Mario Sánchez Universidad EIA

Transcripción

1 Mario Sánchez Universidad EIA

2 1. Como se entiende la eficiencia energética en procesos y servicios industriales 2. Potenciales de ahorro energético en sistemas de combustión y en sistemas de vapor con mayores relaciones costo beneficio 3. Estudios de caso 4. Reducción de impactos ambientales por medidas de ahorro energético

3 Eficiencia quiere decir producir lo mismo con mejor consumo de energía o producir más con el mismo consumo energético. Se puede entender entonces de muchas maneras: implementar un programa de gestión energética, implementar un programa de mantenimiento para la red de aire comprimido, cambiar los motores eléctricos de la planta por motores de alta eficiencia, cambiar la iluminación, inflar las llantas del vehículo, etc. Estas medidas se pueden enmarcar en dos grandes grupos: GESTIÓN ENERGÉTICA Y BUENAS PRÁCTICAS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO MEJORAS E INVERSIÓN TECNOLÓGICA

4 GESTIÓN ENERGÉTICA Y BUENAS PRÁCTICAS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO MEJORAS E INVERSIÓN TECNOLÓGICA M&T Control exceso de aire Aislamientos Recuperadores gas/gas Sistemas descentralizados Calibración instrumenta ción Reducir aire infiltración Condensados Cargas parásitas % Carga Materia prima Purgas Fugas vapor O2 Trim Economizadores Inducción Oxycombustión Calderas condensa ción Potencial en sistemas de combustión Potencial en calderas Radiofrecuencia Quemadores autorecuperativos Paneles catalíticos

5 Monitoring & Targeting (ahorros típicos 5-20% global) Calibración periódica del exceso de aire de los quemadores (ahorros típicos del 5-20% por equipo) Reparación de aislamientos Revisión periódica de instrumentos (transductores de presión, medidores de temperatura y caudal) Reducción de las cargas parásitas (equipos de soporte, refrigeración de transportadores y atmósferas) Control de la presión del horno y de infiltraciones de aire

6 Consumo energía (kwh) Paretos de energéticos y equipos macroconsumidores de energía 3,500,000 3,000,000 y = x R² = ,500,000 2,000,000 y = x R² = ,500,000 1,000, , , , , , , ,000 Producción (kg)equiv

7 Operario % de carga Materia prima Condición máquina Condiciones ambientales Se estima que la gestión energética puede influenciar el 60% del consumo mundial de energía en los diferentes sectores económicos. A septiembre de 2017 más de 12,000 organizaciones tienen implementados ISO % ahorro de energía en 18 meses ISO % SEP 3 años. Ejemplo medida a raíz de M&T: Tratamiento apropiado del agua e hidrolavado y deshollinado con la periodicidad adecuada en calderas. Monitoreo de la temperatura de gases en chimenea vs potencia operación quemador

8 Detroit Diesel facility improved its energy performance by nearly 33% over 10 years. The Nissan vehicle assembly plant in Smyrna, Tennessee, improved its energy performance by 24% over six years The Cummins Rocky Mount Engine Plant (RMEP) in Rocky Mount, North Carolina is saving over $700,000 annually and achieved a 12.6% energy performance improvement (July 2015) CCP Composites US LLC incorporated SEP into its integrated health, safety, quality, and environmental management system to achieve a 14.9% improvement in energy performance over a two-year period. (June 2011)

9 1. Diagnóstico de la combustión 2. Estimación del potencial de ahorro por mejora de la eficiencia de combustión

10 Combustión estequiométrica Zona mixta con defecto Línea aire estequiométrico Línea de combustión completa Zona mixta con exceso Para quemadores operando con gas natural, el exceso de aire recomendado es de 10-15%. Para diagnosticar la combustión se utiliza un analizador de gases que permita al menor medir dos especies en chimenea (O2 y CO; O2 y CO2) A. AMELL, E. GIL, R. MAYA. Herramientas para el uso eficiente del gas: Diagramas de combustión. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, Fascículo 15 serie , p 38-50, 1997

