Caso Real de Ahorro de Costos y de Energía con un Sistema Existente de Refrigeración Industrial de Amoniaco

Transcripción

1 Caso Real de Ahorro de Costos y de Energía con un Sistema Existente de Refrigeración Industrial de Amoniaco German Robledo Latin America Sales Director Vilter Emerson Climate

2 Recupere su calor de condensación de su sistema de Refrigeracion No lo rechace o Desperdicie a la Atmosfera!!

3 POR QUE USAR MI SISTEMA DE REFRIGERACION DE AMONIACO?? La Industria usa Bombas de Calor o CALDERAS usando combustibles fósiles Estos combustibles Fósiles son cada vez son mas inestables en precio y son mas restringidos en su contaminación ambiental.

4 Existe una forma de ahorrar energía AMONIACO PARA GENERAR CALOR???? QUE ES??? SU PROPIO SISTEMA DE AMONIACO

5 Uso de Energias dentro de una planta El Sistema de Refrigeración Absorbe Calor del proceso y lo rechaza a la atmosfera, lo desperdicia. Y los Procesadores de Alimentos consumen grandes cantidades de agua caliente, deben generar calor,

6 Uso de Energias dentro de una planta Dos opuestos de transformación de Energía Refrigeracion Calor o Energía QUE SALE Combustibles Fósiles Calor o Energía QUE ENTRA

7 TRANSFORMAR Y REUTILIZAR ENERGIA El mismo sistema de Refrigeracion puede calentar procesos de la planta

8 CALOR DESPERDICIADO - AHORA NO DESPERDICIADO Reutilizar el calor de Refrigeracion

9 El Calor puede ser transformado o reutilizado VARIAS VECES y en muchas formas Y cerrar el puente de energías, eliminado la caldera o aliviando su trabajo

10 HACER EFICENTE LAS ENERGIAS DE LA PLANTA Ahora, calor rechazado del sistema de Frio es usado para calentar procesos de la planta y asi no se desperdicia

11 CASO REAL / PLANTA AVICOLA / CHILE Procesador de Aves Chile Capacidad de proceso de 33,000 aves/hora Sistema de Refrigeración 4,887 T.R. o 17,185 KW Potencia de consumo total 4,561.6 KW (6,116.8 BHP) Temperatura de evaporación de -42 ⁰C (-43.6 ⁰F) en baja y -10 ⁰C (+14 ⁰F) en media. Temperatura de condensación de +35 ⁰C (95 ⁰F) en verano y de 33 ⁰C (91.4 ⁰F) en invierno.

12 NECESIDADES DE AGUA CALIENTE Desde 48 m 3 /hr (212 GPM) hasta m 3 /hr (441 GPM) Temperatura de suministro de agua es de 15 ⁰C (59 ⁰F) en invierno y 18 ⁰C (64.4 ⁰F) en verano Requerimiento de salida entre 50 ⁰C (122 ⁰F) y 55 ⁰C (131 ⁰F) para agua de limpieza.

13 PERFIL DE CONSUMO DE AGUA SISTEMA SCADA

14 ENERGIA QUE REQUIERE EL AGUA Q = m x (T 2 -T 1 ) x ( 1. Q = Calor 2. m= masa 3. T 2 = Temperatura de Salida *1 U.S. Gallon = 7.48 ft 3 4. T 1 = Temperatura de Entrada * hr = 60 min 5. C p = calor especifico 6. = densidad ) x 60 x c p Q = (275 gpm) x (131³F 59³F) x ( ) x 60 x (0.99 Btu/lb * ³F)

15 Combustible Fosil usando en la Caldera = FUEL OIL No. 6 (S.G. de 0.848) Costo promedio Fuel Oil No 6 en Chile para este usuario es $ 0.04 dólares KW/hr O equivalente a $0.543 dólares / Kg Energia del Fuel No 6 = kw / Kg $$$

16 CALDERA Energia a Generar 2,885kw de calor a generar Calentar 75 m 3 /hr agua Desde 15 ⁰C hasta 55 ⁰C, Eficiencia Caldera 86% Costo hora para generar el agua caliente 2,885 kw x $0.040 KW/hr = $115.40/hr $ eficiencia = $134.18/hr. Costo Anual para generar agua caliente 365 días 6 horas de lavado (10:00 PM a las 4:00 AM) 365 x 6 = 2,190 horas 2,190 x $134.18/hr = $293, dólares

