C*P! 4 DE PROYECTOS148.206.53.84/tesiuami/UAM5038.pdf · Cálculo del coeficiente de transferencia...

casaabiertaaltiempo UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

ADECUACI~N A LAS OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGÍA TÉRMICA DEL PROGRAMA “INDUSTRIAL ASSESSMENT CENTERS” DEL DEPARTAMENTO DE ENERGÍA

DE LOS E.E.U.U.

ASESOR: JUAN JOSÉ AMBRIZ GARCÍA

ALUMNOS: CARLOS ALBERTO ZALDÍVAR DE LA MORA 90224469

ENRIQUE SALAZAR SÁNCHEZ 9122 1500

AGOSTO DE 1997 L

SEMINARIO DE PROYECTOS C*P! 4 + - 2 ;

SEM/NARIO DE YROIíE%TO

e irregulares, de modo que simplifican su manejo y aplicación. Los termoaislantes fibrosos son producidos como colchonetas flexibles.

4. Cementos monolíticos. Producidos con materiales fibroses y granulares cementados con bentonita, que mezclados con agua generan una masa viscosa de gran adherencia. Se disponen a granel envasados en bolsas.

5. Espumado en sitio. Espuma de poliuretano vaciada o espumada en sitio para cubrir o rellenar áreas irregulares o de difícil acceso.

5.3 Materiales termoaislantes.

En este punto se describen las características y propiedades de los principales materiales termoaislantes usados en instalaciones industriales para alta y baja temperatura.

3 Silicato de calcio. Es un termoaislante granular hecho a partir de silicato de calcio hidratado reforzado con fibras orgánicas e inorgánicas y moldeado en formas rígidas. Su rango de temperatura de servicio es de 308 K (35OC) hasta 1088 K (81 5OC). Es un material que absorbe agua, por lo que su uso se recomienda en aplicaciones a temperaturas superiores a los 710 K (2S0°C). Debe poder secarse sin deterioro de sus propiedades físicas originales. Tiene pobre estabilidad dimensional. Es no combustible y debe colocarse con recubrimiento protectivo (Código NC- 1).

Clase I Hasta 922 K (649OC) Clase I1 Hasta 1088 K (8 15OC)

3 Fibra de vidrio. Es un termoaislante hecho a partir del estado de fusión de una mezcla de arenas con alto contenido de sílice. Según su proceso de manufactura se presenta en dos formas:

a) Con aglutinantes orgánicos. Poseen estructura propia y preforma. Dan lugar a medias cañas y placas rígidas y semirrígidas. Su densidad comercial es comúnmente entre 16 y 96 kg/m3, variable según el producto, uso, rigidez y temperatura de uso recomendado. Tienen baja conductividad térmica, facilidad de corte, alta capacidad para recuperar su forma, baja resistencia al impacto y a la compresión, buena estabilidad dimensional, bajos costos de instalación y buena absorción de ruido. Se deben proteger contra la intemperie y abuso mecánico.

Código NC-2, Medias cañas (NMX -C-230): Clase I Hasta 505 K (232OC) Clase I1 Hasta 727 K (454OC) Código NC-3, Placas rígidas y semirrígidas (NMX-(2-230): Clase I Hasta 505 K (232OC) Clase I1 Hasta 727 K (454OC)

b) Con aceites minerales que evitan abrasión entre fibras y que dan lugar a colchonetas. Su densidad comercial usual es 48 kg/m3. Tienen baja conductividad térmica, facilidad de corte, baja resistencia al impacto y a la compresión, buena estabilidad dimensional, bajos costos de instalación y buena absorción de ruido. Se deben proteger con recubrimiento contra la intemperie y abuso mecánico.

Código NC-4, Colchoneta: Clase I Hasta 728 K (454OC)

78

5. I Criterios de diseño

El uso y aplicación de los termoaislantes cubrirá, separada o simultáneamente, los siguientes propósitos:

1. Control de la temperatura de proceso (CTP). El espesor y tipo de termoaislante seleccionado deberá preservar las condiciones de operación dentro de los límites de diseno para procesos que ocurren a temperaturas desde 198 K (-75OC) hasta 1088 I; (8 1 scC) y, en cada caso, debersi ser específicamente determinado.

2. Conservación de energía (CE). El espesor y tipo de termoaislante seleccionado representará el balance óptimo entre la inversión necesaria para la adquisición e instalación del sistema termoaislante y el abatimiento en los costos de operación, y será cl suficiente para minimizar las pérdidas de energía por disipación al ambiente. Este criterio conlleva la tendencia a preservar el equilibrio de los ecosistemas y las reservas naturales de energéticos.

3. Protección al personal (PP). En procesos que ocurren a alta temperatura, el espesor y tipo de termoaislante seleccionado garantizará en la superficie externa de la tubería, equipo o recipiente, una iemperatura menor o igual a 333 K (6OOC) si el acabado es metálico y 338 K (65OC) si el acabado es no metálico.

4. Anticondensación (AC). En procesos que ocurren a baja temperatura, el espesor y tipo de termoaislante garantizará tener en la superficie externa, una temperatura mayor que la temperatura del punto de rocío, durante las 12 horas del día y al menos de 8 a 1 O horas por la nochc .

5 . Aislamiento innecesario. Cuando en un proceso a alta temperatura se requiera disipación de calor, en ningún caso se usará termoaislante, sin embargo, las superficies a alta temperatura serán marginadas físicamente mediante barreras o mamparas, de tal forma que se elimine totalmerite el riesgo de que el personal haga contacto con ellas de forma accidental.

5.2 Formas de presentación.

Los termoaislantes pueden ser producidos en una variedad de formas de acuerdo a funciones y aplicaciones específicas. La combinación de tipo y forma determinan su propio método de iristalacibn. Las formas más comúnmente usadas son:

1. Rígidos. Placas y bloques en forma rectangular y preformados para tubería (medias cañas, cuadrantes, sextantes y bloques curvos). Los termoaislantes fibrosos, celulares y granulares son producidos en esta forma.

2. Flexibles. Preforniados en hojas, rollos, tubos o unidades rectangulares que tienen un alto grado de flexibilidad. Los termoaislantes fibrosos y elastómeros se encuentran en esta forma.

3. Colchonetas flexibles. Están cubiertas con malla metálica (metal desplegado y malla de gallinero) en uno o en ambos lados. Pueden fsicilmente adaptarse a superficies curvas

77

SLMZNA KZO DE PKOYECTO

4.2 Pérdidas de calor en tanques aislados y recubiertos con aluminio (W).

41985 745,50 1165,35 1678,224 228593 298491 3777,49 4662,55 999,03 1774,77 277380 3994,97 5437,12 7101.40 8987,SZ 1 i096,37 1658,47 2949,42 4607,89 6635,03 903085 1179595 14928,52 1843098 2377,221 4227,58 6604,79 951 1,18 12945,58 16907,98 21399,57 26419,16 3143,64 5588,31 8733,12 12574,57 17116,17 22355,57 28293,95 34930,14 3949,62 7021,15 10970,77 15798,46 21503,OS 28085,77 3554598 43883,07 4790,48 8515,63 13304,95 19159,59 26078,40 3406197 43109,66 53220,96

50951 91 62903 10

5582 8025 109,32 143,05 22390 322,16 438,46 57397 132,58 191,90 260,52 340,76 532,66 766,43 104499 1363,06 220,97 318,67 317,50 566,39 885,06 1273,51 1734,06 2264,40

iiiz; 317,50 457,07 621,OS 811,79 1267,69 1825,94 248597 3245,99 $3 418,69 603,61 821,09 1073,47 1677,07 2414,43 3286,69 4292,71 $$ 52685 75899 1031,60 1347,94 210623 3033,16 4128,72 5392,92

%s ... 638,50 919,95 1251,41 163521 2555,15 3678,63 500680 6539,66

+:..

:::A

8 .:.:.: 75480 1087,42 147996 1932,94 301920 434797 5917,45 7729,43

4.3 Pérdidas de calor en superficies planas aisladas y recubiertas con aluminio (W/mz).

76

____ SEMINARIO DE PKOYECro

4 PÉRDIDA DE CALOR POR UNIDAD DE & A YAM TANQUES CILÍNDKICOS AISLADOS:

4.1 A continuación se presenta un procedimiento de cálculo para predecir la pérdida de calor y las temperatura de superficie en tanques cilíndricos aislados. Este cálculo se basa en la consideración de que la estructura del sistema aislante es uniforme, es decir, que el material aislante o las superficies aisladas es de densidad uniforme.

