Auditoria energetica de tuman

  • 1,789 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
No Downloads

Views

Total Views
1,789
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
83
Comments
0
Likes
2

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA AUDITORIA ENERGÉTICA DE LA “EMPRESA AGROINDUSTRIAL TUMÁN”LuffiALUMNOS:
  • 2. AUDITORIA ENERGÉTICAContenidoI. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA ................................6 1.1. ANTECEDENTES. .....................................................................................................................6 1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................................7 1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA ........................................................................................................7 1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio ..................................................................................7 1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña. ................................................................10 1.3.3. Conocimientos Básicos para la Toma de Mediciones Instrumentales....................11 1.3.4. Producción y distribución de energía. ...........................................................................14 1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire .............................20II. CÁLCULOS DE ENERGÍA..............................................................................................................23 2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la e.a. Tumán. S.a. ...........................................................................................................................................23 2.1.1. Descripción de los calderos ............................................................................................23 2.2. Parámetros de diseños ............................................................................................................25 2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La Caldera .....42III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.............................46 3.1. Lavadores de gases. ................................................................................................................46 3.2. Filtros: .........................................................................................................................................46IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ..........................................................................48 4.1. BIBLIOGRAFÍA: ........................................................................................................................49 4.2. LINKOGRAFIA: .........................................................................................................................49V. ANEXOS ............................................................................................................................................51 5.1. Análisis de los índices de contaminación. ............................................................................51 5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales .....................................................................55UNPRG - FIME Página 2
  • 3. AUDITORIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN En el siguiente trabajo de investigación tiene por finalidad analizar la energía de laempresa Agroindustrial Tumán, ubicado en el distrito de Tumán en el departamento deLambayeque; para ello se ha recurrido a manuales, record de producción, consumo depetróleo y agua, y pruebas de la utilización del vapor en el proceso, mediciones deenergía eléctrica. Una caldera o generador de vapor es un equipo que consta de diferentes ele-mentos destinados a la producción de vapor de agua o de cualquier otra clase devapor a partir de su fase líquida. Estos elementos son el hogar o cámara decombustión, la caldera, los sobrecalentadores de vapor, el economizador y elcalentador de aire. En el hogar, se produce la combustión de un combustible. La caldera es unintercambiador de calor en el que los gases de la combustión calientan la fase líquidahasta su transformación en vapor. El sobrecalentador calienta el vapor saturado porencima de su temperatura de saturación y opcionalmente, el economizador precalientael agua de alimentación de la caldera. En ciertas instalaciones de vapor, algunoscalentadores se encargan de recalentar el vapor de extracción de las turbinas.Finalmente, el calentador de aire calienta el aire necesario para la combustión El vapor sobrecalentado es llevado mediante las tuberías a la turbina para lageneración de electricidad, dicha electricidad es llevada al consumo de las cargas dela planta para el proceso de fabricación de azúcar, así como también para iluminaciónde la planta, etc.UNPRG - FIME Página 3
  • 4. AUDITORIA ENERGÉTICA RESUMEN: El trabajo tiene por objeto realizar una auditoría energética térmicaparticularmente de la Empresa Agroindustrial Tumán; localizada en el distrito deTumán, así como hacer un estudio y/o análisis de su eficiencia considerando laimportancia de este elemento en el sector industrial y plantas generadoras de energíaeléctrica, teniendo en cuenta que dependen del diagnóstico dependen de las medidasa tomar con miras hacia un buen y eficiente funcionamiento de la unidadUNPRG - FIME Página 4
  • 5. AUDITORIA ENERGÉTICA CAPITULO I: MEMORIA DESCRIPTIVA YEQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTAUNPRG - FIME Página 5
  • 6. AUDITORIA ENERGÉTICAI. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA1.1. ANTECEDENTES. La actividad económica de nuestro país como es d nuestro conocimientotiene como uno de los ejes fundamentales de su desarrollo la agricultura; estaactividad viene evolucionando a través del tiempo siendo una de ellas la industriaazucarera que enfrenta diversas dificultades y para tal efecto a fin de superar estasse vienen haciendo nuevos estudios ,nuevas aplicaciones, innovando instalacionespara mejorar la productividad y disminuir en la mayor cantidad posible lacontaminación ambiental y así mismo con el objeto de competir en una economía delibre mercado. La industria azucarera nacional cuenta con catorce centrales productivas conuna capacidad instalada de molienda de 36 164 TCD y que actualmente solo opera el48% del total.  Producción de azúcar.- Ha ido aumentando y disminuyendo de manera alternada no registrándose un crecimiento continúo.  Rendimiento.-Se ha mantenido inestable, aumentado y disminuyendo tanto en el campo como en el ingenio.  Procesamiento de azúcar.-Esta orientado principalmente hacia el azúcar rubia, domestica, refinada y melaza.  Exportación de azúcar.- Aumenta y disminuye a consecuencia del libre mercado ya que otros países exportan a Estados Unidos, que es el principal comprador, la exportación se hace de acuerdo a las cuotas fijadas por este país.  Rol del gobierno.- Fueron varios los programas y políticas aplicadas al sector, las que por diferentes motivos no cumplieron sus objetivos. El decreto 802 de saneamiento financiero y coinversión a sociedades anónimas con accionariado difundido, abre la posibilidad a estas empresas de participar del capital privado.UNPRG - FIME Página 6