11 EFICIENCIA DE COMBUSTIÓN (%) (GN - PCS) Temperatura gases ( C) O2 (%) Exceso (%) ,4 84,97 75,36 65,75 56,14 46, ,9 84,66 74,69 64,73 54,76 44, ,92 73,11 62,29 51,48 40, ,8 82,97 71,06 59,16 47,26 35, ,1 81,70 68,34 54,99 41,63 28, ,3 80,89 66,61 52,33 38,05 23, ,3 78,73 61,99 45,25 28,50 11, ,35 54,73 34,11 13,50 - Ahorro 1 ef. antes ef. después Diagrama de calor disponible

12 Datos de operación del sistema Potencia sistema: 7,000,000 Btu/h Combustible: GN guajira Consumo mensual de gas: 54,144 m3/mes Precio GN: 1200 $ /m3 Temperatura de gases chimenea: 1550 F (843 C) Diagnóstico de la combustión O2 chimenea: 4,8%; CO2 chimenea: 9,1% Objetivo: reducir el exceso a 10% Resultados Ahorro por calibrar el quemador (51% eficiencia a 55% eficiencia) Consumo/mes = 54,144 m3/mes x 750$/m3 x (1-0.51/0.55) Ahorro anual = $57,600,000 COP Estimación potencial ahorro

13 Reemplazo de calderas por calderas con condensación (ahorros ~15%). Payback ~ 2-3 años Reemplazo de sistemas centralizados a vapor por sistemas de descentralizados (ahorros ~15-40%). Payback ~ 1 año Reemplazo de serpentines de vapor para calentar aire en ductos por quemadores de bajo y ultrabajo NOx para calentamiento de alimentos Reemplazo de serpentines de vapor por Sistemas de control automático de la relación aire combustible (ahorros ~5%). Payback ~ 6meses-1 año

14 Sistema centralizado Eficiencia de la caldera: ~80% Pérdidas de calor por transporte de vapor en tuberías: ~ 5% Pérdidas fugas vapor (trampas) y condensados: ~ 3-10% Efectividad el serpentín de vapor: ~90% 65%= 0.8 x 0.95 x 0.95 x 0.90 En los costos deben considerarse los costos de tratamiento del agua, el costo de mantenimiento de las trampas y en general de la red de vapor y la caldera, el calderista y el tratamiento de los gases

15 En secado de lácteos los NOx pueden reaccionar con la proteína de la leche produciendo nitrosaminas carcinogénicas. Además pueden incrementar la concentración de ácido TBA que disminuye la vida útil en almacenamiento de la leche. Los fabricantes desarrollaron un quemador de premezcla y alto exceso de aire que produce concentraciones de NOx por de bajo de 15 3% O2 (Ultrabajo NOx), que pueden emplearse en calentamiento directo de productos lácteos sin riesgo para el producto. RESULTADOS Potencia instalada: 4.5 MMBtu/h Ahorros de combustible del 40%, tiempo de retorno de la inversión 8 meses *Emisiones de CO de 7 ppm y NOx 0 19% O2.

16 Varilla y levas Actuadores eléctricos Sistema O2 Trim Control más preciso del exceso de aire sobre la curva de potencia del quemador Control en lazo cerrado del exceso de aire con sensor de oxígeno Sensor de oxígeno en chimenea

17 Ahorro economizador (sin condensación): Ahorro combinado recuperación de calor + control automático Ra/c ~ 8% Ahorro caldera 250 BHP ~ 90 millones año Ahorro caldera 500 BHP ~ 230 millones año

18 IMPACTOS AMBIENTALES Existe una relación directa entre las emisiones de CO2 y el consumo de combustible. Una reducción en el consumo de energía equivale a la misma reducción en las emisiones de CO2. Por cada 1000 m3 de GN consumido se emiten ~2 ton de CO2. Por cada 100 galones de ACPM consumido se emiten ~1,1 ton de CO2. Para capturar 100 toneladas de CO 2 al año se requieren ~6,000 árboles y 10 hectáreas sembradas. Estas mismas 100 toneladas de CO 2 corresponden a sacar de las vías a 70 automóviles durante todo un año Para caldera de 250 BHP: 180 TonCO2/año, >12,000 árboles, >120 vehículos Parca caldera de 500 BHP: 470 TonCO2/año, >28,000 árboles, > 320 vehículos

19 Contacto: Tel ext. 297