Para superficies mayores de 610 mm (24 in), el cálculo de la pérdida de calor y la temperatura de superficie es el siguiente:

Cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección natural y forzada, desde la superficie aislada hacia el ambiente, hc:

h, = 3.0075*C*(1.1 l/(tsup + ta-510.44))0.*s1 *(í.g*(tsup - ta))O.266

*(1+7.9366*10a4 *V)5.5

Cálculo de la pérdida de calor por unidad de área:

CPA = (top - ta)/((esp/kais) + (l/hc))

Verificación de la temperatura de superficie, tsc (K):

tsc = ta + (q / hc)

Convergencia de la temperatura de superficie:

Si tsup = tsc, entonces las pérdidas de calor son igual a q y la temperatura de superficie aislada es tsc. En caso contrario, hacer tsup = tsc y regresar al punto No.1 del procedimiento de cálculo para superficies planas (tanques).

Donde: C esp = espesor del material aislante, m. top = temperatura de operación, K. tsup = temperatura supuesta de la superficie del termoaislante, K. fa h i s = conductividad térmica del termoaislante, W/mK. V De = diámetro exterior del tanque aislado, m.

= coeficiente de forma, 1.79 para superficies planas (tanques), adimensional.

= temperatura ambiente (ver tabla 2.59, K

= velocidad promedio del viento (ver tabla 2.4), m/h.

75

SEMINARIO DE PROYECTO

3.3 Pérdidas de calor en tanques cilíndricos de acero, (W).

3.4 Pérdidas de calor en superficies planas (W/mZ).

74

p = coeficiente de expansión volumétrico, 1 /Tm. b L = número de Rayleigh, adimensional. GrL = número de Grashof, adimensioiial. AT = ( Tsup - Tanit, 1, K. L = ( n: * D ) /2, m.

3.2 Cálculo para tanques no expuestos al viento (se considera convección natural).

El aire sc considcra coino gas ideal. Evaluar las propiedades del aire en la temperatura media, T,. De la tabla 2.3, p, v.

Entonces:

p* AT*g* L3 R ~ L = GrL Pr = ._I -Pr V‘

NUL = 0.52(GrL Pr)’’4

Donde: /3 R ~ L = número de Rayleigh, adinzensional. GrL = número de Grashof, adimensional.

L

= coeficiente de expansión volumétrico, 1 /Tm.

AT ( Tsup - Tamb ), E;. = ( x * 0) / 2 , m .

73

5

- SEhfZNARíO DE PROYECfO

3 PÉRDIDA DE CALOR POR UNIDAD DE AREA PAM TANQUES CILfNbRICOS'NO AISLADOS:

3.1 Calculo para tanques expuest6s al viento (se considera convección forzada).

El aire se considera como gas ideal. Evaluar las propiedades del aire en la temperatura media, T m .

De la tabla 2.3, v, k, Pr.

Entonces:

V * D Reu= - V

NUU= 0.3 + *[1+( Re, )"'I 282,000

Para: 2x l O4 < Reu <4x 1 05.

Donde: T m = ( Tsup i- T a m b / 2, K. v = viscosidad cinemática, mZ/s. k = Conductividad térmica, W/m K. Pr = número de Prandtl, adimensional. Reu = número de Reynolds, adimensional. V = velocidad del viento, m/s (ver tabla 2.4 ). D = diámetro del tanque, m. A = área del tanque, m2. Nun = número de Nusselt, adimensional, hc = coeficiente de transferencia de calor, W/m2 K. Tamb = Temperatura ambiente (ver tabla 2.5 ), K.

72

SEMiNARIO DE YKOYEmO

Tabla 2.5 Temperaturas promedio de diferentes ciudades de la República Mexicana.

71

SEMINARIO DE PROECTO

Tabla 2.3 Propiedades del aire como gas ideal.

K.: , .$ .:... ... .?,.A:m:.: %p , .:$ x.. .. .. ..<

4,52. 7,69

1 1,42 12,223 13,06 13,91 14,77 15,66 16,54

18,37

20,3 21,3

22,32 23,36

17p4

19,32

24,42 25,5 37,3

0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,6 9 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69

Tabla 2.4 Velocidad media y máxima del viento en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

3 2,6 2,3 4 4 3,1 2,6 Z J 1,9 2 4

1,9 2,l 2,6 2,6 3 2 2,5 2,4 3 9 2,4 2 4 3,2 2,3 2,6 2 2,s 2,6 3,l 2,3 2,l 2,4 2,6 3 9 2,4 14 2 2 2,4 2 2,l 2,3 2,l 2,7 2,6 2,6 Z J 2,5 2,6 3J 2 2,4

13;5 1317 19g 162 164 14 17;4 14g 12> 12,9 12 10,l 14,5 15,4 15,4 13,l lS,3 16,4 14,7 12,9 11,5 12,s 14 11,l 11,6 13,9 133 12,3 16 15,4 17,9 14 168 114 15,l 1 1 J 10 10,6 13,7 1 2 9 129 14,6 164 23,l 7,4 16,5 202 15,7 15 103 112 14,7 10,1 14,5 12,8 178 20,l 15,7 14,6 12,4 13,7 10,9 13,9 13,6 14J 10,9 144 13,4 22,l 17,4 13,9 13,4 14,7 12,6 123 11,5 103 13,9

70

ilonde: C = coeficiente de forma, 1 .O 1 G para tuberías, üdimensiunal. Esp = espesor del material aislante, m. Top = temperatura de operación del fluido, K. Ts, = teniperabra supuesta de la superficie del termoaislante, K. Tamb = temperabra ambiente (ver tabla 2.5), K. k, = conductividad tb,rmicn del termoaislante, W/m K. V = velocidad del viento, (ver tabla 2.4), m/lz. do = diámetro exterior de la tubería aislada, m.

2.2 Pérdidas de calor en tuberías aisladas recubiertas con aluminio (W/m).

7 9 13 17 23 33 42 12 16 21 29 37 53 69 16 23 29 42 53 7G 98 27 38 49 70 90 127 163 40 56 71 100 129 183 235 52 74 95 135 172 245 316 70 100 128 181 234 333 428 90 128 164 234 300 429 552 135 193 248 355 457 654 844 190 270 349 500 645 927 1200 252 363 469 673 872 1257 1632

51 84 119 198 286 384 52 1 673 1030 1468 1999

59 98 140 23 1 333 451 612 791 1212 1729 2360

77 126 179 2 98 431 580 78 9 1021 1569 2243 3065

1144 1655 2153 2641 3123 4069

69

SMINAARIO DE PROYEC70

z PÉRDIDA DE CALOR POR UNIDAD DE LONGITUD DE TUBER~A AISLADA CPA.

2.1 Cálculo de la pérdida de calor por unidad de tubería aislada.

A continuación se presenta un procedimiento de chlculo para predecir la pérdida de calor y las temperaturas de superficie en tuberías aisladas. Se basa en la consideración de que la estructura del sistema aislante es uniforme, esto es, que el material aislante de las tuberías es de densidad uniforme.

Cálculo del diámetro aislado, da.

da = do + 2*esp

Cálculo del Coeficiente de transferencia de calor por convección natural y forzada, desde la superficie aislada hacia el ambiente, hc:

*[l.&*(Ts- Ta)]O’za*(l + 7.9366~10~*V)0~ I”” h c = 2.724 1* C* (da)-’

Cálculo de la pérdida de calor.

fi(Top - Tamb) da 1 *Ln-+l=--- 1

2*Kais do heda

CPA = q =

Verificación de la temperatura de superficie, T,:

da *Ln-

2* n* Kais do 4 TSC = TOP -

Convergencia de la temperatura de superficie:

Si Ts, = T,, entonces las pérdidas de calor son igual a q y la temperatura en la superficie aislada es T,. En caso contrario, hacer Ts, = T, y regresar al primer punto.

68

sLIM/NARIO Ut' FROYt'íC'To

í .3 Pérdidas de calor en tuberías sin aislar dc acero ( W / m linear).

