
vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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2000
iii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
ldquoAUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA EN EL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN Y
EN LA CALDERA DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA DE LA
EMPRESA TEXTIL ECUADOR SArdquo
ELABORADO POR
LUIS FRANCISCO VILLACIacuteS BUENANtildeO
FACULTAD DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA
MAYO DE E ING EDGAR PAZMINtildeO
DECANO
Sangolquiacute 2006-02
iv
DEDICATORIA
A quienes no les fue posible alcanzar
sus suentildeos de nintildeos
A quienes piensan que el uacutenico ser
humano muerto es el que no quiere
seguir creciendo
A quienes lean esta dedicatoria
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios El ser maacutes espectacular del universo
A mis padres Jaime y Rosa Son mi rodilla y
la mejor parte de cada diacutea
A mis hermanos Roberto y Emilio Los
mejores compantildeeros
A los Ingenieros Adriaacuten Pentildea y Roberto
Gutieacuterrez
A todo el personal administrativo y
principalmente operativo de la empresa
Textil Ecuador SA
vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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2000
iv
DEDICATORIA
A quienes no les fue posible alcanzar
sus suentildeos de nintildeos
A quienes piensan que el uacutenico ser
humano muerto es el que no quiere
seguir creciendo
A quienes lean esta dedicatoria
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios El ser maacutes espectacular del universo
A mis padres Jaime y Rosa Son mi rodilla y
la mejor parte de cada diacutea
A mis hermanos Roberto y Emilio Los
mejores compantildeeros
A los Ingenieros Adriaacuten Pentildea y Roberto
Gutieacuterrez
A todo el personal administrativo y
principalmente operativo de la empresa
Textil Ecuador SA
vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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Buenas praacutecticas energeacuteticas Espantildeol 2003
wwwruelsacomnotasahorrohtml Medidas de ahorro de energiacutea Espantildeol
2000
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios El ser maacutes espectacular del universo
A mis padres Jaime y Rosa Son mi rodilla y
la mejor parte de cada diacutea
A mis hermanos Roberto y Emilio Los
mejores compantildeeros
A los Ingenieros Adriaacuten Pentildea y Roberto
Gutieacuterrez
A todo el personal administrativo y
principalmente operativo de la empresa
Textil Ecuador SA
vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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vi
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIOacuteN DE LA ELABORACIOacuteN DEL PROYECTO ii
LEGALIZACIOacuteN DEL PROYECTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
IacuteNDICE DE CONTENIDOS vi
TABLAS x
FIGURAS xiii
NOMENCLATURA xv
ANEXOS xvii
RESUMEN xviii
1 GENERALIDADES 1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA 2
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA 5
14 OBJETIVOS 6
141 OBJETIVO GENERAL 6
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 7
15 ALCANCE 7
2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 9
21 ENTROPIacuteA 9
22 EXERGIacuteA 11
221 TRABAJO REVERSIBLE 12
222 IRREVERSIBILIDAD 12
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II 13
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 14
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA 15
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO 15
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 16
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 17
vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
REFERENCIAS
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vii
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA 18
24 DIAGRAMAS DE SANKEY 19
3 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR 21
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN 23
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA 24
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE 25
331 CALDERAS 26
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales 27
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales 29
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 31
332 AIRE COMPRIMIDO 31
3321 Inspecciones generales del Compresor 31
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido 32
333 TUBERIacuteAS DE AGUA 33
3331 Inspecciones generales 34
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 35
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea 36
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 38
4 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA 39
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 1 39
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 39
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 41
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 44
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 49
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 74
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 76
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA CALDERA 2 81
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN 81
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN 82
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL
GENERADOR DE VAPOR 84
viii
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR 87
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA 95
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS 97
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO 99
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE
COMPRIMIDO 99
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 106
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA 106
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA ENERGIacuteA
ELEacuteCTRICA 115
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA
EN LA MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN 116
5 PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS 119
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO 119
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1 119
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2 134
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor 138
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE
COMPRIMIDO 143
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS
TUBERIacuteAS DE AGUA 148
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA 152
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO 154
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS 154
5211 En la Caldera 1 154
5212 En la Caldera 2 155
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor 155
5213 En el Aire Comprimido 156
5214 En las Tuberiacuteas de Agua 157
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica 157
ix
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 159
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN 160
524 ESTADO DE RESULTADOS 162
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 163
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA 163
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN) 163
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR) 164
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO 164
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
61 CONCLUSIONES 167
62 RECOMENDACIONES 169
REFERENCIAS 188
x
TABLAS
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten 3
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos
calderas 3
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Tabla 31 Datos de la empresa auditada 21
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas 23
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse 26
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las
calderas 26
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1 27
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1 28
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2 29
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2 30
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten 32
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten 34
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica 36
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del
aacuterea de estampacioacuten 37
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 1 40
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1 40
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 50
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 51
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 52
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 53
xi
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea
principal de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 57
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 59
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera 77
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en
el agua de calderas para presiones de 0 a 300 psig 77
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1 78
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2 82
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles 82
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 88
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 89
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten 90
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas
de suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten 92
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2 97
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten 100
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red
de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten 101
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido 104
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del
aacuterea de estampacioacuten 107
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la
bomba 107
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas 110
xii
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea 111
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo 112
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua 114
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten 115
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de
energiacutea 116
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea 124
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 126
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 140
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP 144
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto 149
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto 150
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos
propuestos 158
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo 159
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido 160
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido 160
Tabla 511 Costo de funcionamiento 160
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD) 161
Tabla 513 Estado de resultados 162
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados 165
xiii
FIGURAS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo 4
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica 9
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas 17
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad 20
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA 22
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de
la empresa 23
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten 24
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea 25
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea 27
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten 29
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten 32
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten 34
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea 49
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 63
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 69
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea 71
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1 74
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1 75
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea 81
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten 87
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2 95
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2 96
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten 99
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido 104
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba 108
xiv
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba 113
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten
de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 117
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de tintoreriacutea 134
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor
del aacuterea de estampacioacuten 143
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido 145
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la
bomba 148
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto 151
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten 154
xv
NOMENCLATURA
h Entalpiacutea especiacutefica kJkg
i Irreversibilidad especiacutefica kJkg
m Masa kg
M Peso molecular kgkmol
n Nuacutemero de moles kmol
P Presioacuten kPa
q Transferencia de calor por unidad de masa kJkg
Q Transferencia de calor total kJ
Ru Constante de gas universal kJ(kmol K)
s Entropiacutea especiacutefica kJ(kg K)
S Entropiacutea total kJK
T Temperatura ordmC o K
V Velocidad ms
w Trabajo por unidad de masa kJkg
W Trabajo total kJ
z Altura o elevacioacuten m
LETRAS GRIEGAS
Disponibilidad (exergiacutea) especiacutefica kJkg
II Eficiencia exergeacutetica
t Eficiencia teacutermica
Densidad kgm3
SUBIacuteNDICES
0 Propiedad en la condicioacuten del estado muerto (medio ambiente)
C Calor de combustioacuten
e Estado de una sustancia al salir de un volumen de control
f Formacioacuten
f Propiedad de liacutequido saturado
fg Diferencia en las propiedades de vapor saturado y liacutequido saturado
xvi
gen Generacioacuten
i Estado de una sustancia al entrar a un volumen de control
P Productos de una reaccioacuten quiacutemica
R Reactivos de una reaccioacuten quiacutemica
rev Reversible
u Uacutetil
v Propiedad de vapor saturado
SUPERIacuteNDICES
(punto) Cantidad por unidad de tiempo
__ (barra) Propiedad referida por unidad de mol
o (ciacuterculo) Propiedad en el estado de referencia estaacutendar
xvii
ANEXOS
ANEXO 1 CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA 172
ANEXO 2 PLANOS 173
ANEXO 3 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS 174
ANEXO 4 INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS 175
ANEXO 5 ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS 176
ANEXO 6 RECOLECCIOacuteN DE DATOS 177
ANEXO 7 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS CALDERAS 178
ANEXO 8 CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y
PROPUESTO) EN EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE
VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y DEL AacuteREA DE
ESTAMPACIOacuteN 179
ANEXO 9 CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL
VAPOR EN CADA CALDERA 180
ANEXO 10 GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE
COMPRIMIDO 181
ANEXO 11 GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL
ANAacuteLISIS DE LAS LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA 182
ANEXO 12 CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR 183
ANEXO 13 COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD 184
ANEXO 14 COSTOS DE PRODUCCIOacuteN 185
ANEXO 15 CRONOGRAMA DE INVERSIONES 186
ANEXO 16 CARTA DE SATISFACCIOacuteN 187
xviii
RESUMEN
Los costos de combustible (Fuel Oil Nordm6) y de energiacutea eleacutectrica en la empresa
Textil Ecuador SA ubicada en la parroquia de Amaguantildea ascienden a USD
25810205antildeo representando el 849 del costo total de produccioacuten En tal
virtud los altos dirigentes de la organizacioacuten decidieron realizar una auditoriacutea
energeacutetica para disminuir estos costos en un 5 o 10 en especial los de
combustible y hacer un uso eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes
resultados con menos recursos lo cual se traduce en menores costos de
produccioacuten y menores consumos de energiacutea
La importancia del proyecto radica en los beneficios que la auditoriacutea energeacutetica
puede proporcionar tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes
convirtieacutendola en una potente herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial
proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen permite la implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
con baja o nula inversioacuten mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
y las instalaciones permite la racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Textil Ecuador tiene su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea (800 kW)
para toda la planta a excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es
facturada por la Empresa Eleacutectrica Quito Ademaacutes se aprovecha el agua de
una vertiente para todos los requerimientos de produccioacuten y uso humano
Desde este punto de vista las uacutenicas fuentes de energiacutea que paga la empresa
son la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra del
combustible para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
Por consiguiente los objetivos de la presente auditoriacutea se orientan a un anaacutelisis
de la situacioacuten actual peacuterdidas energeacuteticas consumos costos y propuestas de
mejora para obtener ahorros econoacutemicos en los siguientes sistemas
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten
xix
Adicionalmente se realiza un estudio para corregir el bajo factor de potencia en
la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten y eliminar la penalizacioacuten en la
planilla eleacutectrica por este concepto
Para llevar a cabo la auditoriacutea resultoacute indispensable la colaboracioacuten del
personal operativo y administrativo de la empresa para identificar los equipos a
auditarse y sus caracteriacutesticas teacutecnicas realizar inspecciones visuales y la
toma de datos en los instrumentos de medida de los equipos analizados
Ademaacutes fue necesario contratar los servicios del departamento de Quiacutemica
Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional para realizar el estudio de
emisiones gaseosas en las dos calderas porque es la manera maacutes confiable
para evaluar adecuadamente el proceso de combustioacuten en los generadores de
vapor Tambieacuten se encargoacute a la empresa AWT American Water Treatment
(Tratamiento Americano de Agua) el anaacutelisis del agua de alimentacioacuten del
retorno del condensado y del agua de cada caldera porque era necesario
establecer un nivel de purga oacuteptimo asegurar la calidad del agua y reducir las
peacuterdidas de energiacutea en esta parte de los sistemas de vapor
Finalmente se propuso acciones de mejora en cada sistema auditado y se
evaluoacute la factibilidad del proyecto a traveacutes del valor actual neto (VAN) la tasa
interna de retorno (TIR) el anaacutelisis BeneficioCosto y el periodo de
recuperacioacuten de la inversioacuten determinaacutendose que el proyecto es
econoacutemicamente rentable
La conclusioacuten maacutes relevante de la auditoriacutea es que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo del combustible de USD 1798145antildeo que representa un
ahorro del 736 De igual manera se estimoacute que el beneficio que se puede
tener en la planilla de la energiacutea eleacutectrica asciende a USD 192104antildeo
obtenieacutendose una reduccioacuten del 1407 Esto es factible si se lleva a cabo el
proyecto de implantacioacuten de las mejoras propuestas en cada sistema auditado
unido a un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo y a la
capacitacioacuten de recursos humanos en conservacioacuten y ahorro de energiacutea a fin
de obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como un proyecto
aislado
CAPIacuteTULO 1
GENERALIDADES
En este capiacutetulo se realiza una introduccioacuten del proyecto se define el problema
a resolver con su respectiva justificacioacuten e importancia se declaran el objetivo
general y los objetivos especiacuteficos y se presenta el alcance de la tesis de
grado
11 INTRODUCCIOacuteN
La energiacutea se ha convertido en el primer factor estrateacutegico para la vida de
cualquier nacioacuten e indica el grado de desarrollo de un pueblo Los problemas
energeacuteticos no son inherentes solamente al paiacutes sino de caraacutecter global y de
ellos no escapa ninguacuten estado La energiacutea ha sido es y seraacute un factor decisivo
en el crecimiento econoacutemico y en el bienestar social por lo que su
disponibilidad calidad y precio van a jugar un papel primordial en todos los
aspectos socio-econoacutemicos del paiacutes
La disponibilidad teacutermino introducido en la Escuela de Ingenieriacutea del MIT
Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologiacutea de
Massachussets) en los antildeos cuarenta o su equivalente exergiacutea establecido
en Europa en la deacutecada de los cincuenta es el liacutemite superior de cantidad de
trabajo que un dispositivo puede entregar sin violar ninguna de las leyes
termodinaacutemicas
Las auditoriacuteas exergeacuteticas determinan la forma como se usa la energiacutea en una
planta yo proceso y las medidas posibles para la optimizacioacuten de su consumo
energeacutetico con aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica Permiten
realizar un anaacutelisis detallado en una empresa industrial comercial o de
servicios sobre el estado operativo de las instalaciones en cuanto a su
eficiencia energeacutetica y asiacute establecer las bases que permitan tomar decisiones
sobre la realizacioacuten de proyectos de ahorro de energiacuteas Ademaacutes los recursos
energeacuteticos como combustibles electricidad y otros al ser utilizados de una
manera correcta pueden significar para cualquier empresa precios
competitivos aumento de utilidades y mayor disponibilidad de recursos
2
En tal sentido por medio de un anaacutelisis global o puntual de los diferentes
sistemas o maquinaria se realizaraacute un balance energeacutetico y exergeacutetico en la
caldera en el sistema de aire comprimido en las tuberiacuteas de agua en las
liacuteneas de distribucioacuten de vapor y en la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea de la Empresa Textil
Ecuador SA identificando desperdicios de energiacutea e ineficiencias Y como
resultado de dichos anaacutelisis se plantearaacuten diferentes alternativas encaminadas
a la reduccioacuten de los consumos energeacuteticos sin detrimento en la produccioacuten
teniendo en mente que la idea medular del uso racional de la energiacutea es que
los recursos energeacuteticos se pueden utilizar de manera maacutes eficiente
aplicaacutendose medidas que son teacutecnicamente factibles econoacutemicamente
justificadas y aceptables desde el punto de vista social y empresarial
Por lo tanto el objetivo de esta auditoriacutea es promover la eficiencia energeacutetica a
traveacutes de un anaacutelisis sobre las posibles mejoras y su cuantificacioacuten maacutes que
de certificar la autenticidad de las cuentas energeacuteticas de la empresa tal y
como podriacutea interpretarse por analogiacutea con los usos en finanzas y contabilidad
12 DEFINICIOacuteN DEL PROBLEMA
Textil Ecuador SA empresa fundada en 1942 es una faacutebrica textil
verticalmente integrada que produce tejidos planos en 100 algodoacuten y
mezclas con polieacutester Sus liacuteneas de produccioacuten se han enfocado
principalmente en tres campos 1) Telas industriales 2) Telas para la
confeccioacuten y decoracioacuten y 3) Telas para el hogar Son proveedores en el
mercado nacional y desde hace 12 antildeos realizan exportaciones a Colombia
Venezuela Costa Rica Chile Peruacute y han iniciado negocios con Meacutexico
Esta empresa cuenta con su propio sistema de hidrogeneracioacuten de energiacutea por
medio de turbinas generadores y transformadores desde el antildeo 1946
aprovechando la corriente del riacuteo San Pedro que limita sus instalaciones Tiene
una generacioacuten de 800 kW que cubre las necesidades eleacutectricas de toda la
empresa tanto en la parte administrativa como en la parte operativa a
excepcioacuten del aacuterea de estampacioacuten cuya electricidad es facturada por la
3
Empresa Eleacutectrica Quito Adicionalmente se aprovecha el agua de una
vertiente para cubrir las diferentes necesidades tanto de produccioacuten como de
consumo y uso humano
Tabla 11 Costos y consumos de energiacutea eleacutectrica en el aacuterea de
estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador SA
Tabla 12 Costos y consumos de Fuel Oil Nordm6 (buacutenker) en las dos calderas
Antildeo Mes Consumo (gal) Costo (USD)
Caldera 1 Caldera 2 Total Unitario Total
2004
Junio 25142 4471 29680 07317 2171686
Julio 25043 5400 29780 07317 2179003
Agosto 24563 5238 29310 07317 2144613
Septiembre 24646 5217 28950 07317 2118272
Octubre 24257 5117 29970 07317 2192905
Noviembre 23959 5134 31630 07317 2314367
Diciembre 24803 5053 20300 07317 1485351
2005
Enero 26177 4991 16570 07317 1212427
Febrero 16800 5167 25930 07317 1897298
Marzo 13713 5453 31320 07317 2291684
Abril 21459 3500 30380 07317 2222905
Mayo 25920 2857 30260 07317 2214124
Total 276480 57600 334080 24444634
Fuente Textil Ecuador SA
Antildeo Mes Demanda
(kW) Consumo
(kWh) Costo total
(USD)
2004
Junio 71 11159 122749
Julio 73 11076 121836
Agosto 74 10982 120802
Septiembre 70 10791 118701
Octubre 72 11805 129855
Noviembre 63 12126 133386
Diciembre 81 10772 118492
2005
Enero 67 5891 64801
Febrero 78 7985 87835
Marzo 78 11216 114530
Abril 74 10463 115093
Mayo 75 10681 117491
Total 876 124947 1365571
4
En las tablas 11 y 12 se presentan los uacutenicos costos energeacuteticos que tiene la
empresa es decir la energiacutea eleacutectrica para el aacuterea de estampacioacuten y la compra
del combustible (buacutenker) para sus dos calderas (estampacioacuten y tintoreriacutea)
La produccioacuten anual es de 5rsquo100000 m2de tela Por lo tanto el costo especiacutefico
de energiacutea eleacutectrica y combustible es de USD 00506m2de tela producida que
representan el 849 del costo total de produccioacuten (figura 11) En tal virtud la
alta administracioacuten con su presidente ejecutivo Ing Fernando Peacuterez a la
cabeza decidieron realizar este estudio para disminuir los costes energeacuteticos
en un 5 o 10 (en especial los costos de combustibles) y hacer un uso
eficiente de la energiacutea para conseguir maacutes resultados con menos recursos lo
cual se traduce en menores costos de produccioacuten maacutes productos con menos
desperdicios y menores consumos de energiacutea
Tabla 13 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Fuente Textil Ecuador SA
COSTOS TOTALES DE PRODUCCIOacuteN POR ANtildeO
EMPRESA TEXITL ECUADOR SA
9108
043849
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA Y
COMBUSTIBLES
RENTA POR USO DEL RIacuteO
Y DE LA VERTIENTE
MATERIAS PRIMAS MANO
DE OBRA DIRECTA
COSTOS INDIRECTOS
Figura 11 Costos totales de produccioacuten por antildeo
Textil Ecuador SA se ha caracterizado desde sus inicios por una amplia
eficiencia en el uso de sus recursos productivos y por incentivar el uso de
Descripcioacuten Costo (USD) Porcentaje
Combustible y energiacutea eleacutectrica 25810205 849
Renta por uso del riacuteo y de la vertiente 1320000 043
Materias primas mano de obra directa costos indirectos
277044339 9108
Costos totales de produccioacuten 304174544 10000
5
fuentes de energiacutea respetuosas con el medio ambiente Y siguiendo con esa
liacutenea se realizaraacute esta auditoriacutea para estudiar posibles mejoras energeacuteticas
proponer soluciones tradicionales o novedosas y tener un conocimiento acerca
de buenas praacutecticas energeacuteticas en la empresa
13 JUSTIFICACIOacuteN E IMPORTANCIA
La energiacutea utilizada en Textil Ecuador SA y en toda actividad Industrial es un
recurso vital y se ha convertido en un rubro importante en la estructura de
costos de la empresa debido a las grandes cantidades especialmente de
buacutenker que demandan los procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea Siendo el reto
disminuir la participacioacuten de la energiacutea en los costos en un 5 o 10 por
medio de la auditoriacutea exergeacutetica
La energiacutea permite a las empresas alcanzar mayor productividad y mayor
calidad en su produccioacuten Por ello el conocimiento de coacutemo la empresa
contrata su energiacutea coacutemo la consume en sus procesos y cuaacutento repercute en
sus costos su posicioacuten relativa respecto a otras empresas similares y las
posibles mejoras para disminuir el coste energeacutetico representan la importancia
de realizar este tipo de proyectos
Las poliacuteticas energeacuteticas nacionales e internacionales han reconocido cada vez
maacutes durante los uacuteltimos antildeos la necesidad de un uso maacutes racional de la
energiacutea en particular de los recursos energeacuteticos escasos agotables y
costosos como el petroacuteleo La mejora de la eficiencia energeacutetica significa el
fortalecimiento de la productividad econoacutemica general y de la competitividad
asiacute como la reduccioacuten de la dependencia respecto de las importaciones de
energiacutea Dicha mejora ayuda a desarrollar el empleo y los recursos nacionales
y permite aliviar las tensiones de la balanza de pago de las naciones
Actualmente un estudio de la calidad de la energiacutea es una necesidad de
cualquier tipo de empresa que desee mantenerse en el mercado A nivel
mundial la no realizacioacuten de anaacutelisis ha sido causa de reduccioacuten de beneficios
y a veces el cierre de algunas empresas Hacer un uso eficiente de la energiacutea
6
surge en este escenario como un requisito ineludible de todos los actores del
mercado energeacutetico productores consumidores reguladores Esto contribuye
a una mayor equidad intergeneracional a mejorar la competitividad de la
economiacutea disminucioacuten de impactos ambientales derivados de una menor
produccioacuten y consumo de energiacutea y a reducir a lo estrictamente necesario las
expansiones que naturalmente requiera el sistema energeacutetico nacional
Todos los ciudadanos como consumidores deben tener conciencia del valor
de la energiacutea y de la importancia de su uso eficiente Maacutes auacuten porque del uso
racional de la energiacutea se deriva un aumento de la calidad de vida ya que
permite disponer de mayores prestaciones mejores servicios y confort sin
consumir maacutes energiacutea
Por consiguiente este proyecto contribuye para que en Textil Ecuador SA se
conozca y se comprenda el valor intriacutenseco de la energiacutea y con ello se
adquiera haacutebitos de consumo energeacutetico sostenibles no solo en la empresa
sino aplicables a la vida cotidiana tanto en el hogar como en el trabajo o en
los desplazamientos Esa es una forma de hacer algo por el paiacutes
Finalmente se justifica su realizacioacuten ya que las cifras son el lenguaje
universal de la alta administracioacuten y solo al traducir las peacuterdidas y la calidad
de la energiacutea en costos los ejecutivos pondraacuten eacutenfasis en implantar el proyecto
de factibilidad de mejoras propuesto a fin de lograr una mayor eficiencia en el
uso de la energiacutea y en la utilizacioacuten racional de los recursos energeacuteticos y de
los combustibles
14 OBJETIVOS
141 OBJETIVO GENERAL
Realizar una auditoriacutea exergeacutetica en el aacuterea de estampacioacuten y en la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea de la empresa Textil Ecuador SA
7
142 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Realizar un anaacutelisis de la situacioacuten actual consumos y costos energeacuteticos
en la caldera liacuteneas de aire comprimido y tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Evaluar el proceso de combustioacuten establecer un nivel de purga oacuteptimo y
reducir las peacuterdidas de calor en cada sistema de distribucioacuten de vapor para
disminuir los costos y consumos de combustible en un 5 o 10
Calcular las peacuterdidas en las liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para
agua del aacuterea de estampacioacuten
Corregir el factor de potencia de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten a un valor de 096
Realizar una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las acciones correctivas de
mejora en los sistemas auditados
15 ALCANCE
Tanto en la caldera de estampacioacuten como de tintoreriacutea se realizaraacute un
estudio de emisiones gaseosas para obtener la ecuacioacuten quiacutemica del
proceso de combustioacuten y mediante un anaacutelisis termodinaacutemico de esta
reaccioacuten se determinaraacute el porcentaje de exceso de aire se calcularaacute la
eficiencia de generador de vapor y se efectuaraacute un estudio de la
disponibilidad (exergiacutea) del proceso de combustioacuten Ademaacutes se
determinaraacute un nivel de purga oacuteptimo mediante un anaacutelisis de las aguas de
las calderas de alimentacioacuten y de retorno del condensado Resulta
conveniente destacar que en el anaacutelisis de los sistemas de distribucioacuten de
vapor se encuentra expliacutecito el 80 de importancia de la auditoriacutea en
virtud de los altos costos del combustible y en este sentido dicho anaacutelisis
8
