Un Manejo Racional del Vapor para Ahorrar Energa
AgendaIntroduccion y Objetivos Como sacar el mayor provecho del vapor que se genera en la caldera Perdidas de eficiencia debido al aire y a la humedad en el vapor Porqu es importante una correcta seleccin de la trampa? Como mejorar la eficiencia en equipos calentados con vapor Despedicio de vapor por fugas y sobrecalentamiento Reutilizacion del revaporizado y el condensado Conservacion de energia y monitoreo de consumo de vapor
Introduccin y Objetivos
Ahorro Potencial de Energia en el VaporPotencial estimado para la industria de USA(Fuente: The Alliance to Save Energy, US, - 2000)
Ahorro Potencial de Vapor %
Calderas- Eficiencia de la Caldera - Equipo de recuperacin de calor - Monitoreo y control de emisiones - Tratamiento de agua - Control de alimentacin Distribucin de Vapor & Retorno de Condensado - Fugas de vapor y trampas - Retorno de Condensado - Aislamiento Total
15 - 20% 1-5% 2-4% 2% 10-12% 3-5% 15-20% 3-5% 10-15% 5-10% 30-40%
Caldera Ahorro de energaPresion de Operacion Vs. Presion Nominal Temp. gases y Exceso de aire
Incrustaciones & Tratamiento de Agua
Eficiencia del Quemador Control de nivel de Agua Purga
Retorno de Condensado & Temp. de Alimentacion de agua
Trampa de vapor que falla abierta
Trampa de vapor inadecuada
Puesta en marcha
Trampa que no fue reemplazada
Corrosin permanente
Recuperacin de condensado
*
Antes
&
Despus
Costo de produccion de vaporCosto de referencia del combustible en la generacin de vapor
Energa requerida para producir vapor en funcin de la presin y la temperatura del agua de alimentacin a la caldera. La Tabla 2 da el contenido de energa por unidad comercial de la mayora de los combustibles usados en la generacin de vapor
Precios de combustibles en Per
Costo del vapor con referencia al combustibleCombustible: Gas natural. Precio $ 3.85 / MMBtu = $ 0,385 / therm 1 therm = 100 000 Btu Presion de vapor: 150 psig, Temperatura del agua de alimentacin: 230 F.
Costo del vapor, 150 psig = $ 0,385 / 100 000 * 1 000 * 998 (BTU/lb) * (100/81.7) Costo del vapor a 150 psig: $ 4,70 / 1 000 lbs.
Costo del vapor, 100 psig = $ 0,385 /100 000 * 1 000 * 991 (BTU/lb) * (100/81.7) Costo del vapor a 100 psig: $ 4,67 / 1 000 lbs.
Prdidas de vapor en trampas que fallan abiertasEn sistemas que no han sido mantenidos durante 3 a 5 aos, se encuentran fallas entre el 15% y el 30% de la poblacion de trampas. Estas trampas dejan escapar vapor vivo a las lineas de retorno de condensado. En sistemas con un programa de mantenimiento de trampas adecuado las fallas dismuyen a un 5 % de la poblacion de trampas.
Para fines prcticos considerar el 50 % de la cantidad de vapor
Ejemplo: Prdida en una trampa de vaporCosto del vapor: $ 4,67 / 1000 lbs Una trampa TD de pulg tiene un orificio equivalente de 1/8 pulg Presin 100 psig Perdida de vapor por la trampa descargando a la atmsfera: 52.8 lb/h Estimar el 50 % del valor anterior Operacin anual: 8400 hs Prdida de vapor por ao: 26.40 lb/h * 8400 h/ao = 221.760 lbs vapor Costo de vapor perdido: 221,760 lb * $ 4,67 / 1000 lb = $ 1.035,62
Aprovechar todo lo que se pueda en la caldera
Temperatura del agua de alimentacin de caldera - Oxgeno14
Temp.12
Solubility [ppm] 12.7 11.3 10.1 9.1 8.3 7.5 7.0 6.5 6.0 5.6 4.8 3.9 2.9 1.6 0.9 0.0
10 Solubility [ppm]
8
6
4
2
0 0 20 40 60 Tem perature [C] 80 100 120
[C] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 95 100
La reduccion de los niveles de Oxgeno y Dixido de Carbono en la caldera, disminuye el ataque corrosivo. El nivel ptimo de Oxgeno es alrededor de 1 ppm y de Dioxido de Carbono 0 ppm. Otro beneficio de los desaereadores es la reduccion del shock termico en la caldera cuando la temperatura de alimentacin es de 85 C o superiores
Temperatura baja en el agua de alimentacin
Aumenta la solubilidad del oxigeno en el agua Aumento de la corrosion Mayor demanda de sulfito de sodio Mayor consumo de combustible
Tanque de alimentacin de agua atmosfrico
Tanque de alimentacion con cabeza deaereadora VenteoCabeza desaereadora. Condensacion del flash Sistema de Control de Nivel
Agua de reposicin Vapor flash de la purga Retorno de Condensado
Sistema de Control de Temperatura
Recirculacion
A caldera
Cabeza deaereadora
Deaereadores - BeneficiosNiveles de concentracin reducidos de Oxigeno y Anhdrido Carbnico en la caldera reducen el ataque por corrosin.