  • 7. AUDITORIA ENERGÉTICA1.2. OBJETIVOS  Una auditoria energética de la caldera nos permitirá, además de diagnosticar la situación energética actual, identificar las actuaciones para mejorar su eficiencia energética.  La metodología para la realización de esta auditoría comprende las siguientes etapas:  Recopilar información estadística y de diseño.  Planear y ejecutar las mediciones instrumentales.  Diagnosticar la situación energética a base del balance térmico elaborado.  Recomendar las acciones necesarias para reducir las pérdidas de calor a partir de la interpretación del diagnóstico energético, acompañadas de sus respectivos análisis de rentabilidades.  Cuidar la integridad del medio ambiente y tratar de reducir la contaminación por efecto de los gases de escape.  Disminuir la emisión de partículas solidas y niveles de contaminación  Contribuir a que la industria azucarera tienda al modelo ISO 14000 ecológico.  Lograr una disponibilidad al coste mínimo de las calderas.  Obtener un buen rendimiento durante la actividad.  Después de la auditoria energética, es preciso llevar a cabo un seguimiento que asegure que las recomendaciones planteadas sean ejecutadas y mantenidas de tal manera que se garantice el funcionamiento de la caldera con un alto nivel de eficiencia energética.1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio 1.3.1.1. Ubicación El ingenio y poblado Tumánestá ubicado en el margen derecho del rio Lambayeque a 15km de la capital departamental y al lado derecho de la carretera Chiclayo-Chongoyape-Cutervo en el kilometro30. Sus tierras están en la sede del gobierno regional de Lambayeque, en el valle Lambayeque-chancay, en el distrito de Tumán, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.UNPRG - FIME Página 7
  • 8. AUDITORIA ENERGÉTICA Precisado en coordenadas polares se encuentra a 6º44´47” de latitud sur,79º49´16” de longitud oeste y 56 m.s.n.m. de altitud.UNPRG - FIME Página 8
  • 9. AUDITORIA ENERGÉTICA Área geográfica y calderas (Tumán) 1.3.1.2. Localidades Los principales centros poblados y anexos de Tumán son: Calupe-La granja- luya-vista florida-san José-san miguel-Conchucos-calerita-Rinconazo. Además esta empresa cuenta con 29,711.85 Ha de tierra de los cuales8645.49 Ha son cultivables. 1.3.1.3. Producción. Es una empresa autogestionaria dedicado a la producción de azúcar, cuenta con una capacidad de procesamiento de 4000 TCD , teniendo como subproducto la melaza que se emplea para la fabricación de alcohol, la cachaza que se utiliza como abono en los campos y el bagazo que sirve como combustible para las calderas de la fabrica . A continuación el cuadro Nº 01, muestra la caña molida y azúcar producida en los últimos años. MELAZA CAÑA AZÚCAR AZÚCAR EXPORTACIÓNAZÚCARAÑO MOLIDA(Ton) RUBIA(Ton) REFINADA(Ton) RUBIA(Ton) (Ton)1995 1068779.157 40015.5 52388.558 24986.694 48699.2351996 1101673.088 53690.65 34600.3 28206.358 47356.51997 1191060.802 49770.15 62364.3 8943.735 59037UNPRG - FIME Página 9
  • 10. AUDITORIA ENERGÉTICA1998 904781.077 39704.172 15283.35 13543.745 46245.51999 1080822.128 70300.45 28619.05 7268.253 467612000 1028317.113 76172.764 28004.779 3722.205 39583.52001 947272.635 70180.733 20473.07 6846.939 363482002 928346.158 69124.586 19243.13 64762.234 351242003 914267.127 947272.635 19146.25 64127.468 34942.42004 921436.567 68579.468 20436.27 65743.137 351342005 926535.125 76172.764 20473.07 7268.253 39583.52006 947272.635 947272.635 19243.13 6846.939 46761TABLA Nº 01.- Producción (fuente laboratorio de fabrica Tumán)1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña. Este proceso consiste en transformar el jugo de la caña en azúcar.La caña de azúcar contiene sacarosa, fibra, sales, agua y otros elementos que están disueltos. También contiene tierra, arena y otros materiales.Para obtener el azúcar se tiene que combinar ciertas sustancias químicas con el calor, en una serie de depósitos y maquinas que se encuentran instaladas en la fábrica, desde que llega la caña a la fábrica y sale convertida en azúcar pasa por las siguientes etapas: a) Pesado de la Caña (Balanza) b) Descargado de la caña (Grúa de Hilo) c) Preparación y Lavado de caña (Aire y Agua) d) Molienda de la caña - Trapiche (Jugo y Bagazo) e) Balanza de Jugo (Jugo mezclado) f) Calentadores de Jugo - cuadros (Encalado - Calentado) g) Clarificadores - Tanques Dor (Jugo Clarificado) h) Filtración - Filtros Oliver (Cachaza) i) Evaporadores (Jarabe) j) Cristalización - Vacumpanes (Grano Azúcar) k) Cristalizadores - Lanchas (crecimiento Azúcar) l) Centrifugación (Separación Azúcar y Miel) m)Refinería n) Envases y Almacenamiento del Azúcar.UNPRG - FIME Página 10
  • 11. AUDITORIA ENERGÉTICA DIAGRAMA DEL PROCESO DE LA ELABORACIÓN DEL AZÚCAR PESADO DE CAÑA (balanza) DESCARGADO DE CAÑA (Grúa hilo) PREPARACIÓN Y LAVADOBagazo Tierra / Cogollo (Aire – Agua) MOLIENDA DE CAÑA Agua / Bactericida (Extracción de jugo) BALANZA DE JUGO Lechada de Cal (Jugo Mezclado) Planta CALENTADORES DE JUGO Eléctrica (Encalado – Calentado) 1.3.3. Conocimientos CLARIFICADORES Filtración (Jugo Clarificado) (Filtros Oliver) EVAPORADORES Torta Calderas (Jarabe) Tierra / Bagacillo CRISTALIZACIÓN Campo (Grano - Azúcar) Básicos para la Toma de Ceniza CRISTALIZADORES Bagazo (Lanchas) Mediciones Instrumentales. Los principales parámetros a CENTRIFUGACIÓN Melaza (Azúcar – Miel) Stock ENVASADO – ALMACENAMIENTOBagazo (Azúcar) AlcoholUNPRG - FIME Página 11
  • 12. AUDITORIA ENERGÉTICA medir en cada prueba, para determinar el balance de masa y energía de la caldera, son los siguientes: a) Flujos. b) Temperaturas. c) Presiones. d) Composición de gases. Los características principales de los instrumentos más conocidos, para medir estos parámetros, se indican a continuación. 1.3.3.1. Medición de flujos: Los instrumentos de medida de flujo Son los siguientes: a) Tubo pitot: Mide puntualmente la presión de velocidad del fluido, que circula en el interior de un ducto o tubería, como la diferencia ( P) entre su presión total tomada por el tubo interno y su presión estática medida por el tubo externo. A partir de esta diferencia se obtiene la velocidad puntual del fluido mediante la ecuación: 2g P V K b) Tubo venturi: Consiste básicamente en un tubo formado por una garganta recta entre dos tronco de cono. Una toma de presión estática se realiza en la garganta y la otra salida del instrumento. Ambas tomas están conectadas a un manómetro diferencial. c) Contador volumétrico: Es un medidor estacionario constituido básicamente de un disco que gira, en el interior de una cavidad, al paso del líquido. El disco está acoplado a un mecanismo de lectura acumulativa.UNPRG - FIME Página 12