demandaraacute la mayor profundidad del estudio en relacioacuten con los otros
sistemas a auditarse
Se determinaraacuten las peacuterdidas en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor en las
liacuteneas de aire comprimido y en las tuberiacuteas para agua del aacuterea de
estampacioacuten y en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
En la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se estableceraacuten las
caracteriacutesticas del condensador o bateriacutea de condensadores para corregir el
factor de potencia a un valor de 096 y con ello disminuir la potencia
aparente de la red
Se analizaraacuten alternativas de mejora para los sistemas auditados mediante
un estudio econoacutemico financiero evaluando y ordenando las distintas
oportunidades de ahorro de combustible y de energiacutea eleacutectrica en funcioacuten
de su rentabilidad
CAPIacuteTULO 2
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Este capiacutetulo contiene el marco teoacuterico necesario para el proyecto Se definen
e ilustran el rendimiento teacutermico la generacioacuten de entropiacutea la disponibilidad o
exergiacutea el trabajo reversible la eficiencia exergeacutetica las irreversibilidades la
auditoriacutea exergeacutetica y sus beneficios las auditoriacuteas preliminar y definitiva y los
diagramas de Sankey
21 ENTROPIacuteA
Las maacutequinas teacutermicas (figura 2-1) son equipos que operan seguacuten un ciclo
termodinaacutemico que entre dos fuentes de energiacutea convierten el calor en trabajo
de la siguiente manera
Reciben calor (QH) de una fuente de alta temperatura (TH)
Producen un trabajo neto (Wn)
Liberan el calor remanente (QL) en un sumidero de baja temperatura (TL)
Figura 21 Dibujo esquemaacutetico de una maacutequina teacutermica
Este ciclo debe cumplir con la primera y segunda leyes de la termodinaacutemica
(ecuaciones 2-1 y 2-2 respectivamente)
10
WQ (2-1)
0 T
Q (2-2)
La relacioacuten entre el calor que recibe y el trabajo neto es una medida del
rendimiento de un ciclo y recibe el nombre de rendimiento teacutermico o eficiencia
teacutermica t
H
L
H
nt
Q
Q
Q
W 1 (2-3)
En ciclos reversibles donde 0 T
Q la eficiencia teacutermica del ciclo se expresa
con base a la temperatura de las fuentes
H
Lrev t
T
T 1 (2-4)
La generacioacuten de entropiacutea asociada con un ciclo termodinaacutemico la cual es una
medida de las irreversibilidades que suceden durante el ciclo se define como
L
L
H
Hciclo gen
T
Q
T
QS (2-5)
En ciclos internamente reversibles QHTH = QLTL por ello la generacioacuten de
entropiacutea es cero
La generacioacuten de entropiacutea ligada con un proceso de combustioacuten estaacute dada por
00
T
QSSS C
RPgen [kJ(kmol K)] (2-6)
Donde
SP = entropiacutea de los productos de la combustioacuten
SR = entropiacutea de los reactivos de la combustioacuten
QC = transferencia de calor de la caacutemara de combustioacuten
T0 = temperatura de los alrededores
11
22 EXERGIacuteA
En general se acepta la exergiacutea como medida de la calidad de la energiacutea su
capacidad para producir trabajo es decir su potencial para transformarse en
otros tipos de energiacutea y por consiguiente la exergiacutea puede aplicarse al estudio
de procesos tecnoloacutegicos ademaacutes de para plantas de energiacutea ciclos
termodinaacutemicos y maacutequinas
Las limitaciones impuestas por el segundo principio a las transformaciones
energeacuteticas se pueden resumir del siguiente modo las diversas formas de
energiacutea no son termodinaacutemicamente equivalentes Las energiacuteas mecaacutenica y
eleacutectrica son completamente distintas en cuanto a su aprovechamiento que la
energiacutea en forma de calor
Mediante procesos reversibles es posible transformar entre siacute las energiacuteas
eleacutectrica y mecaacutenica en cualquier proporcioacuten Por el contrario la energiacutea en
forma de calor es transformable en trabajo de un modo limitado auacuten en
procesos reversibles Una medida de esta degradacioacuten la da el incremento de
entropiacutea este incremento es directamente proporcional a la energiacutea utilizada
Para valorar el contenido de energiacutea en procesos de flujo permanente
considerando una sustancia a la presioacuten P temperatura T velocidad V y
situado a una altura z iquestQueacute trabajo uacutetil maacuteximo seraacute posible obtener de este
sistema al realizar un proceso La respuesta se tiene cuando la sustancia
establezca el equilibrio con el medio ambiente es decir temperatura T0
presioacuten P0 velocidad y altura cero Al valor del trabajo desarrollado bajo estas
condiciones se conoce como exergiacutea o disponibilidad
Si se le asigna con el siacutembolo se puede calcular la exergiacutea especiacutefica
mediante la siguiente ecuacioacuten
00000
2
sTgzhsTzg2
Vh
[kJkg] (2-7)
Si un ciclo termodinaacutemico (figura 2-1) opera entre la fuente y el ambiente (T0)
la disponibilidad o exergiacutea del ciclo es el trabajo maacuteximo expresado como
12
H
H
Hrev tmax QT
T QW
01 (2-8)
221 TRABAJO REVERSIBLE
El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad maacutexima de trabajo uacutetil que
se puede obtener cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados
especificados inicial y final Esta es la salida o entrada de trabajo uacutetil que se
obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera
totalmente reversible En procesos que requieren trabajo el trabajo reversible
es la cantidad de trabajo miacutenima necesaria para llevar a cabo el proceso
Para calcular el trabajo reversible asociado a un proceso de estado y flujo
estables se utiliza la siguiente expresioacuten
e0e
2
eei0i
2
iirev sTgz
2
VhsTgz
2
Vhw [kJkg] (2-9)
Tambieacuten se tiene que el trabajo reversible por unidad de masa entre dos
estados cualesquiera es igual a la disminucioacuten de disponibilidad entre estos
estados
eirevw [kJkg] (2-10)
222 IRREVERSIBILIDAD
La irreversibilidad es conocida como la oportunidad perdida para hacer trabajo
y representa la energiacutea que podriacutea haberse convertido en trabajo y es la
asociada con el incremento de entropiacutea
Cuanto mayor es el grado de las irreversibilidades mayor resulta la generacioacuten
de entropiacutea Tambieacuten se emplea para establecer criterios de la calidad del
proceso
Cualquier diferencia entre el trabajo reversible wrev y el trabajo uacutetil o real wu se
debe a las irreversibilidades presentes durante un ciclo (ecuacioacuten 2-11) o un
proceso (ecuacioacuten 2-12) Se denomina irreversibilidad i la cual se expresa
13
nmax wwi [kJkg] (2-11)
gen0urev sTwwi [kJkg] (2-12)
Cuando una sustancia se somete a un proceso de flujo permanente de una
sola corriente y que intercambia calor con sus alrededores la irreversibilidad
se la determina mediante la expresioacuten
0
00T
q)ss(TsTi alr
iegen [kJkg] (2-13)
223 EFICIENCIA EXERGEacuteTICA II
La eficiencia teacutermica no hace referencia al mejor rendimiento posible pues no
es suficiente para medir el valor de un ciclo termodinaacutemico Por consiguiente
una forma de medir la utilizacioacuten adecuada de los recursos energeacuteticos es
mediante la eficiencia exergeacutetica II Para maacutequinas teacutermicas que operan bajo
un ciclo termodinaacutemico (figura 21) la eficiencia exergeacutetica se define como la
relacioacuten entre la eficiencia teacutermica real y la eficiencia teacutermica del ciclo reversible
posible entre las dos fuentes de energiacutea
evr t
tII
(2-14)
Para procesos que producen trabajo como el que ocurre en turbinas
dispositivos de cilindro eacutembolo la eficiencia de la segunda ley puede
expresarse como la relacioacuten entre la salida de trabajo uacutetil y el trabajo maacuteximo
posible
rev
uII
w
w (2-15)
Para procesos que consumen trabajo como los que se tienen en compresores
bombas la eficiencia exergeacutetica puede expresarse como la relacioacuten entre la
entrada de trabajo (reversible) miacutenima y la entrada de trabajo uacutetil
14
u
revII
w
w (2-16)
23 DEFINICIOacuteN DE AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Una auditoriacutea energeacutetica puede ser desarrollada aplicando la primera ley de la
termodinaacutemica o mediante el uso de la primera y segunda leyes Al primer caso
se le conoce como balance de energiacutea y al segundo como auditoriacutea exergeacutetica
La auditoriacutea exergeacutetica es un procedimiento sistemaacutetico mediante el cual
1 Se obtiene un conocimiento del consumo energeacutetico de una empresa
industrial comercial o de servicios
2 Se determinan cuantitativa (primera ley de la termodinaacutemica) y
cualitativamente (segunda ley de la termodinaacutemica) los factores que afectan
al consumo de energiacutea
3 Se identifican analizan evaluacutean y ordenan las distintas oportunidades de
ahorro de energiacutea en funcioacuten de su rentabilidad
Una auditoriacutea exergeacutetica es por tanto un anaacutelisis basado en la primera y
segunda leyes de la termodinaacutemica que refleja coacutemo y doacutende se usa la energiacutea
en instalaciones de una faacutebrica (pueden aplicarse tambieacuten a una institucioacuten
comercio hoteles residencias etc) con el uacutenico objetivo de utilizarla racional
y eficientemente Ayuda a comprender mejor coacutemo se emplea la energiacutea en la
empresa y a controlar sus costos identificando las aacutereas en las cuales se
pueden estar presentando desperdicios y en donde es posible hacer mejoras
Es una evaluacioacuten teacutecnica y econoacutemica de las posibilidades de reducir el costo
de la energiacutea de manera rentable sin afectar la cantidad y la calidad de la
produccioacuten
La mejora de la eficacia energeacutetica yo exergeacutetica en los procesos suele ir
asociada con alguacuten tipo de innovacioacuten en el propio proceso la maquinaria el
producto elaborado o los procedimientos de trabajo En estos casos los
ahorros de energiacutea pueden ser considerables aunque como contrapartida las
15
inversiones tambieacuten deben tenerse en cuenta por lo que dichas actuaciones
estaraacuten indicadas para las modificaciones sustanciales en las instalaciones en
los procesos o en los productos El estudio deja abierta la posibilidad de
analizar mejoras energeacuteticas ligadas a alguna innovacioacuten tecnoloacutegica aunque
la mayoriacutea de las mejoras en proceso que se consideren tendraacuten un contenido
maacutes convencional
231 DIFERENCIA ENTRE AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA Y AUDITORIacuteA
EXERGEacuteTICA
La auditoriacutea energeacutetica es un teacutermino geneacuterico que muchas veces se lo
confunde al definirlo como un procedimiento donde se hace uso de la primera
ley de la termodinaacutemica la cual no hace referencia al rendimiento sino a la
cantidad de energiacutea utilizada Se define como auditoriacutea exergeacutetica al
procedimiento que compara en cualquier proceso de transformacioacuten de
energiacutea lo realmente obtenido frente a lo potencialmente maacuteximo obtenible
mediante la aplicacioacuten de la segunda ley de la termodinaacutemica (calidad de la
energiacutea utilizada)
En este sentido desde el punto de vista del balance energeacutetico mediante la
aplicacioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica (principio de la cantidad de
energiacutea) todas las energiacuteas son iguales y sirve para cuantificar el total de
energiacutea presente en un proceso sin considerar su calidad o posibilidad de
transformacioacuten En cambio la exergiacutea o disponibilidad se basa en la segunda
ley principio por medio del cual se analiza la forma coacutemo las energiacuteas se
transforman en energiacutea uacutetil
En conclusioacuten el teacutermino auditoriacutea energeacutetica involucra a la auditoriacutea
exergeacutetica cuando es necesario a un ciclo o proceso hacer un anaacutelisis
ademaacutes de la primera ley del segundo principio de la termodinaacutemica
232 EL AUDITOR EXERGEacuteTICO
Es el profesional que realiza los balances energeacuteticos y exergeacuteticos en
ocasiones coordinando a un grupo de especialistas por la amplitud o
complejidad de la instalacioacuten analizada La diversidad de tipos de empresas
16
pertenecientes a sectores con procesos muy diferentes distintos tipos de
equipos consumidores y tecnologiacuteas energeacuteticas horizontales especiacuteficas
hacen aconsejable que el auditor o el coordinador al menos tenga una
formacioacuten muy amplia con conocimientos de las teacutecnicas exergeacuteticas en
profundidad y capacidad para relacionar los procesos productivos con el
consumo de energiacutea
El auditor exergeacutetico deberaacute poseer los conocimientos necesarios para la
realizacioacuten de caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos asiacute como la capacidad de
realizar o dirigir las mediciones que sean necesarias En este sentido es
importante la amplitud de criterio la seleccioacuten de instrumentacioacuten adecuada
requerida y la experiencia de quienes desarrollan esta actividad La habilidad
para realizar caacutelculos teacutecnicos y econoacutemicos es necesaria Los perfiles que
maacutes se adaptan a estos requisitos son los de Ingenieros Mecaacutenicos con
especialidad en el manejo de energiacutea La base teoacuterica debe ir acompantildeada de
una amplia experiencia profesional de trabajo en plantas de disentildeo yo de la
realizacioacuten de auditorias exergeacuteticas
233 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
La auditoriacutea exergeacutetica preliminar sigue el mismo procedimiento que se aplica
para auditoriacuteas energeacuteticas La auditoriacutea preliminar permite realizar un
diagnoacutestico general (prediagnoacutestico) de las oportunidades de mejorar la
produccioacuten de energiacutea su consumo y costos a traveacutes de la recopilacioacuten y
observacioacuten de los primeros datos de todos los aspectos significativos de los
sistemas a analizar Ademaacutes se identifican los diferentes equipos aacutereas
sistemas procesos donde se pueden estar produciendo desperdicios y
despilfarros de energiacutea (figura 22)
La auditoriacutea preliminar se basa en la propia observacioacuten del auditor al recorrer
la planta y en la informacioacuten proporcionada por el personal perteneciente a la
empresa En esta parte de la auditoria se usan solo datos que estaacuten
disponibles en la planta La cooperacioacuten de todo el personal es de suma
importancia para el eacutexito de la auditoriacutea preliminar
17
Figura 22 Sistemas donde se pueden realizar auditoriacuteas energeacuteticas
El objetivo de la auditoriacutea preliminar es efectuar una primera evaluacioacuten de las
condiciones y funcionamiento de los equipos a ser auditados La informacioacuten
baacutesica a ser recopilada puede referirse a los siguientes aspectos
Situacioacuten actual de la empresa
Descripcioacuten de los procesos de produccioacuten
Datos teacutecnicos de la maquinaria y equipos
Producciones
Consumos de electricidad combustibles u otras formas de energiacutea
Costos energeacuteticos
234 AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
La auditoriacutea definitiva es una evaluacioacuten detallada de las oportunidades de
reducir costos y consumos energeacuteticos en base a disminuir las
irreversibilidades
SISTEMAS TEacuteRMICOS
Generacioacuten de vapor
Agua caliente
Redes de distribucioacuten
SISTEMAS ELEacuteCTRCOS
Transformacioacuten y distribucioacuten
Sistema tarifario
Factor de potencia
Distribucioacuten propia
AUDITORIacuteA
ENERGEacuteTICA
SISTEMAS MECAacuteNICOS
Sistemas de aire comprimido
Sistemas de transporte y
bombeo
18
En esta etapa se deben tomar mediciones y realizar anaacutelisis energeacuteticos y
exergeacuteticos con el fin de determinar de manera cierta los costos y beneficios
(ahorro de energiacutea) que el cliente puede conseguir en muchos casos a traveacutes
de evaluaciones econoacutemicas de los diferentes equipos aacutereas sistemas
centros etc identificados en la auditoriacutea preliminar
Posteriormente se emiten recomendaciones teacutecnicas rentables para mejorar la
eficiencia de los equipos auditados Estas mejoras pueden ser por ejemplo
sustitucioacuten de equipos por otros maacutes eficientes aprovechamiento de energiacuteas
residuales optimizacioacuten de las tarifas energeacuteticas cogeneracioacuten de energiacutea
aprovisionamiento energeacutetico uso racional de la energiacutea entre otras
La profundidad que se imponga en esta parte de la auditoriacutea permitiraacute recopilar
las mejores praacutecticas energeacuteticas desarrolladas intuitivamente en la faacutebrica
auditada y su posterior normalizacioacuten y presentacioacuten para provecho del
colectivo industrial
Dependiendo de la extensioacuten que se le quiera dar a la auditoriacutea vendraacute una
etapa de implantacioacuten de las mejoras energeacuteticas y una evaluacioacuten de sus
efectos
235 BENEFICIOS DE LA AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA
Son muchos los beneficios que proporciona una auditoriacutea energeacutetica completa
tanto a nivel de industria como a nivel de paiacutes convirtieacutendola en una potente
herramienta de gestioacuten energeacutetica y empresarial Entre estos se encuentran
Reduccioacuten del desperdicio y despilfarro de energiacutea e introduccioacuten de
materiales y recursos que sean maacutes eficientes en el uso de la misma
Mejoramiento de la eficiencia exergeacutetica y por tanto de la competitividad y
de los resultados empresariales
Implica un cambio de cultura en la empresa que se exporta a las familias
de trabajadores y empleados formando una imagen mejorada
Concientizacioacuten del gasto energeacutetico porque constituye un mecanismo para
fomentar su ahorro tanto en coste como en su utilizacioacuten
19
Ampliacutea el conocimiento sobre el estado de ldquosaludrdquo medioambiental y
energeacutetico de praacutecticas e instalaciones
Proporciona ventajas frente a la competencia tales como el prestigio y una
buena imagen
Implementacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea con baja o nula inversioacuten
Da transparencia a la gestioacuten ambiental de la empresa
Incentiva la innovacioacuten tecnoloacutegica
Mejora el rendimiento y la utilizacioacuten de los recursos
Conocimiento de la distribucioacuten de energiacutea en la empresa
Racionalizacioacuten en el uso de la energiacutea
Utilizacioacuten de la energiacutea que se desecha en nuevos procesos o
instalaciones
Identificacioacuten y cuantificacioacuten de medidas de ahorro de energiacutea
Reduccioacuten de impactos ambientales
Los recursos energeacuteticos como los combustibles la electricidad y otros al
ser utilizados de una manera correcta pueden significar para cualquier
empresa precios competitivos reduccioacuten de los costos de produccioacuten
aumento de utilidades mayor disponibilidad de recursos para publicidad yo
nuevas aacutereas sin el detrimento de su produccioacuten
24 DIAGRAMAS DE SANKEY
El Diagrama de Sankey es una representacioacuten graacutefica del consumo de energiacutea
en un ecosistema natural o artificial a manera de franjas que representan
seguacuten su anchura la cantidad de energiacutea correspondiente seguacuten su direccioacuten
al destino final de esa energiacutea Dicha cantidad de energiacutea puede estar
expresada en porcentaje o en cualquiera de las unidades de energiacutea Asiacute por
ejemplo la figura 23 muestra el consumo y las peacuterdidas de combustible en un
proceso de cogeneracioacuten de calor y electricidad
Estos diagramas inventados por el Ingeniero irlandeacutes M H P R Sankey
(1853-1921) son ampliamente usados en tecnologiacutea permitiendo visualizar los
balances de materia y energiacutea El resultado final es un completo entendimiento
20
de todos los pasos del proceso y sus interrelaciones Los diagramas de Sankey
han probado ser una sobresaliente herramienta en procesos tecnoloacutegicos e
industriales para analizar problemas relacionados con la materia y la energiacutea
Figura 23 Diagrama de Sankey en un proceso de cogeneracioacuten
de calor y electricidad
CAPIacuteTULO 3
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA PRELIMINAR
En este capiacutetulo se analiza la situacioacuten actual de la empresa se describen los
procesos de estampacioacuten y tintoreriacutea y se concluye con la identificacioacuten
inspecciones visuales consumos de energiacutea datos teacutecnicos y formularios para
la recoleccioacuten de datos de los equipos a ser auditados
Para el conocimiento de la situacioacuten actual de la empresa se utilizoacute un
cuestionario (anexo 1) mediante el cual se solicitoacute informacioacuten baacutesica referente
a generalidades costos y consumos energeacuteticos y aprovisionamiento de
energiacutea El cuestionario fue desarrollado por el presidente ejecutivo de Textil
Ecuador Ing Fernando Peacuterez En la tabla 31 se resume lo maacutes destacable
Tabla 31 Datos de la empresa auditada
NOMBRE Textil Ecuador SA
LOCALIZACIOacuteN GEOGRAacuteFICA
PROVINCIA Pichincha
CANTOacuteN Quito
PARROQUIA Amaguantildea
DIRECCIOacuteN Av Pedro Peacuterez
Echanique SN
ACTIVIDAD Produccioacuten de telas
NUacuteMERO DE EMPLEADOS 138
PRODUCCIOacuteN 5rsquo100000 m2telaantildeo
FACTURACIOacuteN USD 5rsquo200000antildeo
COSTO ESPECIacuteFICO DE
PRODUCCIOacuteN USD 0596m2
tela producida
REacuteGIMEN DE TRABAJO Lunes a Viernes de 08h00 a 16h301
DIacuteAS LABORABLES 300 dantildeo
GENERACIOacuteN DE ENERGIacuteA Propio 800 kW Contrata 80 kW
PRINCIPALES TELAS Liacuteneas Industrial confeccioacuten y hogar
Fuente Textil Ecuador SA
1 Dependiendo del volumen de produccioacuten algunas aacutereas operan 24 horas al diacutea y los obreros
trabajan horas extras o los saacutebados yo domingos con remuneracioacuten adicional
22
La estructura de la empresa se indica en el organigrama de la figura 31 en el
cual se representa todo el conjunto de actividades y procesos subyacentes de
la organizacioacuten y se identifica el agrupamiento de personas en aacutereas y de eacutestos
en la organizacioacuten total
Figura 31 Organigrama funcional de la empresa Textil Ecuador SA
Textil Ecuador tiene un aacuterea cubierta de 12319 m2 y una superficie libre de
6721 m2 lo que hace un total de 19040 m2 En el esquema de la figura 32 se
visualizan las diferentes aacutereas de la empresa destacaacutendose las secciones en
las cuales se va a realizar la auditoria estampacioacuten y tintoreriacutea El plano de la
planta se presenta en el anexo 2
PRESIDENCIA EJECUTIVA Ing Fernando Peacuterez
GERENCIA DE COMERCIO EXTERIOR Srta Tania Acosta
NIVEL ESTRATEacuteGICO
NIVEL OPERACIONAL
GERENCIA DE MARKETING Ing Paulina Peralta
GERENCIA FINANCIERA Econ Diego Rodas
GERENCIA ADMINISTRATIVA
Sra Marcela Moreano
AacuteREA DE HILATURA
AacuteREA DE TELARES - URDIDORA
AacuteREA DE TINTORERIacuteA
AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
TALLER DE METAL MECAacuteNICA Y
ELECTRICIDAD
BODEGAS
TALLER DE CONFECCIOacuteN
GERENCIA DE PRODUCCIOacuteN Ing Alicia Leiva
23
Figura 32 Ubicacioacuten de las aacutereas de estampacioacuten y tintoreriacutea dentro de la
empresa
31 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE ESTAMPACIOacuteN
La seccioacuten de estampacioacuten con un aacuterea de 12118 m2 inicia sus actividades
en el antildeo 1989 Esta es la razoacuten de por queacute la hidrogeneracioacuten implantada en
1946 no cubre las necesidades de energiacutea eleacutectrica de esta seccioacuten El
diagrama del proceso de estampacioacuten se lo representa mediante la figura 33
Esta aacuterea con 17 trabajadores dispone de una moderna maacutequina rotativa de
estampacioacuten marca Zimmer de origen austriaco en la cual se pueden realizar
trabajos con las caracteriacutesticas indicadas en la tabla 32
Tabla 32 Caracteriacutesticas teacutecnicas de las telas estampadas
ANCHO MAacuteXIMO 180 m
NUacuteMERO DE COLORES Hasta 6
TIPOS DE TELAS Tejidos planos de punto y rectiliacuteneo
FIBRAS Algodoacuten polieacutester viscosa nylon etc
LONGITUDES MIacuteNIMAS Desde 300 m
TIPOS DE COLORANTES Pigmentos
Fuente Aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador SA
24
AIRE COMPRIMIDO
AIRE COMPRIMIDO ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
VAPOR ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
AGUA
VAPOR
Figura 33 Diagrama de bloques del proceso de estampacioacuten
Ademaacutes se ofrece un servicio de grabado de cilindros con lo cual los clientes
pueden desarrollar sus disentildeos exclusivos La produccioacuten de telas estampadas
tiene un promedio anual de 2rsquo700000 m2
32 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO DE TINTORERIacuteA
La seccioacuten de tintoreriacutea con 25 trabajadores abarca un aacuterea de 13028 m2 El
proceso depende del tipo de tela (hinduacute pantildeal dulce abrigo mantel etc) y de
la composicioacuten de esta (algodoacuten 100 polieacutester-algodoacuten 7525 polieacutester-
algodoacuten 5050) sin embargo las principales operaciones baacutesicas y las
entradas de energiacutea se los describe en el diagrama de la figura 34
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
FOTOGRABADO DEL DISENtildeO
DISENtildeO DEL ESTAMPADO
ESTAMPACIOacuteN DEL DISENtildeO
SECADO DE LA TELA ESTAMPADA
DESGRABADO DEL DISENtildeO
LIMPIEZA DEL MATERIAL USADO
DESPACHO DE LA TELA ESTAMPADA
25
AGUA
VAPOR
AGUA
SI NO
VAPOR VAPOR
AGUA
VAPOR
VAPOR
Figura 34 Diagrama de bloques del proceso de tintoreriacutea
33 IDENTIFICACIOacuteN DE LOS EQUIPOS A AUDITARSE
La maquinaria y los sistemas donde se va a realizar la auditoriacutea son aquellos
en los cuales para su funcionamiento requieren fuentes de energiacutea comprada
por la empresa (tabla 33)
RECEPCIOacuteN DE LA TELA
DESCRUDE DE LA TELA
BLANQUEO
ENJUAGUE EN FRIacuteO
PRIMER ENJUAGUE
BLANQUEO DE LA TELA A 120ordmC
TINTURADO DE LA TELA A 130ordmC
SEGUNDO ENJUAGUE
SECADO DE LA TELA A 140 ordmC
PLANCHADO DE LA TELA A 130 ordmC
DESPACHO DE LA TELA
26
Tabla 33 Identificacioacuten de los sistemas a auditarse
Aacuterea de la empresa
Denominacioacuten del sistema o maquinaria
Fuente de energiacutea
Tintoreriacutea Caldera 1 Combustible
Estampacioacuten
Caldera 2 Combustible
Aire comprimido
Energiacutea eleacutectrica Sistema de bombeo
Maquinaria e iluminacioacuten
Fuente Propia
331 CALDERAS
Las dos calderas de Textil Ecuador utilizan como combustible el Fuel Oil Nordm6
conocido como buacutenker (tabla 34) Este combustible lo produce la refineriacutea de
Esmeraldas y se lo compra a traveacutes de la distribuidora PECOC
Tabla 34 Caracteriacutesticas del combustible que se utiliza en las calderas
NOMBRE Fuel Oil Nordm6
COMPANtildeIacuteA PRODUCTORA Refineriacutea Esmeraldas
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA PECOC
GRADOS API 15
GRAVEDAD ESPECIacuteFICA 0966
DENSIDAD lbgal 8312
Kggal 37703
PODER CALOacuteRICO SUPERIOR (PCS)
Btulb 18840
Btugal 15659808
kJkg 4382184
kJgal 16522148
kWhgal 4589
COMPOSICIOacuteN
SIacuteMBOLO EN PESO
EN VOLUMEN
C 836 8262
H2 112 1537
O2 28 104
S 09 033
N2 15 064
Fuente Textil Ecuador y Money DA Engineering Thermodynamics paacuteg 406
27
3311 Caldera de Tintoreriacutea (Caldera 1) Inspecciones generales
Se ha designado como caldera 1 (figura 35) a la que se encuentra en el aacuterea
de tintoreriacutea Esta caldera es de tipo pirotubular en la cual el fuego o calor
(transferido por medio de los gases de combustioacuten) circula por dentro de los
tubos y el fluido friacuteo el agua por fuera de ellos Las especificaciones teacutecnicas
se aprecian en la tabla 35
Figura 35 Caldera del aacuterea de tintoreriacutea
Tabla 35 Especificaciones teacutecnicas de la caldera 1
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-2429
Modelo D3B-200-150
Antildeo 1989
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1050 pie2
Capacidad 200 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 150 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Manual de la caldera de tintoreriacutea
El vapor saturado que entrega esta caldera se encuentra a una presioacuten de 140
psia El vapor es empleado para formar tentildeir tinturar blanquear y planchar las
telas
28
Los costos y consumos de combustible para esta caldera correspondientes al
periodo junio 2004 ndash mayo 2005 se los observa en la tabla 36
Tabla 36 Costos y consumos de combustible en la caldera 1
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 276480
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 1268888063
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) galm2tela producida 00542
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 249
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 20230042
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00397
Fuente Textil Ecuador SA
De las inspecciones generales se pudo constatar que la caldera trabaja 24 hd
incluso saacutebados y domingos es decir 320 dantildeo Existe un obrero
exclusivamente para controlar y monitorear su funcionamiento la
instrumentacioacuten de alarma y seguridad el ingreso del agua de alimentacioacuten las
purgas y el tratamiento quiacutemico del agua En cuanto al mantenimiento un
domingo en la tarde al mes se realiza una limpieza de las partes metaacutelicas con
diesel y en el mes de diciembre se le hace un mantenimiento total por dentro
y por fuera pero no se lleva un registro de la historia de la caldera ni de su
comportamiento
El cuarto de calderas se encuentra bien aislado y lejos de productos
explosivos Ademaacutes no se produce una vibracioacuten excesiva debido a la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
En lo referente a las liacuteneas de vapor (anexo 2 plano TE-LV-T01) es importante
destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido cambiado
desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute deteriorado e incluso en algunos tramos
estaacute quemado despedazado o no existe
29
Las purgas se realizan 3 veces cada diacutea a las 07h00 a las 13h00 y a las
19h00 para el control puntual y para controlar la acumulacioacuten diaria de los
lodos El tratamiento del agua de alimentacioacuten se basa en su ablandamiento y
mediante productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
manejando de esta forma impurezas o contaminantes que puedan entrar a la
caldera Esto se hace colocando en el agua de alimentacioacuten 9 Ld de una
mezcla de dos productos llamados Mag Booster y Solvex Premium
3312 Caldera de Estampacioacuten (Caldera 2) Inspecciones generales
Figura 36 Caldera del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 37 Especificaciones teacutecnicas de la Caldera 2
Marca DISTRAL
Tipo Pirotubular
Pasos 3
Nordm de serie A-533-150
Modelo D3-150
Antildeo 1971
Combustible Fuel Oil Nordm6
Superficie de calentamiento 1000 pie2
Capacidad 150 Bhp
Maacutex Presioacuten adm de trabajo 125 psia
Procedencia Pennsylvania - USA
Ensamblaje Bogotaacute - Colombia
Fuente Placa de la caldera de estampacioacuten
Se ha designado como caldera 2 (figura 36) a aquella que se encuentra en el
aacuterea de estampacioacuten Esta caldera de tipo pirotubular entrega el vapor
30
saturado a una presioacuten de 100 psia Las especificaciones teacutecnicas se detallan
en la tabla 37
El vapor de esta caldera es utilizado en la secadora automaacutetica a la cual llega
y se distribuye por medio de tuberiacuteas a una temperatura media de 140ordmC Y
tambieacuten se aprovecha el vapor para desgrabar los cilindros de niacutequel a una
temperatura de 125ordmC y una presioacuten de 80 psia de tal forma que estos cilindros
puedan volver a ser usados con un nuevo disentildeo de grabado
Los costos y consumos de combustible para el periodo junio 2004 ndash mayo
2005 se los presenta en la tabla 38
Tabla 38 Costos y consumos de combustible en la caldera 2
Iacutendice Descripcioacuten Unidades Valor
C O N S U M O
Total
Tabla 12 galantildeo 57600
Se multiplica los galantildeo por el PCS en kWhgal (tabla34)
kWhantildeo 264351680
Especiacutefico
Se divide los galantildeo para la produccioacuten anual (tabla 31) galm2
tela producida 00113
Se divide los kWhantildeo para la
produccioacuten anual (tabla 31) KWhm2
tela producida 0518
C O S T O
Unitario
Tabla 12 USDgal 07317
Se divide los USDgal para el PCS en kWhgal (tabla 34)
USDKWh 00159
Total Se multiplica los USDgal por los galantildeo
USDantildeo 4214592
Especiacutefico Se divide los USDantildeo por la produccioacuten anual (tabla 31) USDm2
tela producida 00083
Fuente Textil Ecuador SA
Las inspecciones preliminares indican que no existe un obrero para controlar y
monitorear el funcionamiento de la caldera sino que cada dos horas un
trabajador dedicado a otras actividades chequea la presioacuten y temperatura de
la caldera el nivel de agua de alimentacioacuten y le da el tratamiento a esta agua
agregaacutendole 35 Ld de los mismos productos que en la caldera 1 es decir
Mag Booster y Solvex Premium
La caldera trabaja 12 hd de lunes a viernes ocasionalmente los saacutebados
dando un promedio de 3600 hantildeo En el mes de diciembre se realiza un
31
mantenimiento total pero no se lleva un registro de la historia de la caldera y
su comportamiento
El cuarto de calderas estaacute aislado de toda la maquinaria de estampacioacuten y
distante de productos explosivos La vibracioacuten no es excesiva dada la
adecuada mamposteriacutea donde se asienta la caldera
Se realizan purgas temporales para controlar la acumulacioacuten diaria de los lodos
del tratamiento una vez al diacutea a las 12h00 Los instrumentos de medida como
manoacutemetros y termoacutemetros estaacuten bastante deteriorados y casi no se aprecian
las lecturas porque los vidrios que las cubren se encuentran opacos
33121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
En lo referente a la distribucioacuten del vapor del aacuterea de estampacioacuten es