Otro beneficio de los Deaereadores es que reducen el shock trmico en la caldera porque la temperatura del agua de alimentacin es de 108 C -o mas, a diferencia de la utilizacin de un tanque de alimentacin atmosfrico donde el agua estar a unos 85 C en promedio.
Retorno de condensado
Cantidad de calor contenida en el vapor y en el condensado.
Retorno de condensado El contenido de calor en el condensado es equivalente a un 20% o 25 % del calor contenido en el vapor. El condensado es agua tratada y de esta manera los costos por tratamiento de agua disminuyen. Disminuyen tambien los costos de agua de reposicin y vertimiento de efluentes. Usualmente se puede decir que el costo del condensado es un tercio del costo directo de generacin del vapor Recuperar el condensado significa disminuir entre un 10 - 15% los costos de combustible
Seleccion de la presin de trabajoEl sistema de distribucion es el link entre la caldera y los sitios de utilizacion de vapor. Se requiere el flujo necesario de vapor de buena calidad y a la presion correcta. Las perdidas deben ser minimas y el costo de capital lo mas bajo posible Presin requerida en los puntos de utilizacin Caida de presion a lo largo de la tuberia debido a la resistencia al flujo (friccin) Prdidas de calor en la tubera
Seleccion de la presin de trabajoLas prdidas de eficiencia provienen del aumento de las prdidas por radiacin y conveccin Tambien hay prdida de eficiencia cuando se afecta el ttulo del vapor producido en la caldera La presin de operacin de la caldera tiene un impacto definitivo en la calidad del vapor y la posibilidad de arrastre Una caldera esta diseada para proveer un vapor saturado seco al 99.5 %. Esto significa que entere un 0.5 y un 1 % del producido en la caldera ser agua, no vapor
Presin de operacin de la caldera
Presin de diseo Menor vol. especfico Mayor rea de separacin Vapor seco Velocidad apropiada
Presin mas baja Mayor vol. especfico Area de separacin menor Menor calidad en el vapor Mayor velocidad
Vapor, a qu presin ?Operar la caldera a la presin recomendada por el fabricante Distribuir el vapor a esta presin En los sitios donde se requiere una menor presin utilizar estaciones reductoras de presin
Arrastre de aguaValvula corona Separador Vapor a la planta
Dreanaje
El agua en un sistema de vapor significa:Golpe
de ariete en el rendimiento
Reduccion
Contaminacion
Aumento de la demanda de vaporCuando hay aumento en la demanda, la caldera no puede sostener la presion La presion cae, aumenta la revaporizacin del aguaPresion bar g 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Vapor Flash kg 0 46 72 101 132 168 210 262 300
Minimizar las purgas en calderas
Purga Automtica de fondo
Control de SDT
Minimizar las purgas en calderas A medida que el agua se evapora en la caldera, los solidos se concentran. Los SST forman lodos o sedimentos en la caldera, degradando la transferencia de calor. Los SDT facilitan la espumacin y el arrastre de agua. La purga de fondo se usa para reducir los niveles de slidos suspendidos. Una purga en exceso desperdicia energa, agua y qumicos. Las purgas tpicamente- estn entre un 4% y un 8% del agua de alimentacin, pero pueden llegar al 10% cuando el agua de reposicin tenga contenidos altos de SDT. Los Controles Automticos aseguran el nivel de purgas correcto evitando depender de un control manual. 2% en la Reduccin de la Purga = 0.25% de ahorro de Combustible
Colectores de vapor
Colectores de vapor
Velocidad Ideal = 5 a 8 m/s
Colectores de vapor
Humedad, aire y sus efectos en la productividad del vapor
Una pregunta:
Si utilizamos vapor saturado, como podemos asegurar que el vapor tiene una buena calidad?