13 19 24 37 49 71 94 116 138 184 7 35 5 1 67 99 130 160 192 254

IS8 208 257 307 405 223 294 364 434 571 372 490 606 722 951 545 719 891 1061 1399 748 955 1221 1455 1919 1043 1376 1705 2033 2683 1391 1836 2277 2716 3588 2273 3003 3727 4450 5885 3447 4560 5666 6769 8962 4977 6591 8197 9797 12986 6933 9189 11437 13677 18142 9389 12456 15511 15559 24635 16146 21446 26731 32006 42532

20 29 37 53 70 101 131 162 192 249 1 28 41 52 76 99 142 185 227 267 348 66 94 156 227 307 419 545 849 1229 1703 2284

86 122 202 294 397 542 707 1104 1603 2225 2991

123 174 291 423 5 72 783

1027 1600 1333 3247 4379

159 227 377 549 74 2 1016 1329 2086 3047 4251 5744

230 327 544 792 1.072 1471 1927 3034 4445 6220 8428

299 425 706 1029 1394 1914 2510 3961 5816 8156 11 107

366 520 865 1261 1710 2349 3083 3961 7168 10068 13688

433 614 1022 1490 2020 2 768 3648 4873 8506 1 1963 16281

563 799 1329 1939 2632 3622 4761 577G 11150 15711 21421

67

smr..mo DE PROEKTO

1.2 Cálculo para tuberías no expuestas al viento (se considera convección' natural).

El aire se considera conto gas ideal. Evaluar las propiedades del aire en la temperatura media, T,. De la tabla 2.3, p; v.

6

p* AT* g* L' R ~ L = GrL Pr = Pr

V'

Ñu, = 0.52(GrL

Donde: = coeficiente de expansión volumétrico, 1 /T,.

RaL = número de Rayleigh, adimensional. GrL = número de Grashof, adimensional. AT = ( Tsup Tamb >, K. L = ( n * D ) / Z , r n .

66

I PÉKDIDA DE CALOR POR UNIDAD DE LONGITUD DE TUUEKÍA SIN AíSLAR CF.

I ~ I Cálculo para tuberías expuestas al viento (se considera convección forza&).

El aire se considera como gas idcal. Evaluar las propiedades del aire en la temperatura media, T,. De la tabla 2.3, v x I O - ~ m2/s; k ; Pr.

V * D R e , = ____

V

Para: 2x 1 O4 < Reu <4x 1 Os,

Donde: T, = ( T s q 4- Tanib ) / 2, K. v = viscosidad cineniática, m2/s. k = Conductividad térmica, W/m K. Pr = número de Frandtl, adimensional. Reu = número de Reynolds, adimensional. V = velocidad del viento, m/s (ver tabla 2.4 >. D = diámetro exterior de l a tubería, m. mu, = número de Nusselt, adimensional. hc = coeficiente de transferencia de calor, W/m2 K.

Tamh = Temperatura ambiente (ver tabla 2.51, K.

65

ANEXO 1

64

SLMINARIO DE PROYECTO

Hoy en día, es evidente que el ahorro de energía ha tomado una trayectoria de aplicación debido a la necesidad de disminuir la facturación de los energéticos; Actualmente en nuestro país las instituciones encargadas de fomentar el ahorro de energía en la industria se enfrentan mayores retos para lograr convencer al empresario en comprometerse con financiamientos y demás facilidades para implementar medidas de ahorro de energía.

E n íos Estados Unidos de Norteamérica los Industrial Assessment Centers han logrado obtener grandes resultados con recomendaciones de ahorro de energía en diversas ramas industriales, ya que el empresario se beneficia por que la asesoría no le representa desembolso alguno.

En México, la creación de Grupos de Asesoría índusfrial traería beneficios tanto a la industria como a las Instituciones Educativas, por un lado el empresario no invierte para obtener la asesoría de los grupos, y los alumnos que ya están por egresar tienen la oportunidad de vincularse directamente con la industria.

En base a la experiencia del Grupo de Asesoria Industrial de la UAMI, se han logrado obtener resultados concretos de diversas industrias, lo cual ha motivado a que otras industrias se interesen por este tipo de asesoría.

Debido a que los Grupos de Asesoría Industrial llevan a cabo las asesorías en base a una misma metodología, el adecuar las Oporfuniáaáes de Ahorro de Energía a las condiciones del país y específicamente a la industria hace que estas oportunidades sean más reales y adecuadas a los sistemas que componen a cada una de las diferentes empresas, por ello el interés de este seminario de proyecto de enfocarse a las oportunidades de ahorro de energía térmica, ya que este rubro ha venido siendo de menor interés y no por ello de menor importancia debido a que Ias Instituciones encargadas de promover el ahorro de energía en las industrias se han enfocado en mayor parte a la energía eléctrica.

De igual manera se busca que este material sirva de apoyo para aquellas personas interesadas en conocer algunas de las oportunidades que se presentan para el ahorro de energía térmica en la industria.

63

CONCLUSIONES

62

SLXIiNARiO DE PROYECTO

Los ahorro totales obtenidos anualmente se presentan en la siguiente tabla: "

I I I

I I

Tabla 3. Ahorros totales obtenidos.

Monto de la inversión requerido y recuperación de la inversión.

Para la reparación de las trampas de vapor defectuosas, se requerirá del remplazo de partes internas que componen la trampa de vapor. Por lo regular las válvulas son graduadas para que permanezcan parcialmente abiertas, esto provoca que el bloque se llene de impurezas ocasionando pérdidas por erosión que esto provoca en las caras de la válvula. En muchos casos el cuerpo de la trampa no pueden ser cambiado o reemplazarlo.

Tabla 4. Costos de implementación.

Por lo que el monto total por la reparación de las trampas de vapor es de $ . Si el ahorro económico estimado es de $ /año, el monto de la inversión se pagará en un periodo no mayor a - meses.

61

SEMINARIO DE PROYEmO

Ahorros estimados

El flujo másico de vapor, Mv, a través de las trampas puede ser estimado. de la siguiente manera:

M" = K*d**(P*(P+ 1)y2

Donde: d = diámetro del orificio de la trampa, mm. K = 0.4. P = Presión manométrica del vapor, kg/cm2.

Mv = ****&/h

El ahorro de energía total, AEN, y el ahorro económico, AEC, que se lograrían por la reparación de las trampas, pueden ser estimados de la siguiente manera:

AEN = AENi + AENz + AEN3 .+ ... + AEN,

Donde:

( hY - h,) EFC

AENi = Ni* Mi* Hi*

Donde: Ni = Número de trampas ineficientes, adimensional Mi = Flujo másico de la trampa, kg/h Hi = Tiempo anual en que las líneas operan, h/año h, = Entalpía del vapor a la presión de la línea, kJ/kg

' ha = Entalpía del agua de alimentación a la caldera, kJ/kg EFC = Eficiencia de la caldera, adimensional

AEC = AEN * COSTO UNITAñIO DEL COMBUSTZBLE

A E = $ **** /m-o.

60

I

OAET No- iGFARAR TUAMPAS DE VAPOR.

Ahorros de Energía estimados = ***** kf / año Ahorros Económicos estimados = $*****/año Monto de ífi in versión requerido = $***** Recuperación de la información = *****/meses

Acción Recomendada.

Keparar las trampas de vapor que permiten el paso de vapor a las líneas de condensado y es descargado a la atmósfera, reducirán el consumo de combustible y los costos por tratamiento de agua.

Antecedentes.

Las trampas de vapor se usan para separar el vapor del agua y los gases no condensables, estos sistemas presentan dos tipos de fallas con mayor frecuencia: en posición cerrada, en la cual no permiten el paso del condensado; en posición abierta, el vapor pasa golpeando la trampa para ser eventualmente descargado a la atmósfera. La medida de ahorro aqui descrita se refiere particularmente a la segunda falla, que generalmente pasa inadvertida aún para el operador más hábil que maneja equipo de producción de vapor. Se ha comprobado que estas fallas se logran reducir dc un 7% a un 1% procurando llevar a cabo una inspección regular de estos equipos y un mantenimiento frecuente (por lo menos una vez al mes)Z8. Durante la visita a la empresa , se identificaron y localizaron las trampas de vapor. La caldera produce vapor saturado con una presión aproximada de -kg/cmz y a una temperatura de -OC. Considerando pérdidis de presión en las líneas, ,i:gún la instalación; la presión del vapor es de -kg/cmz y la temperatura se estima en -“C. Esta información se resume en la siguiente tabla:

-

Tabla 1. Datos de las líneas.

Para fin de cálculo es necesario obtener en la planta:

Tabla 2. Información del combustible --

v h e anexo 3. vease Anexa 3.

28

3 .

59

i

SEMINARIO DE PROy)=ci'o


El monto total que se requiere para llevar a cabo esta recomendación, inc.luye el costo de los materiales y la mano de obra necesaria para la reparación.