importante destacar que el aislante de las tuberiacuteas (lana de vidrio) no ha sido
cambiado desde el antildeo 1998 y se nota que estaacute muy deteriorado e incluso en
largos tramos no existe por lo que es notorio que se estaacuten produciendo
peacuterdidas El sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten se lo
puede apreciar en el plano TE-LV-E01 del anexo 2
332 AIRE COMPRIMIDO
Un sistema de aire comprimido descuidado representa aumento de costos en la
facturacioacuten eleacutectrica para la empresa y reduccioacuten de la vida uacutetil de las tuberiacuteas
y accesorios Por lo tanto es necesario evaluar la situacioacuten actual de la red y
si es necesario establecer alternativas de mejora
3321 Inspecciones generales del Compresor
El compresor del aacuterea de estampacioacuten es de desplazamiento positivo tipo
reciprocante de dos pistones en V (figura 37) Estaacute ubicado a pocos metros de
la maacutequina de coser y de la estampadora razoacuten por la cual la entrada de aire
los filtros el motor y el tanque estaacuten rodeados de pelusas Sus
especificaciones teacutecnicas se las detalla en la tabla 39
32
Figura 37 Compresor del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 39 Especificaciones teacutecnicas del compresor de estampacioacuten
Marca Agre BOSS 6002
Nordm de serie 031E0184
Tipo PS 12B
Antildeo 1989
Rango de presiones 355 psi ndash 1510 psi
Potencia 35 kW
Capacidad del tanque 550 L
Caudal 40 cfm
Voltaje 220 V
Procedencia Canadaacute
Fuente Placa del compresor de estampacioacuten
Uno de los obreros se encarga de realizar la purga al tanque del compresor
una vez al diacutea pero no existen registros del funcionamiento ni de los
mantenimientos realizados Este descuido puede causar un mal rendimiento
un elevado costo de operacioacuten tanto en el mantenimiento como en facturacioacuten
energeacutetica y una mala calidad del aire
3322 Inspecciones generales de la Liacutenea de Aire Comprimido
El sistema de distribucioacuten de aire comprimido se lo aprecia en el anexo 2 (plano
TE-AC-E02) El aire es utilizado para el funcionamiento de la maacutequina
estampadora Tambieacuten se usa para mover un pistoacuten neumaacutetico de esta
maacutequina el cual activa un mecanismo para guiar la tela a la banda
transportadora para que sea estampada Y por uacuteltimo se emplea el aire para el
proceso de fotograbado
33
En lo referente a las inspecciones generales se pudo notar que algunos tramos
de la tuberiacutea empiezan a mostrar oacutexido Ademaacutes las trampas de humedad
estaacuten recubiertas con pelusas y no existe uno de estos purgadores a la salida
del compresor lo cual resulta perjudicial para la red porque el condensado se
convierte en una emulsioacuten toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de
rugosidad en la tuberiacutea y caiacutedas de presioacuten por lo cual es recomendable
eliminarlo desde el principio
Para concienciar a los empleados del aacuterea de estampacioacuten sobre el valor del
aire comprimido para la potencia de 35 kW del compresor el consumo
estimado anual de la energiacutea eleacutectrica seraacute
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo comprimidoairereacutectrica poenergiacutea el 12600300
d
12 kW 53
antildeo
USD
kWh
USDhCostoaire 630050
antildeo
kW 12600comprimido
En la tabla 11 se establecioacute que la energiacutea eleacutectrica total consumida en el
aacuterea de estampacioacuten es de 124947 kWhantildeo por lo tanto la energiacutea requerida
para el aire comprimido equivale al siguiente porcentaje
0810100124947
12600comprimidopara aire energiacutea
Este valor representa la deacutecima parte de la energiacutea consumida y merece
realizarse un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten para aprovechar la mayor
cantidad de esta energiacutea y reducir las peacuterdidas
333 TUBERIacuteAS DE AGUA
El agua que se emplea en el aacuterea de estampacioacuten y en toda la empresa
proviene de una vertiente por la cual se paga una renta mensual inferior al
costo que tuviera el servicio de agua proporcionado por el municipio sin
embargo es necesario comprender que el agua es una materia prima tan
valiosa como todas aquellas que contribuyen a la calidad del producto final y
que tiene su costo en energiacutea eleacutectrica
34
3331 Inspecciones generales
La bomba con su motor las liacuteneas de tuberiacutea para agua y sus accesorios se los
puede observar en el plano TE-LTA-E03 (anexo 2) La red de distribucioacuten se
encuentra tanto en el exterior del recinto como en su interior porque el agua es
bombeada desde un reservorio que se encuentra a 4 m del galpoacuten El agua cae
a este reservorio por gravedad del depoacutesito principal de la empresa donde se
almacena el agua de la vertiente para todas las aacutereas y oficinas
La bomba del aacuterea de estampacioacuten (figura 38) es una bomba horizontal
centriacutefuga de flujo radial Sus especificaciones teacutecnicas se las presenta en la
tabla 310
Figura 38 Bomba del aacuterea de estampacioacuten
Tabla 310 Especificaciones teacutecnicas de la bomba de estampacioacuten
Marca ITT
Modelo 3196HT3196
Antildeo 1984
Rango de presiones 30 psia ndash 130 psia
Potencia del motor trifaacutesico 75 hp (56 kW)
Voltaje del motor trifaacutesico 220 V
Procedencia USA
Fuente Placa de la bomba de estampacioacuten
El agua se utiliza en diferentes partes del proceso Asiacute se la emplea en la
lavadora de cilindros de la maacutequina estampadora Tambieacuten para lavar y
desengrasar los cilindros de niacutequel donde se hacen los grabados del
35
estampado Se la ocupa ademaacutes para la limpieza de los rakles (cilindros donde
se carga la pasta coloreada para el estampado) Y finalmente se usa como
agua de alimentacioacuten de la caldera previo tratamiento
Uno de los alcances de esta auditoria es la concientizacioacuten del gasto
energeacutetico del agua Por consiguiente al antildeo para la potencia del motor de la
bomba (56 kW) el costo y consumo estimados de energiacutea seraacuten
antildeo
kWh
antildeo
dhConsumo desreacutectrica poenergiacutea el 13440300
d
8 kW 65bombeo istema
antildeo
USD
kWh
USDhCosto bombeodesistema 672050
antildeo
kW 13440
La energiacutea eleacutectrica consumida en el aacuterea de estampacioacuten es de 124947
kWhantildeo (tabla 11) por lo tanto la energiacutea requerida para el sistema de
bombeo representa el siguiente porcentaje del total de energiacutea
7610100124947
13440 bombeodestemapara el si energiacutea
Lo cual significa que para usar el agua se requiere maacutes de la deacutecima parte de
la energiacutea consumida en esta seccioacuten de Textil Ecuador Desde este punto de
vista las acciones que se realicen para reducir los costos por dicho concepto
influiraacuten positivamente sobre el resultado econoacutemico de la empresa
334 ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Disminuir el monto de la factura eleacutectrica significa vigilar el trabajo eficiente de
los motores eleacutectricos mediante recomendaciones de ahorro energeacutetico la
instalacioacuten de motores de eficiencia alta unido a una buena instalacioacuten
eleacutectrica y mecaacutenica al uso de sistemas de control la optimizacioacuten de la carga
un correcto dimensionamiento de la maacutequina eleacutectrica o la instalacioacuten de
condensadores para corregir el factor de potencia (cos )
En esta auditoriacutea se emplearaacute el factor de potencia para evaluar el rendimiento
eleacutectrico del aacuterea de estampacioacuten
36
3341 Inspecciones generales de los receptores de energiacutea
En Textil Ecuador solo el aacuterea de estampacioacuten utiliza energiacutea eleacutectrica
comprada Los costos y consumos (periodo junio 2004 ndash mayo 2005) se los
resume en la tabla 311
Tabla 311 Datos generales de la energiacutea eleacutectrica
Fuente Textil Ecuador SA
Los receptores de energiacutea del aacuterea de estampacioacuten (tabla 312) es decir la
maquinaria eleacutectrica y las laacutemparas fluorescentes (iluminacioacuten) estaacuten
conectados a una liacutenea trifaacutesica de 380 V y 60 Hz con un factor de potencia
medio de 077
Este reducido factor de potencia supone el aumento del costo de la tarifa de
energiacutea eleacutectrica no soacutelo para las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica sino tambieacuten
para las del aacuterea de estampacioacuten de Textil Ecuador La correccioacuten del factor de
potencia mediante la conexioacuten de una bateriacutea condensadores optimiza la
facturacioacuten de energiacutea eleacutectrica lo que da lugar a un menor coste del producto
y por tanto a un aumento de la competitividad
El objetivo es calcular las caracteriacutesticas del condensador para conectarlo en
triaacutengulo a la liacutenea que alimenta a esta instalacioacuten y corregir el factor de
potencia hasta 096 Esto es posible debido a que los condensadores
contrarrestan los fenoacutemenos negativos que producen las potencias reactivas de
las bobinas de los motores
COMPANtildeIacuteA DISTRIBUIDORA Empresa Eleacutectrica Quito SA
POTENCIA CONTRATADA kWantildeo 876
COSTO
Unitario USDkWh 005
Total USDantildeo 1365571
Especiacutefico USDm2tela producida 00027
CONSUMO Total kWhantildeo 124947
Especiacutefico kWhm2tela producida 00245
37
Tabla 312 Descripcioacuten de los receptores de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Denominacioacuten Marca Antildeo Procedencia
Nuacutemero de motores o receptores de energiacutea
Potencia activa
unitaria (kW)
Potencia activa total
P (kW)
Voltaje (V)
cos
Estampadora Johannes Zimmer 1992 Austria 8 16 1280 220 076
Caacutemara de secado Johannes Zimmer 1992 Austria 12 26 3120 220 077
Reveladora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 350 220 075
Recubridora Johannes Zimmer 1991 Austria 1 35 290 220 079
Caacutemara de polimerizado Johannes Zimmer 1991 Austria 1 36 320 220 076
Batidora 1 Van Wyk 1982 Holanda 1 35 380 220 081
Batidora 2 Rotor 1978 USA 1 28 300 220 080
Compresor Agre 1989 Canadaacute 1 35 350 220 079
Motor de la bomba de agua ITT 1984 USA 1 56 560 220 085
Maacutequina de coser Wang Sing 1980 Taiwan 1 04 040 220 075
Bomba del agua de caldera MILLER ITT 1971 USA 1 16 230 220 077
Lavadora de cilindros Dubuit 1985 Francia 1 14 100 220 076
Fotoexpositora Dubuit 1990 Francia 1 12 140 220 078
Enrolladora Rotor 1979 USA 1 13 130 220 075
Laacutemparas fluorescentes --- 2004 Ecuador 42 004 168 110 060
7758
Fuente Textil Ecuador SA
38
34 FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
La normalizacioacuten y la gestioacuten de calidad son necesidades de las normas de la
serie ISO 9000 Esta auditoriacutea pretende incorporar esos principios a la
realizacioacuten de los formularios para llevar un registro de datos ordenado
comprensible y que facilite la reproduccioacuten y el procesamiento de la
informacioacuten al tiempo que asegure un nivel de alta calidad y confiabilidad de
los resultados
En el anexo 3 se presentan los diferentes formularios para la recoleccioacuten de
datos de la caldera 1 de la caldera 2 del aire comprimido y del sistema de
bombeo En cuanto a los datos de la energiacutea eleacutectrica el alcance de esta
auditoriacutea se limita a la correccioacuten del factor de potencia para minimizar la
factura eleacutectrica
CAPIacuteTULO 4
AUDITORIacuteA EXERGEacuteTICA DEFINITIVA
Este capiacutetulo inicia con la auditoriacutea de la caldera 1 en la cual se determina la
ecuacioacuten del proceso de combustioacuten se calcula el porcentaje de exceso de
aire la eficiencia del generador de vapor las peacuterdidas en las liacuteneas de
distribucioacuten se estudia el trazado y dimensionamiento de la red se analiza la
frecuencia de las purgas y se realiza un estudio de la exergiacutea y las
irreversibilidades asociadas con el proceso de combustioacuten Posteriormente se
efectuacutea un anaacutelisis similar en la caldera 2 Luego en el aire comprimido y en
las tuberiacuteas de agua del aacuterea de estampacioacuten se calculan las peacuterdidas en sus
respectivas liacuteneas de distribucioacuten Finalmente se determina el triaacutengulo de
potencias de la instalacioacuten eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
41 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 1
Para evaluar el proceso de combustioacuten es necesario un estudio de emisiones
gaseosas por lo cual la empresa contratoacute los servicios del Departamento de
Quiacutemica Aplicada (Unidad de Auditoriacuteas EnergeacuteticondashAmbientales) de la
Escuela Politeacutecnica Nacional y su informe teacutecnico se lo presenta en el anexo 4
Los resultados de los anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del
condensado y del agua de la caldera (anexo 5) necesarios para llegar a
establecer un nivel de purga oacuteptimo en esta caldera fue realizado por la
Empresa AWT American Water Treatment
Para determinar las peacuterdidas de calor se recolectaron los datos necesarios
con ayuda de los obreros de acuerdo al formulario presentado en el anexo 6
411 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
El Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
trabaja con los valores medios de las concentraciones de los diferentes
compuestos de los gases de combustioacuten para realizar su informe por lo tanto
40
para la evaluacioacuten del proceso de combustioacuten se utilizaraacuten estos valores los
cuales se detallan en la tabla 41
Tabla 41 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de combustioacuten
de la caldera 1
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 20878
Temperatura ordmC 2791
O2 67
CO2 1218
CO ppm 26 (00026)
SO2 ppm 518 (00518)
NOx ppm 257 (00257)
Nordm humo -- 2
Eficiencia 796
Fuente anexo 4
De la tabla anterior se observa que la temperatura de los gases estaacute dentro del
rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Las temperaturas de gas
menores a 300ordmF se deben evitar debido a la posible condensacioacuten de vapor de
agua y la corrosioacuten en la chimenea o en el equipo Temperaturas mayores a
600ordmF traen consigo reduccioacuten en la eficiencia de la caldera
Las cantidades de monoacutexido de carbono (CO) y de dioacutexido de azufre (SO2) se
encuentran dentro de los liacutemites establecidos por la Direccioacuten Metropolitana
Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito (tabla 42) Sin embargo la
cantidad de los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) no cumplen con los maacuteximos valores
permisibles por lo que el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela
Politeacutecnica Nacional recomienda realizar un mantenimiento de la caldera cada
seis meses y no una vez al antildeo como se lo hace actualmente
Tabla 42 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles en la caldera 1
Paraacutemetro Caldera 1 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 038 06
SO2 (kgm3combustible) 347 350
NOx (kgm3combustible) 75 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0289 22
Fuente anexo 4
41
Por otro lado el nuacutemero de humo (2) en la escala de Bacharach es sentildeal de
una combustioacuten aceptable pero no la mejor con presencia de holliacuten en
cantidades reducidas Ademaacutes valores de O2 mayores al 8 y cantidades de
CO2 menores al 8 seraacuten indicio de un elevado exceso de aire y bajo flujo de
combustible lo que en este caso no sucede
La eficiencia que se observa en la tabla 41 (796) se refiere a la relacioacuten de
produccioacuten de calor uacutetil con la entrada de calor (cantidad de calor desprendido
en el quemado del combustible) El fabricante de esta caldera establece una
eficiencia del 825 por consiguiente es un rendimiento aceptable tomando
en cuenta los antildeos de trabajo y las horas al diacutea que funciona la caldera
Finalmente la presencia de CO en los gases de combustioacuten es el mejor
indicador de combustible no quemado ya sea por defecto de aire o lo que es lo
mismo por exceso de combustible pero solo con la ecuacioacuten del proceso de
combustioacuten se puede cuantificar la relacioacuten real de aire a combustible y se
podraacute tomar acciones para mejorar la eficiencia del generador de vapor
412 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
Conociendo el anaacutelisis volumeacutetrico del Fuel Oil Nordm6 presentado en la tabla 34
la composicioacuten del aire seco 21 02 + 79 N2 (considerado asiacute para procesos
de combustioacuten) y el anaacutelisis de los gases de escape (tabla 41) se puede
encontrar la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten para y moles de
combustible
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Los NOx contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas
de contaminacioacuten son el conjunto de monoacutexido de nitroacutegeno (NO) y dioacutexido de
nitroacutegeno (NO2) sin embargo en la ecuacioacuten anterior solo se ha considerado el
NO2 debido a que el NO tiene una vida corta y sufre una raacutepida oxidacioacuten a
NO2 siendo este el que predomina en la atmoacutesfera
42
El anaacutelisis de los gases de combustioacuten no da la informacioacuten del 100 de los
compuestos en base seca por lo tanto es necesario antildeadir en el lado de los
productos los elementos C S y N2 para obtener dicho porcentaje Ademaacutes
estos elementos junto con e moles de H2O son necesarios para balancear
esta ecuacioacuten
Los coeficientes desconocidos en la reaccioacuten quiacutemica anterior se los encuentra
por medio del balance de masa de los diversos elementos
C 8262y = 1218 + 00026 + b
S 033y = 00518 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00257 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 67 x 2 + 1218 x 2 + 00026 + 00257 x 2 +
00518 x 2 + e
Se tienen cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) La sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de combustioacuten deben sumar
el 100 de su composicioacuten de tal forma que la sexta ecuacioacuten queda
67 + 1218 + 00026 + 00257 + 00518 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se obtiene el siguiente sistema lineal
-b + 8262y = 121826
-c + 033y = 00518
752a ndash 2d + 128y = 00257
-e + 3074y = 0
2a ndash e + 208y = 379176
b + c + d = 810399
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000 Professional) se obtiene la
siguiente solucioacuten
43
Por consiguiente la ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada
queda de la siguiente manera
0203(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20305(O2 + 376 N2)
67O2 + 1218CO2 + 00026CO + 00518SO2 + 00257NO2 + 456C +
0015S + 76465N2 + 3115H2O
Ahora para determinar la ecuacioacuten real de combustioacuten considerando la
humedad del aire se calcula el nuacutemero de moles de vapor de agua que se
encuentran en eacuteste Para ello seraacute de utilidad la siguiente informacioacuten tomada
de las tablas psicromeacutetricas del aire para el sector de Amaguantildea
Presioacuten absoluta P0 = 104 psia (71705 kPa)
Humedad relativa Faire = 55
Temperatura ambiente T0 = 20ordmC
La presioacuten parcial de la humedad en el aire es
CordmsataireOH PP 202 (4-1)
OH2P (055) (2339 kPa) = 14034 kPa
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire ( OH2n ) se calcula asiacute
OHosec_aire
OH
OH nnP
Pn
2
2
2
0
(4-2)
OHOH nkPa
kPan
2276430520
70571
40341
44
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 193 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire resulta
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 100025 (O2 + 376 N2) +
9507H2O 33005O2 + 60CO2 + 00128CO + 02552SO2 +
01266NO2 + 22463C + 00739S + 376675N2 + 24852H2O
Ahora para encontrar la ecuacioacuten estequiomeacutetrica (teoacuterica) del proceso de
combustioacuten se considera que los productos en la combustioacuten teoacuterica no
contienen combustible no quemado ni C CO S u O2 libre asiacute
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
bCO2 + cH2O + dN2 + eSO2
Se procede al balance de masa de los diversos elementos
C 8262 = b b = 8262
S 033 = e e = 033
H2 1537x 2 = 2c c = 1537
O2 104 x 2 + 2a = 2b + c + 2e a = 89595
N2 064 x 2 + a x 376 x 2 = 2d d = 3375172
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica para el Fuel Oil Nordm6 es la siguiente
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
413 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
En un proceso de combustioacuten teoacuterico para alcanzar una combustioacuten completa
es necesaria una relacioacuten teoacuterica o ideal de combustible a aire (FAideal) No
obstante en una caacutemara de combustioacuten la combustioacuten seraacute incompleta habraacute
peacuterdidas de calor al exterior y habraacute un exceso o un defecto de aire por lo
tanto seraacute necesario maacutes o menos cantidad de combustible para alcanzar la
45
combustioacuten completa y a este caso corresponderaacute la relacioacuten real de
combustible a aire (FAreal) Por consiguiente se define la eficiencia de
combustioacuten hcomb de la siguiente manera
real
idealcomb
FA
FA (4-3)
Para resolver la expresioacuten 4-3 de la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten
se puede obtener la relacioacuten real de combustible a aire
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol100 FAreal 2060
5079764025100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten real de aire a combustible (AFreal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFreal 8544
2060
1
De igual forma se puede hallar la relacioacuten ideal de combustible a aire con los
datos de la ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol FAideal 2340
7635958959589
100
Su reciacuteproco seraacute la relacioacuten ideal de aire a combustible (AFideal)
ecombustibl kmol
aire kmol
AFideal 2744
2340
1
La eficiencia de combustioacuten para la caldera de tintoreriacutea es
comb 61131361
2060
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico que se da durante el proceso el cual se lo puede encontrar mediante la
siguiente ecuacioacuten
46
ideal
real
AF
AFteoacuterico aire de Porcentaje (4-4)
teoacuterico aire de Porcentaje 61131361
2744
8544
1136 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 136 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten A pesar de existir exceso de aire la
presencia de CO en los gases de escape es el mejor indicador de combustible
quemado parcialmente lo cual quiere decir que se produce una mezcla rica
Por eso seriacutea preferible trabajar con mayor exceso de aire para asegurar que
no quede combustible sin quemar o parcialmente quemado Sin embargo
tambieacuten genera peacuterdidas un porcentaje de aire excesivo por lo que se debe
operar con el menor exceso de aire compatible con el mantenimiento de una
combustioacuten completa (normalmente para el fuel oil Nordm6 los quemadores se
ajustan en el rango de exceso de aire del 20 debido a las condiciones
ambientales variables y a la diferencia de calidad de los combustibles)
En definitiva un defecto de aire en un proceso de combustioacuten puede causar
humos espesos y altas concentraciones de CO Por otro lado un porcentaje de
aire excesivo significa tener temperaturas de salida de gases maacutes altas y por
consiguiente mayores peacuterdidas
Ahora corresponde calcular la eficiencia del generador de vapor En el hogar de
un generador de vapor o caldera el objetivo es trasmitir la maacutexima cantidad
posible de calor al agua y al vapor En la praacutectica la eficiencia de un generador
de vapor se define como la razoacuten del calor transmitido al vapor al poder
caloriacutefico superior del combustible (PCS) ambos por unidad de tiempo
c
vapor
vap genQ
Q
ecombustibl del eriorsup caloriacutefico poder
vapor al otransmitid calor
(4-5)
Para aplicar correctamente la ecuacioacuten 4-5 es necesario conocer la cantidad de
vapor que sale de la caldera por unidad de tiempo el consumo de combustible
por unidad de tiempo las entalpiacuteas del agua a la entrada y del vapor a la salida
de la caldera y el poder caloacuterico superior del combustible Se dispone de los
47
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 1 y del
combustible
Capacidad 200 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 50ordmC (122ordmF)
Temperatura de salida del vapor 180ordmC (356ordmF)
Presioacuten de trabajo 140 psia 1296 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 36 galh
La cantidad de vapor que genera la caldera en lbmh se lo encuentra con la
ayuda de la graacutefica tomada de su manual (Capacidad de calderas pirotubulares
a diferentes presiones de operacioacuten y temperaturas de alimentacioacuten) que se
presenta en el anexo 7 A esta graacutefica se ingresa con la presioacuten de trabajo
manomeacutetrica (1296 psig) y con la temperatura de alimentacioacuten (122ordmF)
Bhph
lbm mvapor
619
A este valor se le multiplica por los Bhp de la caldera dando como resultado la
cantidad de vapor que se genera por hora
h
lbm Bhp
Bhph
lbm mvapor 3920200619
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) se la encuentra con la ayuda
de las tablas de agua saturada (anexo 7) a la temperatura de alimentacioacuten
(122ordmF) por medio de interpolacioacuten lineal entre las temperaturas de 120ordmF y
130ordmF asiacute que su valor seraacute
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
La entalpiacutea del vapor que sale de la caldera (he) se la halla por medio de las
tablas de agua saturada a la presioacuten absoluta de trabajo (140 psia)
48
lbm
Btu hh psia ge 81193140
El calor transmitido al vapor seraacute
hhmQ ievapor
vapor (4-6)
h
Btu
lbm
Btu
h
lbm Qvapor 68432691199689811933920
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qvapor 091268
3600
1
1
0550561684326911
El calor generado por el Fuel Oil Nordm6 se lo calcula utilizando la ecuacioacuten 4-7
PCS mQ ecombustiblc (4-7)
h
Btu
gal
Btu
h
gal Qc 8856375300815659836
kW s
h
Btu
kJ
h
Btu Qc 201652
3600
1
1
0550561885637530
Se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW65220
kW 26809vap gen 7576100
1
1
Esta eficiencia es menor a la reportada (medida) por el Departamento de
Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional (796) porque la
calculada toma en cuenta el calor neto que se transmite al vapor en cambio la
otra considera el calor que se queda en la caacutemara de combustioacuten sin estimar
las peacuterdidas que se produciraacuten en las partes metaacutelicas de la caldera Una
eficiencia del generador de vapor del 7675 es aceptable tomando en cuenta
los antildeos y el reacutegimen de funcionamiento de la caldera
49
414 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Considerando los 16 antildeos de funcionamiento de la red de vapor la eficiencia
del disentildeo original puede haber variado En este sentido una medida a tomar
es la elaboracioacuten del plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LV-T01 anexo 2)
y sobre eacutel estudiar su trazado el dimensionado (caiacutedas de presioacuten y
velocidades de vapor) y las peacuterdidas de calor originadas por la falta de
aislamiento
El dimensionamiento de las tuberiacuteas depende de los factores iniciales
Presioacuten inicial y caiacuteda total
Velocidad maacutexima del vapor permitida
Longitud equivalente del recorrido desde la fuente hasta la uacuteltima unidad
atendida por el vapor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 41 Distribuidor de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Se puede observar en el plano de la instalacioacuten y en la figura 41 que existe un
distribuidor de vapor del cual se destacan las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 4-5-6 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Longitud del distribuidor 25 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 41)
50
En uso 2
Posible expansioacuten 3
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
La presencia del distribuidor facilita la conduccioacuten del vapor a los diferentes
destinos de consumo reduce el nuacutemero de tuberiacuteas secundarias y si el
proceso de tintoreriacutea exigiera el uso de nuevas liacuteneas de vapor disminuiriacutean las
interrupciones por la instalacioacuten de estas nuevas tuberiacuteas porque se dispone de
puntos de distribucioacuten para posibles expansiones
Por otra parte el diaacutemetro del distribuidor estaacute dentro de lo recomendado (de 4rdquo
a 6rdquo) Ademaacutes el aislante empieza a mostrar quemaduras porque la uacuteltima vez
que se lo cambioacute fue hace ocho antildeos y es posible que su eficiencia para
reducir las peacuterdidas de calor haya disminuido
Liacutenea principal
Corresponde a los puntos 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16 del plano
TE-LV-T01 Estas liacuteneas presentan las caracteriacutesticas descritas en la tabla 43
Tabla 43 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Considerando las longitudes de las liacuteneas se puede calcular el porcentaje de
tuberiacuteas sin aislante
7915100 351
18100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3-4 3frac12 39
4-5-6 5 25
6-7-8-9-10-11-12 3frac12 256
12-13-14 3frac12 81
14-15-16 2 112
Longitud total (m) 513
51
Por lo tanto el 1579 de la liacutenea principal no tienen aislamiento La lana de
vidrio de 1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor tiene maacutes de
siete antildeos de vida uacutetil Ademaacutes en ciertos sitios se nota que estaacute deteriorada e
incluso en algunos tramos estaacute quemada o despedazada Todo esto contribuye
a que la eficiencia del aislante para reducir las peacuterdidas caloriacuteficas disminuya
lo que trae consigo el aumento de la rata de transferencia de calor con las
consecuentes peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que respecta a la presencia de purgadores (trampas de vapor) en la liacutenea
principal la tabla 44 resume los resultados de las inspecciones visuales
realizadas con ayuda del jefe de mantenimiento de Textil Ecuador
El tipo de purgador que se utiliza de boya cerrada es adecuado porque trabaja
perfectamente tanto en condiciones de presioacuten maacutexima (gran cantidad de
condensado) como en condiciones normales de trabajo
Tabla 44 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Las dos trampas de vapor denominadas con las letras A y B en el plano de la
instalacioacuten son las necesarias porque se recomienda1 colocar puntos de purga
en tramos rectos horizontales cada 50 o 100 m de la liacutenea principal para evitar
la presencia de obturaciones por acumulacioacuten de condensado (lo que causa los
golpes de ariete y la reduccioacuten de la superficie efectiva de intercambio teacutermico)
En la tabla 43 se tiene la longitud total de la liacutenea principal (513 m) por lo
tanto un purgador B seriacutea suficiente sin embargo existe una trampa de vapor
en el tramo 7-8 porque la tuberiacutea estaacute inclinada 45ordm con respecto a la vertical y
puede acumularse condensado en el extremo inferior de esa liacutenea
1 MAVECO DE EDICIONES Teacutecnicas de la energiacutea y sus recursos vol 5 paacuteg303
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 7-8 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
B 11-12 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
52
Otro punto importante es lo concerniente a la presencia de eliminadores o
purgadores de aire porque cuando fluye el vapor por la tuberiacutea el aire que se
encuentra en su interior es desplazado hacia la extremidad maacutes alejada y debe
eliminarse lo maacutes raacutepido posible para que no dificulte el paso del vapor Sin
embargo no existen este tipo de purgadores en la liacutenea principal de la red Lo
maacutes aconsejable seriacutea colocar un purgador de aire al final de los tramos 7-8 9-
10 y 14-15 porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten de
la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire De esta
manera se reducen las peacuterdidas de presioacuten provocadas por el aire
Liacutenea de suministro
Las tuberiacuteas encargadas de transportar el vapor a los diferentes puntos de
consumo presentan las caracteriacutesticas mostradas en la tabla 45 en lo
referente al diaacutemetro actual el destino de consumo y si tienen o no aislante
Tabla 45 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
9-17-18 3frac12 112 Fular
12-24-25 2 58
11-19-20-21 3 102 Rama secadora
19-22-23 3 23
24-26-27-28-29 2 85 Giguell 1
27-30-31 2 55 Giguell 2
30-32-33 2 62 Giguell 3
13-34-35-36 3 115 Engomadora 1
35-37 3 20 Engomadora 2
14-38 2frac12 142 --
38-39-43-45-46-47-48 2 166 Giguell 4
39-40-41-42-43 2 90 Giguell 5
38-49-50-51-52-53-54 2 166 Giguell 6
49-55-56-57-58-59-60-61-62 2 217 Maracarola 1
61-63-64-65-66-67-68-69 2 147 Maracarola 2
68-70-71-72-73-74 2 89 Sec de tambores
73-75-76-77 2 78 Cuarto de secado
16-75 2 32
16-78-79-80-81 2 148 Calandra
5-82-83-84-85 frac12 301 Giguell 4 5 y 6
Longitud total (m) 2208
53
El porcentaje de las liacuteneas de tuberiacutea secundaria sin aislante lana de vidrio de
1rdquo con recubrimiento de aluminio de 07 mm de espesor es
9368100 8220
2152100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no estaacute aislada y en la
mayoriacutea de las tuberiacuteas que tienen aislante la lana de vidrio estaacute deteriorada
quemada o despedazaacutendose aumentando peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
Respecto a la existencia de trampas de vapor en la liacutenea de suministro en la
tabla 46 se exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tabla 46 Trampas de agua en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-T01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 20
Purgadores fuera de servicio 3 (1500)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
C 17-18 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
