TALLER ANÁLISIS DE EFICIENCIA DE CALDERA DE VAPOR TEAM FOODS

TEGNOLOGIAS DE DIAGNOSTICO ENERGÉTICO

TALLER ANÁLISIS DE EFICIENCIA DE CALDERA DE VAPOR TEAM FOODS

PRESENTADO A:

ING. JUAN CARLOS CAMPOS AVELLA

PRESENTADO POR:

LILIA DIAZ ORTIZ

MIGUEL MARTES LARA

EDINSON ORELLANO BUSTILLO

JHON RAMIREZ RUIZ

ANDRES RODRIGUEZ TOSCANO

JUAN RUA CHARRIS

ANDRES SIADO GUILLEN

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN GESTIÓN EFICIENTE DE LA ENERGÍA

BARRANQUILLA

2016

Contenido

INTRODUCCIÓN 3

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 4

METODOLOGIA DE DIAGNÓSTICO 5

Medición Termográfica 6

Medición de los gases de combustión 8

METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA EN LA CALDERA 9

DATOS DE INTERÉS DE LA CALDERA 9

CALCULO DE PERDIDAS 11

CALIDAD DE LA COMBUSTIÓN 16

RESOLUCION DEL MÉTODO INDIRECTO PARA EL CÁLCULO DE LA EFICIENCIA TOTAL 17

REGIMEN DE PURGAS (JUAN INGRESAR COMENTARIOS DE MARIA JOSE) 18

PROPUESTA DE MEDIDAS PARA RECUPERACIÓN DE LAS PÉRDIDAS IDENTIFICADAS 19

RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS 19

REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN Y RADIACIÓN 19

REDUCCION DE PERDIDAS POR CALOR SENSIBLE 20

CONCLUSIONES (JHON Y EDINSON TERMINAR LAS CONCLUSIONES) 21

RECOMENDACIONES 22

AJUSTE DE LA COMBUSTION 22

RECUPERACION DE CALOR DE GASES DE ESCAPE 22

REDUCCION DE LA HUMEDAD DE AIRE DE ENTRADA 22

SISTEMA DE CONTROL 22

TRANSFERENCIA DE CALOR 22

MANTENIMIENTO PREVENTIVO 23

CALIDAD DEL AGUA 23

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se evalúa la eficiencia global estacionaria de un generador de vapor pirotubular, determinando las pérdidas de energía, identificando los potenciales de reducción de pérdidas y de esta manera poder realizar las recomendaciones necesarias para poder incrementar la eficiencia total del sistema.

Se describen las pérdidas que se producen en la caldera y los valores esperados de las mismas, mediante el uso de equipos de diagnóstico energético no invasivos, como son la cámara termo gráfica, el termómetro, el analizador de gases de la combustión y adicionalmente se utilizaron los datos arrojados por los equipos de medición de conductividad del agua y generación de vapor.

Se determinó el perfil de temperatura superficial, temperatura del agua alimentar y la composición de los gases de la combustión, los cuales son necesarios para el cálculo del rendimiento energético aplicando el método indirecto considerando las diferentes perdidas que ocurren en el generador de vapor.

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La planta de procesamiento de alimentos TEAM FOODS cuenta en sus instalaciones con 3 calderas para la generación de vapor; 2 calderas distral a gas natural de 500 BHP y 1 caldera a carbón de 1.000 BHP.

La caldera ensayada quema gas natural y es del tipo compacta pirotubular, con una producción de 108 Ton/Días a una presión de 175 PSI y una temperatura de vapor de 192 ºC. El agua de alimentación es obtenida a través de fuentes superficiales y subterráneas, la cual se somete a un tratamiento para evitar problemas de incrustaciones y corrosión en la caldera que posteriormente es precalentada para incrementar la eficiencia de la planta y minimizar el choque térmico de los componentes.

Grafica No. 1 Caldera Pirotubular marca Distral

METODOLOGIA DE DIAGNÓSTICO

Para el desarrollo del presente análisis se emplea la siguiente metodología de investigación:

El ensayo de medición en la caldera pirotubular se desarrolló cuando la misma se encontraba en condiciones de operación estable.

Las variables de los puntos de medición se obtuvieron de los instrumentos instalados en área de calderas y empleando equipos de diagnóstico energético.

MEDICIÓN TERMOGRÁFICA

La medición termográfica se realizó sobre la superficie exterior de la caldera en su área frontal, trasera y lateral, adicionalmente se realizó la medición termográfica de las trampas de vapor con el objetivo de evaluar las pérdidas por radiación en diferentes zonas de la caldera, detectar los problemas de aislamiento presentes en su estructura y el correcto funcionamiento de las trampas de vapor.