Por lo que el monto total por la reparación de las fugas de vapor es de $ . Si el ahorro económico estimado es de $ /año, el monto de la inversión se pagará en un periodo no mayor de meses.

58

Donde: d = diámetro del orificio, mm. K = 0.4. i' = Presión manométrica del vapor, kg/cmZ.

M y = ****kg/h

El ahorro de energía anual, AEN, y el ahorro económico, AEC, que se lograrían por la reparación de hgas de vapor en el sistema, pueden ser estimados de la siguiente manera:

AEN= AENi+ AEN2 + AEN3 + ... + AENn

Donde: (hv - ha)

AENi = Ni* Ad,* Hj* EFC

Donde: Ni = Número de fugas de un diámetro determinado, adimensional Mi = Flujo másico de una fuga individual de un diámetro determinado, kg/h. Hi = Tiempo anual en que las líneas operan, h/año h, = Entalpía del vapor a la prcsión de línea, kJ/kg ha = Entalpía del agua de alimentación, kJ/kg EFC = Eficiencia de la caldera, adimensional

AEN = ***** kJ/áiio

AEC = AEN * COSTO UNiTARIO DEL COMBUSTiBLE

AEC = $ *****/año

IDS ahorro totales obtenidos anualmente se presentan en la siguiente tabla:


57

SEMINARIO DE P R O ’ E ~ O

J

OAET No- REPARAR FUGAS DE VAPOR

Ahorros de Energia estimados = *-** kJ / año Ahorros EconÓmicos estimados = $*****/año Monto de Is inversión requerido = $***** Recuperación de k informaciÓn = *****/meses

Acción Recomendada.

Reparar las fugas que se presentan en las líneas de distribución de vapor y en las líneas de retorno de condensado, reducirá el consumo de energía utilizada para el calentamiento del agua de repuesto a la caldera, el consumo por combustible y los costos de tratamiento de agua.

Antecedentes.

Durante la visita a la empresa , se observaron e identificaron las fugas de vapor presentes en el sistema. La caldera produce vapor saturado con una presión aproximada de -&/cm2 y a una temperatura de -OC. Considerando pérdidas de presión en las líneas, según la instalación; la presión del vapor es de -kg/cm2 y la temperatura se estima en -OC. Esta información se resume en la siguiente tabla:

Tabla 1. Datos de las líneas,


Tabla 2. Información del combustible

Ahorros estimados

El flujo másico de vapor, Mv, a través de las fugas puede ser estimado de la siguiente manera2’:

27 véase BneM 4.

56

17onde: CP, = Calor específico del combustible, kJ/kg "C. Tg = Temperatura medida del flujo de gases, Oc'. CPa = Calor csyecífico del agua, kJ/kg°C. Ta = Tcrnperatura de alimentación del agua, O C .

El ahorro de energía anual, AEN, y el ahorro económico, MC, que se lograrían por la instalación de un intercambiador de calor en la chimenea, se pueden estimar de la siguiente manera:

(Ma* CPo* (K,, - T,)) AEN = EFC

AEN = ***** kf/m-o

E4C = AEN * COSTO UNITARIO DEL COMBU4STIBLE

€4C = $ ****/año


El monto total que se requiere para llevar a cabo esta recomendación, incluye el costo del intercambiador de calor, tubería y controles, y la mano de obra necesaria para la instalación. Esta información se resume en la siguiente tabla:

Tabla 2. Costos de implementación. Por lo que, el monto total por la instalación de un intercambiador de calor es de $ . Si el ahorro económico estimado es de $ /año, el monto de la inversión se pagara en un periodo no mayor de meses.

55

S€Ml“UO DE PROYECTO

P = Pérdidas por purgas y superficie de la caldera (O. l), adimensional.” hv = Entalpía del vapor al salir de la caldera, kJ/Kg. ha = Entalpía actual del agua de alimentación al entrar a la caldera, kJ/ I<s.

El flujo total de gases de combustión de la caldera 5, puede ser estimado por medio de un balance de masa con respecto al aire, combustible y gases de combustión, como se muestra a continuación:

M, = ****&/año.

Donde: CP, = Poder calorífico o capacidad calorífica del combustible, kJ/m3.24 pc = Densidad del combustible, Kg/m3.25 AR = Porcentaje de aire requerido para completar la combustión, adimensional.z6 pa = Densidad del aire de combustión, kg/m3.

la densidad del aire de combustión debe ser estimada según la temperatura y presión a la que se encuentren las condiciones de operación.

Donde: P R, = Constante del aire, kgf. cm/kgmoC T- = Temperatura del aire,T.

= Presión atmosférica del sitio, kg/cm2.

Si la temperatura de los gases que salen de la chimenea y cntran al intercambiador no son aproximadamente de I 20°C, el gas puede condensarse y generar líquidos corrosivos (incrustaciones) en el intercambiador de calor lo cual reduciría la vida útil del mismo. El ahorro de energía es estimado utilizando un intercambiador de calor el cual bajará la temperatura de los gases de salida de la caldera para precalentar el agua de alimentación. i,a temperatura del agua precalentada que saldrá del intercambiador de calor, T,i,, puede ser estimada con la siguiente ecuación:

24 . 25

v a s e anexo 2 . véase anexo 2 .

26 véase anem 2.

- ****o Tk. - c.

54

oArr NO- INSTALACI~N DE UN INTERCAMBIADOK DE CALOR EN LA..CHIMENEA

Ahorro de Encrgía Estimado =*****KJ/año Niono Económico Estimado E$***** /ano Manfo de la inversión requerido = Y*** Recuperación de la in versión = meses *****

Acción recomenda&.

Instalar un intercambiador de calor en la chimenea .de la caldera de cc para el precaleiitamiento del agua de alimentación, reducirá el consumo de agua y los costos por tratamiento de agua.

Antecedentes.

Comúnmente, los gases de combustión que se expiden por la chimenea de la caldera están a una temperatura de aproximadamente -OC (en promedio). Parte de este calor puede ser extraído de estos gases y con la ayuda de un intercambiador de calor, precalentar el agua que alimenta a la caldera. Durante la visita a la empresa y con e: apoyo del personal encargado, se estinio que la temperatura promedio del agua de alimentación a la caldera es de aproximadamente-OC y el -% del condensado formado de la distribución del vapor se utiliza como agua de alimentación de la caldera. La tabla siguiente muestra los datos obtenidos:

Tabla 1. Condiciones actuales de la caldera.

Ahorros estimados.

Considerando que por purgas y por las paredes de la caldera se consumen aproximadamente el 10% del combustible utilizado, el flujo niásico del agua de alimentación Ma, puede ser estimado del siguiente balance de energía:

(EFT - P) Ma = ccc*

(hv - ha)

I;;q/añO e****** M, =

Donde: GCC =I: combustible consumido anualmente en la caldera, kJ/afio. EFC = Eficiencia de combustión de la caldera, adiniensional.

53

Por lo que el monto total por la instalación del ducto de aire caliente es de $’ ahorro económico estimado es de $ un periodo no mayor de meses.

. Si el / aiio, el monto de la inversión se pagara en

52

Lhi1de: F1 = factor de mejoramiento para la eficiencia ( 1 '% aumenta la eficiencia

por cada 5OC que se aumenta la temperatura del aire de corpnbustiisn), adimensional.

OC. TD = diferencia de temperatura entre el airc de succión actual y el propuesto,

EFCi = eficiencia actual de combustión, adimensional. EFC, = eficiencia propuesta, adimensiorial.

El ahorro de energía, AEN, y el ahorro económico, AEC, que se obtendría por utilizar el aire caliente del cuarto de calderas como aire de combustión pueden ser estimados de la siguiente manera:

Donde: GCC = combustible consumido anualmente por la caldera, kJ/año

AFN = **** kJ/aEo

AEC = AEN * COS70 UNiTARIO DEL COMBlJSTiBLE

AEN = $ **** /año


El monto total que se requiere para llevar a cabo esta recomendación, incluye el costo del ducto y los materiales adicionales; se necesitan aproximadamente metros de ducto galvanizado de cm x cm para hacer llegar el aire caliente del tccho del cuarto de calderas a la entrada del aire de combustión. El ducto debe de estar soportado por una estructura que le permita moverse fácilmente por si se requiere algún otro accesorio (tal vez un ventilador).

Tabla 2. costos de irnplementación.

