AHORRO Y USO RACIONAL DE LA ENERGIAEN LA INDUSTRIA DIRIGIDO A LAS

"MIPYMES"- EN EL TEMA DE LA ENERGIATERMICA E HIDRAULICA.

"JORNADA TECNOLOGICA"

PRESENTADO POR:

ING. JESUS IGNACIO TORRES PEÑA.

BOGOTA, D.C.- COLOMBIA.AGOSTO DE 2003.

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INDICE DE DESARROLLO TEMATICO.

1.0 COMBUSTION

1.1 INTRODUCCION.

1.2 TIPOS DE COMBUSTIBLES.

1.3 REACCION TIPICA DE LOS COMBUSTIBLES.

1.4 EFICIENCIA DE LA COMBUSTION.

1.5 PARAMETROS GENERALES PARA EL USO RACIONAL DE LAENERGIA DE COMBUSTION.

2. ENERGIA TERMICA DEL VAPOR Y CALDERAS.

2.1 INGENIERIA DEL VAPOR.

2.1.1 DEFINICION DEL VAPOR.

2.1.2 PRODUCCION DEL VAPOR.

2.1.3 PRESION VOLUMEN Y CALIDAD DEL VAPOR.

2.1.4 GENERACION DEL VAPOR .

2.1.5 CONDENSACION DEL VAPOR.

2.2 CLASIFICACION DE LAS CALDERAS.

2.2.1 EFICIENCIA TERMICA DE LA COMBUSTION EN LAS CALDERAS.

2.2.2 FOCOS DE PERDIDA DE CALOR EN LAS CALDERAS.

2.2.3 ANALISIS DE LAS PERDIDAS Y AHORRO DE ENERGIA.

2.2.4 SOLUCIONES PARA LA REDUCCION DE LAS PERDIDAS DEENERGIA EN LAS CALDERAS.

3. REDES PARA LA DISTRIBUCION DEL VAPOR.

3.1 INTRODUCCION, DEFINICION Y COMPONETES DE LAS REDES.

3.2 TRAMPAS DE VAPOR .

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3.3 TIPOS DE TRAMPAS DE VAPOR.

3.4 FOCOS DE PERDIDAS DE ENERGIA EN LAS REDES DEDISTRIBUCION DE VAPOR.

3.5 SOLUCIONES PARA LA REDUCCION DE LAS PERDIDAS DEENERGIA EN LAS REDES DE VAPOR Y SUS COMPONENTES.

4. SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO.

4.1 INTRODUCCION Y DEFINICION DEL AIRE COMPRIMIDO.

4.2 TIPOS DE COMPRESORES.

4.3 DEFINICIONES TECNICAS DE PRESION, VOLUMEN Y POTENCIAEN AIRE COMPRIMIDO.

4.4 SELECCIÓN DEL COMPRESOR.

4.5 COSTO REAL DEL AIRE COMPRIMIDO.

4.6 EL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO Y SUSCOMPONETES.

4.7 RENDIMIENTO DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO.

4.8 FOCOS DE PERDIDAS POR FUGAS Y EVALUACION DE ESTAS.

4.9 RECUPERACION DE ENERGIA TERMICA EN UN SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO.

5. ESTACIONES DE BOMBEO Y REDES HIDRAULICAS.

5.1 INTRODUCCION.

5.2 DEFINICION Y FUNCION DE LA BOMBA HIDRAULICA.

5.3 TERMINOLOGIA DE LAS REDES HIDRAULICAS.

5.4 CLASIFICACION DE LAS BOMBAS.

5.5 CURVAS DE RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS.

5.6 PERDIDAS HIDRAULICAS EN LAS TUBERIAS.

5.7 MEDIDAS PRACTICAS A TOMAR PARA EL AHORRO DE ENERGIAEN BOMBAS Y TUBERIAS.

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6. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.

6.1 OBJETIVOS Y FUNCIONES DE LA INGENIERIA DEMANTENIMIENTO.

6.2 ACTIVIDADES Y RESPONSABILIDAD DEL MANTENIMIENTO.

6.3 TIPOS DE MANTENIMIENTO Y TERMINOLOGIA.

6.4 INDICES DE MEDIDA DEL MANTENIMIENTO.

6.5 LAS ORDENES DE TRABAJO.

6.6 LA PROGRAMACION DEL MANTENIMIENTO.

6.7 CONSECUENCIAS ECONOMICAS POR LA INEFICIENCIA DELMANTENIMIENTO.

6.8 EFECTOS PRACTICOS DE PERDIDAS DE ENERGIA POR UN MALMANTENIMIENTO.

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1.0 COMBUSTION.

1.1 INTRODUCCION.

La Combustión es uno de los procesos unitarios mas estudiados en donde se

realiza la oxidación del carbono, el hidrógeno y el azufre de una sustancia a

través de la reacción directa con el oxigeno y con un notable desprendimiento

de calor .

CxHySz + (O)2 Oxidos de carbono (CO)2 ,(CO)

Agua(H2O), Oxidos de azufre.

Sustancias intermedias.

Calor de Combustión.

1.2 TIPOS DE COMBUSTIBLES.

Los combustibles pueden clasificarse a través del estado en que estos se

encuentran, es decir:

• SOLIDOS : Madera, Turba, Lignito, Carbón.

• LIQUIDOS : ACPM. Querosene, Gasolina, Fuel oil, Crudo de Castilla,

Crudo de rubiales.

• GASEOSOS: GLP, Gas Natural, Butano, Gas de coke.

Propiedades Importantes de los Combustibles:

• SOLIDOS: Forma Física.Densidad,Contenido de humedad,Composición volátiles,Composición químicaPoder calorífico,Tiempo de combustión,Contenido de cenizas,Contenido de azufre.

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• LIQUIDOS: Densidad,Viscosidad,Punto de llama,Punto de burbuja,Poder calorífico,Contenido de agua libre,Composición química,Contenido de azufre,Velocidad de propagación de la llama.

