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

La energía del vapor (calor sensible) El agua absorbe calor observándose un cambio en la temperatura.

La energía del vapor (calor latente) Líquido saturado Vapor 100ºC 100ºC La temperatura se mantiene igual. El calor es utilizado en el cambio de estado físico.

Las tablas de vapor Entalpía específica

El ciclo del vapor (ideal) DISTRIBUCIÓN GENERACIÓN DE VAPOR USUARIO FINAL RETORNO DEL CONDENSADO Energía Energía

El ciclo del vapor (real) Pérdida en distribución 5 % Pérdidas en combustión 18 % DISTRIBUCIÓN R E V A P O I Z D 10 % GENERACIÓN DE VAPOR USUARIO FINAL Purga de fondo de caldera 3 % Condensado no recuperado ENERGIA UTIL 74 % COMBUSTIBLE 100 % ENERGIA DEL RETORNO DEL CONDENSADO Agua de reposición

No puedes controlar aquello que no puedes medir Lord Kelvin

¿ Por qué medir el vapor ? Eficiencia de la planta Eficiencia en el uso de la energía Control de procesos Costos y facturación Transferencia de custodia

Estrategias de medición I Proceso 2 Proceso 1 Proceso n M Proceso 3 Medidor = M Casa de calderas

Estrategias de medición III Proceso n 1 2 3 M M M M M M M M M M M M Medidor = M Casa de calderas M

Purga manual Nivel de SDT en caldera 0 12 24 Tiempo en horas Máximo nivel de SDT Nivel promedio de SDT Nivel de SDT en caldera 0 12 24 Tiempo en horas

Purga automática Nivel de SDT en caldera 0 12 24 Tiempo en horas Máximo nivel de SDT Nivel promedio de SDT Nivel de SDT en caldera 0 12 24 Tiempo en horas

F Qpurga = x Qgeneración B - F Caudal mínimo de purga Donde: F = ppm del agua de alimentación B = ppm permitidas en la caldera

Ahorro por automatización de la purga de superficie El fabricante de la caldera recomienda mantener la concentración de SDT entre 2 000 y 3 000 ppm. La caldera genera 5 000 kg/h de vapor a 7 barm. El agua de alimentación a la caldera tiene 378 ppm. Suponiendo 4000 h/año de trabajo (2 turnos al día, 5días/semana, 50 sem/año) ¿Qué porcentaje de la generación de vapor debo purgar para mantener este nivel ?

Ahorro por la automatización de la purga de superficie Si los SDTmáx son 2000 ppm: % de purga = 378 x 100/(2000-378) = 23.3% Si los SDTmáx son 3000 ppm: % de purga = 378 x 100/(3000-378) = 14.4% Diferencia: 8.9% de 5 000 = 445 kg/h En un año representa 1 780 m3 de agua tratada

Ahorro por la automatización de la purga de superficie Como el vapor se genera a 7 barm., el agua purgada tiene 721.4 KJ/Kg En términos energéticos: 1 780 000 kg/año x 721.4 kJ/kg = 1 284 092 MJ/año Valor calórico del gas natural: 35.4 MJ/m3 La diferencia (de 2000 a 3000 ppm) representa: 36 274 m3 de gas/año

Otras áreas de oportunidad

Recuperación de condensado Una fábrica genera 18 000 kg/h de vapor @ 10 barm. El agua suavizada tiene 325 ppm de SDT. El condensado tiene una concentración de 12 ppm de SDT. El nivel máximo en caldera es controlado a 3000 ppm de SDT.

Recuperación de condensado 0% de la generación F B - F qpurga = Qvapor 325 ppm (3000 - 325) ppm qpurga = 18 000 kg/h qpurga = 2 187 kg/h

Recuperación de condensado 50% de recuperación El agua de reposición ( suavizada ) es solo el 50% ( 9 000 kg/h ) El condensado es el restante 50% ( 9 000 kg/h ) x = 168 ppm ( SDT en el agua entrando a la caldera ) 168 ppm (3000 - 168) ppm qpurga = 18 000 kg/h qpurga = 1 067 kg/h

Recuperación de energía Retomando nuestro ejemplo Diferencia entre 0 y 50% de recuperación de condensado: 9 000 kg/h Tiempo de operación: 8 400 h/año Recuperando el condensado a 90°C tendremos un ahorro energético anual (en términos de gas natural) de: = 715 200 m3/año

¿ Por qué fallan las trampas ? Desgaste Suciedad Corrosión por condensado ácido Golpe de ariete

El anegamiento del proceso Un anegamiento -inundación del equipo- puede causar pérdidas del producto. Se presenta un inadecuado calentamiento del proceso, por lo tanto hay pérdida de tiempo. Baja eficiencia del proceso.

174 Toneladas de vapor La fuga de vapor Altos costos por pérdidas de vapor vivo. Seguridad en el proceso. Como ejemplo: ¿ Cuál es la pérdida de energía por un orificio de 3 mm con vapor de 7 barm ? 20 kg/h de vapor serán desperdiciados Para un año de operación con 8 700 horas (7 días a la semana, 3 turnos, 365 días), representa: 174 Toneladas de vapor

La pérdida de vapor por orificios de trampas 1000 400 200 100 40 20 10 4 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 12.5 mm 10 mm 7.5 mm 5 mm 3 mm Vapor kg/h Presión de vapor barm

Ahorro de energía en el ciclo del vapor