  • 13. AUDITORIA ENERGÉTICA 1.3.3.2. Medición de temperaturas. Los instrumentos de medida de temperatura se pueden clasificar en 2 grupos: a) De medición directa: a.1. Termómetro líquido: Consta de un bulbo de vidrio que contiene un líquido, usualmente mercurio o alcohol etílico coloreado, que al contacto con el fluido se calienta y expande subiendo por un tubo capilar graduado indicando de esta manera la temperatura a la que se encuentra dicho fluido. a.2. Termómetro bimetálico: Consiste en dos láminas metálicas de diferente coeficiente de dilatación térmica, en forma de espiral y unidas por un extremo. El cambio de temperatura hace que el espiral se deforme transfiriendo mecánicamente este movimiento a una aguja, la cual indicará la temperatura del fluido sobre la escala del instrumento. a.3. Termocupla: Está formada por dos alambres de diferentes metales, unidos con soldadura, formando un anillo. La diferencia de temperaturas entre las uniones soldadas origina un voltaje que produce una corriente de eléctrica en el anillo. Este voltaje, medido por un mili voltímetro, es proporcional a la diferencia ( T) entre la temperatura “T” (unión en contacto con el medio a medir) y una temperatura de referencia “Ta” (0 ºC ó temperatura ambiente), según la siguiente ecuación: T Ta T b) De medición indirecta. b.1. Pirómetros: Para medir la temperatura de un cuerpo, sin contacto físico con el. Se fundamentan en la ley de Stefan-Boltmann (E = KeT4) que sostiene que la energía radiante (E) emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.UNPRG - FIME Página 13
  • 14. AUDITORIA ENERGÉTICA 1.3.3.3. Medición de Presiones. a) .Manómetro diferencial: Está constituido de un tubo en forma de “U” en cuyo interior está colocado un líquido manométrico que puede ser agua coloreada, aceite o mercurio. La determinación de la presión (P) se efectúa midiendo la diferencia ( H) entre los niveles del líquido, de masa específica conocida, en cada una de las columnas y aplicando la ecuación: P g H 1.3.3.4. Medición de la composición de gases. a) Aparato Orzat: Este instrumento es utilizado para determinar el porcentaje volumétrico en base seca de los componentes de muestras gaseosas: bajo condiciones estables de temperatura y presión ambiente. Cuantifica el contenido de CO2, O2 y CO mediante la técnica de absorción, midiendo el cambio de volumen después de cada absorción. Los reactivos usados comúnmente son: solución alcohólica de potasa para el CO2, solución de pirogalato sódico para el O2 y cloruro cúprico en solución amoniacal para el CO. 1.3.3.5. Medición de Inquemados sólidos. El índice de ennegrecimiento de Bacharach es el método más sencillo para la determinación de los Inquemados sólidos presentes en los gases de combustión. Este método es cualitativo y se basa en el ennegrecimiento de un papel filtro al ser atravesado por la muestra, por acción de una bomba manual. En el color resultante en el papel se compara con una escala de intensidades de gris que va del 0 (blanco) hasta el 9 (negro).1.3.4. Producción y distribución de energía. 1.3.4.1. Generación de vapor La unidad generadora de vapor, se compone de un fogón (o cámara de fuego) en el que se quemara el combustible (bagazo y/o petróleo); así como deUNPRG - FIME Página 14
  • 15. AUDITORIA ENERGÉTICA la caldera propiamente dicha y elementos auxiliares como ventiladores de tiro inducido y forzado, sopladores de hollín y otros. El ingenio azucarero de la Empresa Agroindustrial Tumán S.A, cuenta con la instalación de 5 unidades de generación, cuyas características técnicas se muestran en el cuadro (III-01), son de marca Babcock & Wilcox (caldera Nº1,2 y 6) y de combustión Enginnering Ing. (caldera Nº1y4). Estas calderas, generalmente utilizan bagazo de caña como combustible; sin embargo, están provistas para utilizar como combustible complementario petróleo. A diferencia de la caldera Nº6 que está diseñada para quemar petróleo y bagazo; esta quema petróleo bajo condiciones de parada de trapiche y al no contar con Stock de bagazo; esta acción se realiza para mantener la temperatura y presión de trabajo del vapor sobrecalentado. La capacidad instalada de la sección calderas es de 220 tn/h, viéndose menguada por la disposición generalmente de reserva de dos unidades de vapor y baja eficiencia de las calderas debido a sus largos años de servicio. Siendo la caldera Nº 4 la más antigua, puesta en servicio en 1984, la cual es la más importante por su mayor capacidad (100 tn vapor/h), asegurando de esta manera el 46% del total de generación de vapor y por ende la generación de energía. En el cuadro siguiente se muestra las dimensiones principales de las chimeneas CALDERA ALTURA(pie) DIAMETRO(pie) 1 75 5-7" 2 75 7-0" 4 75 5-7" 5 75 7-0" 6 100 9-0" TABLA Nº02.-Caracteristicas de las calderas 1.3.4.2. Distribución de Vapor de Alta y Baja Presión. El vapor, producido por las calderas, es usado para el manejo industrial azucarero, debido a sus múltiples aplicaciones, así como producir fuerzaUNPRG - FIME Página 15
  • 16. AUDITORIA ENERGÉTICA procesos de calentamiento, cocinado, limpieza, etc. Lo cual hace que sea casi indispensable en cualquier sección de la fábrica. En el ingenio, se produce vapor sobrecalentado de 22.5 a 21 Kg/cm2 mediante expansión en turbinas, válvulas reductoras y proceso en elaboración – fabrica se obtiene hasta 5.7; 2.1; y 0.5Kg/cm2. La caldera Nº6 produce vapor sobrecalentado a una presión de 22.5 Kg/cm2 y 350 °C; el cual después de ser decepcionado en un colector (colector de 22.5 Kg/cm2) es distribuido en: a) Turbinas, Bombas, Agua de almacenamiento. b) Turbinas, Ventilador de Tiro Inducido (Caldera Nº6) c) Turbinas, Ventilador de Aire Secundario (Caldera Nº6) d) Saturador (disminuye de 22.5 a 21 Kg/cm 2, conduciéndolo a la planta Eléctrica) Las calderas Nº 1, 2, 4 y 5 también producen vapor sobrecalentado a una presión de 21 Kg/cm2 y 300°C que es llevado a un colector (colector 21 Kg/cm2) distribuyéndolo en:  Turbogeneradores, Planta Eléctrica, Válvula reductora de 21 a 5.7 Kg/cm 2 para centrifugas continuas y servicio Fabrica – Refinería.  Turbinas de Trapiche.  Turbinas de Bombas de Agua de Alimentación y Equipos de Bombas y Calderos de Petróleo.  Eyectores de condensadores de algunos tachos.  El vapor de 2.10 Kg/cm2 y 146°C es vapor de escape, producto de la expansión de las turbinas de contrapresión, el cual es usado por el proceso de Elaboración de Azúcar es distribuido en:  Evaporación de jugo clarificado aplicado en los Pre-evaporadores.  Previo calentamiento del jugo en los Pre-calentadores de jugo clarificado.  A través de la válvula reductora de vapor de 2.10 Kg/cm 2que cubre la salida de los pre-evaporadores.  Secador de azúcar refinada.  El vapor de 1.05 Kg/cm2en la salida de Pre-evaporadores y pre- calentadores, es distribuido en:UNPRG - FIME Página 16