• GASEOSOS: Composición química,Poder calorífico,Inflamabilidad,Velocidad de propagación de llama,Contenido de azufre,Humedad.

1.3 REACCION TIPICA DE LOS COMBUSTIBLE.

Cuando el carbono y el hidrógeno se queman totalmente con el oxígeno, su

reacción es: C +(O)2 (CO)2 + 14.100 Btu/lb de C..

2(H)2 +(O)2 2(H2O) + 61.100 Btu/lb, de H.

TABLA 1 COMPOSICION TIPICA DE LOS COMBUSTIBLES.

COMBUSTIBLE %C %H %S HHVBtu/lb

LHVBtu/lb

HIDROGENO - 100 - 61002 52000

GAS NAT. 75 25 --- 23850 21490

GLP 82 18 --- 21240 19620

FUEL OIL 86 11.5 1.0 18640 17981

C.CASTILLA 80 5.5 2.6 18500 17585

CARBON 60 12.0 0.4 11000 10000

AZUFRE - - 100 39.83 39.83

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1.4 EFICIENCIA DE LA COMBUSTION.

Hay que definir cuales el objetivo de la Combustión que se desea hacer mas

eficiente, para poder proponer soluciones de conservación energética.

Generalmente la combustión se usa en los procesos energéticos que se

presentan en las figuras 1 y 2.

Las dos mayores aplicaciones de la combustión son la Generación de Calor y

la Ejecución de Movimiento, En la primera se obtienen eficiencias del orden del

95 al 100% y en la segunda típicamente tienen eficiencias menores del 40%.

Fig. 1.1 Usos del proceso de Combustión.

Usuarios Finales.

SECADOEVAPORACION

COCCIONCALEFACCION

GENERACION DE VAPOR

GENERACION DE CALOR

MOVIMIENTO DEBOMBAS

COMPRESORESTRANSPORTES Y VEHICULOS

ILUMINACIONPROCESOS QUIMICOS

PROCESOS ELECTRICOS

GENERACION ELECTRICA

GENERACION DE MOVIMIENTO

ENERGIA CALORICA DE LOS COMBUSTIBLES

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Fig 1.2. Diagrama de Distribución de Energía.

1.5 PARAMETROS GENERALES PARA EL USO RACIONAL DE LAENERGIA DE COMBUSTION.

La conservación de energía en la combustión se puede abordar por dos

caminos a seguir, como son : Los parámetros de operación y las

características de diseño del equipo.

Parámetros de Operación:

Si existe un equipo con sus condiciones fijas, y si se quiere optimizar la

combustión de este, los factores operacionales a trabajar son:

PODERCALORIFICO

SUPERIOR

PODER

CAL.

INF.

ENERGIAGASTADA ENEVAPORAR ELAGUA

FLUJO DEENERGIA ENGASES 10-30%

PREDIDASAL MEDIO2-5%

PERDIDASPORPAREDES, ENCENIZAS,ETC.

CALORDISPONIBLE

CALOR NETOAPROVECHADO 60-95%

ENERGIAALMACENDA,SOLO PARAPROCESOSDISCONTINUOS

EnergíaGastada enevaporacióndel agua

Energía engases

Perdidasal medio

EnergíaAlmacenada

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Primera Línea: Exceso de aire, Tipo de Combustible ,Tipo y condiciones

de atomización y Tipo de chimenea.

Segunda Línea: Limpieza del Intercambiador (deshollinado), tratamiento

del agua, Recolección de condensados, Cambio de Quemador.

Tercera Línea: Cambio de combustible, Cambio de Refractarios,

(Aislantes).

Ultima Línea: Cambio del área de transferencia de calor. (Que es

prácticamente cambio del equipo.)

Parámetros de Diseño:

Las optimización atener en cuenta esta en las siguientes condiciones:

Condiciones del ventilador: Presión, Caudal.

Condiciones de atomización: Cambio de boquillas, Cambio de bomba,

Instalación de precalentador.

Condiciones de tiro de chimenea: Aumento del diámetro de chimenea,

Aumento de la altura de chimenea, Disminución de perdidas.

En lo descrito como parametros de operación y de diseño se encuentran

todas las opciones para mejorar la combustión, finalmente es un análisis de

costo/beneficio lo que da la decisión.

MEDIDAS PARTICULARES A TOMAR.

A continuación se describen medidas particulares de ahorro de energía en

combustión, como son:

- Disminuir las perdidas de calor en los gases de escape.

- Mantener el exceso de aire en los valores recomendados.

Excesos de aire recomendados.

GAS NATURAL 10%

GLP 15%

FUEL OIL 20-25%

CRUDO DE CASTILLA 20-50%

CARBON 25-30%

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De un análisis Orsat determinamos % de (O)2 como punto de control, de las

Figs. 1.3, 1.4, 1.5 y 1.6 determinamos el % de (CO)2 Vs exceso de aire, y

además de la Fig 1.7. Concluimos:

- Que al aumentar el exceso de aire, disminuye la eficiencia de combustión,

por tanto disminuye el ahorro de combustible.

- También al aumentar el exceso de aire, sumado con una alta temperatura se

reduce sensiblemente la eficiencia térmica.

- No se debe permitir diferencias de temperaturas entre salida de humos y T

de proceso mayores de 100 y 150 ºC.

- En los posible hacer el calentamiento en contracorriente.

- Limpiar las superficies de calor periódicamente.

- Controle los aumentos progresivos de temperatura de humos y programe

deshollinar periódicamente.

- Revise el bulbo del termómetro de humos puede estar sucio o descalibrado.

- No permita niveles de (CO) mayores de 400 PPM.

- Para quemar los sólidos, clasificarlos por tamaño homogéneo, para que el

lecho de quema tenga combustión uniforme en el tiempo.