Respuesta: Separador de humedad
Vapor Humedo
Vapor Seco
Separador S3
Salida de Condensado
Efecto de la humedad en el vaporEjemplo: Un proceso requiere 4,645,000 Btu/hr Se dispone: vapor a 30 psig @ 274 F @ 100% Saturado seco, el vapor suministra 929 Btu/lb Flujo de vapor en el proceso 5,000 lb/hr @ 90% Fraccion de sequedad, vapor suministra 836 Btu/lb Ahora el proceso consume 5556 lb/hr Un incremento del 11% @ 80% Fraccion de sequedad, el vapor suministra 743 Btu/lb Ahora el proceso consume 6251 lb/hr Un incremento del 25%
Consecuencias de un vapor humedo:
Golpe de ariete Sistemas inseguros Fugas Tiempos muertos Fallas prematuras en el sistema
Beneficios por el uso del separador
Mejora la calidad del vapor Reduce costos de mantenimiento y tiempos muertos Incrementa la vida til de la planta y vlvulas. Elimina riegos por golpe de ariete No requiere mantenimiento
Donde ubicar el separador?Salida de calderas Tuberas de distribucin Antes de las VRP Antes de las vlvulas de control Sistemas de aire comprimido
Vapor saturado seco
El flujo ideal: solo vapor saturado
Vapor con gotas de agua en suspensin
El flujo real (I): humedad en suspensin
Vapor con presencia de condensado
El flujo real (II): humedad y arrastre de condensado
Golpe de ariete
El caso crtico: Golpe de ariete
Consecuencia de un golpe de ariete
Golpe de ariete
Consecuencia de un golpe de ariete
Una tuberia con vapor a 10 psi
Drenaje de tuberas
Inclinacin 1/250
Vapor Elevacin 30 - 50m Puntos de drenaje Flujo vapor
Puntos de drenajeSeccinVaporCondensado
CorrectoTrampa Bolsillo SeccinVapor
Trampa
Dimensionamento
Descarga libre DIAMETROS CORRESPONDENTES D1 D2 2 2 2.1/2 3 4 5 2.1/2 3 3 3 1
Linea colectora de condensado
6 8 10 12 14 16 18 20 24 4 6 6 8 8 8 10 10 10 2
DN2 3/4 DN1
1 1/2 Generalmente 1/2
L en mm. para todas las medidas, utilizar como mnimo 250
Puntos de drenajeDrenaje Intermedio (cada 30 metros para vapor saturado)
Puntos de elevacin y descenso
Bolsillo colector de condensado
Cual es el Correcto?
Conexin de las derivaciones
Vapor
Vapor
Condensado
Incorrecto
Correcto
Drenaje de una derivacin
Tubera principal Vlvula de Control
Conjunto de Trampa .
Ramificaciones
Reducciones concntricas y excntricas
Reducciones concntricas
Eliminacin del agua y del aireSolucin a los problemas de agua y aire Trampas de vapor (eliminar condensado) Venteadores de aire (eliminar aire y gases incondensables) Son vlvulas automticas que abren en presencia de condensado o aire y cierran con vapor
Agua en el vapor La presencia de agua en el vapor disminuye la entalpa,
afectando la trasferencia de calor.Una pelcula de agua de 0,25 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que:
-
Pared de cobre de 130 mm Pared de hierro de 17 mm
Adems, las gotas de agua arrastradas por el vapor producen erosin.
Tipos de trampas Tipos de trampasTermostatica Termostatica
Termodinamica Termodinamica Balde Invertido Balde Invertido
Flotador Flotador termostatica termostatica
Aire en el vapor
El aire es un mal conductor del calor, como tal:
Una pelcula de aire de 1 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que:
Pelcula de agua de 25 mm Pared de hierro de 1.700 mm Pared de cobre de 13 metros
Venteador de aire en el extremo de una tubera
Venteador termostatico de aire
Trampa de vapor
Extremo final de una lnea de vapor
Separador de gotas
Vapor hmedo
Vapor seco
Baffles Baffles
Condensado Condensado
Influencia del aire en la temperaturaTenemos una mezcla : 25 % Ar - 75 % Vapor A una presin de 1 barg (14.7 psig) Temperatura deseada 120 oC
Aplicando la LEY DE DALTON(en una mezcla de gases la presion total es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes)
PAbs = % Aire x PAbs + % Vapor x PAbs % Vapor x PAbs = 2 (25 % x 2) = 1.5 bara % Aire x PAbs = 0.5 bara Presin parcial del aire = 0.5 bara Presin parcial del vapor = 1.5 bara Temperatura correspondiente = 111 oC
Influencia del aire en la temperatura del vapor
111 oC
Donde se ubica el aire?El aire es empujado por el vapor
Aire confinado
Localizacin del venteador de aire
Venteo de aireSustancia a calentar Capa estancada IncrustacionesAire Condensado
Perfil de temperatura
Vapor
Pared metalica
Venteo
Marmita enchaquetada
Fuentes de aire El aire puede estar presente en el sistema de distribucin y en los equipos calentados con vapor debido a: El vaco resultante por el apagado de las calderas o paros en los procesos. Alimentacin de agua en la caldera con O2 (tratamiento incorrecto).