  • 17. AUDITORIA ENERGÉTICA  Evaporadores, Baterías A y B.  Cristalización de tachos de las masas de 1era, 2da, 3era y de refinería.  Calentadores de jugo encalado antes del proceso de elaboración.  Calentadores de licor.  Desoxigenación y eliminación de otros gases (Desareador).  El vapor de 0.5 Kg/cm2 es vapor en la salida de los calentadores, va a la cisterna de agua condensada para calentar el agua de alimentación a calderas y a los evaporadores de Doble Efecto en Refinería. 1.3.4.3. Generación de Energía Eléctrica El ingenio Azucarero Tumán, tiene que generar su propia electricidad en su planta Eléctrica por medio de la expansión del vapor sobrecalentado, que a su vez es producido principalmente utilizando como combustible el bagazo, en las calderas. Para ello cuenta con tres turbogeneradores marca BROWN BOVERI, generando a 2300 V a 60 Hz de frecuencia. Las dos unidades más antiguas que fueron instaladas en 1952 y 1955 son de 2200Kw nominales de potencia. Son unidas multietapa de contrapresión de 2 Kg/cm2. La unidad Nº3 es de 4000 Kw nominales de potencia. Fue instalada en 1971 y es una unidad multietapa a 2 Kg/cm2 de contrapresión. Su consumo específico es variable de acuerdo con la porción de vapor vivo que se envía al condensador. La unidad 3 es de condensación y extracción regulada. Los tres turbogeneradores están trabajando a condiciones actuales de vapor vivo (19 Kg/cm2 y 270 °C a la entrada de las turbinas, pero están capacitadas para operar con 30 Kg/cm2 de presión) El agua para condensación de vapor de escape del turbogenerador 3 es reticulada por medio de una torre de enfriamiento marca BISCHOFF, de 412m3/h. Las unidades así como el condensador y los tableros de distribución y control están albergados en un edificio propio con piso embalsado y buena iluminación e higiene, manteniéndose serrado para evitar la entrada de polvo y contaminación, llamada Planta Eléctrica. La planta eléctrica cuenta con una capacidad instalada de 8.4 MW ó 8400 KW, con una carga máxima de 7500 KW;UNPRG - FIME Página 17
  • 18. AUDITORIA ENERGÉTICA sin embargo actualmente su capacidad de trabajo promedio es aproximadamente de 7000 KW. 1.3.4.4. Distribución de Energía Eléctrica Actualmente la distribución de Energía Eléctrica está dirigida en parte al Ingenio y a los centros poblados anexos; ya que el servicio de Energía Eléctrica de la misma población de Tumán ha sido tomado por Electro norte S.A. La distribución de la Energía Eléctrica se realiza en alta y baja tensión. a) Distribución en alta tensión. El ingenio azucarero Tuman S.A distribuye en alta tensión desde la generación a 2300 V hasta 440 V, así:  Calderas: Calderas Nº 1, 2, 4, y 6 –Servicios Generales.  Torre de Mando: Conductores de Caña, Machetes, Conductores de Bagazo, Soldadores, Alimentadores de Bagazo, etc.  Desfibrador de caña Shredder: Mandos.  Enfriadores: Mandos y Motores.  Transformadores de Fabrica Nº1 y Nº2.  Alumbrado de Fabrica.  Circuito Arbulú: Pozos Tubulares y población (Calupe, La Granja, Conchucos, El Milagro).  Circuito Luya: pozos tubulares y población (Dacha de los Chinos, Chacra de las Invernas, Jarrin, San Miguel). b) Distribución en Baja Tensión El ingenio azucarero Tumán S.A, distribuye en baja tensión a través de sus Transformadores de fábrica Nº 1 y Nº 2, así:  Talleres: maquinas taller, alumbrado, soldadoras.  Centrifugas de Miel A, B y C: centrifugas automáticas y semiautomáticas, ventiladores, elevadores, gusanos y maquinas de coser sacos, mandos, electrobombas, etc.  Refinería: tableros generales y vibradores, centrifugas, tanques Melter Lancha y Mingler, bomba Danco Carbón.UNPRG - FIME Página 18
  • 19. AUDITORIA ENERGÉTICA  Fabrica: comprende:  Fabrica II: Soldadoras, electrobombas, jugo encalado, Oliver.  Fabrica III: Electrobombas vacio, soldadoras, electrobombas (para columna de agua, jarabe, condensado), compresora fabrica.  Fabrica IV: Electrobombas (jugo clarificado, agua a la torre, mescla, soda, agua caliente a tanque rojo, condensado, agua para lavado de Fábrica, etc.), transportar la cachaza, ventilador canal de cables, soldadora, alambique, ventilador de alcohol, electrobombas, soldadoras. Cuarto de cal. Transportador de cal, zaranda, motor de transmisión de cal, mescladores TABLA Nº03.-Capacidad y generaciónUNPRG - FIME Página 19
  • 20. AUDITORIA ENERGÉTICA1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire 1.3.5.1. Sistema de Alimentación de Combustible La Empresa Agroindustrial Tumán utiliza el bagazo de la caña como combustible, además cuando escasea este, utiliza petróleo como combustible. El bagazo se toma directamente del trapiche (cuando hay molienda) o de la bagacera. El petróleo utilizado es el Petróleo Industrial 500, el cual es previamente filtrado y calentado a una temperatura de 1200C antes de ser enviado a los quemadores, con la finalidad de disminuir su viscosidad y permitir una combustión eficiente. 1.3.5.2. Sistema de Suministro de Aire a) Tiro Forzado. El aire que se necesita para la combustión del bagazo es tomado de la planta de fuerza. Este aire caliente de la planta de fuerza es impulsado por medio de ventilador de tiro forzado a través de una bóveda por debajo de las parrillas del hogar. Antes de su ingreso al hogar este aire aprovecha el calor de los gases de escape de la combustión al pasar por el calentador. El aire que entra por debajo de la parrilla tiene dos funciones:  La primera, ya antes mencionada, de permitir la combustión.  La segund a, de aumentar en suspensión el bagazo para un mejor quemado de éste. b) Tiro Secundario. Además del ventilador de tiro forzado el caldero cuenta con un ventilador auxiliar de tiro secundario, el cual toma aire del exterior (aire frio) que contribuye a la mejora de la combustión. Este aire es distribuido en la caldera de la siguiente manera: 1.- Parte es conducido hacia los recuperadores de bagazo. Este devuelve el bagazo no totalmente quemado a la cámara de combustión. 2.- una porción es llevada a la parte posterior de la cámara de combustión. Este aire ingresa a la cámara por medio de tuberías deUNPRG - FIME Página 20
  • 21. AUDITORIA ENERGÉTICA pequeño diámetro con un fin de crear turbulencia dentro de la cámara. 3.- el resto del aire es llevado hacia la parte frontal de la cámara de combustión. Este aire ingresa a la cámara por tres puntos:  A través de tuberías (como en la parte posterior) para crear turbulencia en la cámara.  Mediante ductos (en cada alimentador de bagazo) para evitar que el bagazo se acumule en la parte del alimentador.  Mediante ductos por debajo de cada alimentador con la finalidad de esparcir el bagazo en la cámara y así mejorar la combustión. Estos ductos poseen una compuerta que está girando constantemente (mediante motor a bajas RPM), abriendo y cerrando la entrada del aire haciendo que su entrada sea pulsante. c) Tiro Inducido. Para mantener la combustión, además de suministrar cierta cantidad de aire, es necesario remover los productos resultantes de dicha combustión que se realiza mediante el ventilador de tiro Inducido. Los gases de la combustión, en su recorrido formado por los bafles, ceden calor al agua de la caldera, vaporizándola. Luego el calor de estos gases residuales es aprovechado para calentar el aire que va a ser empleado en la combustión. Los gases resultantes son expulsados hacia el exterior por medio de una chimenea.UNPRG - FIME Página 21
