PROGRAMAS DE USO RACIONAL DE ENERGÍA EN EL SISTEMA DE VAPOR

 

El buen uso de los recursos energéticos y la materia prima en el sistema de vapor representa bajos costos de manufactura y disminución del impacto ambiental. Este control sobre los recursos puede efectuarse desde la generación del vapor, incluyendo elementos como buena combustión, aprovechamiento de calores de residuo o disminución de purgas. En la distribución de vapor este control puede darse teniendo las tuberías correctamente aisladas, evitando fugas de vapor o recuperando el condensado producido en los equipos de proceso. Finalmente en los equipos consumidores los potenciales de ahorro se encuentran en la utilización de aislamientos térmicos, recuperación de calores de desecho y correcta utilización de trampas de vapor. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Puntualmente se pueden tener ahorro de energía siguiendo las siguientes recomendaciones:

 

• El aprovechamiento térmico de los gases de la combustión puede ahorrar hasta un 10% en combustible. Para tal fin se puede instalar un precalentador de aire de combustión o un economizador para el precalentamiento de agua que ingresa a la caldera consiguiendo aumentar la eficiencia del proceso de generación de vapor. Este aprovechamiento se puede lograr cuando los gases de combustión se emiten a la atmósfera a altas temperaturas (generalmente mayores a 230 ºC)

 

• Poner en obra planes de limpieza para mantener el rendimiento del equipo. Se estima que 2 mm de depósito aumentan el consumo de energía en un 5%. Estos depósitos disminuyen la transmisión de calor de los gases hacia el agua. De igual manera que se controla la limpieza al lado de agua se hace al lado de los gases desincrustando de los tubos el hollín que se adhiere a las superficies.

 

• Generar vapor a una presión que no exceda la requerida por los equipos consumidores más un valor adicional para asumir las pérdidas en el transporte, ya que cuando se genera vapor a más de la presión de los proceso se esta disminuyendo la eficiencia global del sistema. Adicionalmente se recomienda operan las calderas al máximo de capacidad para minimizar las perdidas porcentuales, por encima de 80% es un valor apropiado.

 

• Cubrir los recipientes y las líneas de distribución de vapor y retorno de condensado con aislamiento, para reducir las pérdidas de calor, y aislar adecuadamente los tanques de condensado.

 

 

 

                                                     USO RACIONAL DE ENERGÍA EN EL SISTEMA DE VAPOR                                                             

 

Cuando se produce vapor en una caldera para suministrar energía a un proceso en particular pueden existir pérdidas que en cierto porcentaje son recuperables. Las acciones encaminadas al aprovechamiento de estas pérdidas pueden ser entre otros, la recuperación del condensado, la reparación de fugas de vapor (Ver figura) o el aislamiento de tuberías de vapor y/o condensado. A continuación se presentan estas alternativas con el respectivo análisis termodinámico y económico.

 

 

 

 

         FUGAS DE VAPOR

 

Cualquier fuga de vapor en tuberías, equipos o accesorios, es una pérdida de energía Algunas veces se cree que una pequeña fuga de vapor no hace diferencia en la eficiencia global del sistema. Esto es cierto cuando la fuga de vapor solo se presenta durante un periodo corto de tiempo, pero un sistema con fugas por periodos largos de tiempo implica pérdidas considerables.

 

A parte de perder dinero en costo de combustible y agua tratada, las fugas pueden traer otros problemas como degradación atmosférica. En plantas que se encuentren dentro de una edificación, también se puede incrementar la posibilidad de daños en equipos debido a la corrosión, aumento de ruido y peligro por quemaduras.

 

Existen diferentes maneras de calcular pérdidas por fugas de vapor. La ecuación de Napier sirve para estimar de forma aproximada las pérdidas a través de un orificio, cuyo valor es función del diámetro y la presión. Es importante anotar que este método para calcular fugas no es muy preciso, pues no considera la forma real del orificio y la rugosidad de las esquinas o bordes del orificio que en circunstancias reales es difícil identificar.

 

 

Donde

 

d: Diámetro del orificio (mm).

P: Presión Absoluta de Vapor (bar).

PAbsoluta = PManométrica + PAtmosférica

 

Ejemplo

 

Hallar el desperdicio obtenido cuando en una planta se presentan las siguientes fugas de vapor

 

Diámetro 1 = 1 mm, Presión 1 = 80 psig

Diámetro 2 = 2 mm, Presión 2 = 92 psig

Diámetro 3 = 1 mm, Presión 3 = 100 psig

Diámetro 4 = 2 mm, Presión 4 = 71 psig

 

Se sabe que las calderas consumen gas natural para producir vapor con un rendimiento de 85 m3/ton vapor. El costo del combustible es de 500 $/m3 y el agua tratada tiene un costo de 2750 $/m3. La planta opera 648 h/mes. La presión atmosférica del lugar es de 12.5 psi.

 

 

 

          AISLAMIENTOS TÉRMICOS

 

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, al paso del calor a través de ellos. En algunos materiales la resistencia es muy baja; como los metales, por lo que se dice de ellos que son buenos conductores. Los materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros) tienen una resistencia media. Aquellos materiales que ofrecen una resistencia alta, se llaman aislantes térmicos.

 

La utilización de estos recubrimientos en tuberías de vapor disminuye el consumo de energía, reduciendo las pérdidas de calor a través de las paredes. Pueden considerarse valores de temperatura de pared por encima de 80 ºC con potencial de ahorro de energía para ser evaluado. Adicionalmente los aislamientos térmicos impiden el contacto de operarios con tuberías o equipos que se encuentran a altas temperaturas.

 

En toda red de tuberías de vapor y retorno de condensado existen unas pérdidas fijas debidas al calor que se pierde a través de sus paredes. Para conseguir que estas pérdidas sean los más pequeñas posibles, ya que no son del todo evitables, se recurre al aislamiento térmico.

 

Para calcular los ahorros al aislar un tramo de tubería es necesario conocer la energía disipada sin aislamiento, valor que es función de la geometría y la temperatura de la tubería. Posteriormente es necesario conocer la energía disipada si ese tramo se aislara, valor que es también función de la temperatura y la geometría. La única diferencia es que en este caso la temperatura debe calcularse. Finalmente la diferencia entre la energía disipada sin aislamiento y con aislamiento representa el ahorro obtenido.