Aplicaciones tipicasCabezales de vaporTerminal de un cabezal de distribucion
Vapor
Vapor
Venteo
Marmita
Beneficios al eliminar el aire en los equipos calentados con vaporTransferencia de calor eficiente. Ahorro de energia y mejora de la productividad. Mejora el rendimiento en procesos donde la temperatura es critica. Reduce la corrosion. Mejora la calidad del producto permitiendo un calentamiento uniforme. Reduce el mantenimiento en los equipos.
Limpieza en el Vapor
La suciedad en el vapor es causada por:
Arrastre de slidos del agua de caldera Corrosin en tuberas Restos de soldadura Exceso de material en juntas Productos para sellado de roscas
Filtros Y
Entrada de vapor
Filtros Y
Entrada de vapor
Material en una malla de un filtro Y
Seleccion correcta de las trampas de vapor
Trampa de vapor
Dispositivo automtico que permite separar el vapor del condensado.
Algunos tipos de trampas pueden descargar aire (incluyendo gases no - condensables) en la medida que estn presentes.
Una trampa operando correctamente no permite la descarga de vapor a travs de ella.
Para que necesitamos trampas?
Eliminar aire; Remover el condensado; Eficiencia trmica; Confiabilidad
Trampa de vaporCONCEPTO: Dispositivo que libera automaticamente el condensado, sin perder VAPOR.
CONDICION BSICA DE FUNCIONAMENTO:
P1 > P2
Presion
Presion
Presion
Diferencial
Diferencial
Diferencial
Tipos de accionamiento1- Mecanicos:a) De Flotador; b) De Balde Invertido.
2 Termodinamicos:a) De Flujo Simple; b) De Flujo Distribudo.
3 Termostticos:a) Bimetlico; b) Expansion Lquida; c) Presion Balanceada.
Seleccin de una trampa
Qu tipo de equipo se va a drenar ? Hay aire (y gases no condensables) presente/s en el sistema? El proceso se ver afectado por un drenaje inadecuado? Cules son la presin (psig) y la carga de condensado (lbs./hr.)?
Aplicaciones v.s. Caractersticas
Gua para seleccionar una trampa
Seleccin y dimensionamiento
Aplicacin: Drenaje de tuberiasFactor de Seguridad: Presin Diferencial: Trampa tpica: x2 100 % 1/2 o 3/4 baja capacidad
Estacin de trampeo tpica
D H
Dimetro D 1/2 a 4 5 / 6 y mayores
Dimetro de la Pierna Igual dimetro a D 2 a 3 dimetros menor al dimetro de la tubera, pero nunca menor a 4
Altura de la Pierna HArranque autom.: H = 28 min. Arranque supervizado H = 1-1/2 veces el dim. De la tuberia, pero nunca menor a 8
Seleccin y dimensionamiento Aplicacin: ProcesosSin control modulante : Control modulante : Presin < 30 psig: Presin > 30 psig: * Nota: Pierna de 18-24 para la trampa 100 % de la carga (FS=1)) @ 1/2 PSI de pres. diferencial *FS=3 @ max. presin dif. FS = 2 @ 100 % Pres. Dif.