Grafica No. 2 Termografía Frontal Caldera Grafica No. 3 Termografía Frontal Caldera

Grafica No. 4 Termografía Trasera Caldera Grafica No. 5 Termografía Lateral Caldera

Grafica No. 6 Termografía sistema Purga Grafica No. 7 Termografía sistema Purga

MEDICIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN

La medición de los gases de combustión se realizó en un punto de muestra ubicado a la salida de los gases de escape de la caldera, para determinar el coeficiente de exceso de aire, la composición de los gases, la temperatura del aire de entrada y la temperatura de los gases de escape.

Dichos valores son fundamentales para el cálculo de las pérdidas relacionadas con el comportamiento de los gases de escape.

METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA EN LA CALDERA

DATOS DE INTERÉS DE LA CALDERA

Posición de modutrol: medio fuego.

Característica de la llama: La llama presenta una base de color azul con puntas Naranja y se extiende desde el quemador hasta la parte trasera de la caldera.

Producción máxima = 4.500 kg/ hora.

En la siguiente imagen se muestran el Diagrama estructural de la Caldera con sus partes constitutivas principales:

En la Tabla No.1 se detallan por cada ubicación específica, las variables medidas con los equipos de diagnóstico energéticos y las medidas verificadas de los instrumentos de la caldera y otras medidas, las cuales son necesarias para la elaboración del balance de energía de la caldera con gas natural.

MEDICIÓN UBICACIÓN VARIABLES MEDIDAS O VERIFICADAS

1 Salida de Vapor Presión del vapor = 170 PSI

Temperatura del vapor = 192 °C

2 Línea de Alimentación Temperatura agua alimentar = 65,5 °C

3 Aire de combustión Temperatura del aire = 38°C

4 Entrada de gas natural Presión de entrada del gas = 1 PSI

Consumo de vapor = 3.500 Kg/h a 4.200 Kg/h

Tipo de sistema de Regulación = Mecánica

5 Salida de gases de chimenea O2 = 6,6 %

CO = 0,0028 %

CO2 = 8,1 %

Temperatura de gases = 216 °C

Temperatura de aire = 32°C

Exceso de aire = 41,1 %

Eficiencia Combustión = 80,7 %

6 Paredes, estructura de la caldera y visor de llama Diámetro Pared Frontal = 258 cm

Diámetro Pared trasera = 258 cm

Largo de la Caldera= 575 cm

Temperatura Pared frontal = 73,2 °C

min 40,7 °C - max 150,2 °C

Temperatura Pared Trasera = 94,7 °C

min 94,7 °C - max 124,1 °C

Temperatura Pared Lateral = 45,6 °C

min 41 °C - max 122 °C

Calidad llama por visor = La llama presenta una base de color azul con puntas Naranja y se extiende desde el quemador hasta la parte trasera de la caldera

7 Sistema de Purga Se realizan purgas de fondo cuando el agua contiene 700 ppm de CO3Ca se realizan 3 veces por día, En el momento de la medición la alcalinidad era de 450 ppm. Conductividad (uS/CM) = 3.296

8 Trampa de vapor T1 = 111°C

T2 = 173°C

Condensado (%) = 60

Tabla 1. Datos de Entrada

CALCULO DE PERDIDAS

Las pérdidas que se presentan en este tipo de calderas son las siguientes:

Pérdidas en chimenea o de calor sensible por los gases de escape

Pérdidas por combustión incompleta o inquemados

Pérdidas por radiación, convección, entre otros.

Para efectos de cálculo, la eficiencia de la caldera por el método indirecto está dada por la ecuación:

η_u=100- Σ q

Donde q son las pérdidas térmicas e inquemados.

Depende esencialmente del porcentaje de CO2 y de la temperatura de humos en la chimenea. A su vez, el porcentaje de CO2 depende del tipo de combustible utilizado y del exceso de aire en la combustión. Para determinar las pérdidas del calor sensible aplicaremos la fórmula siguiente:

qhs=(V_c-C_c)/PCI*(T_h-T_a)

o en su defecto usando la siguiente ecuación:

qhs=K ((T_h-T_a))/〖CO〗_2

Donde:

qhs: Perdidas por calor sensible

Th: Temperatura de humos

Ta: Temperatura sala de caldera

K: 0,379 + (0,0097 * CO2) para el gas natural.

qhs=0.45757 ((216-37))/8.1

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