51

OAET No- DUCT0 DE AIRE CALIENTE p a LA ENTRADA DE AIRE DE LA CALDERA

Ahorro de Energía estimado = ***** kJ/año Ahorro hkonómico estimado = $***** /ario Monto de la inversión requerido = $***** Recuperación de in versión = ****meses

Acción recomendada.

Un ducto puede ser instalado para permitir que el aire caliente que se encuentra acumulado en el techo del cuarto de calderas o en la pared de la chimenea pueda ser utilizado como aire de combustión en la caldera de cc, y así aumentar la eficiencia de combustión.

Antecedentes.

Es posible aumentar la eficiencia de combustión de la caldera en 1 % por cada 5OC que se le aumenten a la temperatura del aire de combustión que utiliza la caldera22. Las temperaturas medidas durante la visita a la empresa fueron de -OC y - OC en el aire de entrada para la combustión y el aire en el techo del cuarto de calderas respectivamente, por lo que la diferencia de temperatura entre el aire de succión y en el techo es de aproximadamente -OC.

Por otro lado, para fin de cálculo es necesario obtener en la planta:

**** v:::: ).. ............. ... . ..::.:.:.:.:. ...... 1 I

Tabla I . Datos del combustible.

Ahorros estimados.

Aproximadamente del 2 al 4 % de la energía consumida por una caldera se emite al exterior por medio de radiación y convección natural a través de sus paredes. Parte de este calor contenido en el aire caliente que se encuentra en el techo del cuarto de calderas puede ser recuperado para aumentar la eficiencia de combustión.

La eficiencia propuesta puede ser estimada de la siguiente manera:23

EFCp = EFCi + (H * TI?)

EFCP = **** %

22 véase anexo 2. 23 véase anexo 2.

50

t

Donde: GCC = combustible consumido anualmente, kJ/aiio. EFC, = eficiencia propuesta después del ajuste, adimensional. ,

AEC = AEN * COSTO UNITARIO DEL COMBLSTIBLE

AEC = $ ***** /año,


Se sugiere la compra de un equipo analizador de gases de combustión, si es que no se cuenta con uno. La relación aireícombustible debe ser medida cada dos meses; este es un procedimiento simple que requiere de aproximadamente 30 min. Es recomendable revisar si existen hoyos o grietas por donde el aire exterior pueda introducirse a la caldera. El aire primario y el flujo de combustible a la camara de combustión pueden ser ajustados apropiadamente para obtener la relación aire/combustible óptima.

El monto total que se requiere para la compra de un analizador de gases es $ ., Si el ahorro económico estimado es de $ /aiío, el monto de la inversión se pagará dentro de un periodo no mayor de meses.

49

SLiWiNARiO DE PROYECTO

Ahorros estimados.

Nota: Usar solo eI párrafo que corresponda a I& mediciones tomadas en Ia caldera.

Si la lectura de oxígeno es mayor de lo%, el contenido de oxígeno del 11% es el límite superior permisible para un sistema de combustión cerrado. En las calderas antiguas, sin embargo, puede ser mayor debido a las pérdidas entre la cámara de combustión y el lugar de la prueba en la chimeneu. Por lo que para fines de cálculo, se pueden basar 10s cálculos de la eficiencia actual en un 10% de O2 (6.2% de COZ), y dejar las temperaturas del aire en la chimenea y en la entrada a la caldera medidas en la planta. La eficiencia de combustión correspondiente a estos valores es de % .zo

Si la medición del combustible es mayor que 0.05%, la caldera es operada con menos oxígeno que el necesario para completar la combustión. es recomendable que el contenido de oxígeno de la mezcla aire/combustible sea incrementado a 3% (I 5% de exceso de aire.

Si la caldera es operada con gas, la cantidad óptima de 0 2 en los gases de combustión es de 2.2%, correspondiente a un 10% de exceso de aire. Se pueden basar los cálculos de ahorro en una reducción en el exceso de 0 2 al 3% (I 5% de exceso de aire).

Los valores propuestos de 0 2 , COZ, tempcratura y eficiencia de combustión, después del ajuste aire/combustiblez* , se resumen a continuación:

Tabla 2. Condiciones propuestas en la caldera.

El ahorro de energía, AEN, y el ahorro económico que se lograrían por el incremento en la eficiencia de combustión de la caldera de %, pueden ser estimados de la siguiente manera.

AEN=GCC* 1-- ( “I 20 . 21 .

veaseanexo 2.

vease anexo 2.

48

StiVíINARií7 DE PROYECTO

OAET NO AJUSTE DE LA KELACIÓN AIRE - COMBUSTIBLE EN LA CALDERA.

Ahorro en Energía estimado = ****** kJ/año Ahorro Económico estimado = $ *****/año Monto de la inversión requerido = $**** Recuperación de la inversión = ****** meses


La relación aire - combustible en el sistema de combustión de la caldera de cc debe ser revisada y ajustada para reducir la cantidad de exceso de aire que pasa a través de ella, y así mejorar la eficiencia de combustión.

Antecedentes.

Durante la visita a la empresa combustión en la chimenea, la cual quema

, se realizó el análisis de gases de - con un consumo promedio de

kJ/año. Esta información se resume en la siguiente tabla:

Tabla I . Condiciones actuales de la caldera.

La eficiencia actual promedio de operación de la caldera, EFC,, se calcula a continuación:

EFCn -- (ITB * Em, + (FLM * EFM) + (FXA * EFA)

Donde: ITB = fracción de tiempo que la caldera opera a baja carga, adimensional. EFR = eficiencia de combustión a baja carga, adimensional. €TM = fracción de tiempo que la caldera opera a media carga, adimensional. EFM = eficiencia de combustión a media carga, adimensional. ITA = fracción de tiempo que la caldera opera a alta carga. adimensional. EFA = eficiencia de combustión a media alta, adimensional.

41


El monto total que se requiere para llevar a cabo esta recomendación, incluye el costo del aislante, mano de obra necesaria para la instalación, así corno los accesorios requeridos.


Por lo que el monto total por el aislamiento de los tanques es de $ ; Si el ahorro económico total estimado es de $ /año, el monto total de la inversión se pagará dentro de un periodo no mayor de - meses.

46

AEC = AEN * COSTO IJNEARlO DEL COMBUSTIBLE.

AEN = $ ****/año

Dondc: Cp1' = flujo de pérdidas de calor por unidad de área del tanque sin aislar,W/m2.1s CPA = flujo de pérdidas de calor por unidad de área del tanque aislado, W/m2.I9 A TO = tiempo anual en que el tanque opera, hrs/afio. EFC = eficiencia de la caldera.

= Área del tanque, m2.

Para los tanques que no cuentan con aislamiento en su superficie y que presentan pérdidas térmicas, el anexo 1 muestra el cálculo y una serie de valores ya calculados que pueden ser usados para evaluar las pérdidas totales en el sistema. A continuación se muestra la siguiente tabla para presentar la información de perdidas de calor para el

. _ - sin aislar: sistema

t - - 1 Tabla 3. Pérdidas en los tanques no aislados.

Cuando los tanques son aislados las pérdidas se reducirán notablemente, esta información se presenta en la siguiente tabla:

I I I I

Tabla 4. Fkrdidas con aislante.

Los ahorros totales obtenidos anualmente se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 5. Ahorros totales obtenidos

IR . v a v e aiiexo 1 .

' vease anexo 1.

45

OAET No AISLAMIENTO DE TANQUES CILfNDRICOS "

Ahorro en Energía estimado = *****kJ/año Ahorro Económico estimado = $ *****/año Monto de la inversión requerido = $ ***** Recuperación de Ia inversión = *****meses

Acción recomendada

Los tanques cilíndricos que contienen y que se encuentran localizados en el área de , deben ser aislados para reducir las pérdidas de calor que se presentan a través de las superficies debidas al intercambio con el medio ambiente? así como los costos que esto representa.

Antecedentes

Los tanques que no se encuentran aislados? desprenden una cantidad de energía térmica considerable a través de sus paredes, por lo que se recomienda que se aíslen adecuadamente. Durante la visita a la empresa se observaron e identificaron los tanques que carecían de aislante. Además, se midieron los siguientes parámetros:

Tabla 1. Información de Planta.


Tabla 2. Información del combustible.

Ahorros estimados.

El ahorro de energía anual, AEN, y el ahorro económico, AEC, que se lograrían por el aislamiento de tanques cilíndricos, pueden ser estimados de la siguiente manera:

(CPT-CPA)* A*TO &.'C AEN =

AEN = **** * (3600 seg..) = ****kY/m-o

44

Morilo de la inversión requerido y recirperación de la inversión.