Gua rapida para dimensionamiento
*Ver Hook-up Book, pgina 24
Seleccin y dimensionamiento, ejemplosAplicacin: Tuberia de vapor Datos: Vapor saturado 175 psi Tubera di. 10", Sch 40, Aislada Long. entre estaciones 200' Intermperie, Min. Temp. Ambiente 70F Asumir: Arranque autom., 12 Hrs., contrapres.5 psi Se pide: Carga de diseo (Arranque u Operacin) Factor de seguridad Mejor tipo de trampa Tamao de la trampa
Seleccin y dimensionamiento, ejemplos
Cont. Arranque: Pg. 10, Hook-up Book (169 lbs por 100 ft) X 2 = 338 lbs 338 lbs por 12 hrs = 338 lbs / 12 hr = 28 lbs/hr
Operacin: (66 lbs/hr por 100 ft) X 2 = 132 lbs/hr Factor de seguridad = 2 Carga de diseo: 132 lbs/hr X 2 SF = 264 lbs/hr Pres. Dif. = 175 5 = 170 psig Trampas elegidas: TD52L UTD52L 545 lb/hr 490 lb/hr
Seleccin y dimensionamiento, ejemplos
Aplicacin: Calentador de agua, I/C de carcaza y tubos Datos: Capacidad requerida: 5 millones Btu/hr Vapor sat. 75 psig a una vlvula de control modulante Drenaje de condensado por gravedad 14 de caida hacia la trampa, cabezal de condensado a 5 psig Se pide: Carga total de condensado, factor de seguridad Mejor tipo y tamao de trampa
Seleccin y dimensionamiento, ejemplos
Cont. Clculo de la carga : 5 mill. Btu/hr / 895 Btu/lb= 5587 lb/hr Factor de Seguridad = 3 Carga de diseo: 5587 X 3 = 16,761 lb/hr Pres. dif. = 75 5 = 70 psi Mejor trampa: Flotador & Termosttica 2 FTB-175
Mejorar la eficiencia en los equipos calentados con vapor
Reduccin de presinSe instalan vlvulas reductoras por: a) Necesidad Presin de diseo del equipo inferior a la presin disponible b) Eficacia Ahorro de energa si el proceso admite menor presin Mejora la calidad del vapor Aumenta la vida de los equipos
Sobrecaletamiento por reduccin de presion
100 psig 170 oC
20 psig 150 oC . 1189 BTU/lb
1189 BTU/lb
Orificio de paso en vlvula reductora de presin
Vapor Saturado a 20 psig Entalpa total 1166 BTU/lb Temperatura 126 C El exceso de entalpa (23 BTU/lb) recalentar el vapor a 150 C
En la prctica
El vapor muy raramente es 100% saturado seco. Primero se evaporar la humedad, cuando el vapor est saturado y seco, se recalentar. Esto depende de la cantidad de humedad que contenga En estos casos una reduccin de presin mejora la calidad del vapor, aumenta el ttulo.
Instalacin de una vlvula reductora de presinLa tuberia de descarga debe tener un diametro mayor que el de la valvula reductora debido al aumento del volumen espacifico en el vapor
Presion: 175 psig Presion reducida 60 psig Flujo de vapor 6000 lb/h Diametro de la VRP: 2 pulg (mx. capacidad 9900 lb/h) Diametro de la tuberia aguasarriba; 3 pulg Sch 40 (velocidad 5100 pie/min) Dimetro de la trubera aguasabajo: 4 pulg Sch 40 (velocidad 7000 pie/min)
Valvulas reductoras de presin preensambladas
Vlvulas reductoras de presin
Sistema sin retorno de condensadoSe requiere precalentar el agua
Tratamiento 15C
Agua
Tanque alim.
Equipo
Trampa
Drenaje Bomba de alimentacin
Sistema con retorno de condensado
Retorno de condensado a 90C
Tanque de alim. 90C
Equipo Trampa
Bomba de alimentacin
Bomba
Drenaje y elevacin del condensado
Remocin de condensado No 1
Sin vlvula de control y sin elevacin , no hay problema, asumiendo que:
Equipo
El condensado puede drenar a la presin atmosfrica.
La operacin es continua.
Trampa
Remocin de condensado No 2
Vlvula de control
Equipo
Si hay una valvula de control podran presentarse problemas de vaco cuando las cargas sean bajas.
Trampa
Remocin de condensado No 3
Vlvula de control
Adems de instalar un rompevaco, para remover el condensado con la trampa, se necesita:
Equipo
Trampa
Una cabeza de presin positiva Drenaje a la presin atmosfrica.
Remocin de condensado No 4Vlvula de control
Equipo: presin de vapor baja P1 Posible inundacin P2
Si el condensado se eleva despus de la trampa, el sistema
Contrapresin
puede inundarse. Esto ocurrir siempre que P2 sea mayor que P1
Trampa
Recuperacin de condensadoVlvula de control
Equipo Venteo
La bomba vence la contrapresin. El, o los, equipo(s)
Trampa(s) Recibidor Vapor
descargan el condensado al recibidor por gravedad.
Bomba
Cules son las necesidades?