D 24-25 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 11-19 Fuera de servicio A la red de retorno
F 35-37 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
G 35-36 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
H 27-28 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
I 14-38 Perdiendo vapor A la red de retorno
J 42-43 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
K 40-41 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
L 47-48 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
M 45-46 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
N 53-54 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
O 51-52 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
P 49-55 Perdiendo vapor A la red de retorno
Q 58-59 Perdiendo vapor A la red de retorno
R 65-66 Perdiendo vapor A la red de retorno
S 70-71 Perdiendo vapor A la red de retorno
T 73-75 Fuera de servicio A la red de retorno
U 78-79 Fuera de servicio A la red de retorno
V 84-85 Se encuentra en buen estado A la atmoacutesfera
54
Purgadores en funcionamiento 17 (8500)
En buen estado 12 (7059)
Perdiendo vapor 5 (2941)
Descargan a la atmoacutesfera 7 (4118)
Descargan a la red de retorno 10 (5882)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Todos los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado en la liacutenea de derivacioacuten La peacuterdida que se tiene
con los purgadores que descargan a la atmoacutesfera es inevitable ya que en las
maacutequinas Giguell (proceso de blanqueo y tinturado) el vapor se mezcla con
ciertos quiacutemicos y pigmentos y no conviene que retornen al tanque de
condensado ya que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas y aumentar la
dureza los soacutelidos totales disueltos y los soacutelidos en suspensioacuten en el
condensado y provocar problemas en la caldera
Por otro lado se cree conveniente reemplazar los tres purgadores que se
encuentran fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se
podriacutean obtener beneficios energeacuteticos De igual forma resulta adecuado
sustituir los cinco separados en los que se estaacuten produciendo peacuterdidas de
vapor Ademaacutes no se alcanzariacutea en su verdadera magnitud el objetivo del
ahorro energeacutetico si no se efectuacutea la revisioacuten perioacutedica de la red y el
mantenimiento preventivo de los purgadores como miacutenimo cada seis meses
Resulta complicado evaluar cuantitativa y monetariamente las peacuterdidas de
energiacutea por causa de purgadores en mal estado o la falta de estos sin
embargo un meacutetodo muy preciso para determinar la cantidad neta de agua de
reposicioacuten a la caldera por cada hora o el porcentaje de condensado
recuperado se puede determinar mediante la comparacioacuten del anaacutelisis del
agua del condensado y del agua de alimentacioacuten En la comparacioacuten de estos
dos flujos de agua se puede determinar la cantidad de condensados
recuperados en el sistema Del anaacutelisis de las aguas de la caldera (anexo 5)
se sabe que el agua de condensados contiene 113 ppm de TDS (soacutelidos
55
totales disueltos) y el agua de alimentacioacuten 275 ppm de TDS esto indica que el
retorno de condensados es
Retorno de condensados = 1041100 275
113
ppm
ppm
De acuerdo con el operador de la caldera y los representantes de la empresa
AWT encargados de realizar los anaacutelisis de las aguas en Textil Ecuador este
porcentaje de retorno es aceptable dados los antildeos de funcionamiento de la
instalacioacuten y las exigencias del proceso a eliminar condensado a la atmoacutesfera
no obstante se considera que este valor puede ser mejorado
Finalmente en lo relacionado con los eliminadores de aire no se observoacute la
existencia de este tipo de purgadores en la liacutenea de derivacioacuten ignoraacutendose las
consecuencias que puede traer este descuido Por lo tanto se recomienda
colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas donde se presentan cambios de direccioacuten como en las
secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78 De esta forma se elimina
el aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Con base en el plano de la instalacioacuten actual se procede a comprobar si el
dimensionado de las tuberiacuteas es el apropiado Para esto se calcularaacuten las
caiacutedas de presioacuten y la velocidad del vapor en cada tramo de la liacutenea tanto
principal como de suministro y la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten
luego se compararaacuten estos valores con las recomendaciones para el disentildeo de
este tipo de tuberiacuteas y se podraacuten emitir conclusiones y sugerencias respecto al
dimensionamiento que se tiene actualmente
Primeramente se va a comprobar el disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-
5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16) Para determinar la caiacuteda de presioacuten se utiliza
la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea2 (anexo 7) con base a los
siguientes datos
2 ASHRAE Fundamentals
56
Presioacuten de funcionamiento inicial 89356 kPa (1296 psig)
Flujo de masa de vapor 177808 kgh (3920 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
En el anexo 7 se explica la forma en que se empleoacute el diagrama obtenieacutendose
una caiacuteda de presioacuten de 05 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente de tuberiacutea Para determinar la caiacuteda de presioacuten total es necesario
encontrar la longitud de tuberiacutea equivalente asiacute
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T de 2rdquo sin reduccioacuten 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 513 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1034 m
Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal resulta ser
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
410350 = 170 psi
La liacutenea principal de un sistema de vapor de alta presioacuten (140 psia) como en
este caso se debe dimensionar3 para una caiacuteda de presioacuten total entre 25 a 30
psi Por lo tanto la caiacuteda de presioacuten calculada es menor al liacutemite permisible Se
concluye por tanto que la tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada y se
puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor diaacutemetro que representen un
menor costo inicial y aseguren un adecuado funcionamiento de la instalacioacuten
Esto se propondraacute en el siguiente capiacutetulo para lo cual tambieacuten es necesario
conocer la velocidad del vapor y la caiacuteda de presioacuten en cada tramo de la liacutenea
3 ASHRAE Fundamentals
57
principal En la tabla 47 se muestran estos valores y luego se presenta un
ejemplo de caacutelculo
Tabla 47 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en la tuberiacutea principal
de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 3frac12 2
L eq (m) 341 460 420 240 240 240 200
L real (m) 39 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 38 1739 1580 415 865 425 1320
P psi 062 029 026 007 014 007 022
P psig 12898 12869 12843 12836 12822 12815 12794
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00617 00617 00617 00617 00617 00617 00205
vg (pie3lbm) 3236 3244 3250 3251 3255 3256 3261
V (piemin) 34240 32297 30907 27827 21947 18470 9529
V (ms) 1739 1641 1570 1414 1115 938 484
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 47
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 3frac12rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 158 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 05 psi por cada 3048 m de
longitud equivalente de tuberiacutea
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
81550 = 026 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 12869 psig (13909 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 12869 ndash 026 = 12836 psig (13883 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la siguiente ecuacioacuten
58
gvA
mV
(4-8)
Donde
m = Caudal de consumo4 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00617 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg13883 psia = 3250 pie3lbm
s
mpieV 715
min730902503
06170
7258
La velocidad maacutexima determinada para una operacioacuten estable del vapor debe
estar entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin) con una maacutexima de 75 ms
(15000 piemin)5 La velocidad calculada en los diferentes tramos (tabla 47) se
encuentra por debajo de los valores recomendados lo cual significa que la
tuberiacutea principal estaacute sobredimensionada
En cuanto a la comprobacioacuten del disentildeo de la tuberiacutea de suministro se debe
tener en cuenta la relacioacuten entre la operacioacuten silenciosa eficiente y el coste
inicial Para determinar si las caiacutedas de presioacuten y la velocidad en estas liacuteneas
son aceptables es necesario conocer cuaacutel es la presioacuten en cada punto de la
tuberiacutea principal de la cual se derivan las liacuteneas de suministro (tabla 47)
Conociendo la presioacuten relativa en cada punto de la tuberiacutea principal la presioacuten
tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los caudales
de disentildeo se puede determinar si la caiacuteda de presioacuten y las velocidades del flujo
en las tuberiacuteas de derivacioacuten se encuentran dentro de los liacutemites
recomendados para un funcionamiento adecuado En la tabla 48 se
determinan estos valores
4 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
5 ASHRAE Fundamentals
59
Tabla 48 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo
pulgDestino
Presioacuten psig
P
psi
L equi m
L real m
L total equi
m
P
psi3048m
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 3frac12 Fular
1242 444 341 112 4530 2989 1653 3348 006174 1495 076
12-24-25 2 1231 522 364 58 4220 3767 1433 3374 002051 3929 200
11-19-20-21 3 Rama secadora
1227 568 306 102 4080 4246 3527
3838 00459 4916 250
11-19-22-23 3 1225 588 306 102 4080 4395 3389 00459 4340 220
24-26-27-28-29 2 Giguell 1 1219 642 394 113 5070 3857 1764 3403 002051 4877 248
27-30-31 2 Giguell 2 1215 682 394 118 5120 4057 1764 3412 002051 4890 248
30-32-33 2 Giguell 3 1194 892 404 16 5640 4818 1764 3462 002051 4962 252
13-34-35-36 3 Engomadora 1 1150 1317 558 115 6730 5966 2094 3583 00459 2725 138
35-37 3 Engomadora 2 1157 1247 558 89 6470 5876 1874 3563 00459 2425 123
38-39-43-45-46-47-48 2 Giguell 4 1117 1640 559 3075 8665 5770 2425 3673 002051 7238 368
39-40-41-42-43 2 Giguell 5 1098 1830 569 2725 8415 6630 2425 3725 002051 7340 373
38-49-50-51-52-53-54 2 Giguell 6 1105 1760 404 3075 7115 7541 2425 3705 002051 7302 371
49-55-56-57-58-59-60-61-62
2 Marcarola 1 1051 2300 909 3965 13055 5371 2646 3874 002051 8329 423
61-63-64-65-66-67-68-69
2 Marcarola 2 1018 2630 944 4435 13875 5778 2646 3980 002051 8557 435
68-70-71-72-73-74 2 Sec tabor 1024 2570 804 433 12370 6333 2976 3961 002051 9580 487
73-75-76-77 2 Cuarto secado
972 3090 484 4625 9465 9952 3044
4143 002051 10248 521
16-75-76-77 2 972 3069 209 665 2755 33951 4143 002051 10248 521
16-78-79-80-81 2 Calandra 1156 1229 219 148 3670 10205 2425 3566 002051 7028 357
5-82-83-84-85 frac12 Giguell 4 5 y 6 1189 979 63 301 3639 8201 2315 3476 0001625 82530 4193
60
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 48
Tramo 13-34-35-36 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal 3rdquo
Destino de consumo Engomadora 1
Presioacuten de inicio (Po) 12817 psig (13857 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 1150 psig (1254 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3rdquo 1 x 15 = 15 m
1 T de 3rdquo sin reduccioacuten 1 x 15 = 15 m
1 T reductoras de 3frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 3rdquo 2 x 252 = 305 m
Longitud real de la tuberiacutea 115 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 673 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1317 psi
Para determinar si se encuentra dentro de los valores recomendados es
necesario calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de longitud
equivalente y comparar
367
48301713 = 5966 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De manera similar a lo realizado en la liacutenea principal aplicando la ecuacioacuten 4-8
se determina la velocidad del fluido (V) en cada tramo de la liacutenea de derivacioacuten
m = Caudal de consumo6 = 95 kgh (2094 lbmh = 349 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 004590 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg1254 psia = 3583 pie3lbm
s
mpieV 381
min52725833
045900
493
En las liacuteneas de suministro un punto de compromiso aceptable se encuentra
en dimensionar la tuberiacutea de derivacioacuten para velocidades entre 15 y 60 ms
6 Caudal de disentildeo para la engomadora 1
61
(3000 piemin y 12000 piemin) Si se subdimensiona la tuberiacutea para
velocidades superiores a 101 ms el sistema puede producir golpe de ariete El
rango de caiacutedas admisibles para estas tuberiacuteas es de 2 a 10 psi por cada 100
pie (3048 m) de longitud equivalente7
Por consiguiente los resultados de la tabla 48 determinan que las caiacutedas de
presioacuten estaacuten dentro de las recomendaciones de disentildeo Sin embargo las
velocidades de flujo de vapor en todas las liacuteneas de suministro son bajas en
comparacioacuten con las permisibles Por lo tanto se concluye que las tuberiacuteas de
suministro estaacuten sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo
para que cumpla con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En lo que respecta a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor esta
se produce desde la salida de vapor de la caldera hasta el cuarto de secado
correspondiendo al tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-38-49-55-56-58-
61-63-65-68-70-73-75-76-77 Esta seccioacuten se compone de una parte de la liacutenea
principal (1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14) asiacute como de una de las liacuteneas de
suministro que conducen el vapor hasta el cuarto de secado (14-38-49-55-56-
58-61-63-65-68-70-73-75-76-77) De tal manera que a continuacioacuten se analiza
esta caiacuteda de presioacuten maacutexima y se determina si estaacute dentro de las
recomendaciones de disentildeo
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 972 psig (1076 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 324 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 3frac12rdquo 3 x 18 = 54 m
2 codos de 45o de 3frac12rdquo 2 x 14 = 28 m
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 10 = 20 m
1 T de 3frac12rdquo sin reduccioacuten 1 x 18 = 18 m
7 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacutegs 56 y 57
62
4 T reductoras de 3frac12rdquo 4 x 24 = 96 m
1 T reductora de 2frac12rdquo 1 x 17 = 17 m
8 T de 2rdquo sin reduccioacuten 8 x 10 = 80 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2frac12rdquo 1 x 207 = 207 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 864 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2019 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
9201
4830432 = 49 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (140 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 100 pie (3048 m) de longitud equivalente
de tuberiacutea8 En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual pese a
los antildeos de trabajo cumple con las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten
admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la
red de distribucioacuten Sin embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de
los liacutemites permisibles porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
En el siguiente capiacutetulo se va a proponer un disentildeo de la red disminuyendo los
diaacutemetros de las tuberiacuteas pero asegurando que las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo cumplan con los rangos admisibles
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
Las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor se producen por
conduccioacuten por conveccioacuten natural y por radiacioacuten Desde ese punto de vista
se aplicaraacuten las ecuaciones y meacutetodos de la transferencia de calor para
determinar dichas peacuterdidas Sin embargo es necesario aclarar que muchos de
los tramos no estaacuten aislados y es precisamente en estos en los que se
8 Grimm NR Rosaler RC Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado paacuteg 57
63
encontraraacuten las mayores peacuterdidas de calor y por consiguiente las
oportunidades de mejora
Debido a la complejidad y a la cantidad de ecuaciones y datos involucrados en
la determinacioacuten de estas peacuterdidas es necesario dividir las liacuteneas de vapor en
tramos (plano TE-LV-T01 anexo 2) y mediante una hoja de caacutelculo
presentada en el anexo 8 se determina tramo por tramo la rata de
transferencia de calor que se pierde en toda la red de distribucioacuten aplicando el
meacutetodo de la analogiacutea eleacutectrica9 A continuacioacuten se presenta este meacutetodo en
tres de estas secciones para ejemplificar los caacutelculos realizados en el anexo 8
debido a que las ecuaciones de la conveccioacuten natural dependen de la posicioacuten
de la tuberiacutea es decir si estaacute horizontal vertical o inclinada
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 (tuberiacutea vertical)
Figura 42 Peacuterdidas de calor en el tramo 1-2 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Esta parte de la red corresponde a una tuberiacutea vertical de 3frac12rdquo recubierta con
lana de vidrio de 1rdquo La peacuterdida de calor total se lo puede apreciar en la figura
42 y su valor se lo calcula mediante la siguiente expresioacuten
9 Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 92
64
(4-9)
Donde Qc = peacuterdida de calor por conduccioacuten y por conveccioacuten natural
Qr = peacuterdida de calor de calor por radiacioacuten
Para determinar las peacuterdidas se requieren los siguientes datos
Caacutelculo de la Resistencia R1
65
Con el valor de Tmi12 se obtienen las siguientes propiedades del vapor de
agua en la tabla correspondiente (anexo 7)
Para tuberiacuteas verticales (L) los nuacutemeros de Grashof (GrL) y Nusselt (NuL)
necesarios para calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten
natural hL se los encuentra mediante las siguientes expresiones10
(4-10)
El nuacutemero de Grashof juega el mismo papel en la conveccioacuten libre que el
nuacutemero de Reynolds en la conveccioacuten forzada es decir indica la razoacuten de las
fuerzas de empuje a las fuerzas viscosas que actuacutean sobre el fluido11
El nuacutemero de Nusselt es el gradiente de temperatura adimensional en la
superficie de la tuberiacutea12
10
Holman JP Transferencia de calor paacutegs 308-319 11
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 487 12
Incropera FP Fundamentos de transferencia de calor paacuteg 320
66
(4-11)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hL queda
(4-12)
La resistencia R1 se la calcula mediante la siguiente ecuacioacuten
(4-13)
Caacutelculo de la Resistencia R2
(4-14)
Caacutelculo de la Resistencia R3
(4-15)
67
Caacutelculo de la Resistencia R4
Se aplican las mismas ecuaciones de la conveccioacuten natural que en el caso de
la resistencia R1 con la diferencia de que el medio en R4 es aire
Con el valor de Tmi312 se encuentran las siguientes propiedades del aire en la
tabla correspondiente (anexo 7)
68
La peacuterdida de calor por conduccioacuten y conveccioacuten (Qc) en este tramo seraacute
(4-16)
Para encontrar la peacuterdida de calor por radiacioacuten Qr se necesitan los siguientes
datos y el empleo de la ecuacioacuten 4-17
(4-17)
Finalmente la peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten se
la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-9
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 (tuberiacutea horizontal)
La peacuterdida de calor total se la calcula como en el tramo 1-2 con datos
similares excepto que la tuberiacutea estaacute en posicioacuten horizontal (figura 43) y las
ecuaciones de la conveccioacuten natural variacutean asiacute
69
Figura 43 Peacuterdidas de calor en el tramo 2-3 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
Caacutelculo de la Resistencia R123
Para tuberiacuteas horizontales (D) los nuacutemeros de Grashof (GrD) y de Nusselt
(NuD) se los encuentra mediante las siguientes expresiones
(4-18)
(4-19)
El coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten hD seraacute
70
(4-20)
La resistencia R123 se la calcula con la siguiente expresioacuten
(4-21)
Caacutelculo de la Resistencia R223
Caacutelculo de la Resistencia R323
Caacutelculo de la Resistencia R423
71
La peacuterdida de calor por conveccioacuten y conduccioacuten en este tramo seraacute
El calor por radiacioacuten se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-17
La peacuterdida de calor total en este tramo de la liacutenea de distribucioacuten seraacute
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 (tuberiacutea inclinada)
Figura 44 Peacuterdidas de calor en el tramo 7-8 de las liacuteneas de vapor del aacuterea
de tintoreriacutea
72
La peacuterdida de calor total se la calcula como en los tramos anteriores excepto
que esta parte de la liacutenea se encuentra inclinada 45ordm con respecto a la vertical
(figura 4-4) y variacutean ciertas ecuaciones como se muestra a continuacioacuten
Caacutelculo de la Resistencia R178
Se aplican las mismas ecuaciones usadas para tuberiacuteas verticales excepto la
expresioacuten para calcular el nuacutemero de Nusselt (ecuacioacuten 4-22)
(4-22)
Caacutelculo de la Resistencia R278
Caacutelculo de la Resistencia R378
73
Caacutelculo de la Resistencia R478
Por consiguiente en el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las
peacuterdidas caloriacuteficas de toda la red de distribucioacuten cuyo valor es
Q1aisl parcial = 7435 kW
El calor neto transmito al vapor determinado en el subcapiacutetulo 413 es de
126809 kW por lo tanto estas peacuterdidas de calor representan el siguiente
porcentaje
865100 091268
7435vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
74
De acuerdo a una publicacioacuten de la empresa Spirax Sarco13 las peacuterdidas en un
sistema de distribucioacuten de vapor no deben ser mayores al 5 Por lo tanto se
concluye que las peacuterdidas caloriacuteficas en la red de distribucioacuten del aacuterea de
tintoreriacutea son superiores al valor permisible Esto se debe a que el 1579 de
la liacutenea principal y el 6893 de la liacutenea de derivacioacuten no tienen aislamiento si
se aislaran todas las tuberiacuteas estas peacuterdidas disminuiriacutean y caeriacutean dentro de
los liacutemites recomendados con el consecuente ahorro econoacutemico para la
empresa
415 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Se procede a realizar dos diagramas el de energiacutea y el de exergiacutea
El diagrama de la figura 45 representa la energiacutea que entrega el combustible
( kW Qc 201652 ) y la energiacutea que se aprovecha transmitieacutendola al vapor
( kW Qvapor 091268 ) en la caldera Estos valores han sido calculados y
comentados en el apartado 413
Figura 45 Diagrama de energiacutea de la Caldera 1
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 46) es necesario determinar el
trabajo maacuteximo que puede obtenerse del combustible y la disponibilidad
despueacutes del proceso de combustioacuten la cual seraacute la exergiacutea del vapor a la
salida de la caldera Para procesos reactivos (implican una reaccioacuten quiacutemica)
la determinacioacuten de estos paraacutemetros es diferente a lo que se realiza en
13
Ahorro de energiacutea en el ciclo de vapor Internet
75
procesos no reactivos (su composicioacuten quiacutemica permanece invariable durante
el proceso) Debido a que los aspectos de la segunda ley de la termodinaacutemica
asociados a las reacciones quiacutemicas son complejos en el anexo 9 se
presentan y explican estos caacutelculos Los resultados obtenidos quedan
Wmax = 27844789 kJkmol = 96853 kW
Lo cual significa que cuando se quema un kmol de Fuel Oil Nordm6 el maacuteximo
trabajo que se puede realizar es de 27844789 kJ
De igual forma en el anexo 9 se presenta el caacutelculo de la disponibilidad o
exergiacutea del vapor a la salida de la caldera cuya cantidad es
vapor = 15165787 kJkmol = 52752 kW
Durante una reaccioacuten quiacutemica la diferencia entre el trabajo maacuteximo y la
exergiacutea del vapor representa la irreversibilidad asociada con el proceso por
consiguiente su valor seraacute
I = Wmax ndash vapor (4-23)
I = 96853 ndash 52752 = 44101 kW
Figura 46 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 1
76
Se puede observar que la disponibilidad del vapor que sale de la caldera es de
52752 kW Comparaacutendola con la maacutexima cantidad de trabajo que proporciona
el combustible 96853 kW significa que la irreversibilidad asociada con el
proceso es de 44101 kW la cual representa el 4553 En otras palabras el
potencial de trabajo del vapor es 5447 del potencial de trabajo del
combustible es decir cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4553 del potencial
de trabajo se pierde como resultado de las irreversibilidades Por lo tanto el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
produccioacuten de vapor se realiza a partir de un proceso de combustioacuten cuya
peacuterdida exergeacutetica es considerable
416 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Mediante la purga se retira la mayoriacutea del lodo polvo suciedad soacutelidos
suspendidos soacutelidos en solucioacuten y otros materiales indeseables de la caldera
Sin embargo la purga se convierte en peacuterdida de calor y de energiacutea razoacuten por
la cual es necesario establecer un nivel de purga oacuteptimo para mantener la
calidad de agua de la caldera aceptable minimizando el lodo o incrustaciones
de las superficies calefactoras disminuyendo las peacuterdidas de calor y
manteniendo tambieacuten al miacutenimo los aditivos quiacutemicos del agua
Los tres mayores problemas que se pueden presentar en una caldera debido a
impurezas en su agua se resumen en la tabla 49
Considerando lo expuesto en la tabla 49 se concluye que la mayor causa de
problemas en una caldera son los minerales de dureza (calcio magnesio y
hierro) presentes en el agua de alimentacioacuten porque precipitan en la caldera y
tienden a formar depoacutesitos yo espuma sobre las superficies de transferencia
teacutermica produciendo peacuterdidas econoacutemicas
77
Tabla 49 Problemas por impurezas en el agua de caldera
Fuente Grimm N Manual de disentildeo de calefaccioacuten ventilacioacuten y aire acondicionado
vol II paacutegs 531-5380
Los problemas descritos en la tabla 49 se presentan cuando se exceden los
liacutemites de soacutelidos totales disueltos alcalinidad total y soacutelidos en suspensioacuten
recomendados por la ABMA American Boiler Manufacturerrsquos Association14
para agua de calderas cuyos valores se exponen en la tabla 4-10
Tabla 410 Maacutexima concentracioacuten de impurezas recomendadas en el agua
de calderas para presiones de 0 a 300 psig
Soacutelidos totales disueltos (TDS ) 3500 ppm
Alcalinidad total 700 ppm
Soacutelidos en suspensioacuten 300 ppm
Fuente Rodriacuteguez G Operacioacuten de calderas industriales paacutegs 182 y 183
La maacutexima concentracioacuten de dureza que puede presentar el agua de
alimentacioacuten (ablandada) seguacuten un comiteacute investigador de ASME para
calderas que trabajan a presiones menores a 300 psig es de 0 a 1 ppm
14
Asociacioacuten Americana de Constructores de Calderas
Problema Causa Efecto Tratamiento
Depoacutesitos (soacutelidos en
suspensioacuten)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Las incrustaciones aiacuteslan las tuberiacuteas reduciendo la rata de transferencia de calor lo que lleva a un sobrecalentamiento y a la rotura del tubo
Externo Mediante un ablandador para eliminar la dureza del agua de alimentacioacuten
Interno Usando productos quiacutemicos que reaccionan con los indeseables del agua
Arrastre (soacutelidos totales
disueltos)
Dureza del agua de alimentacioacuten
Impurezas minerales en el agua
Generacioacuten de espuma causando dantildeos en el tambor de vapor y provocando una demanda excesiva de produccioacuten de vapor
Corrosioacuten
Debido a la presencia de O2 y CO2 cuando la alcalinidad del agua de alimentacioacuten estaacute por encima de los liacutemites sugeridos
Roturas en tuberiacuteas equipos de calderas y equipos de intercambio teacutermico
Interno con sustancias alcalinas para que el agua de caldera alcance un ph entre 105 y 12 Usando productos quiacutemicos que se apoderan del oxiacutegeno del agua de alimentacioacuten
78
De acuerdo a los datos de la tabla 410 en textil Ecuador la empresa AWT se
encarga del tratamiento y anaacutelisis del agua de alimentacioacuten de la caldera para
lo cual recomiendan emplear 9 Ld de dos productos quiacutemicos llamados Mag
Booster y Solvex Premium que reaccionan con los indeseables del agua de
alimentacioacuten manejando de esta forma impurezas contaminantes y minerales
que puedan entrar a la caldera
El meacutetodo que el personal de AWT utiliza para controlar la corrosioacuten resulta
bastante efectivo mediante el ph Debe estar entre 105 y 12 en el agua de
caldera ya que un ph menor a 105 es incrustante y corrosivo y mayor a 12
causa arrastre de soacutelidos Cuanto maacutes bajo sea el ph mayor seraacute la velocidad
de corrosioacuten y cuanto mayor sea el ph menor seraacute la tasa de corrosioacuten A un ph
de 11 la corrosioacuten del acero es virtualmente nula Para esto el agua de
alimentacioacuten debe tener un ph entre 7 y 8 y los productos quiacutemicos
mencionados aseguran que el ph del agua de alimentacioacuten oscile entre estos
valores evitaacutendose la corrosioacuten
Adicionalmente existe un ablandador con el objetivo de llevar al agua de
aportacioacuten a una dureza casi nula sin embargo los anaacutelisis de las aguas (tabla
4-11) indican que el ablandador estaacute dejando pasar un grado de dureza que
puede estar provocando los problemas descritos en paacuterrafos anteriores Esto
se debe a que el ablandador tiene maacutes de 30 antildeos de funcionamiento y es
posible que haya cumplido su vida uacutetil y se cree que es tiempo de cambiarlo
Tabla 411 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 1
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 512 6917 --
TDS (ppm) 275 2254 113
Dureza total (ppm) 1447 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 886 4897 --
pH 70 118 65
Fuente Anexo 5
Se puede concluir que los valores de alcalinidad y soacutelidos totales disueltos se
encuentran dentro de los liacutemites recomendados El ph del agua de caldera estaacute
79
dentro del rango permitido Sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten superan el
maacuteximo aceptable esto se debe a que la dureza del agua de alimentacioacuten se
encuentra lejos de la maacutexima concentracioacuten permitida
Ahora corresponde calcular los ciclos de concentracioacuten de cada impureza para
determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando adecuadamente y
con las menores peacuterdidas energeacuteticas
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
208275
2254 ciclos de concentracioacuten15
Soacutelidos en suspensioacuten
535688
7489
ciclos de concentracioacuten
Alcalinidad total
5113251
7691
ciclos de concentracioacuten
Del esquema anterior se deduce que el maacuteximo nuacutemero de ciclos de
concentracioacuten actual son 553 y se deberiacutea usar este valor para calcular el
porcentaje de purga porque si este es excedido resultariacutean dificultades con
esta particular impureza en este caso incrustaciones o depoacutesitos
Auacuten asiacute el grado de purga actual de esta caldera se lo estaacute realizando en base
a los soacutelidos totales disueltos con lo que se estaacute cometiendo un grave error al
dejar que se acumulen los depoacutesitos los cuales aiacuteslan los tubos reduciendo la
rata de transferencia de calor y producieacutendose una importante peacuterdida en la
eficiencia de la caldera La formacioacuten de incrustacioacuten en las superficies de la
caldera es el problema maacutes serio encontrado en la generacioacuten de vapor
De todas maneras el grado de purga actual se lo puede calcular mediante la
ecuacioacuten 4-24
LBHAB
ABD
(4-24)
15
Ciclos de concentracioacuten Es el nuacutemero de veces que las impurezas han sido acumuladas por el agua de aportacioacuten a la caldera
80
BD = purga actual de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
B = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de caldera
LBH = caudal de vapor generado en la caldera ( vaporm = 3920 lbmh)
Por lo tanto el caudal de purga actual de la caldera es
h
lbmBD 725443920
2752254
275
El agua de alimentacioacuten ingresa con una temperatura de 50ordmC (122ordmF) por lo
tanto la entalpiacutea del agua que entra en la caldera (hi) tiene el siguiente valor
lbm
Btu hh Fordmfi 99689122
Como el vapor se genera a 140 psia el agua purgada tiene una energiacutea (hp)
hp = hf140psia = 32505 Btulbm
Por tanto con la frecuencia de purgas actual las peacuterdidas energeacuteticas son
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 611280389968905325
h
lbm54472purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 5237
s 3600
h 1055056161128038purgas por senergeacutetica
Lo que en porcentaje representa
962100kW 091268
7523 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La empresa AWT sugiere que la peacuterdida de energiacutea por purgas no deberiacutea
exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se encuentra en el liacutemite