- Para los líquidos atomizarlos a la presión recomendada (60 -100 psi.) o con

ayuda de fluidos(vapor, aire) para evitar el hollín.

- Vigilar el tamaño, forma y color de la llama.

- Regular el tiro (Con el damper en la chimenea), Excesos del aire pueden

llevar al arrastre del hollín.

EN LOS QUEMADORES

- Revisar y limpiar boquillas de quemadores y/o parrillas, periódicamente.

- Utilizar la temperatura y presión de atomización según la viscosidad del

combustible liquido. (según fabricante).

- Sobrepasar la temperatura de atomización produce mayor consumo

energético.

- Revise que la relación aire/ combustible se pueda controlar consistentemente

mediante Modultrol y válvula de compuerta.

- Utilizar el fluido de atomización adecuado en los quemadores Voriflow.

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- Tener en cuenta que vapor aumenta el punto de rocío lo que genera

corrosión.

- En los quemadores a gas mantener el rango de presión del combustible en

los valores dados por el fabricante. (Baja presión 5- 14 “c.a.).

- Precalentar el aire de combustión, con el calor residual de los humos,

generalmente con un aumento de 50ºC. del aire se logra un ahorro del 25% de

combustible.

Oxidos de sodio y otros contaminantes atacan los refractarios, lo mismo que el

NACl libre presente especialmente en los crudos puede generar corrosión en

los tanques y tuberías de combustible.

- En los quemadores de combustibles líquidos usar precalentador de

combustible, esto mejora la presión de atomización logrando ahorros en

combustible entre 2-3%.

- Drenar periódicamente el agua sedimentada en los tanques de combustible.

- Lleve registros generales de la combustión, como presión, temperatura del

aire y combustible. No solo la chimenea nos mide le eficiencia de la

combustión.

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Fig 1.3 Analisis Orsat en combustión - Crudo de castilla.

Fig 1.4 Análisis Orsat en combustión . Fuel oil.

(Ver figuras en archivo adjunto)

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Fig 1.6 Análisis Orsat en combustión . Kerosene -ACPM.

Fig. 1.7 Ahorro de combustible por disminución de exceso de aire.

(Ver figuras en archivo adjunto)

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2. ENERGIA TERMICA DEL VAPOR Y CALDERAS.

2.1 LA INGENIERIA DEL VAPOR.

La energía térmica de vapor y calderas, su principal objetivo es comentar las

características, el uso y mejor aprovechamiento del vapor para la producción

de energía térmica de calefacción industrial.

El presente informe de apoyo va dirigido a todas las personas relacionadas

con el diseño, operación, mantenimiento y principalmente brindar las

herramientas necesarias para desarrollar estrategias de ahorro en la energía

térmica del vapor en su empresa.

2.1.1 DEFINICION DEL VAPOR.

Como todo elemento, el agua puede estar en estado sólido, en estado liquido,

o en estado gaseoso o llamado vapor. Si se le suministra calor al agua, su

temperatura aumenta de tal manera que su estado no pueda permanecer

como liquido. A este valor lo llamamos " Punto de saturación". Cualquier nueva

adición de energía provoca que parte del agua hierva y se convierta en vapor.

2.1.2 PRODUCCION DEL VAPOR.

Una forma sencilla de explicar la formación del vapor es considerar el siguiente

experimento. ( Fig. 2.1). Si tomamos un cilindro con la parte inferior y superior

tapadas, y aislado en su totalidad a un 100% de eficiencia, donde no hay

perdidas de calor a través de sus paredes. Si introducimos en este cilindro 1Kg.

A una temperatura de 0 º C., podemos utilizarlo como punto de referencia y

decir que para nuestros propósitos, su contenido de calor o entalpia es de cero

(0). Cualquier adición de calor al agua hará aumentar su temperatura hasta

que se alcancen los 100º C. Como la tapa del cilindro esta libre en su parte

superior el agua esta sometida únicamente a la presión atmosférica; Cualquier

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aumento adicional de entalpia hace que el agua no pueda seguir

manteniéndose en fase liquida y una parte hierva convirtiéndose en vapor.

Fig. 2.1 Experimento de producción de vapor.

La entalpia total retenida por cada Kg. De agua liquida a la temperatura de

ebullición se llama "Entalpia especifica de liquido saturado" y se designa por el

símbolo " h f".

La entalpía adicional necesaria para convertir 1 kg. De agua en vapor se llama

" Entalpia especifica de evaporación" y se designa por el símbolo " hfg".

La entalpía total de cada Kg. De vapor es la suma de las dos anteriores.

"Entalpia especifica del vapor " y se designa con el símbolo "hg". Donde :

hf + hfg = hg

Cundo al Kg. De agua de nuestro cilindro que estaba a la temperatura de

100º C, se le ha añadido toda la Entalpia Especifica de evaporación, el agua se

habrá convertido totalmente en vapor a la presión atmosférica. Su volumen

será mucho mayor que el del agua liquida y tendrá un volumen especifico de

1,673 m³/ Kg.

1 KG: aguaPistón

Energía

Peso

Termómetro

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2.1.3 PRESION VOLUMEN Y CALIDAD DEL VAPOR.

En el ejemplo del cilindro, de la Fig 2.1 si el agua se calienta y se produce

vapor , la presión aumenta.

A presión atmosférica la temperatura del agua saturada es de 100ºC.

Si la presión sube a 10bar (148 psi) la temperatura de saturación del agua será

de 180ºC.

A la presión atmosférica, 1 Kg. de vapor ocupa 1.673 m³. A la presión de 10

bar abs, el mismo Kg. de vapor solo ocupa 0.194 m³.

La calidad del vapor se describe mediante su "fracción seca", que es la

proporción de vapor completamente seco presente en el vapor considerado.

2.1.4 GENERADORES DE VAPOR.

Los generadores de vapor, calderas, son recipientes que trabajan a presión ,

para transferir calor de la combustión, a un fluido, siendo la mas común la

conversión del agua en vapor.