Recuperar el condensado de todos los equipos que utilizan vapor. Reducir los costos de mantenimiento en bombas e intercambiadores.
Mejorar la calidad del producto reduciendo los rechazos. Reducir costos de precalentamiento del agua de make-up. Reducir costos de agua, tratamiento quimico y alcantarillado. Mejorar el rendimiento de la caldera
Beneficios La recuperacin de condensado evita: - Exceso de purgas - Prdidas de energa - Consumo elevado de agua de make-up - Precalentamiento del agua de alimentacin - Temperaturas en el producto inestables - Problemas de calidad en el producto - Corrosin excesiva - Golpe de ariete: daos y ruidos en el equipo
Bombas operadas por presin
Las bombas han sido diseadas teniendo en cuenta: La necesidad de manejar el condensado bajo cualquier condicin. Poder accionarlas con vapor, gas, o aire comprimido sin requerir motores elctricos, tableros ni switches de nivel, pudiendo operar en reas peligrosas. Eliminar problemas de mantenimiento causado por fugas en sellos mecnicos, y cavitacin.
Como funciona una bomba de condensado?
Retorno de condensado
Bomba Trampa APT14
Bomba Pivotrol
Retorno de condensado
Bomba Trampa APT14
Retorno de condensado
Bomba Pivotrol
Retorno de condensado AguaUn sistema de vapor retorna 10,000 lbs/hr de condensado. El sistema opera 8,000 hr/ao. El costo del agua y alcantarillado es de $0.002/gal, y el costo del tratamiento de agua se estima en una cantidad equivalente: $0.002/gal. Se asume un 12% de perdidas por vapor flash
Calcular el ahorro total por ao (Agua, alcantarillado y tratamiento quimico). Ahorro anual = (1 - % Flash/100) x (Condensado lbs/hr) x Operacin h/ao x (Costo agua $/gal) / (Densidad lbs/gal)
Ahorro anual = (1-0.12) x 10,000 x 8,000 x $0.004/ 8.34= $33.764,99
Retorno de condensado - CombustibleCondensado: 10000 lb/h El condensado se recupera a 180 F. El agua de reposicin est a 55 F Eficiencia de caldera 82 % Entalpia del condensado a 180F : 148 Btu/h Entalpa del agua de reposicion a 55F: 23 Btu/lb
Ahorro anual = (1-0.12) x 10.000 lb/h x (148-23) Btu/lb x 8000 h/ao x (1/0.82) x 10-6 MMBtu/Btu x $ 3,85/MMBtu = $41.317,00/ao
Retorno de condensado AguaRecuperacin potencial de condensado en una planta: 5,000 lbs/hr Operacin anual de la planta 7,200 hrs. Costo del agua de acueducto: US$ 0.57/m3 Costo del trat. quimico: US$ 0.18 /m3 Costo del agua tratada: US$ 0.75/ m3 Se asume un 12% de perdidas por vapor flash (88% de condensado neto) Densidad del agua, 2200 lb/m3
Calcular el ahorro de agua tratada por ao Ahorro anual = (1 - % Flash/100) x (Condensado lbs/hr) x Operacin h/ao x (Costo agua $/ m3 ) / (Densidad lbs/ m3)
Ahorro anual = (1-0.12) x 5,000 x 7,200 x $0.75/ 2200= US$ 10,800
Retorno de condensado - CombustibleCondensado 5,000 lb/h El condensado se recupera a 180 F (Entalpa: 148 BTU/lb) El agua de reposicin est a 68 F (Entalpa: 36 BTU/lb) Eficiencia de la caldera 82%
Energa en el condensado a recuperar: (1-0.12) x 5,000 lb/h x (148-36) Btu/lb x 7,200 h/ao x 1/0.82 x 10-6 = 4,327 MBtu/ao Se multiplica por 10-6 para expresar en MBtu.
A cunto equivale este ahorro de energia en trminos de combustible?
Retorno de condensado - CombustibleCombustible: Carbn mineral, Precio US$ 0.054 / kg ($ 120 / kg) Poder calorifico 24,200 Btu/kg Energa en el condensado a recuperar: 4,327 Mbtu / ao
Equivalente en combustible: (4,327 MBtu/ao) x (1,000,000 Btu / 1 MBtu) x (1 kg / 24,200 BTU) = 178,802 kg carbn / ao
Ahorro anual de combustible: 178,802 kg carbn x US $ 0.054/kg = US$ 9,655
Desperdicio de vapor por fugas y sobre calentamiento
Fugas de vapor
M L 2.8 6.0
L
Masa de vapor (kg/h), en funcin de la longitud de la pluma visible (m)
M L 0.53 d p2
0.8
Masa de vapor (kg/h), en funcin del diametro del orificio (mm) y de la presin del vapor (barg)
Control de fugas
Considerar el 50 % !