de la recomendacioacuten por lo tanto es posible reducir este valor para ahorrar
costos a Textil Ecuador y aumentar la eficiencia de la caldera En el siguiente
capiacutetulo se proponen acciones de mejora
81
Resumiendo el estudio energeacutetico realizado en la figura 47 se presenta un
esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Figura 47 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
tintoreriacutea
42 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LA
CALDERA 2
La recopilacioacuten y el procesamiento de la informacioacuten para esta caldera son
similares a lo que se hizo en la caldera 1 Por consiguiente se presentan en los
anexos 4 5 y 6 el informe del estudio de emisiones gaseosas el anaacutelisis de
las aguas y la recoleccioacuten de datos para realizar la auditoriacutea en esta caldera
421 EVALUACIOacuteN DE LA INFORMACIOacuteN
Tomando en consideracioacuten los valores medios de las emisiones gaseosas de la
caldera 2 (tabla 412) se destaca que la temperatura de los gases estaacute dentro
del rango recomendado 300 a 600ordmF (1489 a 3156ordmC) Ademaacutes el nuacutemero de
humo (1) en la escala de Bacharach da muestras de una buena combustioacuten
donde el holliacuten es praacutecticamente nulo
82
Tabla 412 Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas de las emisiones de
combustioacuten de la caldera 2
Paraacutemetros Unidad Valor promedio
Flujo de gas seco m3h 847
Temperatura ordmC 2187
O2 64
CO2 126
CO ppm 12 (00012)
SO2 ppm 584 (00584)
Nox ppm 326 (00326)
Nordm humo -- 1
Eficiencia 823 Fuente anexo 4
Los valores de O2 y CO2 indican que no se da un elevado exceso de aire ni un
deacuteficit exagerado de flujo de combustible Sin embargo la presencia de CO en
los gases de combustioacuten es el mejor indicador de combustible quemado
parcialmente
Por otro lado las mediciones de CO SO2 y de NOx estaacuten dentro de los liacutemites
establecidos por la Direccioacuten Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito
(tabla 413)
Tabla 413 Comparacioacuten de las emisiones promedio con los liacutemites
maacuteximos permisibles
Paraacutemetro Caldera 2 Liacutemite permisible
CO (kgm3combustible) 025 06
SO2 (kgm3combustible) 319 350
NOx (kgm3combustible) 58 60
Partiacuteculas (kgm3combustible) 0188 22
Fuente anexo 4
Por uacuteltimo el fabricante de esta caldera establece una eficiencia del 85 por
lo tanto la eficiencia presentada en la tabla 412 (823) indica que se estaacute
trabajando con un rendimiento aceptable
422 ECUACIONES DEL PROCESO DE COMBUSTIOacuteN
La ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten con aire seco para y moles de
combustible es
83
y(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + a(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + bC + cS +
dN2 + eH2O
Del balance de masa de los diversos elementos se obtiene
C 8262y = 126 + 00012 + b
S 033y = 00584 + c
N2 064y x 2 + a x 376 x 2 = 00326 + 2d
H2 1537y x 2 = 2e
O2 104y x 2 + 2a = 64 x 2 + 126 x 2 + 00012 + 00584 x 2 +
00326 x 2 + e
Se han generado cinco ecuaciones con seis incoacutegnitas (a b c d e y) la sexta
ecuacioacuten se la obtiene del hecho de que los gases de la combustioacuten tienen
que sumar el 100 de su composicioacuten asiacute
64 + 126 + 00012 + 00584 + 00326 + b + c + d = 100
Ordenando estas ecuaciones se presenta el siguiente sistema
-b + 8262y = 126012
-c + 033y = 033
752a ndash 2d +128y = 00326
-e + 1537y = 0
2a ndash e + 208y = 381382
b + c + d = 809078
Resolviendo el sistema anterior (MathCad 2000) las soluciones quedan
84
La ecuacioacuten real de combustioacuten con aire seco balanceada queda de la
siguiente manera
0201(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 20426(O2 + 376 N2)
64O2 + 126CO2 + 00012CO + 00584SO2 + 00326NO2 + 3987C +
0007856S + 76913N2 + 3086H2O
El nuacutemero de moles de la humedad en el aire se calcula con la ecuacioacuten 4-2
OHOH nkPa
kPa n
2276442620
70571
40341
Despejando OHn2
de la ecuacioacuten anterior OHn2
= 194 kmol
Por lo tanto la ecuacioacuten balanceada real del proceso de combustioacuten para 100
kmol de combustible y tomando en consideracioacuten la humedad del aire es
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 1016219 (O2 + 376 N2) +
9652H2O 31841O2 + 6269CO2 + 0006CO + 02905SO2 +
01622NO2 + 19836C + 00391S + 382652N2 + 25005H2O
La ecuacioacuten estequiomeacutetrica del proceso de combustioacuten es la misma que la
encontrada en la caldera 1 dado que se trata del mismo combustible
(8262C + 1537H2 + 104O2 + 033S + 064N2) + 89595(O2 + 376 N2)
8262CO2 + 1537H2O + 3375172N2 + 033SO2
423 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIOacuteN Y EFICIENCIA DEL GENERADOR
DE VAPOR
De la ecuacioacuten real del proceso de combustioacuten se encuentra la relacioacuten real de
combustible a aire y su reciacuteproco la relacioacuten de aire a combustible
aire kmol
ecombustibl kmol
aire kmol
ecombustibl kmol00 FAreal 2030
65297646219101
1
ecombustibl kmol
kmol aire
AFreal 9334
2030
1
85
La relacioacuten ideal de combustible a aire es la misma que se encontroacute en la
caldera 1 (FAideal = 0234 kmol combustible kmol aire) ya que ambas trabajan
con Fuel Oil Nordm6
Aplicando la ecuacioacuten 4-3 la eficiencia de combustioacuten para la caldera de
estampacioacuten es
comb 41151541
2030
2340
Numeacutericamente la eficiencia de combustioacuten es igual al porcentaje de aire
teoacuterico y que se lo encuentra mediante la ecuacioacuten 4-4
teoacuterico aire de Porcentaje 41151541
2744
9334
1154 de porcentaje de aire teoacuterico significa que existe un 154 de exceso de
aire durante este proceso de combustioacuten
Ahora para determinar la eficiencia del generador de vapor se dispone de los
siguientes datos de funcionamiento y operacioacuten de la caldera 2
Capacidad 150 Bhp
Temperatura de alimentacioacuten 30ordmC (86ordmF)
Temperatura de salida del vapor 165ordmC (329ordmF)
Presioacuten de trabajo 100 psia 896 psig
Poder caloacuterico superior del combustible 15659808 Btugal
Consumo de combustible ( ecombustiblm ) 16 galh
La cantidad de vapor en lbmh se lo encuentra con la ayuda de la graacutefica
tomada del manual de la caldera (anexo 7) obtenieacutendose un valor de
Bhph
lbm mvapor
12
A esta cantidad se le multiplica por los Bhp de la caldera y se determina la
cantidad de vapor que sale de la caldera en lbmh
86
h
lbmBhp
Bhph
lbmmvapor 1800 150 12
La entalpiacutea del agua que ingresa a la caldera (hi) y la del vapor que sale de
esta (he) se las encuentra con la ayuda de las tablas del anexo 7
lbm
Btu hh Fordmfi 0785486
lbm
Btu hh psia ge 81187100
El calor transmitido al vapor se lo calcula mediante la ecuacioacuten 4-6
kWh
Btu
h
lbmQvapor 07598620406990785481187 1800
El poder caloriacutefico superior del combustible por unidad de tiempo se lo
encuentra aplicando la ecuacioacuten 4-7
kWh
Btu
gal
BtuQc 31734 282505569 08156598
h
gal 16
Ahora se dispone de todos los datos necesarios para calcular la eficiencia del
generador de vapor mediante la ecuacioacuten 4-5
kW
kW vap gen 4581100
31734
07598
Al igual que en la caldera 1 esta eficiencia es menor a la reportada (medida)
por el Departamento de Quiacutemica Aplicada de la Escuela Politeacutecnica Nacional
(823) porque la calculada considera el calor neto que se transmite al vapor
mientras que la otra eficiencia solo toma en cuenta el calor que permanece en
la caacutemara de combustioacuten sin estimar las peacuterdidas por transferencia de calor
que se tendraacute en las partes metaacutelicas de la caldera Una eficiencia del 8145
es aceptable sin embargo puede ser mejorada
87
424 PEacuteRDIDAS DE VAPOR
Siguiendo el procedimiento empleado en la caldera de tintoreriacutea sobre el plano
del sistema de vapor actual del aacuterea de estampacioacuten (plano TE-LV-E01 anexo
2) se procede a estudiar su trazado el dimensionado y las peacuterdidas de calor
Anaacutelisis del trazado de la liacutenea de vapor
Distribuidor
Figura 48 Distribuidor de vapor del aacuterea de estampacioacuten
El distribuidor de vapor (figura 48) presenta las siguientes caracteriacutesticas
Tramo 6-7-8-9-10-11 (plano TE-LV-E01)
Longitud del distribuidor 2 m
Diaacutemetro nominal 5rdquo
Puntos de distribucioacuten 5 (figura 48)
En uso 5
Retorno de condensado No tiene
Aislamiento Lana de vidrio de 1rdquo con revestimiento
de aluminio de 07 mm de espesor
El distribuidor no se encuentra ubicado cerca de la caldera sino a maacutes de 24 m
de esta a una corta distancia de la rama secadora para reducir la cantidad de
tuberiacuteas que se requeririacutean debido a los cuatro puntos de consumo de vapor
que demanda el uso de esta maacutequina (anexo 2 plano TE-LV-E01) sin que esto
afecte la temperatura y la presioacuten del vapor necesarios para el proceso
88
El aislante del distribuidor estaacute en buen estado no se observan quemaduras a
pesar de que se lo cambioacute hace maacutes de siete antildeos
Liacutenea principal
Las caracteriacutesticas de la liacutenea principal (puntos 1-2-3-4-5-6 del plano
TE-LV-E01) se presentan en la tabla 414
Tabla 414 Caracteriacutesticas de la liacutenea principal de la red de distribucioacuten de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9918100 316
6100
principal liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por consiguiente el 1899 de la liacutenea principal no tienen aislamiento En
pocos tramos de la liacutenea se observa indicios de deterioro de la lana de vidrio
pero en general se muestra en buen estado
Respecto a la presencia de trampas de vapor la tabla 415 recoge los
resultados de las inspecciones visuales realizadas con ayuda del jefe de
mantenimiento de Textil Ecuador
Tabla 415 Trampas de vapor en la liacutenea principal de la red de distribucioacuten
de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
El purgador A estaacute colocado al final del tramo 4-5 siguiendo las
recomendaciones de poner puntos de purga en tramos rectos horizontales
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Aislante
Siacute No
1-2-3 3frac12 32
3-4 3frac12 40
4-5 3frac12 224
5-6 2 20
Longitud total (m) 316
Coacutedigo seguacuten plano
Tramo Observacioacuten Descarga
A 4-5 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
89
cada 50 oacute 100 m de la liacutenea principal para evitar la presencia de obturaciones
por acumulacioacuten de condensado No obstante en el tramo 3-4 debido a que se
trata de una tuberiacutea inclinada hariacutea falta una trampa de vapor en la parte baja
de esta seccioacuten para evitar la acumulacioacuten de condensado
Respecto a la presencia de eliminadores de aire no existen este tipo de
purgadores en la liacutenea principal Lo maacutes recomendable seriacutea colocar un
purgador de aire al final de los tramos 3-4 y 4-5 porque son los lugares donde
se producen cambios de direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten
de la mayor cantidad de aire
Liacutenea de suministro
La tabal 416 resume las caracteriacutesticas de las tuberiacuteas de suministro
Tabla 416 Caracteriacutesticas de la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
9652100 915
133100
suministro de liacutenea la de total Longitud
aislante sin tramos de Longitud
m
m
Por lo tanto la mitad de la liacutenea secundaria no presenta aislante aumentando
peacuterdidas energeacuteticas y econoacutemicas
En lo que se refiere a la presencia de trampas de vapor en la tabla 417 se
exponen los resultados de las inspecciones realizadas
Tramo actual (pulg)
Longitud (m)
Destino de consumo
Aislante
Siacute No
7-12 2 12
Maacutequina secadora
12-16-17 2 57
8-13 2 12
13-18-19-20 2 55
9-14 2 12
14-21-22-23-24 2 72
10-15 2 12
15-25-26-27-28 2 94
11-29-30-31-32-33 2 265 Tina de desgrabado
Longitud total (m) 591
90
Tabla 417 Trampas de vapor en la liacutenea de suministro de la red de
distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LV-E01)
De la tabla anterior se destacan las siguientes conclusiones
Total de purgadores en la liacutenea de suministro 6
Purgadores fuera de servicio 1 (1667)
Purgadores en funcionamiento 5 (8333)
En buen estado 2 (4000)
Perdiendo vapor 3 (6000)
Descargan a la atmoacutesfera 1 (2000)
Descargan a la red de retorno 4 (8000)
Tipo de purgadores de boya cerrada
Mantenimiento de la red y de los purgadores una vez al antildeo
Los purgadores estaacuten ubicados en sitios adecuados para asegurar la
separacioacuten del condensado La peacuterdida con el purgador que descarga a la
atmoacutesfera es inevitable porque en el proceso de desgrabado el vapor se
mezcla con colorantes y no conviene que retornen al tanque de condensado ya
que pueden acelerar la corrosioacuten en las tuberiacuteas
Aplicando el mismo principio que en la caldera 1 del anaacutelisis de las aguas de la
caldera 2 (anexo 5) se sabe que el agua de condensados contiene 143 ppm de
TDS y el agua de alimentacioacuten 257 ppm de TDS esto indica que el retorno
aproximado de condensados resulta ser
Retorno de condensados = 6455100 257
143
ppm
ppm
Coacutedigo Tramo Observacioacuten Descarga
B 12-16 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
C 18-19 Perdiendo vapor A la red de retorno
D 22-23 Se encuentra en buen estado A la red de retorno
E 26-27 Perdiendo vapor A la red de retorno
F 30-39 Fuera de servicio A la red de retorno
G 32-33 Perdiendo vapor A la atmoacutesfera
91
De acuerdo con los representantes de la empresa AWT este porcentaje de
retorno deberiacutea ser mayor debido a que solo uno de los 6 purgadores tiene
retorno a la atmoacutesfera sin embargo se estima que las trampas que estaacuten
perdiendo vapor contribuyen a bajar el retorno de condensados y deberiacutean
repararse o reemplazarse para tener un uso maacutes eficiente del sistema
Por uacuteltimo no se observoacute la existencia de eliminadores de aire en ninguna
parte de la red Se recomienda colocar estos purgadores en las extremidades
maacutes alejadas de los tramos 4-5 y 30-39 porque ahiacute se presentan cambios de
direccioacuten donde se acumula el aire en las tuberiacuteas y dificulta el paso del vapor
Comprobacioacuten del dimensionamiento de las liacuteneas de vapor
Para la comprobacioacuten de la red se utiliza un procedimiento similar a lo realizado
en el subcapiacutetulo 414 por lo tanto se emplearaacuten las mismas tablas y graacuteficas
y los mismos paraacutemetros admisibles para comparar las caiacutedas de presioacuten y las
velocidades de flujo de vapor
Se inicia con la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-
6) con base a los siguientes datos
Presioacuten de funcionamiento inicial 61777 kPa (896 psig)
Flujo de masa de vapor 81645 kgh (1800 lbmh)
Diaacutemetro nominal de la tuberiacutea principal 3frac12rdquo
Utilizando la graacutefica para el dimensionamiento de la tuberiacutea16 (anexo 7) se
determina una caiacuteda de presioacuten de 02 psi por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente de tuberiacutea con una velocidad de 5000 piemin Para
calcular la caiacuteda de presioacuten total es necesario encontrar la longitud total de
tuberiacutea equivalente
Longitudes equivalentes de tuberiacuteas por los accesorios (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
1 codo de 90o de 2rdquo 1 x 10 = 10 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
16
ASHRAE Fundamentals
92
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 165 = 165 m
Longitud real de la tuberiacutea 316 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 856 m
La caiacuteda de presioacuten y la velocidad de flujo en la liacutenea principal son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
68520 = 056 psi
Velocidad de flujo de vapor en la liacutenea principal = 5000 piemin (254 ms)
La liacutenea principal de la red de vapor debe tener una caiacuteda de presioacuten entre 25 a
30 psi y una velocidad de flujo entre 40 a 60 ms (8000 a 12000 piemin)
Por consiguiente tanto la caiacuteda de presioacuten como la velocidad de flujo son
menores a los liacutemites admisibles por lo que se concluye que la tuberiacutea principal
estaacute sobredimensionada y se puede proponer un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para asegurar un funcionamiento seguro
En la tabla 418 se realiza la comprobacioacuten del disentildeo de la liacutenea de suministro
Tabla 418 Caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo en las tuberiacuteas de
suministro de vapor del aacuterea de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 2 2 2 2 2
P (psig) 826 813 80 785 697
P (psi) 644 774 904 1054 1934
L eq (m) 212 222 232 232 417
L real (m) 69 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 281 289 316 338 682
P(psi3048 m) 699 816 872 950 864
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 002051 002051 002051 002051 002051
vg (pie3lbm) 4759 4819 4879 4961 5468
V (piemin) 154682 156643 158604 161266 88871
V (ms) 786 796 806 819 451
93
La tabla anterior se basa en la caiacuteda de presioacuten en la tuberiacutea principal la
presioacuten tomada en los manoacutemetros de los diferentes puntos de consumo y los
caudales de disentildeo A continuacioacuten se muestra un ejemplo de caacutelculo
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 418
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Diaacutemetro nominal 2rdquo
Destino de consumo Tina de desgrabado
Presioacuten de inicio (Po) 896-056 = 8904 psig (9944 psia)
Presioacuten de destino (Pd) 697 psig (801 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 2rdquo 6 x 10 = 60 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 165 = 330 m
Longitud real de la tuberiacutea 265 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 682 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = Po ndash Pd = 1934 psi
268
48303419 = 864 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
De la tabla 418 se determina que las caiacutedas de presioacuten en las liacuteneas de
suministro estaacuten dentro de los rangos recomendados (de 2 a 10 psi por cada
3048 m de longitud equivalente) Por otro lado las velocidades de flujo de
vapor son bajas en comparacioacuten con las permisibles 15 y 60 ms (3000 y
12000 piemin) En conclusioacuten las tuberiacuteas de suministro estaacuten
sobredimensionadas y es factible proponer un nuevo disentildeo para que cumpla
con las caiacutedas de presioacuten y velocidades de flujo admisibles
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten de vapor se produce
desde la salida de vapor de la caldera hasta la tina de desgrabado
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33
94
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 697 psig (801 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 199 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 3frac12rdquo 1 x 18 = 18 m
3 codos de 45o de 3frac12rdquo 3 x 14 = 42 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 3frac12rdquo 1 x 305 = 305 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 3 x 165 = 495 m
7 codos de 90o de 2rdquo 7 x 10 = 70 m
1 T reductoras de 5rdquo 1 x 27 = 27 m
Longitud real de la tuberiacutea 581 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 1538 m
Con estos datos se puede calcular la caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048
m) de longitud equivalente y comparar con los rangos recomendados
8153
4830919 = 394 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea En definitiva el dimensionamiento de la instalacioacuten actual cumple con
las recomendaciones de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea
principal liacutenea secundaria y la mayor caiacuteda en la red de distribucioacuten Sin
embargo las velocidades de vapor estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles
porque las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
Caacutelculo de las peacuterdidas de calor en las liacuteneas de distribucioacuten de vapor
De la misma forma en que se determinaron las peacuterdidas de calor en el sistema
de distribucioacuten de vapor de la caldera de tintoreriacutea en el apartado 414 para
determinar las peacuterdidas de calor en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten se han dividido las diferentes tuberiacuteas en tramos (anexo 2 plano
TE-LV-E01) El procedimiento de anaacutelisis es similar a lo que se hizo en la
caldera 1 asiacute que en el anexo 8 se presenta la hoja con el caacutelculo de las
peacuterdidas en toda la red de distribucioacuten Su valor es
95
Q2aisl parcial = 2281 kW
El calor neto transmito al vapor es de 59807 kW por consiguiente las peacuterdidas
de calor representan el siguiente porcentaje
813100 98075
2281vapor de liacuteneas las en peacuterdidas
kW
kW
Estas peacuterdidas en el sistema de distribucioacuten de vapor son menores al 5
recomendado por la empresa Spirax Sarco No obstante todaviacutea se puede
disminuir este valor porque la mayoriacutea de las liacuteneas de la red no tienen
aislamiento Aunque esto representariacutea una inversioacuten para la empresa el
retorno se conseguiriacutea en poco tiempo y se mejorariacutea la eficiencia de todo el
sistema de vapor del aacuterea de estampacioacuten
425 DIAGRAMA DE ENERGIacuteA Y DE EXERGIacuteA
Al igual que en la caldera 1 se realizaraacuten los diagramas de energiacutea y de
exergiacutea Conociendo el calor que entrega el combustible ( kWQc 31734 ) y el
que se transmite al vapor ( kWQvapor 07598 ) ambos por unidad de tiempo el
diagrama de energiacutea se lo representa en la figura 49
Figura 49 Diagrama de energiacutea de la Caldera 2
Para realizar el diagrama de exergiacutea (figura 4-10) en el anexo 9 se han
determinado los siguientes valores del trabajo maacuteximo que puede obtenerse
del combustible y de la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera
96
Wmax = 28691682 kJkmol = 44355 kW
vapor = 16693202 kJkmol = 25806 kW
La irreversibilidad asociada con el proceso durante una reaccioacuten quiacutemica es la
diferencia entre el trabajo maacuteximo y la exergiacutea del vapor
I = 44355 ndash 25806 = 18549 kW
Figura 410 Diagrama de exergiacutea de la Caldera 2
Este diagrama establece que la exergiacutea del vapor a la salida de la caldera es
de 25806 kW Si se compara con la maacutexima cantidad de trabajo que
proporciona el combustible 44355 kW significa que la irreversibilidad
asociada con el proceso es de 18549 kW (4182) Es decir el potencial de
trabajo del vapor es 5818 del potencial de trabajo del combustible debido a
que cuando el Fuel Oil Nordm6 se quema 4182 del potencial de trabajo se
pierde como resultado de las irreversibilidades Se concluye por tanto que el
proceso productivo de vapor es de muy baja calidad termodinaacutemica ya que la
peacuterdida exergeacutetica en un proceso de combustioacuten es considerable
97
426 ANAacuteLISIS DE LA FRECUENCIA DE PURGAS
Siguiendo en la liacutenea del estudio realizado en la caldera 1 el resumen del
anaacutelisis de las aguas de alimentacioacuten de retorno del condensado y de la
caldera realizado por la Empresa AWT (anexo 5) se lo presenta en la tabla
419
Tabla 419 Anaacutelisis de las aguas de la caldera 2
Anaacutelisis
Resultados
Agua de alimentacioacuten
Agua de caldera
Retorno del condensado
Alcalinidad (ppm) 491 6879 --
TDS (ppm) 257 2632 143
Dureza total (ppm) 09 -- --
Soacutelidos en suspensioacuten (ppm) 171 2935 --
pH 67 113 69
Fuente Anexo 5
Se puede observar que los valores de alcalinidad soacutelidos totales disueltos y
soacutelidos en suspensioacuten estaacuten dentro de los liacutemites recomendados Ademaacutes se
puede notar que el ablandador estaacute estabilizando la dureza del agua de
alimentacioacuten dentro de valores admisibles con lo cual se garantiza que no
haya incrustaciones en la caldera Por otro lado el tratamiento externo es
decir el uso de las sustancias quiacutemicas estaacute dando buenos resultados al
mantener la alcalinidad y el ph del agua de caldera lejos de valores no
permisibles evitaacutendose problemas de corrosioacuten
Ahora para determinar si el grado de purga actual se lo estaacute realizando de
acuerdo a los ciclos de concentracioacuten adecuados se procede a calcular los
ciclos de concentracioacuten de cada impureza asiacute
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
2410257
2632 ciclos de concentracioacuten
Soacutelidos en suspensioacuten
1617117
5293
ciclos de concentracioacuten
98
Alcalinidad total
0114149
9687
ciclos de concentracioacuten
De este esquema se observa que el maacuteximo de ciclos de concentracioacuten actual
son 1024 y es adecuado basarse en este valor para determinar el grado de
purga cuyo valor se lo puede estimar mediante la ecuacioacuten 4-24
h
lbmBD 781941800
2572632
257
Las entalpiacuteas del agua de alimentacioacuten (86ordmF) y del agua purgada (100 psia)
tienen los siguientes valores
lbm
Btuhh Ffi 07854 ordm86
hp = hf100psia = 29861 Btulbm
Por tanto la frecuencia de purgas que se estaacute realizando actualmente
representa las siguientes peacuterdidas energeacuteticas
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas 94476290785461298
h
lbm78194purgas por senergeacutetica
kWBtu
kJ
h
BtuPeacuterdidas 9613
s 3600
h 105505619447629purgas por senergeacutetica
En porcentaje estas peacuterdidas significan
332100kW 98075
3961 purgas por senergeacutetica
kWPeacuterdidas
La recomendacioacuten de la empresa AWT es que las peacuterdidas de energiacutea por
purgas no deben exceder del 3 En este caso el porcentaje calculado se
encuentra por debajo de ese valor por lo que la empresa estaacute teniendo los
gastos aceptables no obstante existe espacio para mejorar si se basa la
frecuencia de purgas en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la
ABMA lo cual se propone en el siguiente capiacutetulo
99
A manera de resumen del estudio energeacutetico realizado en la figura 411 se
presenta un esquema con las peacuterdidas del sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
Figura 411 Peacuterdidas de energiacutea en el sistema de vapor del aacuterea de
estampacioacuten
43 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL AIRE
COMPRIMIDO
Los datos necesarios para realizar un anaacutelisis del sistema de distribucioacuten de
aire comprimido se presentan en el anexo 6
431 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS LIacuteNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
La red de aire comprimido tiene maacutes de 17 antildeos de funcionamiento y es
necesario realizar una evaluacioacuten porque pueden estarse produciendo peacuterdidas
maacutes allaacute de lo permisible Por consiguiente basados en el plano de la
instalacioacuten actual (plano TE-AC-E02 anexo 2) se analiza el trazado el
dimensionado de las tuberiacuteas y se hace un estudio de las fugas las cuales
representan costos
100
Estudio del trazado de la red de aire comprimido
En la tabla 420 se presentan las caracteriacutesticas de la liacutenea principal y de las
tuberiacuteas de servicio en lo referente al diaacutemetro actual su longitud y el tramo al
cual corresponden seguacuten el plano de la instalacioacuten
Tabla 420 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
De las inspecciones realizadas se destaca que las liacuteneas de suministro se
conectan en la parte superior de la liacutenea principal con el llamado cuello de
cisne lo cual estaacute dentro de lo recomendado17 para dificultar el paso del agua
condensada
Ademaacutes se midioacute (anexo 6) que la temperatura de ingreso del aire al
compresor (197ordmC) es muy cercana al valor de la temperatura ambiente
(20ordmC) por lo tanto se confirma que el compresor estaacute colocado en un lugar
fresco lejos de fuentes de calor como la caldera sin embargo al estar dentro
del galpoacuten no estaacute libre de las pelusas de las telas que obstruyen el paso del
aire por los filtros del compresor
Por otro lado se ha observado la existencia de tres trampas de condensado
distribuidas como se indica en la tabla la tabla 421 Cada una de las trampas
estaacute colocada cerca de su respectivo destino de consumo para asegurar que
ingrese la menor cantidad de condensado sin embargo deberiacutea situarse un
purgador en el extremo de la seccioacuten 5-6 y otro a la salida del compresor para
reducir el dantildeo que causa el condensado en toda la red
17
Atlas Copco Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria paacuteg163
Liacutenea Tramo Punto de consumo
actual (pulg)
Longitud (m)
Principal 1-2-3-4-5-6 -- frac34 87
6-7-8 -- frac12 310
De servicio
6-9-10-11-12-13-14 Pistoacuten neumaacutetico frac12 93
11-15-16-17-18 Maacuteq estampadora frac12 51
8-19-20 Maacuteq fotograbado frac12 26
Longitud total (m) 567
101
Tabla 421 Trampas de condensado en la liacutenea principal de la red de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-AC-E02)
A la salida del compresor no se realiza ninguacuten meacutetodo para el secado del aire
Por tratarse de un compresor de pistones con una presioacuten de trabajo menor a
los 7 bar no amerita el uso de estos tratamientos por lo costosos que resultan
para una instalacioacuten relativamente pequentildea sin embargo se cree que es
necesario colocar un par de filtros para remover liacutequidos y partiacuteculas a la salida
del aire y evitar la oxidacioacuten e incrustaciones en toda la red
Comprobacioacuten del dimensionamiento de la red de aire comprimido
Para estudiar el dimensionado de las tuberiacuteas es necesario determinar la
mayor caiacuteda de presioacuten en la instalacioacuten y compararla con los valores
admisibles
En redes de aire comprimido se disentildea uacutenicamente tomando en consideracioacuten
el tramo que une la salida del compresor con el punto maacutes alejado de consumo
(tramo 1-2-3-4-5-6-7-8-19-20) y con base en ese resultado se disentildea la tuberiacutea
principal y las de servicio de toda la red La seccioacuten maacutes alejada del sistema en
anaacutelisis comprende toda la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8) y la liacutenea de
suministro a la maacutequina de fotograbado (tramo 8-19-20)
Por lo tanto se procede a determinar la caiacuteda de presioacuten de toda liacutenea principal
luego la caiacuteda que se tiene en la liacutenea de servicio indicada y de esta forma se
puede obtener la maacutexima caiacuteda en el sistema Se inicia con el anaacutelisis de la
liacutenea principal para lo cual se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 cfm = 189 Ls
Menor diaacutemetro interno de tuberiacutea (liacutenea principal) 158 mm ( frac12rdquo)
Coacutedigo Tramo Observacioacuten
A 13-14 Funciona pero estaacute recubierto de pelusas
B 17-18 En buen estado pero manchado de pintura
C 7-8 Se encuentra en buen estado
102
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
4 codos de 90ordm de frac34rdquo 4 x 12 = 48 m
2 codos de 90ordm de frac12ldquo 2 x 10 = 20 m
1 Te de 3frac12rdquo 1 x 12 = 12 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac34rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de frac12rdquo 1 x 24 = 24 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 504 m
Con la presioacuten manomeacutetrica (relativa) a la salida del compresor el caudal de
aire la longitud equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se
ingresa al diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) y se encuentra la siguiente
caiacuteda en la liacutenea principal
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal = P liacutenea principal = 050 bar
P liacutenea principal = 677100526
500
Esta caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal todaviacutea no corresponde al punto maacutes
alejado de la red sin embargo su valor ya excede al liacutemite admisible porque
en general se admite una peacuterdida del 2 de la presioacuten suministrada por el
compresor al punto de utilizacioacuten maacutes lejano18 Por lo tanto el diaacutemetro de la
tuberiacutea principal estaacute subdimensionado y trae como consecuencia una
deficiencia en el rendimiento del sistema
Ahora bien para determinar la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado del sistema
es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que corresponde al
tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal (4-25)
Ps = 652 bar ndash 050 bar = 602 bar
18
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg267
103
Ademaacutes se requieren los siguientes datos
Tramo de la liacutenea de servicio 8-19-20
Diaacutemetro interno de tuberiacutea 158 mm ( frac12rdquo)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 10)
1 codo de 90ordm de frac12ldquo 1 x 10 = 10 m
1 vaacutelvula de compuerta de frac12rdquo 1 x 02 = 02 m
Longitud real de la liacutenea 26 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 38 m
Con la presioacuten en la liacutenea de servicio (Ps) el caudal de aire nominal la longitud
equivalente de tuberiacutea total y el diaacutemetro interno de tuberiacutea se ingresa al aacutebaco
de caiacuteda de presioacuten (anexo 10) obtenieacutendose el siguiente valor
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea de suministro = P liacutenea suministro = 004 bar
Y la caiacuteda total en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido queda
P tramo maacutes alejado = P liacutenea principal + P liacutenea suministro (4-26)
P tramo maacutes alejado = 050 bar + 004 bar = 054 bar
P tramo maacutes alejado = 288100526
540
Este valor de caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado es cuatro veces
superior al liacutemite admisible (2) Pero la mayoriacutea de este porcentaje
corresponde a las peacuterdidas en la liacutenea principal la caiacuteda en la liacutenea de
suministro es aceptable y se puede seguir trabajando con el diaacutemetro de
tuberiacutea existente sin embargo es necesario aumentar el diaacutemetro de la tuberiacutea
