Steam Distribution

1

Seccin 7

Optimizacin de sistemas de vapor - Distribucin

Fugas de vapor Prdidas de la transferencia de calor por el aislamiento

2

Sistema de vapor genrico Distribucin

Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

3

Fugas de vapor "Las fugas de vapor son un un componente esencial del sistema, si no

las oigo o no la escucho, cmo s que el sistema est funcionando?"

~ Frase de un usuario final

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Fugas de vapor Se pueden encontrar fugas de vapor en cualquier parte, pero los

lugares ms comunes son: bridas y uniones de juntas Empalmes de tuberas Vlvulas, vstagos y empaquetaduras trampas de vapor Vlvulas de seguridad Fallas en tuberas, etctera

Estimando un "orden de magnitud" de las prdidas de vapor se puede determinar si la reparacin tiene que hacerse inmediatamente, durante la siguiente parada, o si puede hacerse sin desconectar la parte afectada

Las fallas en las tuberas (prdidas de vapor) son muchas veces una "cuestin de seguridad" que hay que resolver inmediatamente

5

Fugas de vapor Mtodos para determinar el impacto econmico de las fugas de

vapor

a partir del modelo del SSAT

a partir de la experiencia y de la observacin - altura del penacho

a partir de mediciones y clculos usando la ecuacin de flujo obstruido - ecuacin de Napier

Mediciones de campo con un tubo de pitot

Tcnica ultrasnica, a partir de los instrumentos y del protocolo (estndar) especificados por el fabricante

Otros sistemas o metodologas de balanceo del equipo

Se puede medir la fuga de condensado con un cronmetro y metodologa de la cubeta

6

Fugas de vapor

7

Fugas de vapor Ecuacin del flujo obstruido de Napier

Esta ecuacin es vlida para: Condiciones de flujo obstruido: Presin de escape <

0,51*Psteam Coeficiente de descarga = 0,6

Aorifice es la superficie del orificio (o de la fuga) en mm2

Psteam es la presin del vapor en bares (absoluta)

Se puede determinar el costo de una fuga de vapor multiplicando la tasa de fuga por el costo unitario del vapor

steamorificesteam PAm = 695,0

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Ejemplo de sistema de vapor En un cabezal de 2 barg se encontr una fuga de vapor con un orificio de

~4 mm de dimetro. Estime el costo de la fuga de vapor

Ecuacin del flujo obstruido de Napier

Costo unitario del vapor $ 91,67 por cada 1.000 kg

hrkgmPAm

steam

steamorificesteam

/ 32,26356,12695,0

695,0

==

=

yrfugaladeCosto

mfugaladeCosto steamsteam

/000.21$000.1

760.867,912,26

=

=

9

Proyecto 17 del SSAT: Fugas de vapor Cantidad de fugas de vapor estimadas a partir del modelo del SSAT

Suponga que la ltima vez que hizo el mantenimiento de las fugas de vapor fue hace seis meses

La cantidad de fugas de vapor es igual al 1 % de la cantidad de trampas que especific en la seccin "Quick Start"

La estimacin de los ahorros es muy aproximada

El usuario ingresa la cantidad de fugas de vapor Estimacin aproximada de ahorros

Se recomienda usar este mtodo para hacer estimaciones aproximadas UNICAMENTE

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Proyecto 1 del SSAT: Fugas de vapor En un cabezal de 2 barg se encontr una fuga de vapor con un orificio de

~4 mm de dimetro. Estime el costo de la fuga de vapor

Ecuacin del flujo obstruido de Napier

Haga el proyecto 1 - Ahorros de la demanda de vapor en el cabezal en el que se eliminaron las fugas

hrkgmPAm

steam

steamorificesteam

/ 2,26356,12695,0

695,0

==

=

11

Proyecto 1 del SSAT: Fugas de vapor

Do you wish to specify steam demand savings?

If yes, enter HP steam saving 0 t/h If yes, enter MP steam saving 0 t/h If yes, enter LP steam saving 0.0262 t/h

Note: A negative saving can be entered to model an increase in steam demandNote: The savings have been converted to heat duties of 0 kW (HP), 0 kW (MP) and 19 kW (LP) based on current header enthalpiesNote: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies

Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process steam requirements)Current use - HP: 20 t/h (12273 kW) MP: 40 t/h (26660 kW) LP: 70 t/h (50091 kW)

Yes

Cost Summary ($ '000s/yr)Power Cost 0.0%Fuel Cost 0.0%Make-Up Water Cost 0.0%Total Cost (in $ '000s/yr) 0.0%

421 0115,373 115,352 21

Results Summary

Current Operation After Projects

SSAT 3 Header Experts Training Example

4,380 4,380 0

Model Status : OKReduction

110,572 110,551 21421

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Puntos ms importantes / Acciones recomendadas

1. Todas las plantas tienen fugas de vapor y todas las plantas industriales tendran que tener un programa de gestin de fugas de vapor basado en la mejora continua

2. Estimando un "orden de magnitud" de las prdidas de vapor se puede determinar si la reparacin tiene que hacerse inmediatamente, durante la siguiente parada, o si puede hacerse sin desconectar la parte afectada

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Aislamiento del sistema de vapor Por qu los sistemas de vapor necesitan aislamiento?