La fuente de calor mas usada es la combustión de: Carbón, Combustibles

líquidos o Gases. También se usan otros como: la cascarilla de arroz, papel,

madera, etc.

También se usa como fuente de calor, las resistencias eléctricas y gases

calientes de procesos industriales.

2.1.5 CONDENSACION DEL VAPOR.

Tan pronto como el vapor deja la caldera, empieza a ceder parte de su entalpía

a cualquier superficie con menor temperatura. Al hacer esto, una parte del

vapor condensa, convirtiéndose en agua a la misma temperatura. El proceso es

exactamente el inverso del que tiene lugar en la caldera cuando el agua se

convierte en vapor al añadirle calor. Cuando el vapor condensa, cede la

entalpía de evaporación.

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2.2 CLASIFICACION DE LAS CALDERAS.

Las calderas se clasifican según:

Presión y temperatura de trabajo.

Tipo y forma de quemar el combustible.

Por el tipo de paso de humos.

De Baja Presión15 - 60 psi

De media Presión60- 150 psi.

De Alta Presion150-250 psi.

CLASIFICACION DE LAS CALDERASPOR PRESION

Cárbon, Bagazo,Cascarilla de ArrozAserrin, Basuras,

otros.

SOLIDOS

Crudo de castillaFuel oilACPM

Kerosene.

LIQUIDOS

Gas naturalGas propano GLP.

GasButano.

GASEOSOS

CLASIFICACION POR EL TIPO DE COMBUSTIBLE

Carbon pulverizadoParrillas estáticas

Calderas de Carbón.Tipo de Quemador.

Con presion mecánicaDe baja presión de atomización.

De Combustible Líquido.Tipo de Quemador.

De gas premezcladoCon mezcla en boquilla

De Combustible GaseosoTipo de quemador.

POR LA FORMA DE QUEMAR EL COMBUSTIBLE.

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2.2.1 EFICIENCIA TERMICA DE LA COMBUSTION EN LAS CALDERAS.

La eficiencia de Combustión en las calderas esta dada por lo completa y

eficiente que sea la reacción Oxigeno - Carbono.

Disminuye con el aumento de oxigeno necesario para la combustión completa.

Combustibles inquemados representa rebaja en la eficiencia de combustión.

Contenidos de (CO) en los gases, significa una combustión ineficiente.

La eficiencia Total de las Calderas esta dada por la energía bruta que sale

sobre la que entra.

2.2.2 FOCOS DE PERDIDA DE CALOR EN LAS CALDERAS.

Los principales focos de perdidas son:

Alta temperatura de los gases de escape.

Inquemados del combustible.

Elevado porcentaje de oxigeno en los gases, producto de un alto exceso

de aire.

Elevada temperatura de las paredes.

Baja calidad del vapor por arrastre de agua.

Excesivo caudal de purgas o purgas muy continuas.

Paradas muy frecuentes por averías.

Cenizas muy calientes.

Calderas Acuotubulares. Calderas Pirotubulares

POR EL PASO DE LOS HUMOS

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Entrada de agua de alimentación fría a la caldera.

Agua en el aire de combustión y combustible.

Fugas de vapor.

Falta de controles.

Operaciones fluctuantes con demandas muy variables de vapor.

Fig. 2.2 Balance de Energía típico de una caldera.

2.2.3 ANALISIS DE LAS PERDIDAS Y AHORRO DE ENERGIA.

Cada 20-22 ºC. Sobre la temperatura optima del flujo de gases, significa una

perdida de energía de 1%.

Cada 1% de Oxigeno, (equivalente a 5% de exceso de aire) en los humos es

indicativo de una perdida de energía de 0.5%.

En las Fig.2.3 se observa la variación del rendimiento en función de la

temperatura de humos, operando la caldera con diferentes excesos de aire

para fuel oil.

También cada 10 ºC. De incremento de la temperatura del aire dará como

resultado un 0.5% de mayor eficiencia.

Energía entregadapor

el combustible(96.6%

CALDERA

Energía engases 12%

Energía en el

Vapor 74.5%

Energíaen gases12%

Perdidas13.5%

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Fig 2.3 Variación de rendimiento en función de la temperatura de humos

a diferentes excesos de aire. Combustible Fuel oil.

(Ver figura en archivo adjunto)

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2.2.4 SOLUCIONES PARA LA REDUCCION DE LAS PERDIDAS DE

ENERGIA EN LAS CALDERAS.

Mantener buena limpieza en las superficies de los tubos, interna y

externamente; Realizar una observación periódica a estos.

Procurar la mejor combustión, manteniendo los quemadores bien ajustados

para una relación perfecta del aire/combustible, con el exceso de aire apenas

necesario, y una medición frecuente de gases de la combustión, especialmente

el % de (O)2.

Regular el tiro del hogar a un nivel bajo que garantice la evacuación de los

gases, que apenas contrarreste las caídas de presión a través de la caldera y

que de la mejor residencia del calor en la superficie de intercambio.

Disponer siempre de combustible limpio y uniforme, ejemplo carbón lavado,

aceites y gas filtrados, etc.

Mantener siempre el buen estado de boquillas pulverizadoras, parrillas, etc, así

como su calibración.

Mantener buen sello en toda la caldera para evitar infiltraciones de aire, que

aumenten el exceso de éste.

Mantener buen sello interno entre pases de la caldera (Refractario interno),

para evitar “corto circuito” en la corriente de gases.

Hacer un buen tratamiento del agua de alimentación, un control frecuente del

agua y purgas regulares ya que con los arrastres e incrustaciones se presentan

perdidas de calor.

Recuperar condensados para retornarlos a la caldera; de esta manera se

ahorra calor y químicos de tratamiento de agua.

Evitar sobredimensionamiento de la caldera para prevenir demasiados

arranques y paradas.