17 COP : Combustible Fosil Sale tanto por Perdidas por Eficiencia de Caldera y tipo de combustible Entra tanto de Combustible Fosil 100 Unidades de Calor Usable 115 Unidades de Combustible Consumido Y solo se puede aprovechar tanto de Calor disponible = 0.85 COP

18 Bomba de Calor industrial LASOLUCION PARA AHORRAR ENERGIA Aprovechar el calor absorbido por el sistema de Refrigeracion y darle un uso Evitar que este calor se rechaze o se desperdicie a la atmosfera Al ser usado, y no rechazado, se puede sacarle todo su provecho o energia al 100%. Es energia renovable. Anteriormente se desperdiciaba al 100%. Se trata de Generar la energia que requiere el agua caliente, pero esta vez usando las propiedades y bondades del Amoniaco. Buscar que la Caldera NO! haga este trabajo, que ahora lo haga el Amoniaco.

19 Bombas de Calor Industrial DAR USO al calor rechazado del sistema de Refrigeracion

20 EXPANSION PUNTO CRITICO GAS SOBRECALENTADO LIQUIDO SUBENFRIADO CONDENSACION FLASH GAS EVAPORACION H.P.

21 SOBRE- CALENTAMIENTO

22 T A B L A D E P R O P I E D A D E S D E A M O N I A C O F psia psig C bar T A B L A D E P R O P I E D A D E S D E A M O N I A C O

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24 PRIMERA PROPUESTA SISTEMA SIMBIOTICO CALENTAR 275GPM DE AGUA DESDE 15³C (59 F) HASTA 55³C (131 F) / Condensacion a 60³C ( 140 ³F) F (86.1³C) & 181 PSIG (95 F / 35³C) Cond.) 107 F (41.6³C) & 180 PSIG F 233 F (111.6³C) & PSIG (140 F (60³C) Cond.) 95 F (35³C) & 181 PSIG Liquid / Vapor 140 F (60³C) & PSIG Condensed 75 GPM, 55 F City / Well Water Traemos al presente el Liquid futuro de la construcción! 89 F 140 F 24

25 PRIMERA PROPUESTA - SIMBIOTICO PROVIENE Gas Sobrecalentado 187 F 181 PSIG SALE Gas Frio cercano a Saturacion 107 F ( 181 PSIG Una parte del Gas Amoniaco del Sistema de Refrigeración ( O SEA de la descarga de los compresores del sistema de Refrigeracion) y antes de los Condensadores Evaporativos; se llevan a un Eliminador de Calor o Desuperheater para bajarlos en Temperatura antes de la entrada del Compresor de la Bomba de Calor Recordar que Saturacion 95³F (35³C)

26 PRIMERA PROPUESTA - SIMBIOTICO DESCARGA DE 233 F (111.6³C) Gas PSIG CONDENSADOR DE ALTA PRESION RECORDAR QUE {364.7 psig = 140 F (60.5³C)Saturacion ENFRIADOR DE ACEITE El Amoniaco sale del Compresor de la Bomba de Calor cercano a psig de Descarga y 233 F (111 C) de calor o sobrecalentamiento, esta temperatura y presión son ahora suficiente para calentar agua de 60³C.

27 PRIMERA PROPUESTA - SIMBIOTICO Expansion 140 F /60³C & PSIG Liquido Condensado 95 F / 35³C & 181 PSIG Liquido / Vapor Una vez el gas pasa por el Intercambiador de Calor o CONDENSADOR de la Bomba, Allí se Calienta el agua y el agua a su vez condensa el gas a una presión de psig EQUIVALENTE A 140³F / 60³C de Saturacion. De allí se retorna Traemos el Amoniaco al presente liquido el futuro de 140F de al sistema la construcción! de Refrigeración y se expande a la presión del Sistema de Refrigeración

28 LADO AGUA 2. ENTRA D.S a 75 F / 23.8³C 3. ENTRA A COND a 89 F /31.6³C 4. SALEN 275 GPM 140 F / 60³C 1.Entran 275 GPM, 59 F / 15³C Suministro Del Lado Agua el proceso ocurre asi: Primero el agua entra de la planta o ciudad a 15³C. 1. Se pasa por el enfriador de aceite del compresor para aprovechar el calor de compresion y comenzar a incrementar su temperatura, De alli sale en 23³C. A su vez ayuda enfriar el aceite y este el compresor de la bomba de calor. 2. Luego se pasa por el Enfriador de Gases y se aprovecha el sobrecalentamiento de los gases de los compresores de Refrigeracion. Alli sube hasta 31³C aprovechando esta energia. A su vez enfria los gases que entran al compresor. 3. Y finalmente se lleva al Condensador de la Bomba de Calor donde alli el Amoniaco de Alta Presion y Temperatura, terminaran de calentar el agua y la entregan al sistema a 87³C. A su vez ella ayuda a condensar el amoniaco de alta presion.