Seguridad de las personas - altas temperaturas Minimizar las prdidas de energa Proteger el sistema de las condiciones ambientales Preservar la integridad del sistema

reas ms habituales con oportunidades de mejora del aislamiento

Cabezales de distribucin Visores de inspeccin Vlvulas Lneas de retorno de condensado Equipo de los usos finales Tanques de almacenamiento, vasijas, etctera

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Aislamiento del sistema de vapor Hay varias razones por las que el aislamiento

se rompe o falta dando oportunidades de ahorros energticos en el rea del aislamiento

aislamiento faltante debido a actividades de mantenimiento

aislamiento faltante o daado debido a mal uso

aislamiento daado debido a accidentes

desgaste normal y ruptura de la aislamiento debido a condiciones ambientes

vlvulas y otros componentes no aislados

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Aislamiento del sistema de vapor Para cuantificar el impacto econmico del aislamiento se necesitan

algunos instrumentos bsicos, software y datos bsicos

Cmara de termografa infrarroja

Pistola de temperatura infrarroja

Cinta mtrica

Software de evaluacin del aislamiento 3E Plus

Informacin del funcionamiento

horas por ao

Condiciones ambientales

temperatura

viento

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Herramienta de aislamiento - 3EPlus La North American Insulation Manufacturers Association (NAIMA)

desarroll el 3EPlus, que determina el espesor ptimo del aislamiento para una amplia variedad de materiales de aislamiento

Los resultados del software son: Prdidas de la transferencia de calor de la superficie

Temperatura de la superficie de aislamiento

Amortizacin simple del proyecto de aislamiento

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Software de evaluacin del aislamiento Programa gratuito del

NAIMA

Energa Prdida de Calor Impacto del costo

Evaluacin del impacto

ambiental

Espesor del aislamiento: consideraciones econmicas

Anlisis del costo de la vida til

http://www.pipeinsulation.org/

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Ejemplo de sistema de vapor - Aislamiento faltante Se ha observado que

hay un cabezal de 10 bares con una seccin de 10 metros sin aislamiento.

dimetro nominal = 25,4 cm

temperatura del vapor = ~ 362 C

Estime el impacto econmico del aislamiento.

Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

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Evaluacin del aislamiento

20


21

Evaluacin del aislamiento ( )

yrNmyrNmAhorros

yrNm

kJNm

yrGJeAhorradoCombustibl

yrGJ

yrhr

hrs

skJeAhorradoCombustibl

kWQsaved

$895.77$0,1895.77

895.77000.1000.1144.401127,3

127.3817,01760.8600.3 0,81

0,81107,347449.8

3

3

33

==

==

==

==

22

Demanda equivalente de vapor Carga trmica del intercambiador de calor

Materiales calentados

Prdida de transferencia de calor por una tubera sin aislamiento

El suministro total de energa trmica total incluye la carga del intercambiador de calor y la carga de las tuberas sin aislamiento

Suministro de vapor

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Demanda equivalente de vapor Carga trmica del intercambiador de calor

Materiales calentados

Prdida de transferencia de calor por una tubera sin aislamiento

La carga trmica total disminuir si se aslan las tuberas - disminuye la demanda de vapor del intercambiador de calor

Suministro de vapor

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Prdida de energa convertida en prdida de vapor

( ) ( )

kW

m

Q

Q

LqQ

total

mW

mW

total

totallengthpertotal

0,81

107,347449.8

=

=

=

Si se calcula el impacto energtico como "costo de vapor":

93.1693.1691.67

MP ($/t)LP ($/t)

HP ($/t)

Marginal Steam Costs(based on current operation)

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( ) ( )

hrkg

skg

steam

kgkJ

kgkJ

condensatesteam

totalsteam

m

hhQ

m kW

5,121033,0

5,781181.30,81

==

=

=

Ubicacin Temperatura

(C)

Volumen especfico

(m3/kg)

Entalpa (kJ/kg)

Calidad (%)

Presin (bar [g])

Vapor 362 0,26130 3.181,0 **** 10,00

Vapor saturado 184 0,17730 2.781,0 100,0 10,00

Lquido saturado 184 0,00113 781,5 0,0 10,00

26


( )

( ) yryrhrshrsteam

kgtonelada

toneladahrkg

steam

steamsteamsteam

K

K

kmK

$1

760.8$

$

175.993.11

000.1116,935,121

==

=

=

Tambin se puede usar el proyecto de demanda de vapor del SSAT

Si sabemos el costo del vapor

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Proyecto 1 del SSAT: Aislamiento

Do you wish to specify steam demand savings?