El monto total que se requiere para llevar a cabo esta recomendación, incjuye el costo del aislante, mano de obra necesaria para la instalación, así como íos accesorios requeridos.

Tabla 6. Costos de implernentación.

Por lo que el monto total por el aislamiento de las tuberías es de $ ; Si el ahorro econbniico estimado es de $ /año, el monto de la inversión se pagará dentro de un periodo no mayor de - meses.

4 3

SMiNARiO DE PROYECTO

AEC = AEN * COSTO UNFARIO DEL COMBUST..BLE

AEC = $"***/m-o

Donde: CPT = pérdida de calor por unidad de longitud de tubería sin aislar, W/m,IG. CPA = pérdida de calor por unidad de longitud de tubería aislada, W/m,17. L = longitud de la línea, m. TO = tiempo anual en que las líneas operan, hr/año. EFC = eficiencia de la caldera.

Para los tramos de tubería que no se encuentren aislados y que presentan pérdidas térmicas, el anexo 1 muestra el cálculo y una serie de valores ya calculados los cuales pueden ser usados para evaluar las pérdidas totales en el sistema. A continuación se muestra la siguiente tabla para presentar la información de pérdidas de calor para el sistema sin aislar.

Tabla 3. Pérdidas sin aislar.

Cuando los tramos de tubería son aislados, las pérdidas se reducirán notablemente, esta información se presenta en la siguiente tabla:

I I I I I

Tabla 4. Pérdidas con aislante.

Los ahorro totales obtenidos anualmente se presentan en la siguiente tabla:


._. 1 1

véase anexo 1.

42

OAET No __ NSIAMIENTO DE TUBERf AS

Ahorro en Energía estimado = ***** k]/año Ahorro Económico estimado = $*****/Ut?o A4onto de I8 inversión requerido -- $***** Kecuperacidn de la inversión = *"***meses


Las tuberías que transportan y que se ciicuentran localizadas cn el área de , deben ser aisladas para reducir las pérdidas de calor que se presentan a través de las paredes debidas al intercambio con el medio ambiente, así como los costos que esto representa.

Antecedentes.

Las tuberías que no se encuentran aisladas desprenden una cantidad de energía térmica considerable a través de sus paredes, por lo que se recomienda que se aíslen adecuadamente. Durante la visita a la empresa , se observaron e identificaron las tuberías que carecían de aislante. Ademhs, se midieron los siguientes parámetros:

Tabla 1. Información de Planta.


Tabla 2. Información del combustible.

Ahorro estimados.

El ahorro de energía anual, AEN, y el ahorro económico, AEC, que se lograríaii por el aislamiento de tuberías, pueden ser estimados de la siguiente manera:

(CPT - CPA)* L* TO EFC'

__- AEN =

41

CAPITULO OPORTUNIDADES

AHORRO DE DE

ENERGÍA TÉRMICA, OAE1:

40

4. OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGfA (OAE).

~~ ~~ ~

1 hp-h (eléctrico)

1 HP (eléctrico)

1 kW

La unidad primaria de energía eléctrica usada en este informe es el kilowatt-horas al año (kWh / año); los ahorros eléctricos-de demanda se informan en kilovatios al año (el kW / año). La unidad primaria de energía de gas usada en esta sección es los centenares de metros cúbicos (m3). Los ahorros de energía se informan también en una unidad común de Unidades que son los kilowatt-hora/año (kWh/año). Los factores de conversión de energía y las otras unidades usadas en el informe se enumeran en la tabla siguiente.

2,545 Btu o 0.002545 MMBtu

0.746 kW

1.34 1 HP (eléctrico)

Las unidades y los Factores de Conversión

1 therm

1 metru cúbico (m3)

1 '000,000 m3

I 1.163 x kwh I 1 CAL I

1.163 kwh

1,000 kilocalorías

0.92 x 106 It. de petróleo

I 1 kwh I 3 . 6 ~ 106J I

1 HP h (caldera)

I 1 kwh I 3,413 Btu o 0.003413 MMBb I

33,500 Btu

I TMMBtu I 293.0 kwh I

15 Eficiencia Energética en Sistemas de Generación y Distribución de Vapor, 1997, CONAE.

39

3. CONTABILIDAD ENEKGeTICA

LJn componente esencial de cualquier programa de gestión de energía es un seguimiento continuo del uso de la energía y su costo. Esto puede ser desarrollado guardando los registros del consumo mensual de energía y asociándolo a sus costos. Cuando se reciben las facturas, la energía y los costos deberán registrarse lo antes posible. Se requerirá de un registro separado de cada tipo de energía que se use, por ejemplo, gas, eléctrica, petróleo, etc.

También será necesaria una combinación, por ejemplo, cuando el gas y el petróleo se usan en una caldera. Una unidad única de energía deberá usarse para expresar los valores de las diversas fuentes de combustible para que sea significativa una comparación y puedan hacerse las combinaciones. La unidad primaria de energía eléctrica usada en este informe es el kilowatt-hora al año (kWh/año); los ahorros de demanda eléctrica se reportan en kilowatts al año (kW/año). La unidad primaria de energía de diesel y petróleo usada en esta sección son los centenares de metros cúbicos (m3). Ambos ahorros de energía eléctrica y de gas se reportan también en kilowaft- hora/año.

El valor de los registros de costos y energía pueden ser comprendidos al examinar los datos de esta empresa en las páginas siguientes. El uso mensual de energía se muestra en la 'Tabla _. El uso y los costos de energía anual total se muestran en las Figuras - y -, y los componentes de los costos eléctricos totales se muestran en la Figura _. Una gráfica de pastel (pie) ilustra el porcentaje del uso de la mergía en diversas funciones, Figura -. De estas figuras, pueden detectarse tendencias L' irregularidades en los costos y uso de energía y pueden asesorarse los méritos relativos a la conservación de energía y la administración de la carga.

Además el graficar el consumo de energía mensual y costos, graficar la relación entre el consumo mensual de energía y la producción mensual puede ser muy útil. Una medida apropiada de la producción debe de ser usada para que sea consistente con los procedimientos de los registros de la compañía. Las medidas de producción utilizadas pueden ser las ventas totales, el número de unidades producidas o procesadas, toneladas o kilos de materia prima utilizada, etc, Debe de usarse el mismo período de producción y el de consumo energético.

38

.A

SEMINARIO DE PROmflo

2.4 Equipo más Importante y con Mayor Consumo de Energía

Ia lista siguiente es un resumen del equipo con mayor consumo de energía en esta empresa.

EQUIPO ELÉCTRICO.

EOUIPO DE COMBUSTIÓN.

2.5 Medidas de Conservación de Energía Existentes

37

Figura -: Proceso de Producción para la Fabricación de


2.2 Descripción del proceso

En esta sección se da una descripción simplificada de los procesos de fabricación de esta empresa. El proceso se ilustra en la Figura - en la página siguiente. La descripción no es una descripción detallada completa, más bien es para proveer información general sobre los procesos, con un enfoque en los requerimientos de energía.

Se fabrican los siguientes productos: e

Las materias primas usadas para fabricar estos productos son las siguientes: e

e

e

Las operaciones requeridas para la fabricación de los productos se enlistan a continuación: e

2.3 Forma y Uso de Energía en la Empresa

La energía eléctrica se usa para operar equipo, iluminación, aire comprimido y aire acondicionado. El combustible utiliza para operar fuente de energía se consume en esta empresa.

del proceso en se

. Ningún otro combustible o

35

St514INARfO DE PROYEmo

Figura -: Esquema Simple de la Empresa.

34

2. ANTECEDENTES GENERALES

2.1 Descripción de la Empresa

La empresa considerada en este informe es una fábrica de . Los productos son distribuidos . Normalmente, se involucran - empleados en el procesamiento de La empresa opera - semanas al año. Las horas activas aproximadas para las diversas áreas de producción consideradas en este informe se dan en la tabla siguiente.

con unas ventas anuales de $

Horas de operación en las diferentes áreas

La empresa capacidad total instalada de iluminación es de empresa (Figura - ) se muestra en la página siguiente.

consiste de - edificios, con un área total de cerca de m2. La kW. Un esquema simple de la

33


1. RESUMEN ADMINISTRATIVO

Reporte No.