principal
Anaacutelisis de fugas en la red de aire comprimido
Las fugas representan peacuterdidas de energiacutea Para la determinacioacuten de las fugas
se procede a aplicar un meacutetodo sencillo y aproximado utilizando uacutenicamente el
manoacutemetro a la salida del compresor y un cronoacutemetro
104
La explicacioacuten de este meacutetodo19 se basa en el esquema de la figura 412
Figura 412 Esquema de la red de aire comprimido
Aprovechando los tiempos muertos 35 minutos 3 veces al diacutea de promedio en
los que no se consume aire comprimido porque se lavan los cilindros y se
prepara la maacutequina estampadora para imprimir un nuevo disentildeo se asegura de
cerrar las vaacutelvulas 3 4 y 5 se sube la presioacuten de salida del aire hasta el valor
de servicio promedio que es de 946 psig (anexo 6) y en este instante se cierra
la vaacutelvula 1 De tal manera que el compresor queda funcionando sin entrada de
aire y se mide el tiempo que transcurre en bajar la presioacuten del manoacutemetro a un
valor de 80 psig En este momento se abre la vaacutelvula 1 dejando pasar aire al
compresor y se toma el tiempo que tarda en subir la presioacuten de 80 a 946 psig
En la tabla 422 se presentan las mediciones de estos tiempos
Tabla 422 Mediciones para calcular las fugas en la red de aire
comprimido
Fuente Textil Ecuador
19
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273
Tiempo muerto
t1 t2
09h15-09h54 2 min 46 s 277 min 1 min 24 s 140 min
11h48-12h20 2 min 52 s 287 min 1 min 26 s 143 min
14h55-15h31 2 min 54 s 290 min 1 min 21 s 135 min
Valor medio 284 min 139 min
Fecha de toma de mediciones 2006-01-19
105
Con estas mediciones la peacuterdida aproximada por fugas se la determina por
medio de la siguiente ecuacioacuten20
21
2
tt
tmPfugas
(4-27)
Pfugas = peacuterdida por fugas
m = caudal nominal del compresor = 40 cfm (tabla 39)
t1 = tiempo medio que transcurre en bajar la presioacuten desde 946 a 80 psig
t1 = tiempo medio que transcurre en subir la presioacuten desde 80 a 946 psig
Reemplazando estos valores las peacuterdidas aproximadas por fugas seraacuten
min1413
391842
39140 3piePfugas
Porcentualmente estas peacuterdidas representan
863210040
1413 fugasPeacuterdidas
De acuerdo a las recomendaciones las peacuterdidas por fugas variacutean desde un 5 o
10 en instalaciones bien mantenidas hasta un 30 e incluso un 50 en
instalaciones descuidadas21 Desde este punto de vista las peacuterdidas por fugas
en la red de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten son altas e indican que
el sistema estaacute descuidado porque nunca se han realizado evaluaciones ni
mantenimientos preventivos de la instalacioacuten Ademaacutes este alto porcentaje de
fugas influye directamente en el costo de la factura eleacutectrica porque una fuga a
traveacutes de un agujero consume aire constantemente En el siguiente capiacutetulo se
plantean propuestas para reducir estas fugas cuyo costo resulta pequentildeo en
comparacioacuten con la posible ganancia econoacutemica
20
Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 273 21
Ahorro y uso racional de la energiacutea ldquoJornada Tecnoloacutegicardquo Bogotaacute-Colombia Internet
106
44 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS EN LAS
TUBERIacuteAS PARA AGUA
Los datos para realizar un anaacutelisis de las liacuteneas de tuberiacuteas para agua han sido
recogidos en uno de los formularios del anexo 6
441 ANAacuteLISIS DE PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS DE AGUA
En la auditoriacutea preliminar (subcapiacutetulo 333) se estimoacute que el consumo de
energiacutea eleacutectrica para el sistema de distribucioacuten de agua representa maacutes del
10 de la energiacutea total consumida en el aacuterea de estampacioacuten Por lo tanto
apoyados en el plano de la instalacioacuten actual (plano TE-LTA-E03 anexo 2) se
estudia el trazado de la red y se evaluacutea la curva del sistema para determinar el
punto de operacioacuten de la bomba
Estudio del trazado del sistema de distribucioacuten
En el plano TE-LTA-E03 se puede apreciar que esta red de tuberiacuteas es de tipo
abierta es decir no tiene ninguacuten ciclo o circuito cerrado Las tuberiacuteas de agua
tienen maacutes de 15 antildeos de vida uacutetil y muchos tramos asiacute como algunos
accesorios empiezan a mostrar oacutexido debido a que la mayoriacutea se encuentra a
la intemperie Estos antecedentes pueden provocar peacuterdidas de caudal y
reduccioacuten acelerada de la vida uacutetil del sistema con la consecuente peacuterdida
econoacutemica
En lugar de liacutenea principal y de servicio en los sistemas de bombeo se
adoptan los nombres de tuberiacuteas matrices y ramales En la tabla 423 se
presentan las caracteriacutesticas estas tuberiacuteas
En el trazado de la red no se aprecia la existencia de las llamadas vaacutelvulas
saca-aire con lo cual se eliminariacutean los bolsones o burbujas de aire que a
menudo pueden aumentar la carga necesaria para lograr un caudal
determinado Probablemente la falta de estos accesorios hacen que el aire
actuacutee como una obstruccioacuten reduciendo el rendimiento del sistema Se sugiere
que al final de los tramos A-B y B-F se coloquen estas vaacutelvulas para reducir
estas posibles peacuterdidas de caudal en la red
107
Tabla 423 Caracteriacutesticas del sistema de distribucioacuten de agua del aacuterea de
estampacioacuten
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
Comprobacioacuten del disentildeo
Por medio del punto de operacioacuten de la bomba es decir el punto de corte entre
su curva caracteriacutestica y la del sistema se puede determinar el caudal que estaacute
siendo enviado actualmente y la cabeza suministrada por la bomba Esto con el
fin de evaluar el comportamiento del sistema
La curva de caudal contra cabeza total de la bomba (Q vs hP) se la obtuvo del
cataacutelogo de la bomba y se la presenta en el anexo 11 Para determinar la
ecuacioacuten de esta curva se toman diferentes caudales con el respectivo valor
de la cabeza que le corresponde en el graacutefico del anexo 11 Estos datos se los
presenta en la tabla 424 en los que se realiza una conversioacuten de unidades al
sistema internacional
Tabla 424 Valores para determinar la ecuacioacuten de la curva de la bomba
Q (GPM) Q (m3s) hp (pie) hp (m)
0 000000 11000 33528
40 000252 11000 33528
80 000505 10843 33051
120 000757 10522 32070
160 001009 10000 30480
200 001262 9270 28254
240 001514 8496 25895
280 001767 7391 22529
Fuente anexo 11 (Curva caracteriacutestica de la bomba)
Tuberiacuteas Tramo Punto de consumo actual (pulg)
Longitud (m)
Matrices A-B -- 300 76
Ramales
B-C Tanque de almacenamiento
para el agua de caldera 200 227
B-D -- 200 10
D-E Lavadora de cilindros de la
estampadora 100 37
D-F -- 200 245
F-G Caballete para desengrasado
de cilindros para grabado 100 30
F-I Reveladora para grabados 200 86
Longitud total (m) 711
108
Luego se grafican estos puntos y se determina la ecuacioacuten que de acuerdo a
la teoriacutea22 corresponde a una forma polinomial de segundo grado que
ademaacutes tiene el coeficiente de correlacioacuten maacutes cercano a la unidad Por lo
tanto en la figura 413 se presenta la curva caracteriacutestica de esta bomba y su
ecuacioacuten
CURVA CARACTERIacuteSTICA DE LA BOMBA
hp = -41915Q2 + 12178Q + 33513
R2 = 09996
0
10
20
30
40
0 0005 001 0015 002
Q (m3s)
hp (m)
Figura 413 Curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
Para encontrar la curva del sistema es necesario determinar la ecuacioacuten del
balance de energiacutea en el tramo A-B la cual queda
B
Lp
Ag
Vz
Phh
g
Vz
P
22
22
(4-28)
P = cabeza de presioacuten ( = peso especiacutefico del agua = 979 kNm3)
z = cabeza de elevacioacuten
V22g = cabeza de velocidad
hp = cabeza de la bomba (energiacutea antildeadida al fluido por la bomba)
hL = peacuterdidas de energiacutea debido a la friccioacuten en los conductos y
peacuterdidas debido a la presencia de accesorios
En la ecuacioacuten 4-28 se puede eliminar el teacutermino de la cabeza de velocidad ya
que los cambios de energiacutea cineacutetica son despreciables Ademaacutes la suma de
22
Saldarriaga JG Hidraacuteulica de tuberiacuteas paacuteg 158
109
las cabezas de presioacuten y elevacioacuten suelen expresarse como una sola y toma el
nombre de carga piezomeacutetrica (H)
H = (P + z) (4-29)
Las peacuterdidas por friccioacuten y debido a los accesorios se las determina mediante
la siguiente expresioacuten
2RQhL (4-30)
Q = caudal de agua que circula por cada tramo de la tuberiacutea
R = coeficiente de resistencia de la tuberiacutea (ecuacioacuten 4-31)
52
8
Dg
LeLfR
(4-31)
f = factor de friccioacuten (ecuacioacuten 4-32)
L = longitud de la tuberiacutea
D = diaacutemetro interno de la tuberiacutea
Le = longitud equivalente de las peacuterdidas menores (ecuacioacuten 4-33)
2
2703251
D
elnf (4-32)
Kf
DLe (4-33)
e = rugosidad absoluta para tuberiacuteas de acero (e = 0046 mm)
K = suma de todos los coeficiente de peacuterdida de los accesorios (anexo 11)
Con estas consideraciones y conociendo el significado de todos los teacuterminos
involucrados la ecuacioacuten del balance de energiacutea del tramo A-B queda
2QRhHH ABpBA (4-34)
En la expresioacuten anterior se debe reemplazar la ecuacioacuten de la bomba para
poder graficar la curva del sistema Sin embargo no se trata de una red de
tuberiacutea simple y no se puede graficar directamente porque se tiene la incoacutegnita
110
de la cabeza piezomeacutetrica en el punto B (HB) Por lo tanto es necesario realizar
el balance de energiacutea del sistema para encontrar todas las incoacutegnitas
involucradas y luego poder graficar En tal virtud si se reemplaza la ecuacioacuten
de la bomba (figura 413) en la expresioacuten 4-34 y se realiza el balance de
energiacutea de toda la red se obtienen las siguientes ecuaciones
22 )513337812141915( QRQQHH ABBA (4-35)
2
BCBCCB QRHH (4-36)
2
BDBDDB QRHH (4-37)
2
DEDEED QRHH (4-38)
2
DFDFFD QRHH (4-39)
2
FGFGGF QRHH (4-40)
2
FIFIIF QRHH (4-41)
Adicionalmente se requieren las relaciones del balance de continuidad en cada
una de las tres uniones (puntos B D y F)
0 BDBC QQQ (4-42)
0 DFDEBD QQQ (4-43)
0 FIFGDF QQQ (4-44)
Las cargas piezomeacutetricas H son conocidas en los puntos A C E G e I sus
valores se los calcula en la siguiente tabla
Tabla 425 Caacutelculo de las cargas piezomeacutetricas
PUNTO P
(psig) P
(kPa) P (m)
z (m)
H = P+ z (m)
A 240 04 280
C 338 23304 2380 171 2551
E 346 23856 2437 03 2467
G 329 22684 2317 145 2462
I 314 21650 2211 0 2211
Fuente anexo 6 anexo 2 (plano TE-LTA-E03)
El coeficiente de resistencia de la tuberiacutea R para cada tramo se lo determina
aplicando la ecuacioacuten 4-31 y sus valores se muestran en la tabla 4-26
111
Tabla 426 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea
Tramo L D
(pulg) D
(m) f K Le
(m) R (s
2m
5)
A-B 7596 300 00762 00174 2001 87517 5333696
B-C 22680 200 00508 00192 1630 43222 30866844
B-D 1000 200 00508 00192 690 18296 9037936
D-E 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 24500 200 00508 00192 1050 27842 24515896
F-G 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-I 8566 200 00508 00192 975 25853 16121285
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
A continuacioacuten se muestra un ejemplo de coacutemo se determinoacute el coeficiente de
peacuterdida de los accesorios K de la tabla 426 para el tramo A-B (3rdquo) Para lo
cual es necesario observar los accesorios que se encuentran en dicho tramo
(anexo 2 plano TE-LTA-E03) y tomar los valores de K correspondiente
indicados en el anexo 11
2 vaacutelvulas de globo K = 6300 x 2 = 12600
7 codos de 90ordm K = 0795 x 7 = 5565
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
K = 20005
En definitiva las incoacutegnitas de las ecuaciones 4-35 a 4-44 son las cargas
piezomeacutetricas en las uniones HB HD y HF y las descargas Q QBC QBD QDE
QDF QFG y QFI Se tienen por tanto 10 incoacutegnitas con 10 ecuaciones no
lineales Para resolver este sistema se va a emplear un meacutetodo de ensayo y
error23 suponiendo un caudal del sistema Q con lo cual se pueden ir
despejando el resto de incoacutegnitas y las pruebas terminan cuando
aproximadamente se cumplan las ecuaciones de continuidad (4-42 a 4-44)
En la tabla 4-27 se presenta la solucioacuten de estas ecuaciones
23
WIGGERT DC y POTTER MC Mecaacutenica de fluidos paacuteg539
112
Tabla 427 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
Tramo Q (m3s) Unioacuten H (m)
A-B 00052 B 2731
B-C 00024
B-D 00028 D 2661
D-E 00007
D-F 00021 F 2552
F-G 00006
F-I 00015
Fuente propia
Como se puede apreciar en la tabla anterior el caudal que actualmente circula
por las liacuteneas de tuberiacutea de agua del aacuterea de estampacioacuten (QA-B) es
Q = 00052 m3s = 52 Ls
Reemplazando este caudal en la ecuacioacuten de la curva caracteriacutestica de la
bomba (figura 413) se obtiene su cabeza de operacioacuten hp es decir la energiacutea
antildeadida al fluido por parte de la bomba
mhp 013351333005207812100520419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba Para presentarlo graacuteficamente es necesario dibujar el punto de corte
entre la curva de la bomba y la del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea (RAB) y las cabezas piezomeacutetricas de los
puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en la ecuacioacuten 4-34 se
obtiene la siguiente expresioacuten
BAABp HHQRh 2
31278029653336 2 Qhp
Por consiguiente la ecuacioacuten del sistema queda
51249653336 2 Qhp (4-45)
Graficando la ecuacioacuten 4-45 en un mismo eje de coordenadas junto con la
curva caracteriacutestica de la bomba se obtiene su punto de operacioacuten (figura
414)
113
Figura 414 Punto de operacioacuten de la bomba
Se concluye que el punto de operacioacuten estaacute lejos de la zona en la cual se
obtiene la mayor eficiencia de la bomba En su curva caracteriacutestica (anexo 11)
se puede observar que esta zona se encuentra alrededor de los 200 GPM
(001262 m3s) de caudal y los 94 pie (2865 m) de cabeza De acuerdo al
fabricante en esta regioacuten se obtiene la mayor eficiencia de la bomba (62)
Ademaacutes en el punto de operacioacuten con el que estaacute funcionando la bomba se
tiene un alto valor en la cabeza muy cercano a la maacutexima que puede tener la
bomba pero de acuerdo a su curva cuando esto ocurre se obtiene el menor
caudal Por estas razones lo maacutes conveniente es reducir la cabeza para que
aumente el caudal
La bomba en su curva caracteriacutestica (anexo 11) presenta eficiencias a
diferentes valores de caudal y cabeza En este caso con el punto de operacioacuten
determinado se tiene la siguiente eficiencia de la bomba
45 0133
4282 00520 3
p
p mh
GPMsmQ
Por lo tanto la energiacutea que se aprovecha para transmitirla al fluido es
pmp PP (4-46)
Donde Pp = potencia que la bomba entrega al fluido
114
Pm = potencia del motor eleacutectrico = 75 hp = 56 kW (tabla 38)
p = eficiencia de la bomba (45)
kWkWPp 522450 65
Es decir de los 56 kW de potencia del motor eleacutectrico la bomba actualmente
solo aprovecha el 45 para transmitirla al fluido Por lo tanto es necesario
realizar algunos cambios conservando la instalacioacuten actual que es el objetivo
de Textil Ecuador En el siguiente capiacutetulo se propone una alternativa para
acercar el punto de operacioacuten a la zona de mayor eficiencia
En lo que respecta a las caiacutedas de presioacuten en tablas anteriores se han
determinado datos y valores que sirven para calcular estas caiacutedas las cuales
se resumen en la tabla 428
Tabla 428 Peacuterdidas de presioacuten en la red de tuberiacuteas para agua
Fuente anexo 6 tabla 425
Para caudales hasta 0008 m3s como en este caso las caiacutedas de presioacuten para
liacuteneas deben ser menores a 14 bar por cada 100 m de longitud de tuberiacutea
equivalente24 Por lo tanto las caiacutedas determinadas se mantienen debajo del
liacutemite permisible
Finalmente es necesario determinar las velocidades de flujo de agua en los
diferentes tramos de la red para comprobar si caen dentro de los valores
recomendados En tabla 429 se presentan estos caacutelculos
24
Universidad de Oviedo Espantildea Disentildeo de un circuito de bombeo Internet
Tramo Le (m)
P (psi)
P (bar)
P (bar)
P bar100m
AC 130738 338 233 041 031
AE 125865 346 239 035 028
AG 144517 329 227 047 032
AI 159508 314 216 057 036
115
Tabla 429 Velocidades de agua en la red de distribucioacuten
Tramo Q
(m3s)
(pulg)
(m) 2
4D
QV
(ms)
A-B 00052 300 00762 114
B-C 00024 200 00508 119
B-D 00028 200 00508 137
D-E 00007 100 00254 134
D-F 00021 200 00508 104
F-G 00006 100 00254 119
F-I 00015 200 00508 074
Fuente Tablas 426 y 427
En el tramo A-B donde se encuentra la aspiracioacuten y la descarga de la bomba
ambos con el mismo diaacutemetro (3rdquo) se puede notar que la velocidad de
descarga estaacute cerca de lo recomendado (12 a 36 ms)25 lo cual no acarrea
mayores problemas de vibraciones y erosioacuten en la tuberiacutea La velocidad en la
aspiracioacuten estaacute dentro de lo admisible (12 a 21 ms) El rango de velocidades
permisible para los ramales se encuentra entre 1 a 15 ms por consiguiente
todas las tuberiacuteas tienen velocidades admisibles a excepcioacuten del tramo F-I tal
vez por el bajo caudal producto de la operacioacuten de la bomba
45 RECOPILACIOacuteN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE LA
ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
Uno de lo alcances de esta auditoriacutea es la correccioacuten del factor de potencia de
los receptores de energiacutea eleacutectrica (maquinaria e iluminacioacuten) En tal virtud los
datos necesarios para realizar este estudio es decir la potencia activa (P) y el
factor de potencia (cos ) ya se los ha obtenido en la tabla 312 Se aclara que
esta informacioacuten corresponde a las placas de cada maquinaria pues la
evaluacioacuten para la correccioacuten del factor de potencia debe basarse en los datos
nominales de los equipos
25
Carrier Air Conditioning Company Manual de aire acondicionado paacuteg325
116
451 ANAacuteLISIS DE LA CORRECCIOacuteN DEL FACTOR DE POTENCIA EN LA
MAQUINARIA Y EN LA ILUMINACIOacuteN
Con la informacioacuten recopilada se encuentra la potencia total (PT) y el factor de
potencia total (cos T) de la instalacioacuten (tabla 430) los cuales seraacuten de utilidad
para calcular el condensador o la bateriacutea de condensadores y con esto corregir
el factor de potencia del sistema y eliminar el cargo en la facturacioacuten eleacutectrica
por trabajar con un bajo factor de potencia
Tabla 430 Caacutelculo de la potencia aparente de los receptores de energiacutea
Denominacioacuten
Datos Caacutelculos
cos
Potencia activa P (W)
Potencia reactiva
Q = P x tan (VAR)
Estampadora 076 12800 1094607
Caacutemara de secado 077 31200 2585321
Reveladora 075 3500 308671
Recubridora 079 2900 225065
Caacutemara de polimerizado 076 3200 273652
Batidora 1 081 3800 275115
Batidora 2 080 3000 225000
Compresor 079 3500 271630
Bomba de agua 085 5600 347057
Maacutequina de coser 075 400 35277
Bomba del agua de caldera 077 2300 190585
Lavadora de cilindros 076 1000 85516
Fotoexpositora 078 1400 112319
Enrolladora 075 1300 114649
42 Laacutemparas fluorescentes 060 1680 224000
77580 6368464
Fuente tabla 312
En tabla anterior se ha determinado la potencia activa total y la potencia
reactiva total de la instalacioacuten eleacutectrica cuyos valores son
PT = 77580 W
QT = 6368464 VAR
La potencia aparente total (ST) se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
117
22
TTT QPS (4-47)
VA ST 26100371646368477580 22
Finalmente el factor de potencia de la instalacioacuten (cos T) es
T
TT
S
P cos (4-48)
77026100371
77580 cos T
El aacutengulo T del triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten queda
ordmarcos cos TT 6539770770
Ahora se puede representar graacuteficamente el triaacutengulo de potencias de la
instalacioacuten mediante la figura 415
Figura 415 Triaacutengulo de potencias del sistema trifaacutesico de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Este bajo factor potencia significa que la instalacioacuten produce un consumo de
77580 W pero necesita de un suministro de 10037126 VA por la liacutenea para
funcionar En consecuencia se produce un aumento de corriente por los
conductores de la liacutenea que repercute directamente en los costos de las
instalaciones eleacutectricas de Textil Ecuador SA Por otro lado este factor de
potencia se traduce en una penalizacioacuten por parte de la Empresa Eleacutectrica
Quito en la planilla de cada mes En el siguiente capiacutetulo se analiza la forma de
118
corregir este factor de potencia y los ahorros econoacutemicos de los que puede
beneficiarse Textil Ecuador
CAPIacuteTULO 5
PROYECTO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLANTACIOacuteN DE
MEJORAS ENERGEacuteTICAS
En este capiacutetulo se presentan alternativas para mejorar la eficiencia y el
funcionamiento de los sistemas auditados Luego se determinan los ahorros
econoacutemicos y las inversiones involucrados para obtener las mejoras
propuestas Finalmente mediante una evaluacioacuten econoacutemica a traveacutes del
VAN el TIR y el valor BeneficioCosto se determina la rentabilidad econoacutemica
del proyecto
51 ESTUDIO TEacuteCNICO INGENIERIacuteA DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se proponen acciones de mejora para obtener ahorros
energeacuteticos en los sistemas auditados
511 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 1
Al hablar de mejoras en instalaciones de vapor es necesario considerar estas
como un todo para conseguir un ahorro energeacutetico ya que cualquier pequentildea
accioacuten en cada una de sus partes va a repercutir en el conjunto Lo que se trata
de hacer es tomar medidas encaminadas a obtener el maacuteximo rendimiento de
las instalaciones ya existentes lo que requeriraacute un importante esfuerzo
personal por parte del usuario del recinto maacutes que de inversioacuten monetaria que
es el objetivo de Textil Ecuador
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten
La primera accioacuten a considerar en la caldera es la optimizacioacuten del rendimiento
de la combustioacuten El diagnoacutestico de la situacioacuten del generador en cuestioacuten
obtenido a partir del anaacutelisis de gases de las ecuaciones del proceso de
combustioacuten informacioacuten de gases no quemados porcentaje de exceso de aire
eficiencia de la caldera unidos a otros datos de funcionamiento como son la
presioacuten de trabajo y presioacuten de alimentacioacuten conduce a iniciar las acciones de
mejora con las maniobras de ajuste en la combustioacuten
120
A pesar de existir un porcentaje de exceso de aire en esta caldera (136)
todaviacutea se tiene combustible no quemado de ahiacute la presencia de CO en los
anaacutelisis de gases con la acumulacioacuten en el hogar de una peligrosa mezcla rica
en combustible Para que se produzca una combustioacuten completa en esta
caldera la teoriacutea1 recomienda un rango del 20 de exceso de aire para el Fuel
Oil Nordm6 Por consiguiente la solucioacuten que se propone es disminuir el caudal de
combustible antes que el de aire ya que de esa manera se evitariacutea el
desperdicio de combustible con el consiguiente ahorro econoacutemico
Para reducir el consumo de combustible es necesario determinar el nuevo
caudal de Fuel Oil Nordm6 que garantice la combustioacuten completa conservando el
flujo de aire actual para lo cual se procede de la siguiente manera
Se transforman las unidades de la relacioacuten anterior
(5-1)
1 Pita EG Acondicionamiento de Aire Principios y Sistemas paacuteg93
121
La relacioacuten aire a combustible real pero en unidades de masa queda
(5-2)
El caudal de aire que ingresa a la caldera se determina de la siguiente manera
(5-3)
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seraacute
(5-4)
Y con este valor se determina el nuevo caudal de combustible (requerido)
F
1
2AFreal
mA2mF
(5-5)
h
galmF 091342
Con este consumo de combustible propuesto se encuentra la nueva eficiencia
del generador de vapor (2) mediante la ecuacioacuten 4-5
La eficiencia actual de la caldera hallada en el subcapiacutetulo 413 es
122
gen vap = 1 = 7675
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea
Incremento en la eficiencia de la caldera = 8105 ndash 7675 = 43
Anualmente el consumo de combustible es
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal2764803202436 (5-6)
Con la mejora propuesta se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible =
2
11
mFantildeo (5-7)
Ahorrocombustible = antildeo
gal
2814668
0581
75761276480
Y el nuevo gasto de combustible anual quedariacutea
mFantildeo2 = ecombustiblAhorromFantildeo (5-8)
mFantildeo2 = antildeo
gal 722618112814668276480
Mejoras en el trazado de la red
En general se encontroacute que el trazado del sistema no tiene tuberiacuteas
innecesarias ni liacuteneas fuera de servicio Sin embargo en lo que concierne a la
falta de eliminadores de aire en toda la red y a los purgadores de agua en mal
estado o fuera de servicio (tabla 46) se presentan las siguientes propuestas
para reducir los problemas y las peacuterdidas que pueden estarse presentando por
la falta de estos accesorios
Colocar purgadores de aire al final de los tramos 7-8 9-10 y 14-15 (anexo 2
plano TE-LV-T01) porque son los lugares donde se producen cambios de
direccioacuten de la liacutenea principal y la posible acumulacioacuten de la mayor cantidad
de aire
123
Colocar purgadores de aire en las extremidades maacutes alejadas de algunos
tramos de las tuberiacuteas de suministro donde se presentan cambios de
direccioacuten como en las secciones 11-19 13-34 14-38 49-55 73-75 y 16-78
De esta forma se puede eliminar aire de las tuberiacuteas para que no dificulte el
paso del vapor
Reemplazar los tres purgadores de agua (tabla 46) que se encuentran
fuera de servicio ya que tienen descarga a la red de retorno y se podriacutean
obtener beneficios energeacuteticos
Sustituir los cinco eliminadores de agua en los que se estaacuten produciendo
peacuterdidas de vapor (tabla 46)
Efectuar una revisioacuten perioacutedica de los purgadores tanto de aire como de
agua y realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos
una vez al antildeo
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En lo referente al disentildeo de la red se encontroacute que tanto la liacutenea principal
como de suministro presentan caiacutedas de presioacuten admisibles sin embargo la
velocidad de flujo es inferior a la recomendada por lo que se concluyoacute que las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas Por lo tanto a continuacioacuten se presenta
una propuesta de disentildeo de la red de distribucioacuten de vapor que guarde un
equilibrio energeacutetico y econoacutemico
Para el redisentildeo de la tuberiacutea principal se van a considerar los mismos datos
de funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten admisible
Caiacuteda de presioacuten 8 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Utilizando el graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un diaacutemetro
de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 24000 piemin Corrigiendo esta
velocidad con el diagrama correspondiente de ese anexo la velocidad del
vapor seraacute de 41 ms (8070 piemin) Es necesario comprobar la caiacuteda de
presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal asiacute
Diaacutemetro nominal propuesto para la liacutenea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
124
4 codos de 90o de 2rdquo 4 x 100 = 400 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
6 T reductoras de 2rdquo 6 x 140 = 840 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
Longitud real de la tuberiacutea 5380 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 8428 m
Se tienen los siguientes resultados del disentildeo propuesto
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
28848= 2212 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 41 ms (8070 piemin)
Los valores encontrados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms)2 que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
permisible para que no se produzcan vibraciones ni golpes de ariete
Adicionalmente en la tabla 51 se calculan las caiacutedas de presioacuten en cada tramo
de la liacutenea principal propuesta asiacute como la velocidad de flujo
Tabla 51 Disentildeo propuesto de la liacutenea principal para la red de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Tramo 1-2-3-4 6-7-8-9 9-10-11 11-12 12-13 13-14 14-15-16
(pulg) 2 2 2 2 2 2 2
L eq (m) 1850 298 240 140 140 140 240
L real (m) 390 1279 1160 175 625 185 1120
L tot eq (m) 2240 1577 1400 315 765 325 1360
P psi 588 414 367 083 201 085 357
P psig 12372 11958 11591 11508 11307 11222 10865
m lbmh 39200 36885 35232 31704 24980 21012 3595
A (pie2) 00205 00205 00205 00205 00205 00205 00205
vg (pie3lbm) 3360 3457 3558 3580 3635 3658 3760
V (piemin) 107023 103631 101859 92242 73792 62467 10987
V (ms) 5437 5264 5174 4686 3749 3173 558
Fuente anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
2 ASHRAE Fundamentals
125
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 51
Tramo 9-10-11 (anexo 2 plano TE-LV-T01)
Diaacutemetro nominal () 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de 2frac12rdquo 1 x 10 = 10 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 14 = 14 m
Longitud real de la tuberiacutea (L real) 116 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente (L tot eq) 140 m
Caiacuteda de presioacuten en la liacutenea principal 8 psi por cada 3048 m de
longitud de tuberiacutea equivalente
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo (P) = 4830
148= 367 psi
Presioacuten al inicio del tramo P6-7-8-9 = 11958 psig (12998 psia)
Presioacuten al final del tramo (P) = 11958 ndash 367 = 11591 psig (12631 psia)
La velocidad del fluido (V) se la encuentra mediante la ecuacioacuten 4-8 con los
siguientes datos
m = Caudal de consumo3 = 35232 lbmh (5872 lbmmin)
A = Aacuterea de flujo (anexo 7) = 00205 pie2
vg = volumen especiacutefico = vg12631 psia = 3558 pie3lbm
s
mpieV 7451
min9101855583
02050
7258
En cuanto a las mejoras en las liacuteneas de suministro en la tabla 52 se propone
un disentildeo mediante un meacutetodo de ensayo y error que garantiza las caiacutedas de
presioacuten y velocidades de vapor dentro de los liacutemites permisibles
3 Caudal de disentildeo Fuente Textil Ecuador
126
Tabla 52 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Fuente Textil Ecuador anexo 7 (Longitudes de tuberiacutea equivalentes y Tablas de propiedades) y anexo 2 (plano TE-LV-T01)
Tramo Destino P
psi3048m
pulgL equi
m L real
m
L total equi
m
P
psi
Presioacuten psig
Caudal disentildeo lbmh
Volumen especiacutefico pie
3lbm
Aacuterea de flujo pie
2
Velocidad del flujo piemin
Velocidad del flujo
ms
9-17-18 Fular
9000 frac34 891 112 2011 594 11364 1653 3641 000300 33445 1699
12-24-25 9800 frac34 1532 58 2112 679 10829 1433 3797 000300 30229 1536
11-19-20-21 Rama secadora
9500 1 117 102 2190 683 10908 3527
3772 000499 44436 2257
11-19-22-23 9500 1 117 102 2190 683 10908 3772 000499 44436 2257
24-26-27-28-29 Giguell 1 8500 frac34 1696 113 2826 788 10720 1764 3832 000300 37548 1907
27-30-31 Giguell 2 9200 frac34 1677 118 2857 862 10646 1764 3837 000300 37597 1910
30-32-33 Giguell 3 9500 frac34 1738 16 3338 1040 10468 1764 3913 000300 38342 1948
13-34-35-36 Engomadora
1 9800 frac34 1593 115 2743 882 10425 2094 3902 000300 45398 2306
35-37 Engomadora
2 9800 frac34 1593 89 2483 798 10509 1874 3875 000300 40339 2049
14-38-39-43-45-46-47-48
Giguell 4 7500 1 3091 3075 6166 1517 9705 2425 4149 000499 33604 1707
39-40-41-42-43 Giguell 5 7500 1 3012 2725 5737 1412 9810 2425 4108 000499 33277 1690
38-49-50-51-52-53-54 Giguell 6 7500 1 2221 3075 5296 1303 9919 2425 4067 000499 32940 1673
49-55-56-57-58-59-60-61-62
Marcarola 1 5700 1 4882 3965 8847 1654
9567 2646 4201 000499 37124 1886
61-63-64-65-66-67-68-69
Marcarola 2 5500 1 4984 4435 9419 1700
9522 2646 4219 000499 37277 1894
68-70-71-72-73-74 Sec tabor 6200 1 4216 433 8546 1738 9484 2976 4233 000499 42084 2138
73-75-76-77 Cuarto secado
7000 1 3476 4625 8101 1860 9361 3044
4280 000499 43519 2211
16-75-76-77 9500 frac34 1170 665 1835 572 10293 3944 000499 40101 2037
16-78-79-80-81 Calandra 9500 frac12 1277 148 2757 859 10006 2425 4034 000499 32671 1660
5-82-83-84-85 Giguell 4 5 y
6 8000 frac12 63 301 3639 955 11003 2315 3718 000163 88279 4485
127
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 52
Tramo 13-34-35-36 (plano TE-LV-T01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 98 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto frac34rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 11307 psig (12347 psia)
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
1 codo de 90o de frac34rdquo 1 x 061 = 061 m
1 T de frac34rdquo sin reduccioacuten 1 x 042 = 042 m
1 T reductoras de 2frac12rdquo 1 x 170 = 170 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de frac34rdquo 2 x 660 = 1320 m
Longitud real de la tuberiacutea 1150 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 2743 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
432789 = 882 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 11307 - 882 = 10425 psig (11465 psia)
En cuanto a la mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-
14-38-49-55-56-58-61-63-65-68-
70-73-75-76-77
Presioacuten a la salida de la caldera 1296 psig (140 psia)
Presioacuten en el cuarto de secado 9361 psig (10401 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 3599 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
3 codos de 90o de 2rdquo 3 x 100 = 300 m