Control de fugas
Diametro 1 pulg pulg pulg pulg 1/8 pulg
USA, $ 9.50/1000 lb Colombia, $ 2.55/1000 lb $ 26083 / mes $ 14668 / mes $ 6519 / mes $ 1630 / mes $ 409 / mes $ 7000 / mes $ 3937/ mes $ 1750 / mes $ 438 / mes $ 110 / mes
Eliminar las prdidas por orificios
En un sistema que opera con la presion de 7 barg a travs de un orificio de 3.2 mm se desperdician 30 kg/h de vapor (180 ton/ao) Considerando un costo de US$ 5.61 / ton de vapor, esto equivale a una perdida real de US$ 1,009 por ao.
Combustible desperdiciado por sobrecalentamiento% Combustible Desperdiciado 70 60 50 40 30 20 10 0 1 0 2 3 4 30 48 60
Relacion de Sobrecalentamiento
% Desperdicio
Temp. Actual Temp.Deseada 100 TempActual Temp. Ambiente
Control de temperatura en tanques
Tanque aislado, diametro 1.8 m, altura 4.5 m. Temperatura 5C por encima de la temperatura minima aceptable. Desperdicia entre 7 y 15 Ton de vapor al ao.
Instalacion de separadores de humedad
En un proceso de calentamiento se pueden conseguir ahorros de hasta el 10% en el consumo de vapor cuando se mejora la calidad o titulo del mismo.
Uso de aislamiento trmico
100 pies de una tuberia de vapor de 6 pulg, a 105 psig, sin aislamiento pierden por radiacion 110 000 BTU/h Aislando la tuberia se reduce la prdida en un 90 %. Estos 99 000 BTU/h equivalen a 83 lb/h de vapor a 105 psig
Anlisis visual descarga a la atmsfera
Vapor
Trampa
Condensado Condensado + Vapor Flash
Aplicacin de estetoscopio industrial
Visores de flujo
Metodo ultrasnico con anlisis de datos
Detector de fallas por conductividad y temperatura
Reutilizacion del vapor Aprovechamiento del revaporizado
Vapor flashhff h = 277 Btu/lb = 277 Btu/lb hff h = 180 Btu/lb = 180 Btu/lb
60 psig 60 psig 500 lb/h de condensado 500 lb/h de condensado
0 psig 0 psig 50 lb/h vapor flash 50 lb/h vapor flash 450 lb/h condensado 450 lb/h condensado Exceso de calor = (277-180) = 97 Btu/lb Exceso de calor = (277-180) = 97 Btu/lb @ 0 psig, hffg = 970 Btu/lb @ 0 psig, h g = 970 Btu/lb Por esto se formaran (97/970) x 500 = Por esto se formaran (97/970) x 500 = 50 lb/h de vapor a 0 psig 50 lb/h de vapor a 0 psig
Recuperacion del vapor flash Recuperacion del vapor flashVapor flash de baja Vapor flash de baja presion presion
Tanque flash Tanque flash Mezcla de Mezcla de condensado/vapor flash condensado/vapor flash
Condensado Condensado
Uso del vapor flash Uso del vapor flashSalida Salida secundaria secundaria Vapor de alta Vapor de alta presion presion Vapor flash Vapor flash
Entrada Entrada secundaria secundaria Mezcla de vapor Mezcla de vapor flash/condensado flash/condensado
Recuperacin de vapor flash Cuando en un proceso se requiere vapor de baja presin se utiliza una estacion reductora de presion. Sin embargo, una alternativa de bajo costo es aprovechar el flasheo del condensado. El aprovechamiento del vapor flash es particularmente atractivo cuando el retorno del condensado a la caldera no es viable.