Remplazar los controles on/off del quemador de la caldera por controles

modulados.

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3. REDES PARA LA DISTRIBUCION DEL VAPOR.

3.1 INTRODUCCION, DEFINICION Y COMPONENTES DE LAS REDES.

La red de distribución de vapor es el conjunto de elementos que unen el

generador de vapor y los equipos de calefacción y consta de los siguientes

elementos.

Red de tuberías principales y secundarias.

Distribución general, soportes, anclajes, abrazaderas, juntas.

Aislamientos térmicos.

Válvulas reductoras de presión,

Válvulas de Seguridad.

Sistema de trampas para evacuación de condensados.

Red de retorno de condensados.

Purgadores de aire de las redes.

3.2 TRAMPAS DE VAPOR.

La función de las trampas de vapor es eliminar el condensado, aire, y otros

gases no condensados de las redes principales y de los equipos que trabajan

con vapor, tan rápido como sea posible.

Las trampas deben proporcionar:

Pérdidas de vapor mínimas.

Vida larga y confiable.

Resistencia a la corrosión.

Venteo del aire y otros gases.

Funcionamiento en contrapresión.

3.3 TIPOS DE TRAMPAS DE VAPOR.

TRAMPAS DE VAPOR TERMOSTATICAS.

De presión equilibrada.

De expansión liquida.

Bi- metálicas.

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TRAMPAS DE VAPOR TIPO MECÁNICO.

De Flotador Libre.

De Balde Invertido.

TRAMPAS DE VAPOR TIPO TERMODINÁMICO.

3.4 FOCOS DE PERDIDAS DE ENERGIA EN LAS REDES DEDISTRIBUCION DE VAPOR.

Los factores que mas afectan las perdidas de energía en las redes de vapor

son:

DIMENSIONAMIENTO DE LAS REDES.

- A mayor velocidad del vapor aumenta la erosión y el ruido.

- Se debe localizar puntos de drenaje en la red y evacuarlos mediante una

trampa con el fin de entregar un vapor seco y saturado al equipo.

- Un punto de perdidas de energía importante es el aislamiento de las redes,

debe ser dimensionado, instalado y protegido correctamente.

FOCOS DE PERDIDA EN LAS TRAMPAS DE VAPOR.

- Trampas con fugas de vapor y condensado.

- Bypasses abiertos. No se recomienda instalarlos.

- Mala selección y localización de la trampa.

- Instalación inadecuada de la trampa.

- La trampa esta mal ajustada.

- Las trampas tienen una vida útil, deben ser remplazadas.

- Mala operación de la trampa debido a mal aislamiento de la línea.

3.5 SOLUCIONES PARA LA REDUCCION DE LAS PERDIDAS DEENERGIA EN LAS REDES DE VAPOR.

En el sistema de distribución de vapor.

- Las redes de distribución deben estar correctamente dimensionadas,

instaladas, purgadas, aisladas y mantenidas.

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- Reparar las fugas en bridas uniones y válvulas.

- Verificar el funcionamiento de los reguladores de presión.

- Se debe eliminar oportunamente el aire y los condensados.

- Líneas con mal aislamiento , este se debe mejorar.

Garantizar un diseño adecuado de las redes respecto a :

- Tipos de trampas.

- Dimensionamiento de la red colectora de condensados.

- Aislamientos.

- Tener en cuenta la utilización de tanques presurizados para recuperar el

vapor flash.

- Diseño adecuado del tanque de retorno de condensados.

- Prevenir problemas de vacío cuando se suspende el suministro de vapor.

- Instalar juntas de dilatación.

En Trampas de Vapor:

- Se debe diferenciar entre el vapor vivo y el revaporizado.

- Existen detectores de fugas en trampas y redes de vapor, su operación en

general se efectúa por el sonido y un equipo indicador electrónico.

En el Sistema de Condensado:

- Es muy importante recuperar la energía del vapor flash (Secundario) o

revaporizado.

- Utilización de la energía en el condensado, como fuente de calor para

calentamiento de agua o como retorno a la caldera.

- Aislamiento de las tuberías de condensado.

- Prevención de corrosión y golpes de ariete en la red de condensado.

La incidencia del golpe de ariete será mayor si se forman bolsas de

condensado en los puntos bajos del sistema , y se evita esté:

- Instalando reductoras excéntricas para evitar el anegado.

- Instalar los filtros de vapor en un plano horizontal.

- Las redes deben tener una pendiente decreciente en la dirección del flujo.

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- Instalar trampas como la termodinámica o de balde invertido si hay riesgo de

golpe de ariete.

- La oportunidad de recuperar la energía en el denominado vapor flash o

revaporizado, es mediante la compresión del vapor por compresores tipo Root

o por eyectores.

Adicionalmente, se puede recuperar el revaporizado utilizando un condensador

de contacto directo entre el revaporizado y el agua de alimentación a la

caldera.

4 SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO.

4.1 INTRODUCCION Y DEFINICION DEL AIRE COMPRIMIDO.

El aire comprimido es un gas incoloro, insípido e inodoro. Es una mezcla de

gases.

Los principales usos del aire comprimido son:

- Para transmitir potencia, es de vital importancia para el

funcionamiento de herramientas neumáticas.

- Para proveer aire de combustión.

- Como medio de transporte de elementos y partículas.

- Para facilitar una reacción química como el vulcanizado.

4.2 TIPOS DE COMPRESORES.

Los compresores de aire los clasificamos de la siguiente manera:

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4.3 DEFINICION DE PRESION, VOLUMEN Y POTENCIA

La presión esta definida como la fuerza por unidad de área.

Si: Pa = Presión absoluta.

Pm= Presión Manometrica o relativa.

Patm. = Presión atmosférica.

Pa = Pm + Patm.

Una relación practica de Potencia en aire comprimido es :

1BHP, de Potencia produce 4.3 Acfm. a 100psi de presión.