  • 22. AUDITORIA ENERGÉTICA CAPITULO II CÁLCULOS DE ENERGÍAUNPRG - FIME Página 22
  • 23. AUDITORIA ENERGÉTICAII. CÁLCULOS DE ENERGÍA2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la e.a. Tumán.S.a. 2.1.1. Descripción de los calderos Existen 5 unidades de generación de vapor construidos por Babcock & Wilcox y combustión Engineering, de tipo acuotubular, identificados con los números 1, 2,, 4, 5 y 6. El más antiguo es el Nº4. Fig. Nº 03.-Calderos y planta de fuerzaUNPRG - FIME Página 23
  • 24. AUDITORIA ENERGÉTICALa capacidad instalada de generación de vapor y sus especificaciones son: Caldero Nº 6 (ESTE SE TOMARÁ COMO MODELO PARA TODOS, ASUMIENDO QUE TIENEN EL MISMO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO). o Año de operación : 1989 o Superficie de calefacción : 2043.89 m2 o Combustible utilizado : bagazo/petróleo o Temperatura agua de alimentación : 98 ºC o Condiciones del vapor - Trabajo : 21 Kg./ cm2/ 310 ºC o Condiciones del vapor - diseño : 35 Kg./ cm2/ 370 ºC o Capacidad de generación - trabajo : 70000 Kg / h o Presión de trabajo : 450 Psi o Tº vapor sobrecalentado trabajo : 700 ºF o Nº de Domos : 2 superior 1 inferior o Válvulas de seguridad : 01 (en el sobrecalentado) 01 (en el domo superior) 01 (en el domo inferior) 05 (otras partes del caldero) o Otras válvulas : válvulas de salida del vapor Válvulas de purga o Tº de entrada del Petróleo : 120 ºC o Sopladores de hollín o Tiro Forzado Motor: ASEA 3 Potencia : 200 HP 150 KW Tensión : 2300 voltios Intensidad : 51 Amperios Frecuencia : 60 Hz Velocidad : 890 RPM o Tiro Inducido Turbina a vapor: Potencia : 16 Kg / cm2 (238 a 240 Psia) RPM : 2800 o Tiro secundario Turbina a vapor Potencia : 1600 HP RPM : 1760 Ventilador : 10 RPM Eficiencia :UNPRG - FIME Página 24
  • 25. 2.2. Parámetros de diseños Se tenderán en cuenta los siguientes parámetros: Caldera N° 6 Humedad del Bagazo (w): 49 - 50 % de humedad Para una condición máxima se obtiene los siguientes datos: Consumo de combustible Pvs(bar) Ta(°C) Vapor Ta/h Ts°C kg bagazo/hr 29.6 121 80 338 33696 TABLA Nº 05.-Parámetros de diseño Pvs : presión de vapor sobrecalentado Ta : temperatura de agua de alimentación Ts : Temperatura de sobrecalentamiento  Temperatura de los gases en la chimenea (Tch)  Porcentaje de CO2 (%CO2)  Calor especifico medido de los gases de Combustión CEM = 0,27 + 0,00006T  Calor especifico del agua 1 atm, 300°k (27°C) = 4,179 kj/kg°C 2.2.1.-Cálculo de los gases de salida Existe una variación no muy grande en la composición química del bagazo, según el Manual de Ingeniería de Hugot, para los cálculos se tomará los siguientes valores medios (% en moles). C = 47% H2 = 6.5% O2 = 44% E = 2,5 % ; E=otros compuestos químicos. 100%
  • 26. Primero se determina las fracciones molares de los constituyentes del bagazo según la base de “sin ceniza” Xi Mi Xi Mi Yi L C u 0,482 12,0 0,0402 0,458 H2 e 0,067 2,0 0,0335 0,381 g O2 o 0,451 32,0 0,0141 0,160 1,000 0,0878 1,000 s e formula la ecuación de combustión que corresponde a un mal bagazo sin ceniza.0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + b (O2 + 3.76N2)  pCO2 + qH2O + rN2 C: 0.458 = p  P = 0.458 H: 2q = 2(0.382)  q = 0.382 O: 2p + q = 2(0.160) + 2 b  b = 0.489 N: 2b (3.76) = 2r  r = 1.838 -CALCULOS TEORICOS La ecuación de reacción con aire teórico será: 0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + 0.489(O2 + 3.76N2)  0.458CO2 + 0.382H2O +1.838N a ma 0489 (32 3.76 * 28 ) kg.deaire (r )t 5.899 c mc 12 * 0.458 0.382 * 2 0.160 * 32 kg.debagazo -CALCULOS REALES Si consideramos un exceso de aire de 100% tenemos: (0.458C + 0.382H2 +0.160O2) + 2 x 0.489(O2 + 3.76 N2)  0.458 C2 + 0.382H2O + 3.676N2 + 0.489O2……………….ecuación real
  • 27. a ma r 0978 (32 3.76 * 28 ) kg.deaire (r ) r 11 .798 c mc r 12 * 0.458 0.382 * 2 0.160 * 32 kg.debagazo2.2.2.-Calculo de la Temperatura de llama Adiabática (T) y entropía degeneración (Sgen.) de los gases de salida. 2.2.2.1.-Determinación de la entalpía:  Reactantes HR = 0.458(hf + h)C + 0.382(hf + h)H2 + 0.160(hf + h)O2 + 0.978(hf + h)O2 + 3.766(hf + h)N2 HR = 0  Productos HP = 0.458(hf + h)CO2 + 0.382(hf + h)H2O + 3.676 (hf + h)N2 + 0.489(hf + h)O2 HP = 0.458(-393522 + h) + 0.382(-241827 + h)H2O + 3.676 hN2 + 0.489 hO2 T(k) HP(KJ/kmol) 1800 k - 6976.163 T 0 1900k 12628.36 Interpolando tenemos T = 1835.58K…… (Temperatura de llama adiabática)
  • 28. 2.2.2.2.-Cálculo de la generación de entropía. Sgen = Ssist + Saire Pero Saire = 0 Sgen = Ssist = Sprod - Sreact. Ni Yi Si (T, 1atm) -RulnYi.Pm Ni SiC 0.458 0.09 5.74 20.020 11.798H2 0.382 0.48 130.57 6.102 52.208O2 1.138 0.09 205.04 20.020 256.118N2 3.676 0.33 191.50 9.21 737.809 Sreact = 1057.933CO2 0.458 0.06 304.142 23.391 150.010H2O 0.382 0.12 260.332 17.628 106.180O2 0.489 0.08 265.528 20.999 140.111N2 3.676 0.73 248.990 2.616 924.903 Sprod = 1321.204 Por lo tanto: Sgene = Sprod - Sreact = (1231.204 – 1057.933) Sgene = 263.271 kj/kmol.k
  • 29. 2.2.3.-Contenido de CO2 en los gases de salida Su composición en volumen es interesante dado que el contenido de CO2 permite conocer el exceso de aire. Si se emplea la cantidad de aire teóricamente necesaria, el contenido de CO2 en los gases de la chimenea será máximo, si hay exceso de aire la cantidad de CO2 permanecerá constante en un volumen de aire determinado que se hace mayor a medida que el exceso de aire aumenta. El volumen total de los gases secos (Vgs) está dado por la ecuación. Vgs = 4,47 (1-w) m – 0,056 (1-w)} Donde: W: humedad de bagazo en relación a la unidad. M: relación de peso aire empleado al peso del aire exacto (exceso de aire). El volumen de CO2 contenido en estos gases se obtiene inmediatamente por medio del peso de CO2 en la siguiente ecuación.Vol CO2 en los gases = 1.72 (1-w)* 0.509 = 0.875 (1-W) El coeficiente de dilatación es el mismo para todos los gases y por lo tanto, la proporción calculada del volumen a 0ºC será la misma a una temperatura cualquiera. El contenido de CO2en volumen en los gases es: 0.875(1 W ) Vgs 0.875(1 w) 4.47(1 w)m 0.056(1 w) ; Despejando m: m = 0.496 + 0.0126 Dado que el segundo término es muy pequeño, se puede eliminar m = 0.496 peso de aire empleado m= m peso de aire estrictamente necesario