29 Host P&F Inlet Water

30 $$$ kw - Costo Electrico Tarifa Plena Para este cliente y para la zona de San Vicente Chile $ 0.11 dolares kw / hr

31 BOMBA DE CALOR SAVE THE PLANET GO GREEN!! Energia a Generar 2,885kw de calor a generar Calentar 75 m 3 /hr agua Desde 15 ⁰C hasta 55 ⁰C, Eficiencia Motor Electrico Compresor 96% Costo hora para generar el agua caliente 254 kw (340.6 BHP) motor x $0.116 KW/hr = $29.47/hr $ eficiencia = $30.69/hr. Costo Anual para generar agua caliente 365 días 6 horas de lavado (10:00 PM a las 4:00 AM) 365 x 6 = 2,190 horas 2,190 x $134.18/hr = $67, dólares

32 Sistema Simbiotico Bomba típica de calor de amoniaco para sistema existente de Refrigeracion Condensacion Bomba de Calor Sistema Refrigeracion Invierno

33 Sistema Simbiotico Bomba típica de calor de amoniaco para sistema existente de Refrigeracion Condensacion Bomba de Calor Sistema Refrigeracion Verano

34 Balance Caldera vs Bomba de Calor Industrial DIFERENCIA GASTO ANUAL $293, dólares al año. Gasto Caldera RETORNO DE INVERSION $226, dólares de diferencia o ahorro por año. Inversion Total de $750,000 promedio. $67, dólares al año. Gasto Motor Electrico Retorno en ($750,000/$226,652.99) = 3.3 Años

35 Balance de Energias Ineficiencia Motor + Energia del Compresor Bomba de Calor + Calor Rechazado proveniente del sistema de refrigeracion = Calor aprovechado 83 Unidades de Calor Rechazado + 17 Unidades Energia Compresor 17 Unidades Energia Compresor

36 Balance de Energias Ineficiencia Motor + Energia Compresor + Calor Rechazado = Calor Aprovechado 93 Unidades Calor Rechazado + 10 Unidades Energia de Compresor 10 Unidades Energia de Compresor

37 COP : Energia aprovechada Energia usada para generar el beneficio Ineficiencia Motor + Energia Compresor + Calor Rechazado = Calor Aprovechado 100 Unidades De Calor Aprovechado 10 Unidades de Energia de Compresor = 10.0 COP

38 Sistema Simbiotico Bomba típica de calor de amoniaco para sistema existente de Refrigeracion Foto Instalación agregando Bomba de Calor al sistema de Refrigeracion.

39 Sistema Simbiotico Bomba típica de calor de amoniaco para sistema existente de Refrigeracion

40 OPCION PLANTEADA Y EN OPERACION Pero revisando los grandes beneficios del primer sistema, y ver que más provechos se podían sacar; se decidió entonces, adquirir un sistema que haga efectos de refrigeración y efectos de calentamiento, todo en un solo equipo. Este sistema se conoce como combinado o Self Contained (FRIO+CALOR).

41 OPCION PLANTEADA Y EN OPERACIÓN Compresores SISTEMA ACTUAL DE T.R o 2, KW de refrigeración cada uno REFRIGERACION Temperatura de Evaporacion = -10³C (+14³F) Temperatura de Condensacion = 35³C (95³F) potencia al freno de KW (764.6 BHP) cada uno.

42 OPCION PLANTEADA Y EN OPERACION NECESIDADES DE AGUA CALIENTE 79.1 m 3 /hr (348 GPM) desde 17.5 C (63.5 F) hasta 52 C (125.6 F)

43 CALDERA Energia a Generar kw de calor a generar Calentar 79.1 m 3 /hr Desde 15 ⁰C hasta 55 ⁰C, Eficiencia Caldera 86% Costo hora para generar el agua caliente 3,149.5 kw x $0.040 KW/hr = $125.98/hr $ eficiencia = $146.49/hr. Costo Anual para generar agua caliente 313 días 24 horas 313 x 24 = 7,512 horas 7,512 x $146.49/hr = $1,100,420.65