RECIPROCANTES

De aletas Anillo líquido Lobulos rotatorios Tornillo

ROTATORIOS

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO(Flujo Intermitente)

Centrífugos Flujo axial Flujo Mixto.

DINAMICOS EYECTORES

FLUJO CONTINUO

COMPRESORES

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4.4 SELECCIÓN DEL COMPRESOR.

Para seleccionar un compresor hay que tener en cuenta los siguientes

aspectos:

Para alta presión arriba de 250 psi se utilizan solo reciprocantes.

Según el Tipo de Trabajo:

Para trabajo pesado se aplican los reciprocantes.

Para un trabajo medio los centrífugos o los de tornillo.

Según su confiabilidad.

Según el espacio y necesidades de anclaje: Los rotatorios requieren

menos espacio y anclaje.

Si se requiere aire libre de aceite.

4.5 COSTO REAL DEL AIRE COMPRIMIDO.

En el costo total del aire comprimido se incluyen varios factores totales a saber:

Tabla 1 Valores que afectan el costo de aire.

Compresor de Tornillo hasta 75 BhpCompresor reciprocante

mayor de 75 Bhp.

Costo Porcentaje Porcentaje.

Mantenimiento 20 15

Operación -- 20

Energía 80 65

Por ejemplo para un compresor de tornillo de 25 Bhp. Trabajando 8 hrs.

Diarias los costos totales son:

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Costo Energía Costo Total

Día $ 21.600 $ 27.000

Mes $648.000 $ 810.000

Año $ 7´776.000 9' 720.000

4.6 EL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO Y SUSCOMPONENTES.

Toda red de aire comprimido consta de los siguientes elementos:

La red de succión (para los compresores reciprocantes de gran potencia).

El compresor.

El Postenfriador.

El tanque de almacenamiento principal.

El secador.

La red principal y secundaria.

Trampas de drenaje.

Unidades FRL.

4.7 RENDIMIENTO DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO.

La disminución del rendimiento un sistema de aire esta afectada por:

El Compresor.

La red de distribución

El aire mismo.

El Compresor.

- Un compresor de dos etapas de compresión supone un ahorro de 10 a 15%

de energía respecto a uno de una sola etapa.

- El factor de carga es la relación entre el suministro de aire comprimido real y

el suministro teórico de diseño.

- El F.C. Nunca debe ser 100%

- El F.C. Debe estar 50-80%.

29

- Para un mejor rendimiento del compresor el aire aspirado debe estar limpio y

frío. Cada 4ºC. de aumento de temperatura en el aire aspirado, aumenta el

consumo de energía en 1% para el mismo caudal.

- El aire debe aspirarse preferiblemente del exterior, la tubería debe ser recta y

corta con filtro de aire.

- Cada 25 mbar de perdida de carga en la succión provoca una reducción de un

2% en el rendimiento.

En la Red.

- La red se debe diseñar de acuerdo a la capacidad del compresor y a los

consumos, un tamaño deficiente causa un aumento en las perdidas y una

caída del rendimiento.

- Con el fin de mantener la presión en todo el sistema, la red se debe construir

en forma de “Loop”, cerrado.

4.8 FOCOS DE PERDIDA POR FUGAS Y EVALUACION DE ESTAS.

Por Fugas:

- Para comprimir aire se requiere energía, las fugas son perdidas de energía.

- Las perdidas por fugas varían desde un 5% a 10% en instalaciones bien

mantenidas, y hasta un 30% e incluso hasta un 50% en instalaciones

descuidadas.

- El costo de reacondicionamiento de la red es muy pequeño en comparación

con los costos de perdidas de energía.

- El costo de reacondicionamiento de la red es muy pequeño en comparación

con los costos de perdidas de energía.

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Tabla 3 Descarga de aire a través de un orificio.

$ = kwh * 195$ /kwh* 8000h/año.Tabla 4 Perdidas anuales de energía por fugas.

Los puntos de fuga mas frecuentes son:

Válvulas de seguridad de los depósitos acumuladores.

Juntas de tuberías y mangueras.

Válvulas de corte que hacen mal cierre.

Enchufes rápidos.

Herramientas neumáticas.

Fugas en los equipos.

DESCARGA DE AIRE EN CFMPresión(Man)

psi 7 15 30 45 80 100 125

1/64" 0.073 0.105 0.158 0.211 0.335 0.406 0.494

1/32" 0.293 0.402 0.633 0.845 1.34 1.62 1.98

1/8" 4.68 6.72 10.1 13.5 21.4 26.0 31.6

1/4" 18.7 26.9 40.5 54.1 85.7 104.0 126

3/8" 42.2 60.5 91.1 122.0 193.0 234.0 284

1/2" 75.0 108.0 162.0 216.0 343.0 415.0 506

Perdida de EnergiaORIFICIO

(mm)

Perdidas de aire a6bar(88psi) en

L/S Kw/h $/año

1 1.24 0.3 468.000

3 11.14 3.1 4´836.000

5 30.95 8.3 12´948.000

10 123.8 33 51´480.000

31

Por Redes de Distribución.

Estas pueden afectar el rendimiento del sistema por:

Mal diseño.

Defectos en sus elementos.

- En una red de distribución a 7 bar (103 psi), dispuesta de manera optima no

deberá tener una caída de presión de 0.3 bar (5psi)(5%) entre el compresor y

el punto mas lejano.

- Algunas medidas practicas a tomar:

- Dimensionar la red de acuerdo al volumen de aire a transportar.

- Las tomas de aire deben realizarse siempre desde la parte superior del

colector.

Por Redes de Distribución.

- Estas pueden afectar el rendimiento del sistema por:

Mal diseño.

Defectos en sus elementos.

- En una red de distribución a 7 bar (103 psi), dispuesta de manera optima no

deberá tener una caída de presión de 0.3 bar (5psi)(5%) entre el compresor y

el punto mas lejano.