  • 30. = contenido de CO2 de los gases secos con relación a la unidad.ANÁLISIS DE CO2 (%) Y TEMPERATURA (ºC) DE LOS GASES DE SALIDA FECHA PARÁMETRO CALDERA 1 2 4 5 6 % CO2 8.0 - - 7.0 8.0 06/01/03 Tch 230 - - 200 160 % CO2 - 8 - 7 8 28/01/03 Tch - 220 - 193 160 % CO2 - 8 - 8 9 18/01/03 Tch - 215 - 200 185 % CO2 - 7 - - 7 20/01/03 Tch - 154 - - 150 % CO2 - 7 - - 10.5 25/01/03 Tch - 200 - - 185 % CO2 - 5 - - 6 2901/03 Tch - 180 - - 105 % CO2 7 5 - 4 8 13/01/03 Tch 215 210 - 200 165 % CO2 5.5 - 4 - 6.5 16/01/03 Tch 223 - 196 - 158 % CO2 5 - - - 6 24/01/03 Tch 180 - - - 195 % CO2 - 8 - 12 8 10/01/03 Tch - 214 - 213 175 % CO2 - 4 6 - 10 19/01/03 Tch - 202 246 - 195 % CO2 7 5 10 - - 01/10/03 Tch 226 208 244 - - % CO2 9 7 9 11 - 23/10/03 Tch 250 225 215 210 - % CO2 11 7 - - 9.5 28/10/03 Tch 250 213 - - 185 TABLA Nº06.-Temperatura y % de CO2TABLA: RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDO DE CO2 ( ) DE LOS GASES DE LA CHIMENEA Y EL EXCESO DE AIRE (m)
  • 31. (%) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17M(%) 3.27 2.80 2.45 2.18 1.96 1.78 1.63 1.51 1.40 1.30 1.22 1.15 2.2.4.-Aire necesario y gases de combustión Pa: Peso de aire por kg de bagazo Va: Volumen de aire empleado por kg de bagazo. Pg: peso de gas por kg de bagazo Vg: volumen de los productos gaseosos de la combustión. Pa = 5.75 (1- w) m Pg = 5.75 (1- w) m + 1 Pgs = (1- w) (5.75 m + 0.415)Va = 4.47 (l-w) m Vg = 4.47 (l-w) m + 0.572 w + 0.672 Vgs = 4.47 (l-w) m – 0.056 (l´-w) El contenido de CO2 en los gases de combustión = 0.08 según la tabla anterior, m = 2.45 y w = 0.5 Reemplazando estos valores en las ecuaciones anteriores tenemos: Pa = 7 kg de aire / kg de bagazo Pg = 8 kg de gas / kg de bagazo Pgs = 725 kg de gas / kg de bagazo Va = 5.476 m3 de aire / kg de bagazo Vg = 6.434 m3 de aire / kg de bagazo Vgs = 5.45 m3 de aire / kg de bagazo Los volúmenes de arriba se calcularon a 0°C y 760 mm de mercurio. Para obtener a la temperatura t, será necesario aplicar la Ley de Mariotte, pV = RT (Para este proceso isotérmico)
  • 32. Figura Nº 04 diagramas para la ley de mariotte En la que T = 273 + t, como R es un coeficiente y p es constante (presión atmosférica) Vt = VO (273 + t) /273, donde t = 195°C tiene: Vat = 9.38 m3 de aire /kg de bagazo Vgt = 11.03 m3 de aire /kg de bagazo Vgs = 9.34 m3 de aire /kg de bagazo2.2.5.-Velocidad de los gases de combustión Para calcular la velocidad de los gases de combustión en el conducto de salida, determinaremos el flujo volumétrico de los gases dada por la siguiente ecuación: B * V gt Q=Q= m3/s 3600 m3/s Donde: Q = volumen de gases que deben pasar por la chimenea (m3/s) B = peso de bagazo quemado en los hornos (kg/h) Vgt = volumen de gases de combustión dado por la ecuación y convirtiéndolo a la temperatura y presión de entrada de la chimenea. Para nuestro cálculo tenemos los siguientes datos: B = 33696 kg de Bagazo /h. Vg = 11.03 kg de bagazo /h Vgt = 11.03 m3 de gases/ kg de bagazo, a t= 195°C
  • 33. Entonces nuestro flujo en volumen de gases es: Q = 103.24 m3/s La sección transversal a la entrada de la chimenea es: 2.5 x 2.895 m2 Q La velocidad de entrada es Vi = ; Vi = 14.3 m2/s A2.2.6.-Composición de los gases Sabemos que el peso total de los gases está dado por: Pg = 5.75 (1 – w) * m + 1 El peso individual de los gases se calcula de la siguientemanera: a) Nitrógeno, N2 76 .85 N2 1.330 1 W m 23 .15 N2 = 4.42 * (1-w) * m b) Oxígeno, O2 O2 derivado del aire 1.330 * (1-w) * m + O2 derivado del bagazo +0.440 * (1-w) - O2 para formar agua -0.520 * (1-w) - O2 para formar CO2 -1.250 * (1-w) Es decir: O2 = 1.330 * (1-w) * (m -1) c) Agua, H2O Agua formada 0.585 * (1-w)+ Agua contenida w H2O= 0.585 * (1-w) + w d) Acido carbónico CO2 = 0.47 * 3.67 * (1-w) CO2 = 1.72 * (1-w)
  • 34. Sustituyendo m y w y dividiendo en Pg, puede calcularse fácilmente la proporción de peso de cada uno de los componentes de los gases de la combustión. Para nuestro cálculo tenemos que m = 2.45 y w = 0.5 N2= 4.42 * 0.5 * 2.45 = 5.415 67.4% O2 = 1.330 * 0.5 * 1.45 = 0.964 12.0% H2O =0.585 / 0.5 + 0.5 = 0.793 9.9% CO2= 1.72 * 0.5 = 0.860 10.7% 8.032 100.0%2.2.7.-Calculo de los gases en la chimenea El valor calorífico neto del bagazo está dado por: VCN = 4250 – 48.50 w W = 0.5 VCN = 1825 kcal Como podemos ver la fórmula del valor calorífico neto del bagazo toma en cuenta la pérdida de calor latente del vapor de agua que arrastran los gases a la chimenea. Se sabe la composición de los gases y el calor específico de los gases que los componentes. Por lo tanto puede obtenerse la pérdida de calor sensible del gas. Se sabe tomar como calor específico medio entre 0°C y la de los gases finales, el calor específico verdadero de 100°C. A partir del peso encontrado de los componentes de los gases finales, el calor sensible que es llevado por cada uno de estos gases será: N2 q1 = 4.42 (1-w) m 0.255 t Q2q2 = 1.33 (1-w) (m-1) 0.218 t H2Oq3 = (0.585 (1-w) + w) 0.499 t CO5q4= 1.72 (1-w) 0.215 t
  • 35. 2.2.8.-Cálculo del calor sensible en los gases de combustión La siguiente ecuación es una simplificación obtenida a partir de los calores de cada componente de los gases finales: 0.5 q t (1 w)(1.4 0.12) l w q = pérdida de calor sensible en los gases en kcal/kg de bagazo. t = temperatura de los gases finales en °C. w = humedad del bagazo con relación a la unidad. m = relación entre el peso del aire empleado para la combustión y el peso teórico necesario. Tenemos que: t = 210°C w = 0.5 m = 2.45 Las pérdidas de calor sensible en los gases es: q = 452.55 kcal/kg
  • 36. 2.2.9.-Eficiencia de la caldera Qd m * (h3 h2 ) p mc * PCI mc * PCI m = flujo másico de la sustancia a trabajar (Ton/h) Q4 = flujo de calor entregado al ciclo (kj/kg) mc = flujo másico de combustible (Ton/h) PCI = poder calorífico del combustible (kcal/kg) a) El flujo de agua (m) El valor medido es de 47.8 ton/h b) El flujo de calor entregado al ciclo (Q4) Q3 = m (h3- h2) = m * ∆h Las temperaturas medidas son: T2 = 212°C h2 = 507.97 kJ/kg T3 = 338°C a P3 = 2.96 Mpa h3 = 3039.3 kJ*kg ∆h = h3 – h2 = 2531.34 kJ/kg c) El flujo de combustible (mc) mc= 33696 kg/h d) Poder calorífico o valor calorífico neto del bagazo PCI = 1825 kcal/kg Reemplazando estos valores en la fórmula obtenemos que la eficiencia en la caldera es de 0.47
  • 37. 2.2.10.-Cálculo de los sólidos no quemados Se debe considerar las pérdidas de calor que se producen en el horno y la caldera, estas consisten en: (a) Calor latente del agua que se forma por combustión del hidrógeno del bagazo. (b) Calor latente del agua contenida en el bagazo. (c) Calor sensible de los gases que dejan las calderas. (d) Pérdidas en sólido no quemados. (e) Pérdidas por radiación del horno y especialmente de la caldera. (f) Pérdidas debidas a la mala combustión del carbono que da CO en lugar de CO2. Como hemos visto el valor calorífico neto incluye las pérdidas de los incisos (a) y (b). Las pérdidas de calor sensible calculado anteriormente cumplen con el inciso (C). Las otras tres pérdidas se tomarán en cuenta por medio de los coeficientes aplicados a la cantidad total que todavía permanece después de las tres primeras pérdidas. = coeficiente que incluye las pérdidas en los sólidos no quemados. = coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la radiación. n = coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la combustión incompleta.