If yes, enter HP steam saving 0 t/h If yes, enter MP steam saving 0.1215 t/h If yes, enter LP steam saving 0 t/h

Note: A negative saving can be entered to model an increase in steam demandNote: The savings have been converted to heat duties of 0 kW (HP), 81 kW (MP) and 0 kW (LP) based on current header enthalpiesNote: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies

Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process steam requirements)Current use - HP: 20 t/h (12273 kW) MP: 40 t/h (26660 kW) LP: 70 t/h (50091 kW)

Yes

Cost Summary ($ '000s/yr)Power Cost 0.0%Fuel Cost 0.1%Make-Up Water Cost 0.1%Total Cost (in $ '000s/yr) 0.1%

On-Site EmissionsCO2 Emissions 0.1%SOx Emissions N/ANOx Emissions 0.1%

0 t/yr 0 t/yr 0 t/yr439 t/yr 439 t/yr 0 t/yr

Current Operation After Projects221726 t/yr 221528 t/yr

421 0115,373 115,274 99

Results Summary

Current Operation After Projects

SSAT 3 Header Experts Training Example

4,380 4,380 0

Model Status : OKReduction

Reduction198 t/yr

110,572 110,473 99421

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Problemas comunes del aislamiento Aislamiento faltante debido a actividades de

mantenimiento

Aislamiento faltante debido a mal uso

Aislamiento daado

Vlvulas y otros componentes no aislados

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Evaluacin del aislamiento en sistemas sin cogeneracin

En los sistemas que producen nicamente energa trmica (sin cogeneracin), el costo del vapor es bsicamente el costo del combustible dividido por la eficiencia de la caldera

Se puede usar el 3E-Plus para calcular los ahorros generados por el aislamiento en el caso de sistemas sin cogeneracin

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Proyecto 18 del SSAT: prdida del aislamiento

Do you wish to model the impact of improved insulation?Note: Model will assume that heat losses are reduced to 10% of the current value by improving insulation

Currently modeled based on percentage heat loss on each headerProject 18 - Improved Insulation

No

Por favor, NO use este proyecto

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Proyecto 18 del SSAT: prdida del aislamiento El clculo del aislamiento del SSAT es nicamente una estimacin

aproximada del impacto de la mejora del aislamiento del sistema de vapor

Se basa en reducir la prdida de transferencia de calor en un 90 % en comparacin con el escenario del caso "bsico" actual

El 3EPlus ofrece una metodologa muy precisa y hay que usarlo junto con el proyecto 1 del SSAT de ahorros de la demanda de vapor para determinar el impacto real de la mejora del aislamiento

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Puntos ms importantes / Acciones recomendadas

1. Hay varias razones por las que el aislamiento se estropea o falta

2. Esas reas provocan prdidas significativas de energa. Habra que implementar un programa de evaluacin (auditora) del aislamiento basado en la mejora continua en todas las plantas industriales

3. Para cuantificar el impacto econmico provocado por el aislamiento faltante o daado, se necesitan algunos instrumentos bsicos, modelos de transferencia de calor y datos de los procesos

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Distribucin- mejores prcticas habituales Reparar las fugas de vapor Minimizar el venteo de vapor Asegurarse de que las tuberas de vapor, vlvulas,

empalmes y vasijas estn bien aisladas

Aislar el vapor de las lneas fuera de uso Minimizar los flujos que pasan por las estaciones de alivio

de presin

Reducir la cada de presin en los cabezales Drenar el condensado de los cabezales de presin

Fuente: capacitacin para usuarios finales Steam BestPractices del Departamento de Energa de los Estados Unidos)

Nmero de diapositiva 1Sistema de vapor genricoFugas de vaporFugas de vaporFugas de vaporFugas de vaporFugas de vaporEjemplo de sistema de vaporProyecto 17 del SSAT: Fugas de vaporProyecto 1 del SSAT: Fugas de vaporProyecto 1 del SSAT: Fugas de vaporPuntos ms importantes / Acciones recomendadas Aislamiento del sistema de vaporAislamiento del sistema de vaporAislamiento del sistema de vaporHerramienta de aislamiento - 3EPlusSoftware de evaluacin del aislamiento Ejemplo de sistema de vapor - Aislamiento faltante Evaluacin del aislamientoEvaluacin del aislamientoEvaluacin del aislamientoDemanda equivalente de vapor Demanda equivalente de vapor Prdida de energa convertida en prdida de vaporPrdida de energa convertida en prdida de vaporPrdida de energa convertida en prdida de vaporProyecto 1 del SSAT: AislamientoEvaluacin del aislamiento Evaluacin del aislamiento Problemas comunes del aislamiento Evaluacin del aislamiento en sistemas sin cogeneracin Proyecto 18 del SSAT: prdida del aislamientoProyecto 18 del SSAT: prdida del aislamientoPuntos ms importantes / Acciones recomendadasDistribucin- mejores prcticas habituales

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