2 codos de 45o de 2rdquo 2 x 079 = 158 m
2 codos de 90o de 1rdquo 2 x 051 = 102 m
5 T reductoras de 2rdquo 5 x 140 = 700 m
9 T de 1rdquo sin reduccioacuten 9 x 051 = 459 m
1 vaacutelvula esfeacuterica de 2rdquo 1 x 1650 = 1650 m
3 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 3 x 870 = 2610 m
128
Longitud real de la tuberiacutea 8640 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 14619 m
Por consiguiente la mayor caiacuteda de presioacuten por cada 100 pie (3048 m) de
longitud equivalente en el redisentildeo quedariacutea
19146
48309935 = 75 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
En definitiva se han determinado que las caiacutedas de presioacuten en toda la red del
disentildeo propuesto se mantienen dentro de los valores permisibles que
aseguran un funcionamiento silencioso y evitan los posibles golpes de ariete
vibraciones y fracturas en las tuberiacuteas De igual forma las velocidades de flujo
giran alrededor de los liacutemites recomendados tanto en la liacutenea principal como en
las de distribucioacuten Por lo tanto este anaacutelisis traeraacute beneficios econoacutemicos a
Textil Ecuador cada vez que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus
accesorios porque se tendriacutea un costo inicial inferior ya que el diaacutemetro
calculado es menor al que se tiene actualmente en la mayoriacutea de la red
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
En cuanto al sistema de distribucioacuten de vapor existen muchos tramos que se
encuentran sin aislante y es ahiacute donde se producen las mayores peacuterdidas
caloriacuteficas Por lo tanto la mejora que se propone para reducir las peacuterdidas en
las liacuteneas de vapor es cubrir las tuberiacuteas no aisladas con lana de vidrio con lo
cual se disminuiraacuten peacuterdidas y costos
Se estima conveniente utilizar lana de vidrio como aislante porque en la
industria es la mejor alternativa para disminuir los altos costos por concepto de
combustible Su conformacioacuten homogeacutenea y baja densidad le da un bajo
coeficiente de conductividad teacutermica convirtieacutendose en el mejor aislante para
alta temperatura El retorno de la inversioacuten se produce en corto tiempo
Entonces se va a determinar el espesor miacutenimo del aislante que minimice la
peacuterdida de calor Para esto se debe hablar de un radio criacutetico el cual se lo
encuentra mediante la siguiente expresioacuten
129
h
krcr (5-9)
Km
Wk
0460 Coeficiente de conductividad teacutermica de la lana de vidrio
Km
Wh
210 Valor tiacutepico del coeficiente de transferencia de calor por
conveccioacuten libre en aire
Y el radio de aislamiento criacutetico seraacute
mm m
rcr 640046010
0460
Este valor es tan pequentildeo que de acuerdo a la teoriacutea de la transferencia de
calor no es necesario preocuparse por los efectos de un radio criacutetico por lo
tanto cualquier aumento de aislante incrementariacutea la resistencia total y
disminuiriacutea la peacuterdida de calor hacia los alrededores En ese sentido se
propone trabajar con lana de vidrio de 1rdquo de espesor ya que se lo consigue
faacutecilmente en el mercado
En el anexo 8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor de
todo el sistema de distribucioacuten asumiendo que cada una de las tuberiacuteas se
encuentra aislada con lana de vidrio de 1rdquo El procedimiento para encontrar
estas peacuterdidas es similar a los caacutelculos presentados en el subcapiacutetulo 414
con la diferencia de que todas las liacuteneas se suponen aisladas Su valor seriacutea
Q1aisl total = 4797 kW
Si se realiza esta accioacuten de mejora se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q1aisl parcial ndash Q1ais total (5-10)
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 7435 ndash 4797 = 2638 kW
130
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48351003574
3826 (5-11)
Lo cual quiere decir que se obtendriacutea el siguiente ahorro de combustible
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico (5-12)
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
57480
48165221
36003826
Ahorrocombustible al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal4044143202457480
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 1
Una solucioacuten para la acumulacioacuten de incrustaciones en el agua de caldera es
asegurarse de ablandar el agua de aportacioacuten porque de lo contrario las
incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 5 o 10 y puede
incluso ser peligroso para la instalacioacuten Ablandando el agua de alimentacioacuten
la dureza seriacutea controlada y no habriacutea maacutes factor limitante para incrementar los
ciclos de concentracioacuten basaacutendose en los soacutelidos totales disueltos (TDS) con el
maacuteximo valor recomendado por la ABMA
Soacutelidos totales disueltos (TDS)
7312275
3500 ciclos de concentracioacuten (maacuteximo)
Se puede notar que los ciclos de concentracioacuten maacuteximos una vez que el agua
sea ablandada hasta una dureza de 0 a 1 ppm reduciriacutean el porcentaje de
purgas y garantizariacutean que todas las impurezas sean evacuadas de la caldera
producieacutendose las menores peacuterdidas de energiacutea
Para conseguir este porcentaje de purga la incrustacioacuten puede ser prevenida
en forma interna (productos quiacutemicos) yo externa (ablandador) Como sea el
tratamiento interno a la larga solo es maacutes costoso y se incrementa a elevados
131
rangos de dureza Por lo tanto para la solucioacuten del problema de la dureza del
agua de aportacioacuten se propone como accioacuten de mejora el uso de un
ablandador ya que este en conjunto con un tratamiento quiacutemico es maacutes
efectivo confiable seguro y econoacutemico
Caacutelculo de un ablandador4
Determinacioacuten de la dureza en el agua de alimentacioacuten
Se ha reportado una dureza total de 1447 ppm (anexo 5) Para
transformarla a gpg (granos por galoacuten) se divide para 171 asiacute
478117
8144
gpg
Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar
un galoacuten de agua
Determinacioacuten de la alimentacioacuten de agua maacutexima a la caldera
Por cada hp la caldera requiere alimentarse con 425 galh de agua Para
esta caldera de 200 Bhp se tiene
Alimentacioacuten de agua a la caldera = h
gal
hph
galhp 850254200
Determinacioacuten de la cantidad de retorno de condensados y de la
alimentacioacuten neta a la caldera
La alimentacioacuten de disentildeo es de 850 galh si el retorno de condensados es
del 4110 (subcapiacutetulo 414) es decir 34935 galh entonces la
alimentacioacuten neta seraacute
Alimentacioacuten neta a la caldera = 850 ndash 34935 = 50065 galh
Determinacioacuten de la alimentacioacuten total requerida por diacutea
d
gal
d
h
h
gal 6120152465500
Determinacioacuten de los granos totales de dureza a remover por diacutea
4 SISTEAGUA Calidad de agua para generadores de vapor Meacutexico DF Internet
132
d
granos
gal
granos
d
gal 13101772478612015
Debido a la natural importancia de obtener agua ablandada como alimentacioacuten
a la caldera es necesario considerar un margen de error en la seleccioacuten del
ablandador Este margen es comuacuten que sea del 15 asiacute
Demanda total a remover = 101772513 x 115 = 11703795 d
granos
Por consiguiente el ablandador para el agua de aportacioacuten a la caldera del
aacuterea de tintoreriacutea debe tener las siguientes caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas Dureza a remover 11703795 granosd
del ablandador Presioacuten de trabajo 140 psia
Con el ablandador el agua de alimentacioacuten seriacutea suavizada se eliminariacutean los
problemas de incrustacioacuten y se obtendriacutea el grado preciso (requerido) de purga
LBHABR
ABDR
(5-13)
BDR = Purga requerida de la caldera
A = ppm de soacutelidos totales disueltos (TDS) en el agua de alimentacioacuten
BR = ppm de TDS en el agua de caldera recomendado por la ABMA
LBH = caudal de vapor generado en la caldera
Por lo tanto el caudal de purga requerido de la caldera seriacutea
h
lbmBDR 263343920
2753500
275
Con estas mejoras se obtendriacutea una reduccioacuten en la purga de
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 55472-33426 = h
lbm46210 (5-14)
Reduccioacutenpurga = 100
BD
BDRBD (5-15)
133
Reduccioacutenpurga = 743910072554
2633472554
Ademaacutes conociendo la energiacutea del agua purgada hf140psia = 32505 Btulbm y
la entalpiacutea del agua de alimentacioacuten hf122ordmF = 89996 Btulbm con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas energeacuteticas seriacutean
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 15785699968905325
h
lbm26343
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 0323
Es decir las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
821100kW 091268
3032
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
De acuerdo a la recomendacioacuten de la empresa AWT las peacuterdidas de energiacutea
por purgas no deberiacutean exceder del 3 en esta caldera Por lo tanto con la
accioacuten propuesta se llega a un valor de peacuterdidas admisible y que repercute
positivamente en el conjunto mejorando la eficiencia del sistema porque se
puede obtener el siguiente ahorro de combustible
Ahorropor purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm4649469996890532546210
Ahorrocombustible por purga = PCS
Ahorro purga por (5-16)
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
31590
08156598
4649469
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal1224263202431590
Estas acciones individuales podriacutean mejorar la eficiencia de la instalacioacuten
actual como se ejemplifica en la figura 51
134
Figura 51 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de tintoreriacutea
Comparando las figuras 47 y 51 se puede concluir que la eficiencia del
sistema de distribucioacuten de vapor puede aumentar de 6793 a 7545 como
consecuencia de las acciones de mejora es decir se podriacutea obtener una
elevacioacuten en el rendimiento del 752 con el correspondiente ahorro
econoacutemico en combustible
512 MEJORAS PARA LA EFICIENCIA DE LA CALDERA 2
Al igual que en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea se van a proponer
acciones en cada una de las partes estudiadas del sistema de vapor del aacuterea
de estampacioacuten para mejorar la eficiencia del conjunto
Mejoras para optimizar el proceso de combustioacuten en la caldera 2
La presencia de CO en los productos de la combustioacuten determina que el
combustible se ha quemado parcialmente a pesar de trabajar con un 154 de
exceso de aire La solucioacuten que se plantea es regular el caudal de combustible
hasta que la mezcla presente un 20 de exceso de aire con lo cual se
reducen desperdicios de combustible Para hallar este nuevo gasto de Fuel Oil
Nordm6 conservando el flujo actual de aire se utiliza el mismo procedimiento de
135
caacutelculo que en el caso de la caldera 1 las ecuaciones desde la 5-1 hasta la 5-8
y las propiedades del combustible como se muestra a continuacioacuten
La relacioacuten aire a combustible ideal en unidades de masa es la misma
encontrada en la caldera anterior dado que utilizan el mismo combustible
El caudal de aire que ingresa a la caldera es
La nueva relacioacuten de aire a combustible (requerida) seriacutea la siguiente
El nuevo caudal de combustible (requerido) seriacutea
F
1
2AFreal
mA2mF
136
Con esto se estima la nueva eficiencia del generador de vapor (2)
La eficiencia actual de la caldera hallada en el apartado 423 es
gen vap = 1 = 8145
Por lo tanto el aumento en la eficiencia de la caldera seriacutea el siguiente
Incremento en la eficiencia de la caldera = 84563 ndash 8145 = 3113
Actualmente el consumo de combustible al antildeo es de
mFantildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal576003001216
El ahorro de combustible que se obtendriacutea con la mejora propuesta seriacutea
Ahorrocombustible = antildeo
gal
422120
56384
4581157600
Y el nuevo gasto de combustible
mFantildeo2 = antildeo
gal 585547942212057600
Mejoras en la frecuencia de purgas de la caldera 2
Las purgas en esta caldera se estaacuten realizando adecuadamente sin embargo
todaviacutea hay espacio para mejorar y reducir su frecuencia Asiacute el grado preciso
(requerido) de purga se puede calcular por medio de la ecuacioacuten 5-13 basada
en los ciclos de concentracioacuten recomendados por la ABMA
137
h
lbmBDR 651421800
2573500
257
Con esto se obtendriacutea la siguiente reduccioacuten en la frecuencia de purgas
Reduccioacutenpurga = BD-BDR = 19478-14265 = 5213 lbmh
Reduccioacutenpurga = 762610078194
6514278194
La entalpiacutea del agua purgada es hf100psia = 29861 Btulbm y la entalpiacutea del
agua de alimentacioacuten es hf86ordmF = 54078 Btulbm por lo tanto con esta
frecuencia de purgas propuesta las peacuterdidas de energiacutea pueden ser
h
Btu
lbm
BtuPeacuterdidas purgasporpropuestas 49348820785461298
h
lbm65142
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas 2210
Con lo cual las peacuterdidas por purgas disminuiriacutean al siguiente porcentaje
711100kW 98415
0221
kWPeacuterdidas purgasporpropuestas
Estas peacuterdidas energeacuteticas propuestas son menores al 3 recomendado por la
empresa AWT y menores a las peacuterdidas que se tienen actualmente (233)
obtenieacutendose el siguiente ahorro en combustible
Ahorroenergiacutea por purga = h
Btu
lbm
Btu
h
lbm451274707854612981352
Ahorrocombustible por purga = h
gal
gal
Btuh
Btu
08140
08156598
4512747
Ahorrocombustible por purga al antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal052933001208140
138
5121 Sistema de Distribucioacuten de Vapor
Mejoras en el trazado de la red
El trazado del sistema no presenta liacuteneas fuera de servicio ni tuberiacuteas que
presenten desgaste oxidacioacuten o rotura Sin embargo existen tres purgadores
de vapor trabajando con peacuterdidas y uno fuera de servicio (tabla 417) Ademaacutes
no se observan eliminadores de aire en ninguna parte de la red Por lo tanto se
proponen las siguientes acciones para disminuir los problemas y las peacuterdidas
que pueden presentarse por la falta de estos accesorios
Colocar una trampa de vapor en la parte inferior del tramo 3-4 (anexo 2
plano TE-LV-E01) debido a que se trata de una tuberiacutea inclinada donde se
produce acumulacioacuten de condensado
Reemplazar los purgadores de vapor que se encuentran en los tramos
18-19 26-27 30-39 y 32-33 para reducir las peacuterdidas y aumentar el
porcentaje de retorno de condensado
Colocar un purgador de aire al final de los tramos 3-4 4-5 29-30 y 30-39
porque son los lugares donde se producen cambios de direccioacuten y la posible
acumulacioacuten de la mayor cantidad de aire
Realizar un programa de mantenimiento preventivo una vez al antildeo para
adelantarse a las posibles fallas y asegurar un adecuado funcionamiento
tanto de los accesorios como de las tuberiacuteas
Mejoras en el dimensionamiento de la red de distribucioacuten de vapor
En la comprobacioacuten del disentildeo de la red se determinoacute que en todas las tuberiacuteas
se producen caiacutedas de presioacuten dentro de los valores recomendados pero la
velocidad de flujo es inferior a la permisible tanto en la liacutenea principal como
secundaria concluyeacutendose que las tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas En tal
virtud se propone un disentildeo que satisfaga las condiciones energeacuteticas y
econoacutemicas para un funcionamiento adecuado
Para el nuevo disentildeo de la tuberiacutea principal se consideran los mismos datos de
funcionamiento de la caldera y la siguiente caiacuteda de presioacuten permisible
139
Caiacuteda de presioacuten 5 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
Con la ayuda del graacutefico dimensionado del tubo del anexo 7 se obtiene un
diaacutemetro de tuberiacutea de 2rdquo con una velocidad de flujo de 18000 piemin (914
ms) Corrigiendo esta velocidad con el diagrama correspondiente (anexo 7) la
velocidad del vapor seraacute de 395 ms (77756 piemin) Es necesario comprobar
la caiacuteda de presioacuten con la longitud equivalente de la nueva tuberiacutea principal
propuesta
Diaacutemetro nominal propuesto para la tuberiacutea principal 2rdquo
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 2 x 100 = 200 m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
2 vaacutelvulas esfeacuterica de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
Longitud real de la tuberiacutea 3160 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 6897 m
Los resultados del disentildeo propuesto son
Caiacuteda de presioacuten tuberiacutea principal =4830
97685= 1131 psi
Velocidad del vapor en la tuberiacutea principal = 395 ms (77756 piemin)
Los valores determinados estaacuten dentro de las recomendaciones (caiacuteda maacutexima
de 25 a 30 psi y velocidad de vapor entre 40 y 60 ms) que aseguran un
funcionamiento con miacutenimas peacuterdidas y la velocidad del vapor dentro de lo
admisible para que no se produzcan vibraciones roturas ni golpes de ariete
Por otra lado en la tabla 53 se propone el redisentildeo de las liacuteneas de
suministro por medio de un meacutetodo de ensayo y error que asegura las caiacutedas
de presioacuten y velocidades de vapor dentro de los rangos permisibles
140
Tabla 53 Disentildeo propuesto de las liacuteneas de suministro de vapor del aacuterea
de estampacioacuten
Fuente Textil Ecuador anexo 7 y anexo 2 (plano TE-LV-E01)
Ejemplo de caacutelculo de la tabla 53
Tramo 11-29-30-31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Destino de consumo Engomadora 1
Caiacuteda de presioacuten admisible 90 psi por cada 3048 m de long equ
Diaacutemetro nominal propuesto 1rdquo
Presioacuten de inicio (Po) 896-1131 = 7829 psig
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 051 = 306 m
1 T reductora de 5rdquo 1 x 270 = 270 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 2650 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 4966 m
Caiacuteda de presioacuten total en el tramo = 4830
664909 = 1466 psi
Presioacuten de destino propuesto (Pd) = 7829 ndash 1466 = 6363 psig (7403 psia)
Paraacutemetro
Tramo
7-12-16-17
8-13-18-19-20
9-14-21-22-23-24
10-15-25-26-27-28
11-29-30-31-32-33
Destino Rama secadora Desgrabado
(pulg) 1 1 1 1 1
P(psi3048 m) 900 900 900 900 900
L eq (m) 1242 1293 1344 1344 2316
L real (m) 690 670 840 1060 2650
L tot eq (m) 1932 1963 2184 2404 4966
P (psi) 570 580 645 710 1466
P (psig) 7259 7249 7184 7119 6363
m (lbmh) 40000 40000 40000 40000 20000
A (pie2) 000499 000499 000499 000499 000499
vg (pie3lbm) 5302 5307 5345 5382 5913
V (piemin) 708356 709061 714083 719082 394993
V (ms) 3598 3602 3628 3653 2007
141
De la tabla 53 se observa que las caiacutedas de presioacuten y las velocidades de flujo
de vapor en las liacuteneas de suministro propuestas estaacuten dentro de los rangos
recomendados (de 2 a 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente y
velocidades de 3000 piemin a 12000 piemin)
La mayor caiacuteda de presioacuten en el disentildeo propuesto quedariacutea
Seccioacuten de mayor caiacuteda de presioacuten 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-29-30-
31-32-33 (plano TE-LV-E01)
Presioacuten a la salida de la caldera 896 psig (100 psia)
Presioacuten en la tina de desgrabado 6363 psig (7403 psia)
Caiacuteda de presioacuten total 2597 psi
Longitudes de tuberiacutea equivalentes (anexo 7)
2 codos de 90o de 2rdquo 1 x 100 = 100m
3 codos de 45o de 2rdquo 3 x 079 = 237 m
6 codos de 90o de 1rdquo 6 x 100 = 600 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 2rdquo 2 x 1650 = 3300 m
2 vaacutelvulas esfeacutericas de 1rdquo 2 x 870 = 1740 m
Longitud real de la tuberiacutea 5810 m
Longitud total de tuberiacutea equivalente 11787 m
Esta caiacuteda de presioacuten por cada 3048 m de longitud equivalente seriacutea
87117
48309725 = 672 psi por cada 3048 m de longitud equivalente
La caiacuteda de presioacuten en una instalacioacuten de vapor de alta presioacuten (100 psia)
debe estar entre 2 y 10 psi por cada 3048 m de longitud equivalente de
tuberiacutea Por lo tanto el disentildeo propuesto mantiene los valores de caiacutedas de
presioacuten y velocidades de flujo dentro de los liacutemites recomendados en todas sus
liacuteneas Ademaacutes debido a que el diaacutemetro calculado es menor al que se tiene
actualmente en todas las tuberiacuteas se tendriacutea un costo inicial inferior cada vez
que sea necesario reemplazar las liacuteneas y sus accesorios y se asegura un
adecuando y silencioso funcionamiento previnieacutendose vibraciones fracturas y
los golpes de ariete en las tuberiacuteas
142
Mejoras para reducir las peacuterdidas de calor en la red de distribucioacuten
De la misma forma que en las liacuteneas de vapor de la caldera 1 en este sistema
de distribucioacuten existen muchos tramos que se encuentran sin aislante y es ahiacute
donde se producen las mayores peacuterdidas de calor Se propone como mejora el
aislamiento en las tuberiacuteas faltantes para reducir las peacuterdidas de calor con lo
cual se ahorrariacutean costos energeacuteticos y econoacutemicos a la empresa En el anexo
8 se presentan los datos y caacutelculos de las peacuterdidas de calor del sistema de
distribucioacuten asumiendo que todas las tuberiacuteas se encuentran aisladas con lana
de vidrio La forma en que se han determinado estas peacuterdidas es similar a lo
que se presenta en el apartado 414 Su valor es
Q2aisl total = 1449 kW
Con esta accioacuten de mejora se puede obtener la siguiente reduccioacuten de
peacuterdidas de calor
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = Q2aisl parcial ndash Q2ais total = 2281 ndash 1449 = 832 kW
Reduccioacutenpeacuterdidas de calor = 48361008122
328
Y el ahorro anual en combustible puede ser
Ahorrocombustible = PCS
Ahorroenergeacutetico
Ahorrocombustible = h
gal
gal
kJh
s
s
kJ
18130
48165221
3600328
Ahorrocombustible por antildeo = antildeo
gal
antildeo
d
d
h
h
gal626523001218130
Las propuestas de mejora en cada parte del sistema pueden aumentar la
eficiencia del conjunto tal como se esquematiza en la figura 52
143
Figura 52 Peacuterdidas de energiacutea propuestas para el sistema de vapor del
aacuterea de estampacioacuten
Si se analizan los graacuteficos de las figuras 48 y 52 se observa que el porcentaje
de energiacutea uacutetil en el sistema de distribucioacuten de vapor del aacuterea de estampacioacuten
puede aumentar de 7531 a 8043 como resultado de las propuestas para
mejorar la eficiencia de cada una de las partes analizadas En otras palabras
se podriacutea obtener un aumento en la eficiencia del sistema del 512 lo cual
representa ahorros en costos de combustible para la empresa
513 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS DE AIRE COMPRIMIDO
Mejoras en el trazado de la red
Aunque no se requiere una calidad elevada del aire no existe siquiera una
trampa de condensado a la salida del compresor (anexo 2 plano TE-AC-E02)
lo cual resulta peligroso para la red de distribucioacuten ya que el aire contiene
vapor de agua y aceite que al condensarse se convierte en una emulsioacuten
toacutexica corrosiva y aacutecida generando aumento de rugosidad en la tuberiacutea
caiacutedas de presioacuten formacioacuten de partiacuteculas soacutelidas y rotura prematura de las
liacuteneas Conviene por tanto minimizar el porcentaje de condensado desde la
144
salida del compresor y evitar que lleguen a la maquinaria neumaacutetica ya que
podriacutea arruinarlos por completo
De acuerdo a las normas europeas PNEUROP para las aplicaciones que se
tienen en esta aacuterea (herramientas y motores neumaacuteticos) la calidad de aire
recomendada es la de clase 4 cuyas caracteriacutesticas se listan en la tabla 54
Tabla 54 Calidad de aire comprimido de clase 4 seguacuten las normas
europeas PNEUROP
Aplicacioacuten Partiacuteculas
soacutelidas (m)
Contenido de aceite (mgm
3)
Contenido de agua (mgm
3)
Herramientas y motores neumaacuteticos
lt20 lt25 lt5
Fuente Aire comprimido y su aplicacioacuten en la industria Atlas Copco paacutegs 87 y 88
Entonces para obtener una calidad de aire de clase 4 la mejor solucioacuten es
eliminar los condensados y las partiacuteculas desde el principio colocando a la
salida del compresor enfriadores yo secadores sin embargo debido a que el
compresor es de pistones y la presioacuten de trabajo oscila entre los 6 y 7 bar
econoacutemicamente no amerita el uso de estos dispositivos porque estaacuten
disentildeados para instalaciones de mayor capacidad
Por lo tanto en la distribuidora de sistemas de aire y gases comprimidos
KAESER se expusieron los requerimientos de la calidad de aire y
recomendaron que la solucioacuten maacutes factible para reducir los problemas que
puede acarrear el condensado (aceite y agua) y las partiacuteculas soacutelidas es la
instalacioacuten a la salida del compresor de dos filtros
Un filtro separador para remover liacutequidos el cual elimina gran parte del
condensado
Un filtro para partiacuteculas el cual atrapa las partiacuteculas soacutelidas (soacutelidos en
suspensioacuten) que pueda tener el aire causantes de oxidacioacuten e
incrustaciones en las tuberiacuteas
En el esquema de la figura 53 se muestran los filtros separador y para
partiacuteculas colocados inmediatamente despueacutes del compresor como lo
recomienda la empresa KAESER
145
Figura 53 Esquema para mejorar la calidad del aire comprimido
De esta forma se garantiza la calidad del aire requerido se evitan gastos en
repuestos y reposicioacuten de componentes y se extiende la vida uacutetil de las
tuberiacuteas accesorios y receptores de aire
Mejoras en el dimensionamiento
En el subcapiacutetulo 432 se establecioacute que la caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes
alejado de la red (828) es cuatro veces superior al valor recomendado (2)
Ademaacutes se determinoacute que los diaacutemetros de las liacuteneas de suministro son los
adecuados para un buen funcionamiento sin embargo la liacutenea principal estaacute
subdimensionada y por eso se presentan estas caiacutedas Por lo tanto se procede
a redimensionar la tuberiacutea principal (plano TE-AC-E02)
Tramo de la liacutenea principal 1-2-3-4-5-6-7-8
Diaacutemetro interno propuesto 266 mm (1rdquo)
Caudal de aire en el compresor (m ) 40 CFM = 189 Ls
Presioacuten relativa a la salida del compresor (Psc) 652 bar (anexo 6)
Longitudes de tuberiacutea equivalente (anexo 7)
6 codos de 90ordm de 1rdquo 6 x 15 = 90 m
1 Te de 1rdquo 1 x 15 = 15 m
1 vaacutelvula de compuerta de 1rdquo 1 x 03 = 03 m
1 trampa de condensado de 1rdquo 1 x 40 = 40 m
1 filtro para partiacuteculoas de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
1 filtro separador de 1rdquo (propuesto) 1 x 40 = 40 m
Longitud real de la liacutenea 397 m
Longitud equivalente de tuberiacutea total 625 m
146
Usando el diagrama de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con estos nuevos datos
se obtendriacutea el siguiente valor
P liacutenea principal propuesto = 006 bar
P liacutenea principal propuesto = 920100526
060
Anteriormente se proboacute con un diaacutemetro nominal de frac34rdquo y se obtuvo una caiacuteda
de 017 (261) por lo tanto la opcioacuten econoacutemica y energeacutetica maacutes factible
es utilizar tuberiacutea de 1rdquo para la liacutenea principal
Para determinar la caiacuteda total que se tendriacutea en el tramo maacutes alejado del
sistema es necesario calcular las peacuterdidas en la liacutenea de suministro que
corresponde al tramo 8-19-20 La presioacuten en esta tuberiacutea de servicio (Ps) seraacute
Ps = Psc - P liacutenea principal propuesto (5-17)
Ps = 652 bar ndash 006 bar = 646 bar
Ingresando al aacutebaco de caiacuteda de presioacuten (anexo 11) con esta presioacuten con el
caudal nominal (189 Ls) con el valor de la longitud equivalente de tuberiacutea
total (38 m) encontrado en el subcapiacutetulo 432 y el diaacutemetro interno de la
tuberiacutea (158 mm) la caiacuteda de presioacuten en esta liacutenea seriacutea
P liacutenea suministro propuesto = 005 bar
La maacutexima caiacuteda de presioacuten que se tendriacutea en el sistema seriacutea
P tramo maacutes alejado propuesto = 006 bar + 005 bar = 011 bar
P tramo maacutes alejado propuesto = 691100526
110
Esta caiacuteda de presioacuten propuesta para el tramo maacutes alejado de la red de
distribucioacuten de aire comprimido estaacute dentro del valor recomendado (2) para
obtener las peacuterdidas energeacuteticas permisibles y tambieacuten representariacutea un costo
inicial oacuteptimo cada vez que sea necesario reemplazar alguacuten elemento del
147
sistema Por consiguiente la propuesta para mejorar el dimensionamiento de la
red de aire comprimido es
Reemplazar la liacutenea principal (tramo 1-2-3-4-5-6-7-8 plano TE-AC-E02) por
tuberiacuteas con diaacutemetro nominal de 1rdquo
Mejoras para reducir las peacuterdidas por fugas de aire
Como se pudo demostrar se estaacuten produciendo peacuterdidas por fugas en las
liacuteneas de distribucioacuten del aire por lo tanto se procedioacute a la deteccioacuten de estas
Debido a que no se dispone de instrumentacioacuten necesaria para hacerlo en
forma maacutes eficiente se optoacute por identificarlas un diacutea saacutebado cuando no hay
ruidos en la faacutebrica de esta forma y colocando solucioacuten jabonosa sobre los
codos tubos en ldquoTrdquo vaacutelvulas y acoples se lograron detectar cinco fugas las
cuales se indican en el plano TE-AC-E02 (anexo 2)
El costo de reparacioacuten de las fugas resulta nulo en comparacioacuten con los gastos
de peacuterdidas de energiacutea no requiere de inversioacuten y los resultados son
inmediatos La solucioacuten que se propone es sencilla y consiste en lo siguiente
Reparar las fugas detectadas (anexo 2 plano TE-AC-E02) con material
para sellar el cual se dispone en Textil Ecuador realizando tres
recubrimientos primero con cinta de tefloacuten luego permatex y nuevamente
tefloacuten De esta forma se garantiza un buen sellado de las uniones roscadas
donde se presentan las fugas y se logra estanqueidad de los elementos
Realizar un mantenimiento preventivo de toda la red por lo menos una vez
al antildeo
Debido a que se trata de un proyecto de factibilidad pueden estimarse los
ahorros energeacuteticos que se obtendriacutean al solucionar este problema suponiendo
que se logra una reduccioacuten de las fugas al 15 En el subcapiacutetulo 432 se
calculoacute un valor de peacuterdidas por fugas del 3286 del valor del caudal del
compresor por lo tanto el ahorro de energiacutea estimado5 que se lograriacutea
recordando que la potencia del compresor es de 35 kW seriacutea
5 Instituto Nacional de Energiacutea Conservacioacuten de la energiacutea en la industria paacuteg 278
148
antildeo
kwh
antildeo
d
d
hkWonomizadaEnergiacutea ec 36225030012 53
100
15-3286
514 MEJORAS PARA REDUCIR LAS PEacuteRDIDAS EN LAS TUBERIacuteAS
PARA AGUA
El punto de operacioacuten de la bomba ha brindado informacioacuten uacutetil para tomar
decisiones racionales con respecto al mejoramiento del sistema y acercar este
punto lo maacutes posible a la zona de funcionamiento oacuteptimo
La teoriacutea establece que la entrada o succioacuten de agua a una bomba resulta
criacutetica e influye en gran porcentaje en el punto de operacioacuten porque esta
succioacuten debe ser capaz de permitir la entrada a la bomba de un flujo parejo de
liacutequido a una presioacuten suficientemente alta para evitar la formacioacuten de burbujas
ruidos vibracioacuten desgaste y reducir peacuterdidas6
Con base en lo anterior se proponen las siguientes acciones para la liacutenea de
succioacuten y para algunas secciones de la red que se espera mejoren el
funcionamiento del sistema y el punto de operacioacuten de la bomba
Reducir la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba como se muestra
en la figura 54 Esto es particularmente importante para evitar una baja
presioacuten a la entrada de la bomba y reducir caiacutedas de presioacuten al eliminar 3
codos de 90ordm en este tramo y 08 m de tuberiacutea
Figura 54 Reduccioacuten de la liacutenea de succioacuten entre el depoacutesito y la bomba
6 Mott RL Mecaacutenica de fluidos aplicada paacuteg 435
149
Cambiar en los tramos A-B B-C B-D y D-F las vaacutelvulas de globo (anexo 2
plano TE-LTA-E03) por vaacutelvulas de compuerta las cuales ofrecen poca
resistencia a la circulacioacuten y miacutenimas peacuterdidas Esto es factible ya que estas
vaacutelvulas son utilizadas para dar mantenimiento o para reparaciones es
decir su uso es poco frecuente porque trabajan en la posicioacuten de
completamente abiertas y pueden cumplir perfectamente su funcioacuten
reduciendo las peacuterdidas notablemente Al ser el coeficiente de peacuterdida K
directamente proporcional a las peacuterdidas menores se tendraacute una importante
reduccioacuten ya que una vaacutelvula de globo tiene un K de 69 (gran caiacuteda de
presioacuten) mientras que el K de una vaacutelvula de compuerta es de 016
Reemplazar en el tramo F-I la vaacutelvula de globo (K = 69) por una vaacutelvula de
bola (K = 285) lo cual es viable porque el uso de la vaacutelvula en esta parte
del sistema es frecuente y la vaacutelvula de bola puede cumplir esta operacioacuten
reduciendo las caiacutedas de presioacuten
Con estas acciones se procede a determinar el punto de operacioacuten de la
bomba y ver cuanto puede mejorar el sistema Para esto se procede como en
el subcapiacutetulo 441 Se tiene la curva y ecuacioacuten caracteriacutestica de la bomba
(figura 413) y para encontrar el nuevo punto de operacioacuten es necesario
encontrar la curva del sistema con los cambios propuestos y graficar
Por consiguiente se deben resolver las ecuaciones 4-35 a 4-44 involucrando