44 COP (EFICIENCIA) DEL SISTEMA ANTES DE LA BOMBA DE CALOR

45 OPCION PLANTEADA Y EN OPERACIÓN Se seleccionaron dos (2) compresores cuya: Capacidad Frigorífica KW (354.4 T.R.)cada uno, para un total de KW (708.8 T.R) para cubrir demanda ACTUAL de un (1) solo compresor de Frio Capacidad Calorífica KW cada uno, para uno total de 3,149.5 KW para cubrir la demanda de Agua Caliente. Diseño Temperatura de Evaporación: -10³C(+14³F) Diseño Temperatura de Condensación 58.3 ºC (137 ºF) psig *25.13(bar)

46 OPCION PLANTEADA Y EN OPERACION C. O. P. Lado Frio Sistema Combinado (reporte compresor desde -10³C hasta 35³C): T.R o 1, KW x 2 = 2, KW de Refrigeración BHP o KW x 2 = KW de Potencia al freno COP = = 3.75

47 C. O. P. Lado Calor Sistema Combinado (reporte compresor desde -10³C hasta 58.3³C): BALANCE ENERGIAS (FRIO+CALOR) Potencia al Freno-Calor = Potencia Total Potencia lado Frio 5,939.8 MBH x 0.293* = 1, KW de calor x 2 compresores = 3, KW de calor. *(0.293 es una constante para convertir unidades de MBH a KW) = = BHP x 2 = HP Potencia al Freno lado Calor = BHP = KW COP = = 10.47

48 NETO REFRIGERACION COP = = 3.75 Combinado NETO CALENTAMIENTO COP = = Condensacion 140 F( 60 C) 3, kw Condensacion 95 F( 35 C) 2, kw Evaporacion 14 F (-10 C) CICLO COMBINADO COP = = 5.9 COP CALENTAMIENTO = = 3.5

49 BOMBA DE CALOR SAVE THE PLANET GO GREEN!! Energia a Generar 3,149.5kw de calor a generar Calentar 79.1 m 3 /hr Desde 17.5 ⁰C hasta 52.5 ⁰C, Eficiencia Motor Electrico Compresor 96% Costo hora para generar el agua caliente kw (445.7 BHP) x $0.116 KW/hr = $38.56/hr $ eficiencia = $40.17/hr. Costo Anual para generar agua caliente 313 días 24 horas 313 x 24 = 7,512 horas 7,512 x $40.17 kw / hr = $301,757.04

50 Balance Caldera vs Bomba de Calor Industrial - Sistema Combinado DIFERENCIA GASTO ANUAL $1,100, dólares al año. Gasto Caldera RETORNO DE INVERSION $798, dólares de diferencia o ahorro por año. Inversión Total de $1 600,000 promedio. $301, dólares al año. Gasto Motor Electrico Retorno en ($1 600,000/$798,657.04) = 2.0 Años

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52 SKID DE INTERCAMBIADOR DE AGUA - GLICOL Se calienta Glicol para que Glicol caliente agua Se hace para regulaciones de la FDA Para evitar incrustaciones por agua caliente Bajar mantenimiento de limpieza y tratamiento de agua

53 DATOS DE OPERACION DESPUES DE 1 MES

54 COP (EFICIENCIA) DEL SISTEMA DESPUES DE LA BOMBA DE CALOR

55 ANALISIS DE RETORNO DESPUES DE 1 MES DE OPERACION

56 AHORROS EN CONDENSADORES EVAPORATIVOS

57 MEDICIONES SUSTENTABLES Equivalente de Emisiones de Toneladas Metricas de CO 2 11,525 Equivalente de Emisiones de 2,260 vehiculos /año Equivalente de electricidad consumidad por 1,437 hogares Equivalente al numero de locomotoras usando carbon 63

58 CONCLUSIONES Ahorro de Energia, el trabajo que hacia la caldera, lo hace ahora el sistema de Refrigeracion Por consecuencia, el balance de Energias ahorra dinero, la Bomba de Calor tiene mejor COP que una Caldera para hacer funciones de calentar o agregar calor a medios o fluidos La bomba de Calor se convierte en funciones de un condensador del sistema de Refrigeracion pero que usa o sabe aprovechar el calor rechazado a su 100% y no rechazarlos o desperdiciarlo a la atmosfera

59 Conclusiones - continuacion El aliviar carga al sistema de condensacion del Sistema de Refrigeracion, mejora la eficiencia del sistema de refrigeracion convertida en ahorros Se reduce el consumo de agua para los condensadores evaporativos como el tratamiento quimico de esta agua o estas aguas y se convierte en otro ahorro. Es cambiar la forma de diseñar los sistemas de Refrigeración y de usar los compresores de Refrigeración. Sacarlos mas provecho!!

60 GRACIAS