  • 38. La cantidad de calor que queda al vapor, está dada por laexpresión: Mv = (4250 – 4850 w - q) nDonde: Mv = calor transmitido al vapor por kg de bagazo quemadoen kcal. w = humedad por unidad de bagazo q = calor sensible de los gases finales = es del orden de 0.99 Muy pocas veces desciende deeste valor, a menos que se emplee un rito muy fuerte quearrastre a la chimenea pedazos relativamente grandes debagazo. = varía entre 0.90 y 0.95 de acuerdo con el aislamientomás o menos eficiente de la caldera. Si la caldera está bienaislada puede tomarse 0.95. n = puede variar de 0.99 a 0.8. Este coeficiente será mejorsí: (1) humedad baja del bagazo (2) Poco exceso de aire (3) temperatura del horno elevado
  • 39. La eficiencia total está dada por: Mv Calorìas transferid as al vapor p Ns valorcalorìfico sup erioral bagazo 4250 4850 * w q) * * * p 4600 * (1 w) p * 4600 * (l w) ( 4250 4850 * w q ) * * : Coeficiente de sólidos no quemados p = eficiencia de la caldera (p = 0.47) W: humedad del bagazo (w = 0.50) q: calor sensible de los gases (q = 452.55 kcal/kg) : Coeficiente de radiación ( = 0.90) : Coeficiente de mala combustión ( = 0.90) Reemplazando está fórmula en los datos encontrados que: = 0.9724 La proporción de sólidos no quemados es: L- = 0.0276 El flujo de sólidos no quemados total es: m = mc = (1 - ) = 33696* (0.0276) m = 930 kg/h = 0.25 kg/s
  • 40. 2.2.11.-pérdidas de energía debido a la fricción en las paredes de lachimenea 1. La velocidad de entrada en la chimenea es Vi = 14.3 m/s 2. El diámetro y altura a la chimenea N° 6 es 9 y 100 pies respectivamente 3. Temperatura promedio de la torre de expulsión: Tp - Temperatura de ingreso Ti = 195°C = 383° F - Temperatura de salida Ts, lo obtendremos de la figura (ver anexo Nº2) Para la chimenea N° 6 con 100 pies de altura y 108 pulgadas de diámetro, la temperatura de salida es Ts = 290°F= 143.3°C. La temperatura promedio de la torre de expulsión: Ti Ts TP 2 Tp = 336.5°F 4.-Número de Reynolds: NRE 24000 * m g N RE D(T p 715) Tp = temperatura promedio de la torre de expulsión (°F) Mg = flujo de gases (lb/h) D= diámetro de la torre (pie) Reemplazando Tp = 336.5°C, mg = 11142.86 lb/h, D = 9 pies NRE= 28258.96 NRE = 2.8 x 104
  • 41. 5.-Factor de fricción Con el NRE vamos a la figura (ver anexo Nº 03) yencontramos el factor de fricción “f” Donde f = 0.020 6.-Velocidad de salida de los gases de combustión Para calcular la velocidad de salida utilizaremos la siguienteecuación: Q La velocidad de entrada es: V S At Donde: Q = flujo de gases de combustión m3/s At = área transversal de la chimenea m2 Reemplazando los siguientes valores Q = 103.24 m3/s y At = 5.91m2 Vs = 17.47 m/s (57.31 pie/s) 7.-Velocidad promedio de flujo de gases. Vi Vs VP 2 Vp = 15.89 m/s (52.12 pie/s)
  • 42. 8.-Pérdidas de energía debido a la fricción en la torre Las pérdidas por fricción la podemos calcular mediante la ecuación6 de Darcy: L *v2 ht f D * 2g En la que: hL = pérdida de energía a la fricción (Nm/ N, m,lbpie/pie, pie) L = longitud de la corriente de flujo (m o pie). D = diámetro del conducto (m o pie) v = velocidad promedio de flujo (m/s o pie/s) f = factor de fricción Reemplazando: L = H = 100 pies, D = 9 pies, Vp = 52.12 pies/s, f = 0.020 y g = 32.8 pies/s2 Tenemos que las pérdidas a lo largo de la chimenea es: ht = 9.2 pies2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La Caldera El bagazo es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su composición granulométrica y estructural, que presenta relativamente baja densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se obtiene del proceso de molienda de la caña. A continuación se muestran en las tablas 1, 2 y 3 las características fundamentales del bagazo de caña utilizado en este trabajo.
  • 43. Tabla 1. Análisis inmediato (% base seca). Caracteristica % Carbono fijo 41,9 Volatiles 46,36 Cenizas 11,74 Tabla 2. Análisis elemental (% base seca). Caracteristica % Carbono 42,54 Hidrogeno 5,17 Nitrogeno 0,63 Azufre 0,30 Oxigeno 39,62 Tabla 3. Poderes caloríficos. Especificación (kcal/kg) (kJ/kg) Superior (b.s.) 3 986 16 661,5 Inferior (b.s.) 3 715 15 528,7El peso de la muestra fue de 5,540 mg. El material se sometióa una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósferainerte garantizado por un flujo de N2.
  • 44. Fig. 1. Diagrama h vs T del bagazo de caña de azúcar (real). El peso de la muestra fue de 7,30 mg. El material se sometió a una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósfera inerte garantizado por un flujo de N2 de 20 cc/min. Fig. 2.diagrama U vS T
  • 45. CAPITULO IIIPOSIBLES FORMAS DEREDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.
  • 46. III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.3.1. Lavadores de gases.  Se propone implementar a las carderas con lavadores de gases presentes en el mercado industrial.  Estos lavadores serán seleccionados de acuerdo con el tamaño de las partículas que arrojan las calderas(polvo >u, humo<u; etc)3.2. Filtros:  De otro modo se puede implementar las calderas con filtros (en las chimeneas), para de esta manera reducir el paso de partículas contaminantes al medio ambiente.
  • 47. CAPITULO IV CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES.
  • 48. IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.  Según los cálculos teóricos la temperatura máxima que se alcanza durante la combustión (temperatura de llama adiabática) en la caldera es de 1835.58K.  durante los calculos realizados se ha determinado que el flujo en volumen de los gases Q=103.24 m3/s.  La perdida de calor sensible en los gases de combustión es q=452.55 Kcal/Kg.  La eficiencia de la caldera es de 0.47 lo cual es un valor muy bajo esto se debe a la falta de mantenimiento (predictivo, preventivo y correctivo).  La velocidad promedio del flujo de los gases en la combustión es de 15.89m/s  Las pérdidas de energía a lo largo de la chimenea es 9.2 pies.  Los cálculos realizados anteriormente son aplicables a todas las demás calderas puesto que tienen el mismo principio de funcionamiento.  Con la instalación del lavador de gases o filtros en la caldera Nº 06 se reducirá la emisión de partículas a la atmosfera.  Si se implementara con lavadores a las calderas se recomienda diseñar un ducto de desagüe el cual se vierta en una piscina de decantación y luego sea llevado a los campos de cultivo.  Si la implementación de las calderas es por medio de filtros se recomienda hacer un mantenimiento preventivo de los mismos cada un cierto tiempo.
  • 49.  Se recomienda implementar las instalaciones con nuevas tecnologías y dispositivos que permitan mantener un ambiente más saludable.  Finalmente hacer de conocimiento que los resultados de este informe han sido analizados mediante cálculos teóricos por no disponer de materiales y equipos para realizarlo prácticamente.4.1. BIBLIOGRAFÍA: TESIS: Limpieza húmeda en las chimeneas de las calderas de la E.I.A...Tuman (José Miguel Pantoja solano) HUGOT E. manual del ingeniero azucarero. E.A.I. Tuman informes técnicos, estadísticas elaboradas por los ingenieros.4.2. LINKOGRAFIA: Google heart. www.google .com (diagramas de combustión del bagazo).
  • 50. ANEXOS
  • 51. V. ANEXOSAnexo Nº 015.1. Análisis de los índices de contaminación. 1.1.- Identificación del Problema: Actualmente existe una contaminación del aire del ambiente producida por la fábrica sobre la población que es afectada por la caída de los sólidos emanados de la chimenea, producto de la combustión del bagazo en las calderas. Estos sólidos contaminantes son expandidos por el viento hacia la población generando molestias y enfermedades tanto a los órganos visuales como respiratorios, y otros. Además las calderas no cuentan con la instrumentación necesaria para controlar los parámetros de funcionamiento y los pocos instrumentos con los que cuenta no proporcionan una medida confiable para realizar un estudio de las especificaciones técnicas del fabricante. 1.2.- Justificación e importancia: Justificación: La gestión de los recursos energéticos constituye un factor fundamental para mejorar la competencia de la industria, por esta razón es cada vez más necesario potenciar la eficiencia energética y la innovación tecnológica con la introducción de equipos más eficientes y menos contaminantes con el aprovechamiento de las energías renovables.