los nuevos cambios y accesorios que se proponen En la tabla 5-5 se calcula la
resistencia de la tuberiacutea propuesta Rpro en cada tramo
Tabla 55 Caacutelculo de la resistencia de tuberiacutea propuesto
Tramo L D
(pulg) D
(m) f pro
K Le (m)
Rpro (s2m
5)
A-B 1 6796 300 00762 00174 529 23142 1678882
B-C 2 22680 200 00508 00192 956 25350 22496001
B-D 3 1000 200 00508 00192 016 0424 667093
D-E 4 3706 100 00254 00228 1800 20052 423792158
D-F 5 24500 200 00508 00192 376 9970 16145053
F-G 6 3000 100 00254 00228 975 10862 247259424
F-H 7 8566 200 00508 00192 570 15114 11091327
Fuente anexo 2 (plano TE-LTA-E03) anexo 11 (Coeficiente de peacuterdida K)
150
El siguiente ejemplo muestra la forma de calcular el coeficiente de peacuterdida
proK de la tabla 55 para el tramo A-B (3rdquo) propuesto
2 vaacutelvulas de compuerta K = 0135 x 2 = 0270
4 codos de 90ordm K = 0795 x 4 = 3180
2 codos de 45ordm K = 0295 x 2 = 0590
1 tubo en ldquoTrdquo K = 1250 x 1 = 1250
pro
K = 5290
Resolviendo el sistema de ecuaciones no lineales (4-35 a 4-44) con estos
cambios por ensayo y error se presentan las siguientes soluciones
Tabla 56 Solucioacuten de las ecuaciones de comprobacioacuten del disentildeo
propuesto
Tramo Qpro
(m3s) Unioacuten
Cabeza piezomeacutetrica
Hpro (m)
A-B 00078 B 2815
B-C 00034
B-D 00044 D 2802
D-E 00009
D-F 00035 F 2606
F-G 00008
F-H 00027
Fuente propia
Como puede observarse en la tabla anterior el caudal que se obtuvo con las
mejoras propuestas (00078 m3s) es mayor al que se tiene actualmente
(00052 m3s) Con este nuevo caudal se calcula la cabeza de la bomba
mediante su ecuacioacuten (figura 413)
mhpro 913151333007807812100780419152
Estos valores de caudal y cabeza corresponden al punto de operacioacuten de la
bomba con los cambios propuestos Para presentarlo graacuteficamente es
necesario determinar la ecuacioacuten del sistema Para esto reemplazando el
coeficiente de resistencia de tuberiacutea propuesto (Rpro A-B) y las cabezas
151
piezomeacutetricas de los puntos A y B y despejando la cabeza de la bomba hp en
la ecuacioacuten 4-34 se obtiene la siguiente ecuacioacuten para el nuevo sistema
15288028216788 2 Qhp (5-18)
Graficando la ecuacioacuten 5-18 junto con la curva caracteriacutestica de la bomba se
obtiene su nuevo punto de operacioacuten (figura 55)
Figura 55 Punto de operacioacuten de la bomba propuesto
El nuevo punto de operacioacuten aunque no llega a la zona de mayor rendimiento
se acerca mucho maacutes de lo que se tiene actualmente disminuye la cabeza con
lo que aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia cuyo valor
determinado en la curva caracteriacutestica de la bomba (anexo 11) es el siguiente
57 9131
63123 00780 3
pro
pro
pro
mh
GPMsmQ
La energiacutea que se aprovechariacutea para transmitirla al fluido podriacutea ser
kWkWPpro 1923570 65
Por lo tanto con las acciones de mejora que se proponen de los 56 kW de
potencia que suministra el motor eleacutectrico la bomba aprovechariacutea el 57 para
transmitirla al fluido obtenieacutendose el siguiente ahorro energeacutetico
152
Ahorroen potencia de la bomba = kWPp
181570
4501651
pro
Ahorroenergeacutetico de la bomba = antildeoantildeo
d kWh4248300
d
h12kW 181
Seriacutea un buen ahorro para la empresa tomando en consideracioacuten los antildeos de
funcionamiento de la red de tuberiacuteas para agua sin realizar mayores
inversiones
515 MEJORAS PARA EL AHORRO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA
El ahorro en gastos de energiacutea eleacutectrica se lo va a conseguir mediante una
bateriacutea de condensadores para que sea instalada en triaacutengulo a la liacutenea de
distribucioacuten y corregir el factor de potencia a un valor de cos Trsquo = 096 Las
bateriacuteas de condensadores son el medio maacutes econoacutemico para reducir el factor
de potencia se pueden fabricar en configuraciones distintas y son muy
sensibles a las armoacutenicas presentes en la red
Por lo tanto la potencia reactiva de la bateriacutea de condensadores (QC) se la
calcula con la siguiente ecuacioacuten
tg tgPQ TTTC (5-19)
ordmarcos cos TT 6539770770
ordmarcos cos TT 2616960960
VAR 626 tan965 tanQC 68416661377580
La potencia reactiva de cada una de las fases de la bateriacutea de condensadores
(QCrsquo) es la tercera parte de la total asiacute
3
CC
QQ (5-20)
VAR
QC 89138883
6841666
153
La corriente de fase de cada condensador se la calcula con la siguiente
expresioacuten
C
CfC
V
QI (5-21)
A
IfC 5536380
8913888
Ahora se pueden determinar la reactancia (XC) y la capacidad (C) del
condensador mediante las ecuaciones 5-22 y 5-23 respectivamente
I
VX
fC
CC 4010
5536
380 (5-22)
F Xf
CC
610062554010602
1
2
1
(5-23)
Por consiguiente la bateriacutea trifaacutesica de condensadores en triaacutengulo para
corregir el factor de potencia hasta cos Trsquo = 096 debe tener las siguientes
caracteriacutesticas
Caracteriacutesticas de la bateriacutea Capacidad 25506 F a 380 V
de condensadores Potencia reactiva 417 kVAR a 380 V
Esta bateriacutea conectada en triaacutengulo a la liacutenea general que alimenta al aacuterea de
estampacioacuten aportaraacute la potencia reactiva que actualmente suministra la
Empresa Eleacutectrica Quito y se eliminaraacute la penalizacioacuten por el bajo factor de
potencia Ademaacutes las nuevas potencias reactiva y aparente de la instalacioacuten
seriacutean
CTT QQQ (5-24)
VAR QT 962201768416666463684
22 TTT QPS (5-25)
VA ST 9580643962201777580 22
154
El nuevo triaacutengulo de potencias de la instalacioacuten del sistema de distribucioacuten de
energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten se lo visualiza en la figura 56
Figura 56 Triaacutengulo de potencias corregido del sistema trifaacutesico de
distribucioacuten de energiacutea eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten
Por lo tanto con este banco de condensadores es posible la correccioacuten del
factor de potencia de 077 que se tiene actualmente a 096 con lo cual se
eliminan las multas econoacutemicas las cuales se convierten en ahorros para la
empresa En el subcapiacutetulo 5215 se determinan estos ahorros
52 ESTUDIO ECONOacuteMICO FINANCIERO
521 AHORROS ECONOacuteMICOS POR MEJORAS ENERGEacuteTICAS
5211 En la Caldera 1
El ahorro que se obtendriacutea por ajustar el caudal de combustible mejorando la
eficiencia de la caldera seriacutea
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 7810732731702814668
Al antildeo el ahorro econoacutemico en combustible por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor podriacutea ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal02323073170404414
155
Se tendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por reduccioacuten
en la frecuencia de purgas
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal19177573170122426
La suma de estos ahorros individuales determinan el ahorro global estimado
que se tendriacutea en el sistema de vapor del aacuterea de tintoreriacutea
Ahorrototal en combustible caldera 1 = antildeo
gal8021508
Ahorroeconoacutemico total caldera 1 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal9915737731708021508
5212 En la Caldera 2
La regulacioacuten del caudal de combustible el cual tre consigo el incremento en la
eficiencia del generador de vapor representa el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorropor eficiencia de la caldera = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal 51155173170422120
El ahorro monetario en combustible por reduccioacuten de la frecuencia de purgas al
antildeo seriacutea
Ahorroeconoacutemico por purgas = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal422147317005293
52121 En el Sistema de Distribucioacuten de Vapor
El ahorro econoacutemico en combustible al antildeo por concepto de reduccioacuten en las
peacuterdidas de calor del sistema de distribucioacuten de vapor puede ser
Ahorropor reduccioacuten de peacuterdidas de calor = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal524777317062652
156
Al igual que en la caldera 1 la suma de los ahorros individuales proyectados en
esta caldera permiten estimar el ahorro total que se obtendriacutea en el sistema de
vapor del aacuterea de estampacioacuten
Ahorrototal en combustible caldera 2 = antildeo
gal093066
Ahorroeconoacutemico total caldera 2 = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal46224373170093066
Por consiguiente los ahorros estimados en cada sistema de vapor representan
el beneficio econoacutemico para Textil Ecuador en lo que respecta a los costos y
consumos de combustible Estos ahorros para la empresa son los siguientes
Ahorrototal en combustible para Textil Ecuador = antildeo
gal8924574
Ahorroeconoacutemico total en combustible = antildeo
USD
gal
USD
antildeo
gal4517981731708924574
En la tabla 12 se presentoacute el costo total de combustible para las dos calderas
el cual es de USD 24444634antildeo Esto significa que se puede lograr una
reduccioacuten en el costo y por consecuencia en el consumo de combustible de
Reduccioacutencosto de combustible para Textil Ecuador = 367100
34244446
4517981
antildeo
USDantildeo
USD
5213 En el Aire Comprimido
Despueacutes de las reparaciones de las fugas se estima que se podriacutean obtener
los siguientes ahorros monetarios en lo que respecta al aire comprimido
Ahorropor reparacioacuten de fugas = antildeo
USD
kWh
USD
antildeo
kWh52112050362250
157
5214 En las Tuberiacuteas de Agua
Los beneficios econoacutemicos que se obtendriacutean por mejorar el punto de
operacioacuten de la bomba pueden ser
Ahorropor mejorar el punto de operacioacuten de la bomba= antildeo
USD
kWh
USD
antildeo4212050
kWh4248
5215 En la Energiacutea Eleacutectrica
La Empresa Eleacutectrica Quito SA no factura la energiacutea reactiva sin embargo
para aquellos consumidores que registren un factor de potencia medio mensual
inferior a 092 se aplican cargos establecidos en el Reglamento de Tarifas
Esta penalizacioacuten por bajo factor de potencia es parte integrante de la factura
y su valor en la planilla se la calcula mediante la siguiente expresioacuten
Cargo =
1
920
5
3
Tcos
actual nFacturacioacute
(5-26)
Textil Ecuador tiene una facturacioacuten actual de energiacutea eleacutectrica de USD
1365571antildeo (tabla 11) y una vez instalada la bateriacutea de condensadores su
nueva facturacioacuten seriacutea
Nueva facturacioacuten = Facturacioacuten actual - Cargo (5-27)
Nueva facturacioacuten = antildeo
USD
antildeo
USD 59120591
770
920
5
371136557113655
Por consiguiente se obtendriacutea el siguiente ahorro econoacutemico
Ahorrocorreccioacuten factor de potencia = antildeo
USD
antildeo
USD
antildeo
USD 12159659120597113655
De la misma forma que en el caso del combustible los ahorros estimados por
mejoras en el aire comprimido en las tuberiacuteas para agua y por la correccioacuten del
factor de potencia establecen el ahorro monetario total que tendriacutea Textil
Ecuador en lo que se refiere a los costos de energiacutea eleacutectrica cuyo valor seriacutea
158
Ahorroeconoacutemico total en energiacutea eleacutectrica = antildeo
USD041921
Por lo tanto con las acciones de mejora propuestas se estima que se puede
obtener la siguiente reduccioacuten en el costo de la energiacutea eleacutectrica del aacuterea de
estampacioacuten
Reduccioacutencosto de energiacutea eleacutectrica para Textil Ecuador = 0714100
7113655
041921
antildeo
USDantildeo
USD
En la tabla 57 se expone un resumen con los ahorros energeacuteticos y
econoacutemicos de todos los sistemas auditados
Tabla 57 Resumen de los ahorros energeacuteticos y econoacutemicos propuestos
Sistema auditado
Mejora propuesta Ahorro energeacutetico
anual
Ahorro econoacutemico
anual
Caldera 1 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
1466828 gal $1073278
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
242612 gal $177519
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
441440 gal $323002
Caldera 2 y su red de
distribucioacuten de vapor
Reduccioacuten del caudal de combustible
212042 gal $155151
Reduccioacuten del porcentaje de purgas
29305 gal $21442
Aislamiento de tuberiacuteas faltantes
65262 gal $47752
Aire comprimido
Reparacioacuten de fugas 225036 kWh $11252
Tuberiacuteas de agua
Reemplazo de vaacutelvulas y eliminacioacuten de un tramo innecesario para mejorar el punto de operacioacuten de la bomba
424800 kWh $21240
Energiacutea eleacutectrica
Correccioacuten del factor de potencia
$159612
Ahorros econoacutemicos totales $1990249
Fuente Propia
159
522 DETERMINACIOacuteN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO
En este subcapiacutetulo se presenta un estudio de los egresos o inversiones
necesarias para obtener los ahorros econoacutemicos propuestos Los costos del
proyecto se resumen en el siguiente esquema
Costo de inversioacuten Comprende la adquisicioacuten de todos los activos fijos o
tangibles (tabla 58) y diferidos o intangibles (tabla 59) requeridos para obtener
los beneficios esperados
Tabla 58 Inversioacuten en activo fijo
Sistema auditado Concepto Cantidad cu Costo total
Caldera 1 y su red de distribucioacuten de
vapor
Ablandador de agua 1 $485000 $485000
Trampa de vapor de 3 1 $17948 $17948
Trampa de vapor de 2frac12rdquo 1 $14957 $14957
Trampa de vapor de 2rdquo 6 $11965 $71792
Purgador de aire de 3frac12rdquo 3 $9128 $27384
Purgador de aire de 3 2 $7824 $15648
Purgador de aire de 2frac12rdquo 1 $6520 $6520
Purgador de aire de 2 3 $5216 $15648
Aislante ANEXO 12 $152348
Caldera 2 y su red de distribucioacuten de
vapor
Trampa de vapor de 3frac12rdquo 1 $20939 $20939
Trampa de vapor de 2 4 $11965 $47861
Purgador de aire de 3frac12rdquo 2 $9128 $18256
Purgador de aire de 2 2 $5216 $10432
Aislante ANEXO 12 $40893
Aire comprimido Filtro separador de agua frac34rdquo 1 $27214 $27214
Filtro para partiacuteculas de frac34rdquo 1 $26052 $26052
Tuberiacuteas para agua
Vaacutelvula de compuerta de 3 1 $5656 $5656
Vaacutelvula de compuerta de 2 3 $5040 $15120
Vaacutelvula de bola de 2 1 $1680 $1680
Energiacutea eleacutectrica Banco de condensadores 1 $375000 $375000
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Fuente Mercado nacional
160
Tabla 59 Inversioacuten en activo diferido
Concepto Detalles Costo
Proyecto de factibilidad ANEXO 13 $81000
Ingenieriacutea del proyecto de implantacioacuten
35 de la inversioacuten total en activo fijo $48872
Supervisioacuten del proyecto de implantacioacuten
15 de la inversioacuten total en activo fijo $20945
Administracioacuten del proyecto de implantacioacuten
05 de la inversioacuten total en activo fijo $6982
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Fuente Propia
Tabla 510 Inversioacuten total en activo fijo y diferido
Concepto Costo
Inversioacuten total en activo fijo $1396348
Inversioacuten total en activo diferido $157799
Subtotal $1554147
+ 5 de imprevistos $77707
Costo total de inversioacuten $1631854
Fuente Tablas 59 y 510
Costo de funcionamiento Son los necesarios para poner en marcha el
proyecto de implantacioacuten y se presentan en la tabla 511
Tabla 511 Costo de funcionamiento
Concepto Detalles Costo
Costos de produccioacuten
Mano de obra directa ANEXO 14
$67400
Energiacutea eleacutectrica $27000
Depreciacioacuten Tabla 512 $171195
Costo total de funcionamiento $265595
Fuente Propia
523 DEPRECIACIOacuteN Y AMORTIZACIOacuteN
Seguacuten el Reglamento a la Ley de Reacutegimen Tributario Interno el porcentaje de
depreciacioacuten permitido para los activos fijos en el caso del presente proyecto
maacutequinas y equipos es del 10 anual Ademaacutes en el paiacutes solo estaacute
contemplado el uso del meacutetodo de depreciacioacuten llamado liacutenea recta Por otra
parte este Reglamento establece que las amortizaciones de los costos y
gastos acumulados en la investigacioacuten o en ampliaciones y mejoramientos de
161
la planta se efectuaraacuten en un periodo no menor de cinco antildeos en porcentajes
anuales iguales
Con lo expuesto anteriormente en la tabla 512 se muestra la depreciacioacuten de
los equipos requeridos (activo fijo) y la amortizacioacuten de la inversioacuten diferida
(activo diferido) aplicando el meacutetodo de depreciacioacuten lineal
Tabla 512 Depreciacioacuten y amortizacioacuten de activo fijo y diferido (USD)
Concepto Valor 1 2 3 4 5 VS
Suavizador de agua
485000 10 48500 48500 48500 48500 48500 242500
Trampas de vapor caldera 1
104697 10 10470 10470 10470 10470 10470 52348
Purgadores de aire caldera 1
65200 10 6520 6520 6520 6520 6520 32600
Lana de vidrio caldera 1
152348 10 15235 15235 15235 15235 15235 76174
Trampas de vapor caldera 2
68801 10 6880 6880 6880 6880 6880 34400
Purgadores de aire caldera 2 28688
10 2869 2869 2869 2869 2869 14344
Lana de vidrio caldera 2
40893 10 4089 4089 4089 4089 4089 20447
Filtro separador de agua
27214 10 2721 2721 2721 2721 2721 13607
Filtro para partiacuteculas
26052 10 2605 2605 2605 2605 2605 13026
Vaacutelvulas de compuerta
20776 10 2078 2078 2078 2078 2078 10388
Vaacutelvula de bola 1680 10 168 168 168 168 168 840
Banco de condensadores
375000 10 37500 37500 37500 37500 37500 187500
Inversioacuten en activo diferido
157799 20 31560 31560 31560 31560 31560 000
Total 171195 171195 171195 171195 171195 698174
Fuente Propia
En la uacuteltima columna de la tabla 512 aparece el valor de salvamento (VS) o
valor de rescate fiscal a los cinco antildeos Esto significa que como el estudio se
hizo para un horizonte de cinco antildeos y en ese momento se corta artificialmente
el tiempo para realizar la evaluacioacuten para hacer correctamente esta uacuteltima es
necesario considerar el valor fiscal de los bienes de la empresa en ese
momento En otras palabras se supone que el VS seraacute el valor fiscal que
tengan los activos al teacutermino del quinto antildeo de operacioacuten
162
524 ESTADO DE RESULTADOS
La finalidad del anaacutelisis del estado de resultados o de peacuterdidas y ganancias es
calcular el flujo neto de efectivo (FNE) que es la cantidad necesaria para
realizar la evaluacioacuten econoacutemica del estudio Por lo tanto se proyectaraacute a cinco
antildeos los resultados econoacutemicos que se supone tendraacute la empresa tomando en
cuenta la inflacioacuten
Tabla 513 Estado de resultados
Antildeo 0 1 2 3 4 5
+ Ingresos (ahorros) 000 1990249 2069858 2152653 2238759 2328309
- Inversioacuten
Activos fijos 1396348 000 000 000 000 000
Activos diferidos 157799 000 000 000 000 000
Subtotal 1554147 000 000 000 000 000
5 imprevistos 77707 000 000 000 000 000
Inversioacuten total 1631854 000 000 000 000 000
- costos de funcionamiento
265595 276218 287267 298758 310708 323136
= Utilidad bruta (UB) -1897449 1714030 1782591 1853895 1928051 2005173
- 15 participacioacuten de trabajadores
000 257105 267389 278084 289208 300776
= Utilidad antes de impuestos (UAI)
-1897449 1456926 1515203 1575811 1638843 1704397
- 25 de impuesto a la renta
000 364231 378801 393953 409711 426099
= Utilidad despueacutes de impuestos (UDI)
-1897449 1092694 1136402 1181858 1229132 1278298
+ Depreciacioacuten 000 171195 178042 185164 192571 200273
= Flujo neto de efectivo (FNE) -1897449 1263889 1314444 1367022 1421703 1478571
Fuente Propia
De acuerdo al informe mensual de inflacioacuten del mes de diciembre de 2005
realizado por el Banco Central la aceleracioacuten de la tasa de inflacioacuten observada
en ese mes (085) confirma y acentuacutea el repunte inflacionario que se viene
observando desde abril Este valor refleja una aceleracioacuten del ritmo de
crecimiento de los precios muy superior al nivel observado en el mes de
noviembre en el que los precios aumentaron en 023 Este crecimiento del
iacutendice de precios condujo a que la inflacioacuten anual de diciembre se ubique en
389 En este sentido en el Ecuador se espera un iacutendice inflacionario de
163
entre el 4 y el 45 en los proacuteximos antildeos Por lo mencionado se ha utilizado
una inflacioacuten del 4 para los caacutelculos de la tabla 513
525 CRONOGRAMA DE INVERSIONES
En este proyecto de factibilidad seraacute suficiente construir un diagrama de Gant
con todas las actividades de compra de activos fijos y su puesta en
funcionamiento (anexo 15) sin embargo cuando la empresa realice el proyecto
de implantacioacuten seraacute necesaria la elaboracioacuten de una ruta criacutetica
53 EVALUACIOacuteN ECONOacuteMICA
Mediante la evaluacioacuten econoacutemica se puede llegar a determinar si la inversioacuten
propuesta seraacute econoacutemicamente rentable
531 VALOR ACTUAL NETO (VAN)
El VAN es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos
descontados en el presente de la inversioacuten inicial es decir equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios para
producir esas ganancias en teacuterminos de su valor equivalente en este momento
o tiempo cero La ecuacioacuten del VAN para un periodo de cinco antildeos es
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
111111 i
VSFNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNE
i
FNEVAN
(5-28)
FNE = flujo neto de efectivo de cada antildeo desde el 0 hasta el antildeo 5 (tabla 513)
VS = valor de salvamento = $621925 (tabla 512)
El valor de salvamento VS debe ser modificado ya que tambieacuten sufriraacute los
efectos de la inflacioacuten por lo tanto llevaacutendolo a valor futuro
VS = 698174 (1+004)5 = $849435
El valor de i en la ecuacioacuten 5-28 es la TMAR tasa miacutenima aceptable de
rendimiento Es la tasa miacutenima de ganancia sobre la inversioacuten que va a realizar
164
la empresa Su valor debe reflejar el riesgo que corre el inversionista de no
obtener las ganancias pronosticadas Se la calcula mediante la ecuacioacuten 5-29
rffrTMARi (5-29)
r = premio al riesgo (10)
f = inflacioacuten (4 anual)
TMAR = 010 + 004 + (010) (004) = 0144 = 144
Reemplazando datos y resolviendo la ecuacioacuten 5-28 el VAN seraacute
VAN = $3142921
Se puede observar que el VAN es positivo lo cual significa que se obtienen
ganancias a lo largo de los cinco antildeos de estudio por un monto igual a la TMAR
aplicada Desde este punto de vista la inversioacuten es aceptable
532 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
La TIR es la tasa por la cual el VAN es igual a cero Se le llama tasa interna de
retorno porque supone el valor real del rendimiento del dinero en la inversioacuten
realizada Para determinar la TIR con la ayuda del programa MathCad por
medio tanteos (prueba y error) se dan diferentes valores de i en la ecuacioacuten 5-
28 hasta que el VAN se haga cero Por consiguiente la TIR es
TIR = 6646
Se concluye que el rendimiento de la empresa (TIR) es mayor que el miacutenimo
fijado como aceptable (TMAR) y la inversioacuten es econoacutemicamente rentable
533 ANAacuteLISIS BENEFICIOCOSTO
El anaacutelisis beneficiocosto o su reciacuteproco costobeneficio permite definir la
factibilidad del proyecto a ser implantado al proporcionar una medida de los
costos en que se incurren en la realizacioacuten del proyecto y a su vez comparar
dichos costos previstos con los beneficios esperados Para ello es necesario
165
traer a valor presente los ingresos y los egresos del estado de peacuterdidas y
ganancias (tabla 514) y aplicar la ecuacioacuten 5-30
Tabla 514 Ingresos y egresos actualizados
Antildeo Ingresos Egresos Ingresos
actualizados Egresos
actualizados
0 $000 $1897449 $000 $1897449
1 $1990249 $276218 $1739728 $241450
2 $2069858 $287267 $1581571 $219500
3 $2152653 $298758 $1437791 $199545
4 $2238759 $310708 $1307083 $181405
5 $2328309 $323136 $1188257 $164913
$7254430 $2904261
Fuente tabla 512
osactualizadEgresos
osactualizad Ingresos
C
B (5-30)
5026129042$
3072544$
C
B
La relacioacuten BeneficioCosto es de 250 esto significa que por cada doacutelar
invertido en este proyecto se recibe $250 de beneficio
Adicionalmente se va a determinar el periodo de devolucioacuten es decir el
tiempo requerido para recuperar el monto inicial de la inversioacuten Este meacutetodo
calcula la cantidad de tiempo que se tomariacutea para lograr un flujo neto de
efectivo positivo igual a la inversioacuten inicial El anaacutelisis no toma en cuenta el
valor del dinero en el tiempo y se lo encuentra con la siguiente expresioacuten
antildeos 5FNE
oacutenrecuperaci de Periodo54321
0
FNEFNEFNEFNEFNE
Periodo de recuperacioacuten = 1386 antildeos = 1 antildeo 5 meses
166
Conclusiones de la evaluacioacuten econoacutemica
Criterios de evaluacioacuten
VAN = $3142921 gt 0
TIR = 6646 gt TMAR = 1440
BC = 250 gt 1
Recuperacioacuten 1 antildeo 5 meses
Como se ha demostrado los indicadores permiten concluir que el proyecto de
implantacioacuten de mejoras es econoacutemicamente rentable
CAPIacuteTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
61 CONCLUSIONES
1 En ninguno de los sistemas auditados se lleva un registro de la historia del
funcionamiento o de los mantenimientos realizados ni se dispone de planos
de las instalaciones ni de instrumentacioacuten necesaria para realizar
evaluaciones energeacuteticas
2 Las mayores peacuterdidas de combustible en las calderas se presentan en la
combustioacuten porque el proceso productivo de vapor es de muy baja calidad
termodinaacutemica ya que la produccioacuten de vapor a partir de un proceso de
combustioacuten tiene una peacuterdida exergeacutetica considerable
3 El dimensionamiento de las liacuteneas de vapor de los dos sistemas de
distribucioacuten pese a los antildeos de trabajo cumplen con las recomendaciones
de caiacutedas de presioacuten admisibles tanto en la liacutenea principal liacutenea secundaria
y la caiacuteda en el tramo maacutes alejado de cada red sin embargo las
velocidades de flujo estaacuten por debajo de los liacutemites permisibles porque las
tuberiacuteas estaacuten sobredimensionadas
4 La frecuencia de las purgas basada en los ciclos de concentracioacuten
recomendados por la ABMA permite obtener un porcentaje de reduccioacuten en
las peacuterdidas energeacuteticas de 296 (actual) a 182 en la caldera de
tintoreriacutea y de 233 (actual) a 171 en la caldera de estampacioacuten
5 Con las acciones propuestas para mejorar la eficiencia en los dos sistemas
de distribucioacuten de vapor Textil Ecuador puede lograr una reduccioacuten en el
consumo de combustible del 736 que representa un ahorro de USD
1798145antildeo
168
6 El ablandador del agua de alimentacioacuten de la caldera del aacuterea de tintoreriacutea
estaacute dejando pasar un grado de dureza alrededor de los 1447 ppm lo cual
puede provocar incrustaciones que aiacuteslan las tuberiacuteas reducen la rata de
transferencia de calor sobrecalientan y llevan a la rotura a las tuberiacuteas y
partes metaacutelicas de la caldera
7 La caiacuteda de presioacuten en el tramo maacutes alejado de la red de aire comprimido
del aacuterea de estampacioacuten es cuatro veces superior al valor recomendado
para un funcionamiento con peacuterdidas admisibles debido a que la liacutenea
principal estaacute subdimensionada
8 El 3286 de peacuterdidas estimadas por fugas en la red de distribucioacuten de aire
comprimido del aacuterea de estampacioacuten delatan un sistema descuidado en el
que no se han realizado revisiones evaluaciones ni un mantenimiento de la
instalacioacuten
9 El dimensionamiento de las liacuteneas de agua del aacuterea de estampacioacuten es el
necesario para un funcionamiento adecuado sin embargo el punto de
operacioacuten de la bomba se encuentra lejos de la zona oacuteptima de
funcionamiento con un bajo caudal una cabeza cercana a la maacutexima y una
eficiencia de apenas el 45
10 La correccioacuten del factor de potencia de 077 a 096 en la instalacioacuten
eleacutectrica del aacuterea de estampacioacuten eliminariacutea la penalizacioacuten en la planilla
por este concepto ahorrando a la empresa USD 159612antildeo con lo cual
se obtendriacutea una reduccioacuten del 1169 en la facturacioacuten anual de la energiacutea
eleacutectrica
11 Asumiendo el deseo de la empresa las alternativas de mejora que se
proponen no son proyectos de enormes inversiones ni de gran
envergadura o representan cambios significativos
169
12 Los indicadores econoacutemicos VAN TIR valor BeneficioCosto y el periodo
de recuperacioacuten de la inversioacuten establecen que el proyecto de mejoras que
se propone es econoacutemicamente rentable
62 RECOMENDACIONES
1 Debe asignarse alta prioridad a las poliacuteticas y gestiones que promuevan el
ahorro y la conservacioacuten de energiacutea en la empresa porque estaacuten
directamente relacionadas con las economiacuteas que pueden lograrse para lo
cual resulta fundamental un conocimiento sistemaacutetico y ordenado del
funcionamiento de las instalaciones y de los consumos de energiacutea a fin de
obtener resultados continuos en el tiempo y no solamente como proyectos
aislados
2 Considerando las impurezas y la variabilidad en la composicioacuten de los
combustibles cada vez que la empresa se abastezca de un nuevo lote es
fundamental la realizacioacuten del test de combustioacuten por ser una fuente de
informacioacuten baacutesica para detectar posibles combustiones incompletas y
deficiencias en el funcionamiento de los generadores de vapor Ademaacutes
por falta de un control cuidadoso en los procesos de combustioacuten se
desperdicia mucho combustible y el aumento actual de su precio es por siacute
solo suficiente incentivo para prestar un miacutenimo de atencioacuten a las
posibilidades de optimacioacuten de las dos calderas
3 En el presente estudio se propone un disentildeo con tuberiacuteas de menor
diaacutemetro para cada red de distribucioacuten de vapor que garantiza un adecuado
funcionamiento con peacuterdidas y velocidades de flujo admisibles y que
ahorraraacute dinero a la empresa cada vez que sea necesario reemplazar las
tuberiacuteas o los accesorios
4 Para mantener la frecuencia de purgas propuesta la calidad del agua de
aportacioacuten a cada caldera debe mantenerse conforme a las normas
recomendadas para lo cual resulta indispensable un constante y adecuado
170
control mediante el anaacutelisis quiacutemico de las aguas de cada caldera una o dos
veces al mes
5 Para lograr la optimizacioacuten de las instalaciones de vapor en las dos aacutereas
las acciones de mejora propuestas en cada parte de los sistemas unidas a
un programa de mantenimiento preventivo dos veces por antildeo van a
repercutir positivamente en el conjunto y a mejorar la eficiencia de los
sistemas
6 Es conveniente reemplazar de inmediato el ablandador de agua de la
caldera del aacuterea de tintoreriacutea porque ha cumplido su vida uacutetil por uno con
capacidad para remover 11703795 granos de dureza al diacutea ya que es
indispensable disponer de agua para la caldera con una dureza
praacutecticamente nula
7 Para que las caiacutedas de presioacuten se mantengan dentro de los liacutemites
permisibles en el sistema de aire comprimido del aacuterea de estampacioacuten la
tuberiacutea principal debe tener un diaacutemetro nominal de 1rdquo
8 Se deben reparar inmediatamente las fugas detectadas incluso antes de
comenzar el proyecto de implantacioacuten de mejoras porque una fuga a traveacutes
de un agujero consume aire constantemente e influye directamente en el
costo de la factura eleacutectrica
9 Con los cambios que se propone en la red tuberiacuteas para agua el punto de
operacioacuten de la bomba aunque no llega a la zona de mayor rendimiento se
acerca mucho maacutes que el valor actual disminuye la cabeza con lo que
aumenta el caudal y se incrementa tambieacuten su eficiencia a un valor de 57
ahorrando a la empresa USD 21240antildeo en costos de energiacutea eleacutectrica
10 El medio maacutes econoacutemico y sencillo para corregir el factor de potencia es
mediante la instalacioacuten de bateriacuteas de condensadores Para el aacuterea de
estampacioacuten se recomienda un banco de condensadores de 25506 F de
capacidad con una potencia reactiva de 417 kVAR a 380 V
171
11 Pequentildeos esfuerzos e inversiones miacutenimas ademaacutes de las acciones de
mejora propuestas unidos a la capacitacioacuten de recursos humanos en
conservacioacuten y ahorro de energiacutea pueden significar aumentos en la
eficiencia energeacutetica de los sistemas auditados y ahorros econoacutemicos
mayores a los que se han determinado
12 Debido al alto iacutendice de inflacioacuten para un paiacutes dolarizado se recomienda
iniciar con el proyecto de implantacioacuten de mejoras lo maacutes pronto posible
para que la inversioacuten realizada sea la que se propone y los beneficios que
se obtengan se acerquen lo maacutes posible a lo estimado
172
ANEXO 1
CUESTIONARIO PARA LA AUDITORIacuteA ENERGEacuteTICA
173
ANEXO 2
PLANOS
174
ANEXO 3
FORMULARIOS PARA LA RECOLECCIOacuteN DE DATOS
175
ANEXO 4
INFORME DE EMISIONES GASEOSAS DE LAS CALDERAS
176
ANEXO 5
ANAacuteLISIS DE LAS AGUAS DE LAS CALDERAS
177
ANEXO 6
RECOLECCIOacuteN DE DATOS
178
ANEXO 7
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
CALDERAS
179
ANEXO 8
CAacuteLCULO DE LAS PEacuteRDIDAS DE CALOR (ACTUAL Y PROPUESTO) EN
EL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR DEL AacuteREA DE TINTORERIacuteA Y
DEL AacuteREA DE ESTAMPACIOacuteN
180
ANEXO 9
CAacuteLCULO DEL TRABAJO MAacuteXIMO Y DE LA EXERGIacuteA DEL VAPOR EN
CADA CALDERA
181
ANEXO 10
GRAacuteFICAS Y TABLAS PARA EL ANAacuteLISIS DEL AIRE COMPRIMIDO
182
ANEXO 11
GRAacuteFICAS Y TABLAS DE PROPIEDADES PARA EL ANAacuteLISIS DE LAS
LIacuteNEAS DE TUBERIacuteA PARA AGUA
183
ANEXO 12
CANTIDAD Y COSTO DEL AISLANTE PARA LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIOacuteN DE VAPOR
184
ANEXO 13
COSTOS DEL PROYECTO DE FACTIBILIDAD
185
ANEXO 14
COSTOS DE PRODUCCIOacuteN
186
ANEXO 15
CRONOGRAMA DE INVERSIONES
187
ANEXO 16
CARTA DE SATISFACCIOacuteN
188
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