OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO TERMICO MEDIANTE EVALUACION EXERGETICA EN LAS CALDERAS DE LA PESQUERA CONSERVAS DE CHIMBOTE SAC

Transcripción

1 OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO TERMICO MEDIANTE EVALUACION EXERGETICA EN LAS CALDERAS DE LA PESQUERA CONSERVAS DE CHIMBOTE SAC RESPONSABLE M.Sc. Víctor Castro Zavaleta

2 INTRODUCCIÓN Hoy en día los diferentes escenarios de la economía mundial han evolucionado vertiginosamente provocando que la subsistencia del sector productivo mundial se base en índices elevados de productividad y competitividad, por lo tanto, el aparato productivo ha de tener que competir optimizando su rendimiento, costo y calidad en el producto.

3 INTRODUCCIÓN Es por ello necesario una valoración de estos recursos que permita medir y comparar el grado de eficiencia en su utilización y a la vez determinar los potenciales de ahorro energético. Esto hace necesario una evaluación exergética.

4 INTRODUCCIÓN Esta investigación es importante porque la evaluación exergética permite determinar la localización, tipo y magnitud real de las pérdidas de energía; por consiguiente el método del análisis exergético es especialmente adecuado para lograr aumentar el rendimiento del proceso térmico en las calderas.

5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA De qué manera se logra una optimización del proceso térmico para mejorar la eficiencia energética en los calderos de la Pesquera Conservas de Chimbote SAC?

6 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS Mediante una evaluación exergética se logra una optimización del proceso térmico en los calderos pirotubulares de la Pesquera Conservas de Chimbote para mejorar su eficiencia energética.

7 Objetivo General Analizar la evaluación exergética en los calderos de la Pesquera Conservas de Chimbote SAC considerando los conceptos teóricos técnicos de la termodinámica, mediante un análisis cuantitativo con el propósito de identificar las causas del problema de tal manera que se proponga alternativas de mejoramiento para la eficiencia de los calderos.

8 Objetivos Específicos Seleccionar los planteamientos teóricos relacionados con la Termodinámica técnica y la eficiencia exergética. Describir las técnicas empleadas para la obtención de la eficiencia exergética. Comparar cuantitativamente los resultados de la eficiencia exergética y los teóricos. Identificar las pérdidas de exergía. Proponer las mejoras para incrementar la eficiencia de los calderos.

9 MARCO CONCEPTUAL BALANCE DE ENERGIA Para el balance de energía de nuestro sistema, que son las calderas, emplearemos el método indirecto, reglamentado en el manual de eficiencia energética de calderas del ITINTEC, SIN (1991). I. CALORES DE ENTRADA: Calor del combustible (kcal/h) Calor sensible del combustible Calor sensible del aire seco Calor del aire húmedo Calor del agua de alimentación Total de calor que entra (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h)

10 MARCO CONCEPTUAL II. CALORES DE SALIDA (PERDIDAS) Pérdidas por los gases de la combustión Pérdidas por combustión incompleta Pérdidas por radiación Pérdidas por purgas Total de pérdidas III. CALOR UTIL: (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h) (kcal/h) IV. EFICIENCIA TERMICA: (kcal/h) (%)

11 MARCO CONCEPTUAL BALANCE DE EXERGIA El balance de exergía permite determinar las pérdidas de calor no determinadas, debido a que se tienen más datos para la obtención del valor de las pérdidas por irreversibilidad en el proceso: El calor intercambiado en el sistema se encuentra constituido de forma análoga al balance de energía con la salvedad de considerar la energía total de reacción del combustible como exergía pura: La exergía de la masa de ingreso está constituida por los siguientes términos:

12 MARCO CONCEPTUAL La exergía de la masa de salida está constituida de acuerdo a la siguiente expresión: La expresión para la irreversibilidad en el proceso está constituida por la irreversibilidad térmica debido al calor sensible contenido en los gases de chimenea, la irreversibilidad en la combustión y la irreversibilidad en el proceso de transmisión de calor El rendimiento exergético es el cociente entre la exergía ganada por el vapor y el total de exergía gastada para dicho fin, evaluada mediante la siguiente expresión:

13 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1. BALANCE DE ENERGIA DATOS PARA EL CÁLCULO DE LA CALDERA DE 125 BHP DATOS DEL COMBUSTIBLE PCI = poder calorífico inferior del combustible (kcal/ kg.comb) PCI = kcal/kg comb. d = densidad del combustible (kg. Comb/ gal ) = kg comb/ gal Ce = calor especifico del combustible (kcal/kg.comb) Ce = 0.49 kcal / kg combºc DATOS DE LA CALDERA: Tc = Temperatura de combustible (ºC) = 90ºC Tbe = Temperatura de base entalpica (ºC) = ambiente = 21.3ºC Tea = temperatura del aire a la entrada (ºC )= 21.3ºC Te = temperatura de entrada del agua (ºC)= 18ºC= T H2O DATOS DEL ANALIZADOR DE GASES: CO 2 = 9.2 % CO = 0.9 % O 2 = 8.7 % N 2 = 82.01%

14 DATOS PARA EL CÁLCULO DE LA CALDERA DE 250 BHP DATOS DEL COMBUSTIBLE PCI = poder calorífico inferior del combustible (kcal/ kg.comb) PCI = kcal/kg comb. d = densidad del combustible (kg. Comb/ gal ) = kg comb/ gal Ce = calor especifico del combustible (kcal/kg.comb-ºc) Ce = 0.49 kcal / kg combºc DATOS DE LA CALDERA: 250 BHP Tc = Temperatura de combustible (ºC) = 90ºC Tbe = Temperatura de base entálpica (ºc) = ambiente = 19.8 ºC Tea = temperatura del aire a la entrada (ºC )= 19.8 ºC Te = temperatura de entrada del agua (ºC)= 18ºC= T H2O DATOS DEL ANALIZADOR DE GASES: CO 2 = 13.4 % CO = 0.8 % O 2 = 3.2 % N 2 = 82.6 %