- Algunas medidas practicas a tomar:

- Dimensionar la red de acuerdo al volumen de aire a transportar.

- Las tomas de aire deben realizarse siempre desde la parte superior del

colector.

- Dimensionar los acoples y mangueras de conexión generosamente ya que en

estos se producen las mayores caídas de presión.

- Mantener el siguiente rango de velocidades del aire:

Para líneas de distribución : 6 a 10 m/s.

Para líneas secundarias: hasta 15 m/s.

En las mangueras hasta 30 m/s.

- Instalar secadores en la red con el fin de retirar la humedad presente en el

aire.

- En los puntos mas alejados si se presenta una alta caída de presión instalar

tanques pulmones en estos sitios.

32

4.9 RECUPERACION DE ENERGIA TERMICA EN UN SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO.

En conjunto un 94% de la energía consumida se transforma en calor perdido.

Unicamente un 6% permanece como energía neumática.

- No todo el calor puede recuperarse, una fracción puede aprovecharse.

- En compresores enfriados por agua.

- Puede recuperarse hasta el 90 % de la energía de entrada en forma de

agua caliente a temperatura de 70 y 80 ºC. Utilizándose como alimentación

a calderas o calefacción.

Fig. 1.4 Recuperación de calor en compresor reciprocante enfriado poragua.

5 ESTACIONES DE BOMBEO Y REDES HIDRAULICAS.

5.1 INTRODUCCION.

La energía que se suministra a las estaciones de bombeo muchas veces no es

racionalizada y se desperdicia en múltiples formas.

La bomba es el corazón del sistema de bombeo, además de la tubería de

succión, y descarga y los elementos de control como válvulas manómetros, etc.

Lo primordial para un ahorro en el sistema hidráulico, es reducir al mínimo los

requisitos y condiciones de operación, con el fin de seleccionar la bomba más

eficiente para el sistema.

5.2 DEFINICION Y FUNCION DE LA BOMBA HIDRAULICA.

Una Bomba es un dispositivo capaz de adicionarle energía a una sustancia

fluida para producir su desplazamiento de una posición a otra, incluyendo

cambios de elevación.

Las bombas son empleadas para aumentar el nivel energético de los fluidos,

convirtiendo la energía mecánica en energía hidráulica.

Su función no es sólo cambiar un líquido de altura, sino de transportar fluidos a

través de largas distancias o modificar las condiciones de alta o baja presión.

33

5.3 TERMINOLOGIA DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS.

Cabeza Total de Descarga de una Bomba: Consiste en una cabeza estática o

elevación estática y una cabeza de fricción o cabeza dinámica.

Cabeza Estática: Es la medida desde la superficie del líquido en la succión

hasta la medida del líquido en el recipiente de descarga.

Cabeza de fricción: Es la perdida de cabeza producida al vencer la fricción en

la tubería.

5.4 CLASIFICACION DE LAS BOMBAS.

Las Bombas las podemos clasificar:

Imp SemiabiertoImp Abierto

Imp. Cerrado

Simple succiónDoble succión

Flujoradial

Imp SemiabiertoImp Abierto

Imp. Cerrado

Simple succiónDoble succión

FlujoMixto

Imp. AbiertoImp. Cerrado

Simple Succión

FlujoAxial

Centrifugas

DINAMICAS

DobleSucción

Pistón

SimpleDoble

Succión

Embolo

Reciprocantes

AspasPistón

Medio Flex.Tornillo

RotorMultiple

EngranagesLobulos

BalancinesTornillos

RotorSimple

Reciprocantes

DESPLAZAMIENTOPOSITIVO

BOMBAS

34

5.5 CURVAS DE RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS

La fig. 1.5 Representa la curva de rendimiento de una bomba centrifuga.

35

5.6 PERDIDAS HIDRAULICAS EN LAS TUBERIAS.

Perdidas en la Entrada y en la Salida.

Si la toma de la bomba está en un deposito o tanque, las perdidas ocurren en

el punto de conexión de la tubería de succión con el suministro, la magnitud de

estas perdidas depende del diseño de la entrada del tubo. Una boca

acampanada produce las mínimas perdidas.

Al lado de la descarga, cuando el tubo termina en un cuerpo de liquido, se

pierde por completo la carga de velocidad del liquido, aumentando las perdidas

totales.

Las perdidas por fricción en la entrada y la salida, varían proporcionalmente al

cuadrado del flujo. en un sistema.

5.7 MEDIDAS PRACTICAS A TOMAR PARA EL AHORRO DE ENERGIA

EN BOMBAS Y TUBERIAS.

- Seleccionar las bombas para que funcionen en el punto de máxima eficiencia.

- Tratar de estimar lo mas cercano a los consumos reales para no tener que

sobredimensionar la bomba, ocacionándose un desperdicio en dinero y

potencia.

- Donde se requiera, instalar un motor de velocidad variable, lo cual origina una

alta economía, al no existir la necesidad de estrangulamientos o derivaciones

que producen perdidas.

- Instalar controles automáticos de temperatura(Acuastatos) que manejen

sistemas de agua de refrigeración hacia o desde las torres de enfriamiento o

tanques de agua caliente, para que estas operen solo el tiempo necesario, sin

que se presente el desperdicio de energía.

- En cuanto a la selección de tuberías, tratar de utilizar tubos de baja rugosidad

con una velocidad recomendada (para la succión y descarga) de 1.2 m/s. A 2.1

m/s. Para lograr que las perdidas por fricción no supere el 5%.

- Instalación de controles que no permitan el trabajo de la bomba en seco.

36

Cuidar en mantenimiento lo relacionado con (succión de aire) de las bombas,

como son los sellos, empaques, tolerancias, anillos entre etapas, alineación,

etc.

- En los sistemas de recirculación de agua, hasta donde sea posible utilizar

los retornos por gravedad.

37

7. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.