Calor que se puede recuperar con el aprovechamiento del vapor flash = 5 - 10% de la energia disponible en el vapor de AP
Recuperacin de vapor flash - EjemploVapor saturado a 100 psig Costo del Milln de Btu: US $2.24 En el sistema se necesita vapor de 15 psig. Determinar el ahorro de energia anual si se aprovecha el vapor flash producido por 5,000 lb/hr de condensado a 100 PSIG. La temperatura promedio del agua de reposicin a la caldera es de 70F
Entalpia del vapor a 15 psig: 1164 Btu/lbP = 15 #
Entalpia del agua a 70 F: 38 Btu/lb Operacin: 7,200 hs / aoP = 100 #
Ejemplo, cont.480 lb/h @ 15 psig
Vapor flash a 15psig: 5,000lb/hr x 0.096= 480 lbs/hr
Si este vapor se recupera y utiliza, el valor equivalente en energa es: 480 lb/hr x (1164 - 38) Btu/lb x 7,200 hr / ao = 3,891 MMBtu / ao
Ahorro anual = 3,891 MMBtu x US$ 2.24 / MMBtu = US$ 8,716
Recuperacin de vapor flash - EjemploVapor saturado a 100 psig Costo del gas natural: $ 3,85/MMBtu. En el sistema se necesita vapor de 15 psig. Determinar el ahorro de energia anual si se aprovecha el vapor flash producido por 5,000 lb/hr de condensado a 100 PSIG. La temperatura promedio del agua de reposicin a la caldera es de 140F.
Vapor flash a 15 psig: 5,000lb/hr x 0.096= 480 lbs/hr 480 lb/hr x (1164.9-108.0)Btu/lb x 8,760 hr/yr x 10-6 MMBtu/Btu x $3,85/MMBtu Ahorros anuales = $17.109,60
Precalentamiento con Vapor Flash
Condensadores de vapor flashCuando se reduce la presin del condensado saturado, se revaporiza (flashea) una porcin del lquido. Dependiendo de las presiones involucradas, el revaporizado contiene entre un 10 y 40 % de la energa inicial en el condensado. En muchos casos (tanques recibidores de condensado y deaereadores) este vapor flash es venteado y su energa desperdiciada. Un intercambiador de calor instalado en el venteo puede condensar este vapor flash y recuperar esta energa.
Energia que puede recuperarse por condensacin de vapor flash
Condensadores de vapor flash - EjemploTuberia de venteo de 4 pulg, Operacin: 8.000 h/ao Velocidad del vapor: 300 pies/min Eficiencia de caldera: 82% Costo de combustible: $ 3,85/MMBtu.
La energia recuperada es de 555 MMBtu basada en una operacin anual de 8760 h.
Energa recuperada por ao = 555 MMBtu/ao x (8,000/8,760) x (1/0.82) = 618 MMBtu
Ahorros potencial de combustible = 618 MMBtu/yr x $ 3,85/MMBtu = $2,379.00 / ao
Sumario Conservacion de la energa
Identificar y evaluar las prdidas
Costos del vapor Medicin de vapor Inspeccin Auditora
Costo del vapor Si el propsito es tener un costo real se deben incluir todos los gastos directos e indirectos de generacin y distribucin
Si el propsito es conocer el costo para vender el vapor, deben agregarse gastos administrativos y posiblemente- una utilidad
Si queremos evaluar los ahorros conseguidos por un uso mas eficiente del vapor nuestra principal preocupacin debe ser el costo del combustible
Costo del vapor para evaluar ahorros
Combustible: Agua y tratamiento qumico:
80% - 90% 20% - 10%
Una reduccin en la demanda de vapor puede tener efecto en la demanda elctrica (bombas, quemador, etc) pero son costos difciles de asignar, no muy relevantes que pueden ser justificadamente ignorados
Medicin y monitoreo de consumos
No puedes controlar aquello No puedes controlar aquello que no puedes medir que no puedes medir
Lord Kelvin
Problemas frecuentes que se perciben en una inspeccinProblemaDificultad en conseguir temperatura o rendimiento Golpeteo y ruidos en la tuberia
AnalisisAire entrampado, vapor humedo o tuberia subdimensionada Golpe de ariete, remocin de condensado
SolucinVenteos de aire, separadores, dimensionar tuberias Revisar trampeo, separadores, lay-out de tuberia Redimensionamiento de tuberias
Ruido, caida de presin, erosin de accesorios Tiempo de calentamiento excesivo
Tuberias subdimensionadas
Aire entrampado, remocin lenta del condensado, inundacin
Venteo de aire, bomba-trampa
Fallas en trampas de vapor
Mala seleccin, falta de mantenimiento
Seleccin correcta, monitoreo de trampas Vlvulas reguladoras de presin
Presintemperatura excesivas para el proceso, o seguridad
Necesidad de reduccin de presin
Formas de reducir el consumo de combustibleReduciendo la demanda de vapor. Eliminando fugas en trampas, bridas y conexiones. Reaprovechando el vapor flash. Recuperando el condensado
En general, con BBPP en el manejo del vapor