  • 52. El motivo del presente trabajo es implementar la instrumentacióny equipos necesarios para el mejor funcionamiento de lasunidades. El 6 de diciembre de 1999, el CONSEJO NACIONALDE MEDIO AMBIENTE del Perú (CONAM), emitió una normalimitando las emisiones de gases al medio ambiente a partir deabril del 2000 para el sector industrial, lo que implica el mejorarla combustión en los quemadores existentes, o el reemplazo deequipos antiguos, o la sustitución de combustible, la utilizaciónde filtros especiales. El CONAM está buscando un desarrolloindustrial “limpio” preservando el medio ambiente decontaminación, con lo que está promocionado una reconversióndel parque nacional de calderos industriales, y también el usodel gas de camisea.Actualmente el uso del gas de camisea implica un costo 10%menos que el del petróleo Diesel 2 y un 200% mayor que elpetróleo Diesel 6, pero posibilita el operar en filtros de aire. ElCONAM también emitió una norma en el diario El Peruano el 24de noviembre estableciendo estándares de calidad de aire, cuyanorma se adjunta a continuación:DE LOS ESTÁNDARES PRIMARIOS DE CALIDAD DE AIREArticulo 4.- estándares primarios de calidad de aire: losestándares nacionales primarios de calidad de aire considerandolos niveles de concentración máxima de los siguientescontaminantes del aire: Dióxido de Azufre (SO2). Material Particulado con diámetro menor o igual a 10micrómetros (PM10) y menor o igual a 2.5 micrómetros (PM2.5). Monóxido de Carbono (CO). Dióxido de Nitrógeno (NO2). Ozono (O3). Plomo (Pb). Sulfuro de Hidrogeno (H2S).
  • 53. Articulo 5.- tabla de estándares: los estándares nacionales primarios para la calidad del aire son los establecidos por el anexo 1 del presente reglamento. FORMA DEL ESTÁNDAR MÉTODO DECONTAMINANTE PERIODO ANÁLISIS VALOR FORMATO Anual 10 Media aritmética anual 24 horas 150 NE más de 3 veces al año Fluorescencia 1 hora Dióxido de Azufre 350 NE más de 24 veces al año UV 10 Se recomienda el registro minutos Anual 50 Media aritmética anual Separación PM 10 24 horas 150 NE más de 4 veces en 3 años Inercial/filtración Anual 15 Promedio de 3 años del Separación promedio aritmético anual PM 2.5 Inercial/filtración 24 horas 55 NE más de 8 veces en 3 años 8 horas 10000 Promedio móvil Nemas de una Monóxido de Infrarrojo no vez por año Carbono disperso (NDIR) 1 hora 30000 NE más de una vez por año Dióxido de Anual 100 Promedio Aritmético anual Quimioniscencia Nitrógeno 1 hora 200 NE más de 24 veces por año Promedio móvil. NE el promedio de3 años del cuarto Fotometría UV 120 mayor valor anual de laOzono (método 8 horas concentración máxima diaria automático) de 8 horas. Se recomienda el registro Media aritmética anual Anual 0.5 Método paraPlomo NE más de 1 vez cada 3 Mensual 1.5 PM 10 mesesSulfato de Fluorecen- cia 24 horas 150 NE más de tres veces por añoHidrogeno UV TABLA Nº04.-Estandares de la calidad de aire Todos los valores son concentraciones en microgramos por metro cubico. NE: No exceder
  • 54. Cuadro de contaminación atmosférica y sus efectos en la salud. Contaminante Fuente Antropogenia Efectos en la Salud contaminante Fuente antropogénica Efectos de salud Exposición aguda: dolor desvanecimiento y disminución del desarrollo físico, muerte. Exposición crónica: stress sobreMonóxido de Parque automotor industria sistemas cardiovasculares; disminucióncarbono total de la tolerancia, al ejercicio y ataque al corazón. Transporte, fuentes de Exposición aguda: irritación pulmonarOxido de combustión estacionaria Exposición crónica: bronquitisnitrógeno Fuentes de combustión Exposición aguda: inflamación delOxido de azufre estacionaria. Inducida proceso respiratorio, agitación asmática.Hidrocarburos Transporte, fuentes de Desconocido, irritación del sistemamateria micro y combustión estacionaria. respiratorio, ojos, deterioro estético.macropartículas IndustriaOxidantes foto Transporte, fuente de Exposición aguda: irritación del sistemaquímicos combustión estacionaria respiratorio y ojos. TABLA Nº 05.-Efectops en la salud
  • 55. 5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales El nivel de contaminación que provoca la operación de las calderas industriales, depende fundamentalmente del tipo de combustible empleado y de la eficiencia de su combustión. En la práctica los que requieren mayor atención son la emisión de inquemados sólidos (cenizas y hollín) y los óxidos de azufre (lluvia ácida), nitrógeno (NOx) y carbono (efecto invernadero) Oxido de Azufre (lluvia ácida) La presencia de azufre en los crudos de petróleo y en los productos de refinado resulta un factor determinante en su calidad, por ejemplo poco factible su eliminación en etapa previas a su empleo doméstico o industrial. Al quemar residuales durante la operación de calderas industriales, el azufre actúa como combustible generando calor y productos de combustión en forma de óxido, de los cuales el 96 o 97% es SO 2 y en resto SO3. Si estos gases condensan sobre los tubos, partes metálicos o las paredes de la chimenea, antes de salir de la caldera, provocarán la mencionada corrosión ácida, también llamada corrosión a baja temperatura, al disminuir por debajo del punto de rocío a partir del cual se condensan los gases. La presencia de partículas acompañadas de SO 2 y sus derivados pueden producir, según los niveles de concentración en que se encuentra, desde leves irritaciones de las vías respiratorias hasta claros aumentos en la mortalidad sobre todo personas con afecciones bronco pulmonares. Óxidos de Nitrógeno (NOx) Los óxidos de nitrógeno se producen en el curso de la combustión y se presentan en las formas de NO (monóxido u óxido nitroso) y NO 2 (óxido nítrico o dióxido de nitrógeno). El N2O no se considera contamínate al no ser tóxico y no participar en reacciones fotoquímicas.
  • 56. Se forman a partir de la reacción entre nitrógeno y oxígeno a elevadastemperaturas, normalmente en el interior de la llama.El nitrógeno está siempre presente, aportando por el combustible y/oel comburente (aire)La cantidad formada de NO y NO2 depende de la temperatura decombustión y la disponibilidad de oxígeno en la cámara de combustión.De hecho, a partir del 1093ºC comienza a aparecer NO y NO2. Monóxido de Carbono (CO)El componente más peligroso para la salud es el NO 2Este gas sepresenta normalmente como producto de una combustión incompletapor deficiencia de aire (oxígeno) o una deficiente mezcla decombustible y comburente.Su presencia implica el riesgo a explosiones, por reaccionarviolentamente en atmósfera súbitamente oxidante. Dióxido de carbono (CO2) Es un gas que normalmente se encuentra en la atmósfera en unaproporción de 311 ppmm o 0.03 en volumen. Emisión de partículas sólidas Los sólidos emitidos en los gases de chimenea de calderoscomprenden dos clases de partículas: cenizas y material inquimado.Cenizas: Esta clase de sólidos se presenta en el caso de combustiónde residuales. Están constituidos por sedimentos e impurezasmetálicas presentes en forma de compuestos organometálicos.Durante la combustión se forman óxido de vanadio, fierro, níquel, etc.,que al combinarse con el SO3 formado, son emitidos en forma desulfatos.Inquemados: Están constituidos por los productos del craqueo delcombustible en fase líquida (coque o cenósferas) y en fase gaseosa(hollín) que no llegar a combustionar en forma completa, salen por lachimenea en forma de humo.
  • 57. Fig. Nº01.-Emisión de partículas sólidas y niveles de contaminación Anexo Nº02 Fig. Nº 02.-Temperatura en función de las dimensiones dela chimenea.Anexo Nº03 Fig.Nº03.-Factores de fricción para chimeneas