7.1 OBJETIVOS Y FUNCIONES DEL MANTENIMIENTO.

Los principales objetivos del mantenimiento, manejados con criterio económico

y encausados a un ahorro en los costos generales de producción son:

- Llevar a cabo una inspección sistemática de todas las instalaciones, con

intervalos de control para detectar oportunamente cualquier desgaste o rotura,

manteniendo los registros adecuados.

- Mantener permanentemente los equipos e instalaciones, en su mejor estado

para evitar los tiempos de parada que aumentan los costos.

- Efectuar las reparaciones de emergencia lo mas pronto, empleando métodos

más fáciles de repación.

- Prolongar la vida útil de los equipos e instalaciones al máximo.

- Sugerir y proyectar mejoras en la maquinaria y equipos para disminuir las

posibilidades de daño y rotura.

- Controlar el costo directo del mantenimiento mediante el uso correcto y

eficiencia del tiempo, materiales, hombres y servicio.

Funciones del Mantenimiento.

Funciones Primarias:

Mantener reparar y revisar los equipos e instalaciones.

Generación y distribución de los servicios eléctricos, vapor, aire, agua,

gas, etc.

Modificar, instalar, remover equipos e instalaciones.

Nuevas instalaciones de equipos y edificios.

Desarrollo de programas de Mantenimiento preventivo y programado.

Selección y entrenamiento de personal.

Funciones Secundarias:

Asesorar la compra de nuevos equipos.

Hacer pedidos de repuestos, herramientas y suministros.

Controlar y asegurar un inventario de repuestos y suministros.

Mantener los equipos de seguridad y demás sistemas de protección.

38

Llevar la contabilidad e inventario de los equipos.

Cualquier otro servicio delegado por la administración

7.2 ACTIVIDADES Y RESPONSABILIDADES DEL MANTENIMIENTO.

A continuación se relacionan las principales Actividades y responsabilidades

del mantenimiento:

- Dar la máxima seguridad para que no se vayan a presentar paros en la

producción.

- Mantener el equipo en su máxima eficiencia de operación.

- Reducir al mínimo el tiempo de paro.

- Reducir al mínimo los costos de mantenimiento.

- Mantener un alto nivel de Ingeniería practica en el trabajo realizado.

- Investigar las causas y remedios de los paros de emergencia.

- Planear y coordinar la distribución del trabajo acorde con la fuerza laboral

disponible.

- Proporcionar y mantener el equipo de taller requerido.

- Preparar anualmente un presupuesto, con justificación adecuada que cubra el

costo de mantenimiento.

- Establecer una rutina adecuada de inspección de los equipos contra

incendios, organizando y adiestrando al personal.

7.3 TIPOS DE MANTENIMIENTO Y TERMINOLOGIA.

Mantenimiento SistemáticoEs el efectuado según un

programa establecido de acuerdocon el tiempo de trabajo u otro factor

Mantenimiento PreventivoEs el efectuado a un bien siguiendoun criterio, con el fin de reducir las

posibilidades de falla.

Mantenimiento CorrectivoEs el mantenimiento efectuado

despues de una falla.

Mantenimiento PredictivoMantenimiento efectuado

de acuerdo a información dada porun aparato de control permanente.

Mantenimiento.Conjunto de acciones para mentener

o restablecer un bien.

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7.4 INDICES DE MEDIDA DEL MANTENIMIENTO.

Indice de Disponibilidad (D):

T.P.E.F. = Tiempo Promedio Entre Fallas.

T.P.P.R.= Tiempo Promedio Para Reparar.

Indice de Confiabilidad = T.P.E.F.

D. = T.P.E.F. / (T.P.E.F. + T.P.P.R.)

7.5 LAS ORDENES DE TRABAJO.

Las “solicitudes de trabajo” son generadas cada vez que se advierte que un

trabajo de mantenimiento es necesario.

Las ordenes de trabajo de mantenimiento son provocadas por “Solicitudes de

Trabajo” que luego de ser firmadas por el Jefe de Mantenimiento se convierten

en “Ordenes de Trabajo”.

Tipos de Ordenes de Trabajo:

Orden Normal.

Orden compuesta o Cruzada.

Orden de Pequeños Trabajos.

Orden Permanente.

7.6 LA PROGRAMACION DEL MANTENIMIENTO.

El objetivo de la programación consiste en determinar el orden en el cual se

deben efectuar los trabajos planificados teniendo en cuenta:

Los grados de urgencia.

Los materiales necesarios

La disponibilidad del personal.

Métodos de Programación:

Programa Diario.

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Programa Semanal.

Métodos gráficos de programación.

7.7 CONSECUENCIAS ECONOMICAS POR LA INEFICIENCIA DELMANTENIMIENTO.

Destrucción de Instalaciones y Equipos:

Perdidas de Producción.

Disminución de calidad del producto

Interrupciones en el proceso de producción con su costo económico.

Desgastes de los equipos.

Pagos de Salarios por mano de obra inactiva.

Costos de capital por equipos improductivos.

Perdidas Inducidas (secundarias)

Perdidas de divisas y desprestigio

7.8 EFECTOS PRECTICOS DE PERDIDAS DE ENERGIA POR UN MALMANTENIMIENTO.

Por un mal mantenimiento en los sistemas de combustible, aire, y vapor se

presenta en general :

Escapes continuos de combustibles, vapor, condensados, aire comprimido,

combustible con su respectivas perdidas de energía.

Al no existir un mantenimiento programado de accesorios válvulas, y trampas

de vapor y de aire, filtros, etc. su operatividad se reduce, induciendo perdidas.

El no mantenimiento a quemadores y elementos de combustión hace variar los

condiciones optimas de la relación (aire/combustible) causando aumentos de

consumo de combustible.

El no tratamiento del agua de alimentación a la caldera causa, arrastres de

humedad en le vapor lo cual hace disminuir la eficiencia de la caldera.