15 DIAGRAMA DEL SISTEMA DE ANÁLISIS PARA CALCULAR EL BALANCE DE ENERGÍA

16 RESULTADOS DEL BALANCE DE ENERGIA CALORES ENTRANTES N (Kcal/h) CALDERA #01 (125 BHP) CALDERA # 02 (250 BHP) 01 Calor de Combustión 1 138, , Calor sensible de combustión 3, , Calor sensible de aire seco Calor de aire húmedo 13, , Calor del agua de alimentación TOTAL 1 155, , CALORES SALIENTES ( Kcal/h) 06 Calor sensible de los humos 145, , Calor por combustión incompleta 44, , Calor por radiación 18, , Calor por purgas 1, ,164.5 TOTAL 210, , CALOR UTIL 945, , EFICIENCIA( %)

17 Diagrama de Sankey Caldera 125 BHP

18 Diagrama de Sankey Caldera 125 BHP

19 2.BALANCE DE EXERGIA DIAGRAMA DEL SISTEMA PARA EL ANALISIS EXERGETICO EN LAS CALDERAS

20 RESUMEN DEL BALANCE DE EXERGIA CALDERA DE 125 BHP EXERGIA ENTRADA kw (%) EXERGIA SALIDA kw (%) Exergía del Aire 38,9 5,26 Irreversibilidad Calor en Gases 21,5 2,9 Exergía del Combustible 690,0 93,24 Irreversibilidad de Combustión 218,3 29,5 Exergía del Agua 0,10 0,01 Irreversibilidad de Transmisión de Calor 347,6 49,97 Exergía Eléctrica 1,0 0,13 Exergía Vapor Saturado 152,6 20,62 Total 100 Total 100 RENDIMIENTO 20,62

21 CALDERA DE 250 BHP EXERGIA ENTRADA kw (%) EXERGIA SALIDA kw (%) Exergía del Aire 31,98 4,08 Irreversibilidad Calor en Gases 26,68 3,4 Exergía del Combustible 749,6 95,77 Irreversibilidad de Combustión 168,3 21,5 Exergía del Agua 0,10 0,012 Irreversibilidad de Transmisión de Calor 389,2 49,72 Exergía Eléctrica 1,0 0,12 Exergía Vapor Saturado 198,5 25,36 Total 782, Total 782, RENDIMIENTO 25,36

22 DISCUSIÓN Del cuadro 01, se obtienen los resultados del balance de energía en las calderas N 1 y N 2; se aprecia que la eficiencia de la caldera N 2 es de 80,5%; mayor que la eficiencia de la caldera N 1 que es de 77,78%. También se aprecia que los calores por combustión incompleta en la caldera N 1 es mayor que de la caldera N 2, a pesar que es de menor potencia, lo que indica que tiene problemas en la combustión. De los cuadros 02 y 03, se obtiene que el rendimiento de la caldera N 2 es de 25,36% y de la caldera N 1 es de 20,62%. Se aprecia también que existe gran irreversibilidad de transmisión de calor, lo que representa aproximadamente el 50% de las pérdidas de exergía. Asimismo se observa que existen perdidas de exergía en las irreversibilidades del calor de los gases.

23 CONCLUSIONES La técnica empleada para la evaluación de estos equipos conserva el principio básico que corresponde a los cálculos de balance de masa, balance de energía y balance de exergía; los balances de masa y energía guardan mucha relación con la aplicación de la primera ley de la termodinámica y el balance de exergía con la segunda ley de la termodinámica. Los rendimientos exergéticos de las calderas alcanzaron valores de 20,62% para la caldera 1 y de 25,36% para la caldera 2, los que comparándolos con los valores teóricos, que oscilan entre 28% y 30%, son bajos para este tipo de caldera. Los rendimientos energéticos fueron de 77, 78% para la caldera 1 y 80,50% para la caldera 2, valores que comparándolos con los teóricos, también se encuentran bajos ya que deben estar entre 86% y 88%.

24 De los cuadros resumen balance de exergia se identifican que existen las siguientes pérdidas de exergía: Irreversibilidad del calor en los gases, viendo las diferencias de los porcentajes para la caldera N 2 de la exergía de entrada y salida del aire, aproximadamente un 83,3% se pierde en calor de los gases. Irreversibilidad de combustión, para la caldera N 1 se aprecia que hay pérdidas debido a la combustión. Irreversibilidad de transmisión de calor, para ambas calderas existen pérdidas por transmisión de calor aproximadamente del 50%.

25 RECOMENDACIONES Después de hacer un análisis de los resultados obtenidos podemos recomendar antes de nada mejorar la regulación del exceso de aire en la caldera Nº 1; optimizando de esta manera la combustión. Se tiene que aprovechar los gases calientes mediante la implementación de un sistema de calentamiento del agua de alimentación y elevar así el aporte energético de este fluido. De igual forma se puede aprovechar para sistemas de precalentamiento del aire y aumentar así la energía y exergía al aire de entrada, por consiguiente se disminuirían las pérdidas de calor por la chimenea y mejoraría el proceso de combustión.

26 Muchas Gracias por su atención