C.I.E. No.: Ubicación: Fecha de la Asesoría:

Productos Principales:

Producción anual:

Ventas Anuales: No. de Empleados: No. de 0AE:-

Costo Estimado de la Asesoría: horas, $

El consumo de energía y los costos de energía correspondientes en esta empresa, para el período de doce meses ( 199- a 1993, consistió de lo siguiente:

I Electricidad I $

(prom.- kWdemanda kW/mes) I I Combustible13

kwh $

Totales $ I Los ahorros de energía y demanda de las oportunidades de ahorro de energía (UAE) que contiene este informe suman kwh Y kilowatts (kw) cada año, que representa el - % del uso total de energía y % de la demanda eléctrica total. Los ahorros económicos anuales suman $ /año, que representan el % de los costos totales de energía. El costo total de implementación es de $ , que tiene un período de recuperación de la inversión de años. Las recomendaciones se enumeran en la página siguiente, y se muestran detalladamente en la Sección-, Oportunidades de Ahorro de Energía.

Se usa 13

3 1

TABLA DE CONTENIDO

.............................................................................................. 1 . KESLJMEN ADMINISTRATIVO x

2. ANTECEDENTES GENERALES ............................................................................................... x 2. 1 DESCRIPCI~N DE LA EMPRESA ............................................................................................................. x 2.2 DESCRIPCI~N DEL PROCESO ............................................................................................................... x 2.3 FORMA Y USO DE LA ENERGíA EN LA F’LANuT.4 ...................................................................................... X 2.4 EQUIPO DE MAYOR CONSUMO ENERGETICO ....................................................................................... x 2.5 OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGfA EXISTENTES ........................................................................ X

3. CONTABILIDAD ENERGÉTICA ............................................................................................ x

4. RECOMENDACIONES DE LA ASESORfA (OAE) .................................................................. x

5. TEMAS ADICIONALES CONSIDERADOS ........................................................................... .x

5.1 MEDIDAS ADICIONALES CONSIDERADAS POR EL GRUPO DE EVALUACI~N ............................................. x 5.2 OTROS SERVICIOS DE ASESORÍA OFRECIDOS Y DESEiWENADOS ............................................................ X

30

SEMINAKIO DE PROYEmO

PREFACIO

El trabajo descrito en este informe es un servicio del Grupo de Asesoría.Industria1 de la Universidad Autónoma Metropolitana (GAI). El proyecto es patrocinado por ‘The University City Science Center y se desempeñó cbn metodología y materiales del Programa de Centros de Asesoría Industrial de el Departamento de Energía de EE.UU.

El objetivo principal del GAIes identificar y evaluar oportunidades para la conservación de energía mediante visitas a sitios industriales. Los datos se reúnen durante las visitas de sitio y se identifican las Oportunidades de Ahorro de Energía (UAE). Cuando una UAE involucra diseño ingenieril y la inversión de capital es atractiva para la empresa y los servicios no están disponibles en la empresa, se recomienda que una firma de consultoría se comprometa para hacer el diseño detallado de ingeniería y las estimaciones en costo para implementar las OAE

El contenido de este informe es únicamente una guía. El GAíde la UAM y todas las fuentes técnicas referenciadas en este informe no: (a) es ninguna garantía o la representación, expresa o implicada, con respecto a la exactitud, certeza, o la utilidad de la información contenida en este informe, o que el uso de información alguna, aparatos, método o el proceso revelado en este informe no puede infringir sobre derechos propios de autor; (b) asume ninguna responsabilidad con el respecto al uso de, o por daños que resulten del uso de, cualquier información, aparato, método o el proceso revelado en este informe. Este informe no refleja políticas o vistas oficiales de las instituciones anteriormente mencionadas.

12s suposiciones y las ecuaciones que se usadas para llegar al consumo de energía y el ahorro económico para las UAE están descritas en el informe. Estas suposiciones pretenden ser conservadoras. Si el cliente no esta de acuerdo con las suposiciones hechas, estas pueden ajustarse y, usando las mismas ecuaciones, pueden ser determinados valores nuevos para los ahorros económicos y de energía para cada UAE.

Como se discutió durante nuestra visita a la empresa, nosotros llamaremos al personal clave dentro de 6 a 12 meses para conocer, si cualquiera, de nuestras recomendaciones han sido (o serán) implementados. Esto involucrará unas conversaciones por teléfono.

Por favor contacte a la UAM Iztapalapa si hay cualquier pregunta o comentario relativo a este informe. El personal del GAIpuede ser consultado para cualquier duda:

x Director Grupo de Asesoría industrial

X Asistente Grupo de Asesoría industrial

29

i

Casa abierta al tiempo

Universidad Autónoma Metropolitana

GRUPO DE ASESORh INDUSTRIAL ASISTENCIA DE CONSEKVACIóN/ADMINISTRACIÓN DE ENERGfA PARA LA INDUSTRIA

PROGRAMA PATROCINADO POK THE UNIVERSITY CITY SCIENCE CENTER '

REPORTE DE LA ASESOR~A DE CONSERVACI~N DE ENERGÍA No.

FECHA DE LA ASESORÍA:

PRODUCTOS PRINCIPALES: C.I.E. M m R O : FECHA DEI, REPORTE:

LOCALIZACI~N:

~~~

Director

Estudiante de Ingeniería

Asistente

Eshidiante de Ingeniería

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA Grupo dc Asesoría Industrial

Mapalapa, México, D.F. (5) 724-4644

28

CAPITULO 5 INFORM€ DE LA

I

ASESORIA

27

Prendas de Vestir Productos de la Madera

Productos de Papel Imprentas y Fditoriales Productos Químicos Productos derivados del Petróleo y Carbón Productos del Caucho y Plástico Productos de Cuero Productos de Piedra, Arcilla y Vidrio Productos Metálicos Básicos Productos Metálicos

Tabla 4. Clasificación Industrial Estándar de acuerdo a los Estados Unidos de Norte América.

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SEMINARIO DE PROYEmO

requieren datos de un fabricante de calderas sobre 10s economizadores disponibles de un cierto tipo. Cebe mencionar que esta etapa es la que consume mayor parte del tiempo de procesamiento.

o Calculo de las Oportunidades de Ahorro de Energh

Esta será la parte fundamental del informe; los cálculos deberán de ser claros y concisos, de manera tal que la administración de la empresa pueda fácilmente seguir su lógica: sin embargo hay que tener precaución de presentar suficiente información que justifique las suposiciones que normalmente forman parte de los análisis de ingeniería.

0 Integración del informe y Lectura de pruebas.

La calidad del informe final es indispensable para causar el impacto deseado. Esto puede parecer que es sencillo en la mayor parte de los casos; sin embargo, debido a que participarán varias personas es conveniente una lectura de prueba del informe por alguien que no participó ni tuvo conexión previa en esta asesoría en particular.

4.4 SEGUIMIENTO DE LAS ACCIONES RECOMENDADAS.

Entre seis y doce meses después de haber presentado el informe final de la asesoría a la empresa, se efectuará una entrevista de seguimiento con los directivos, Aquí se examinarán las ideas presentadas en el informe para evaluar las acciones en caso de que alguna medida no se haya entendido completamente. Para las oportunidades de ahorro que no fueron ejecutadas se buscarán las causas.

Se deben considerar tres razones importantes para la evaluación de la implementación de la medidas de ahorro. La primera es verificar si el trabajo del equipo de asesoría fue considerado de calidad suficiente. Si una recomendación ha sido rechazada, es importante determinar el por qué y tratar de presentar un caso mas sólido y mejor estructurado en la siguiente ocasión que se presente.

La segunda razón es que es una herramienta rnotivacional entre el personal del Grupo de AsesorÍa IndustriaI, cuando una UAE se ejecuta, especialmente en aquellas en las cuales se requiere cantidades importantes de inversión.

La tercera razón es que el grupo requiere demostrar resultados efectivos. Adoptar alguna medida de ahorro muestra a sus promotores que los fondos empleados en el programa han incidido en acciones concretas.

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-3 1,istado de mediciones y datos requeridos.

Deberá haccrse una lista de los datos adicionales necesarios para evaluar las posibles 0portunid.áes de Ahorra de Energía, así como las mediciones y estudios que podrían conducir a otras oportunidades adicionales.

0 Mediciones y reunión de la información.

Este aspecto de la asesoría es crucial para obtener resultados exitosos, ya que las ideas para los ahorros de energía deben estar bien soportadas en datos adecuados de ingeniería. La táctica de acercamiento consiste en obtener la información más simple al principio. Entonces, cuando el tiempo lo permita el equipo de asesoría puede dedicarse.a explorar otras UAE, que también hayan sido identificadas. Las mediciones típicas incluyen:

A/Iediciones de presión. Mediciones de temperaturas de pared y gases de combustión. Mediciones de regímenes de flujo de combustible, vapor, purgas, etc. Composición de los gases de combustión. Niveles de iluminación. Fugas de airc. Demanda de energía eléctrica. Voltaje, ampcraje, factor de potencia.

0 Entrevista Final.

Se efectuará una entrevista final con los directivos de la empresa, donde se pretenda determinar si las Oportunidades de Aliorro de Energia presentadas a la empresa por el equipo de asesores son viables de ser puestas en practica. Pero en sí, 10 más importante será convencer a los directivos de la empresa de las oportunidades de ahorro que formaríín parte del informe.

4.3 PKEPARACIÓN DEL INFORMIF: DE LA ASESORÍA.

0 Descripción escrita.

Después de la visita será necesario comenzar el trabajo de redacción del informe de la asesoría. Muchas parte del informe incluyen descripciones detalladas tales como el diagrama de la empresa, de los sistemas de calentamiento, ventilación y aire acondicionado, y de los procesos de manufactura. Además la empresa debe de clasificarse de acuerdo con la Clasificación Industrial Estándar, CIE (Standard Industrial Classification SIC code: corresponde al giro y tamaño de la empresa en E.U.A.)(véase tabla 4). Estas partes pueden ser escritas antes de tener toda la información correspondiente a los datos de los equipos del proveedor.

Información de los proveedores.

fi menudo se requerirá de información adicional n la adquirida durante la visita a la instalación para completar el analisis ingenieril de Ias distintas OAE Por ejemplo, se

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Hay que tener muy en cuenta que la operación de la empresa involucra tanto il la maquinaria como al personal, ya que es un hecho comprobado que a menudo se atiende más a las maquinas que a la gente de operación. Así, aún cuando las priqcipales medidas son de tipo técnico, la interfaces con la administración de la empresa, el entendimiento de su filosofía de operación y las costumbres, son metas de similar importancia.

0 Recorrido por la Empresa.

Después de la entrevista inicial, el equipo de asesoría realizará un recorrido detallado por la empresa. Normalmente el interés principal se deberá centra en los procesos de manufactura, pero el recorrido también involucrará los sistemas que proporcionan confort tales como sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, y cualquier otro sistema auxiliar que consuma energía, pues estos sistemas también nos van ' a proporcionar oportunidades de disminuir la facturación energética. Comúnmente, el recorrido se hace desde la llegada de las materias primas hasta la salida del producto terminado, para así, realizar un bosquejo de la línea de proceso y del mismo modo obtener una visión general del proceso. La obtención de esta visión general de la empresa es necesaria para colocar las ideas de ahorro en el contexto adecuado para su presentación a los directivos.

Evaluación.

Después del recorrido, el equipo de asesoría se reunirá para revisar la información obtenida y determinar un plan o estrategia a seguir. El propósito primordial de esta reunión será:

3 Entrenamiento de los estudiantes.

Cada empresa es diferente y siempre habrá operaciones, equipos y procesos novedosos para los estudiantes. A menudo la entrevista inicial se lleva de una manera muy rápida y no siempre es posible el intercambio de posibles ideas con los estudiantes. Esto no es posible efectuarlo dentro del recorrido, ya que este se efectúa en ambientes ruidosos, en donde las conversaciones se dan a gritos. Por lo tanto, la primera parte de la junta de evaluación se dedicará a responder preguntas de los estudiantes. Ellos deben de sentirse libres para plantear cualquier pregunta por obvia que parezca.

3 Lista de posibles Oportunidades de Ahorro de Energía.

Con base a la revisión y estudio de las facturas de energéticos consumidos por la empresa y después de las discusiones durante la entrevista inicial, se debe de hacer una lista de las posibles Oportunidades de Ahorro de Energía. Aquí se debe de insistir en que los estudiantes participen en la generación de ideas, para generar una correlación directa entre su experiencia adquirida y su habilidad para contribuir a generar más ideas.

Listado de preguntas para la administración.

Simultáneamente a la generación del listado de UAE, se iniciará otra lista que detalle la información adicional requerida de la administración para evaluarlas, así como otros aspectos necesarios para incluir en el informe del diagnóstico

23

h selección del cliente es uno de los puntos en donde hay que tener mayor cuidado, ya que este involucra el desarrollo posterior para la realización de metas productivas del programa. Duraizle un periodo razonable de tiempo, se espera que cada Gmpo de hcsoría industrial atienda un amplio numero de empresas. Esto basado en el área geogriifica que le corresponda cubrir.

Desde el punto de vista de operación, también es conveniente seleccionar a las empresas que presenten mayores posibilidades de obtener una asesoría exitosa. Scgún la experiencia, ciitre los factores que conducen a diagnósticos energéticos con resultados exitosos tenemos:

e Tamaño de la Empresa.

Si la empresa es demasiado pequefia, no habrá ocasión de emplear muchas de las oportunidades de ahorro de energia, sugeridas cn el manual.

0 Interés de la Administración.

La puesta en marcha de algunas OAE pueden representar un costo económico inzportantc. Esto implica que la administración se encuentre involucrada en el proyecto para que los recursos necesarios sean lo menos limitados para lograr el éxito. Por lo tanto, los mejores clientes para la asesoría serán aquellos donde los directivos de alto nivel estén de alguna manera involucrados.

4.2 VISITA A LA EMPRESA.

J*r visita a la empresa, incluye los siguientes aspectos importantes:

Eittrevista Inicial.

IJentro de la empresa, el equipo de asesores se entrevistarán con el gerente general o el rcpresentante de esta. Las metas a cubrir en la reunión son las siguientes.

3 Presentaciones. 3 Descripción del programa del “Grupo de Asesoría Zndustriaf’

Discusión detallada de la operación de la empresa. 3 Discusión detallada del equipamiento de la empresa.

Esta actividad es muy importante pues el éxito del trabajo esta supeditado a que la administración este convencida de la calidad y capacidad del equipo de asesores. Se debe de hacer un gran esfuerzo para convencer al cliente acerca de las nuevas tecnologías que en L I ~ I momento dado puedan ser requeridas, así como el de modificar laoperación de algún procedimiento en el proceso que refleje satisfactoriamente resultados de ahorro de energía. También se debe tratar lo relativo a la confidencialidad, seguros y políticas de seguridad, lo cual debe de ser establecido formalmente en un acuerdo. Además, se debe de hacer una cvaluación de la filosofía administrativa, entrenamiento, capacitación y del comitc de eficiencia energQtica, si cste existe.

22

CAPITULO 4 COMPONENTES DE

UNA ASESORÍA DESARROLLADA POR

LOS GRUPOS DE ASESORÍA

INDUSTRIAL

21


3 Medición de parámetros térmicos.

Termómetro (termopozo) Juego de termopares con diversas puntas de prueba. Termómetro infrarrojo tipo pistola (distancias cortas). ’ Termómetro infrarrojo tipo cañón ( distancias largas). Medidor de temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco.

3 Medición de flujos.

Juego para la medición de flujos bajos de aire. Medidor ultrasónico de flujos.

3 Medición de gases de combustión.

Analizador de gases de combustión (celdas fotoquímicas).

20

i:s rieccsario poner particular aíeizción en que las políticas institucionales de investigación y docencia no se contrapongan cn la forma propuesta para la vinculación con las empresas productivas participanfes. La agilidad de los departamentos jurídicos para la contratación de servicios es fundamental para el éxito del programa.

e Instructores Capacitados.

Para que las instituciones sean consideradas, es iieccsario que cuenten con un núcleo de personal con suficiente formación técnica y experiencia práctica para efectuar los estudios de asesoría en las empresas que se les sean asignadas. Los estudios que ofrece el Diplomado en Administración y Ahorro de la Energía, impartido en la Asociación de Técnicos y Profesionistas en Aplicación Energética (ATPN?) o su equivalente es el nivel mínimo de preparación necesario como requisito. Se debe además contar con consultores que cuenten con amplia experiencia en diagnósticos energéticos para desarrollar las asesorías,

0 Alumnado.

El esquema propone que los alumnos serán los encargados de llevar a cabo los levantamientos de la información en campo y posteriormente desarrollar las opoflunidades de ahorro de energía correspondientes, basados en la metodología para generar el diagnóstico y orientados por sus profesores. Esto significa que antes de iniciar el estudio de la asesoría deben de recibir entrenamiento en el uso de los equipos y metodología de apoyo del programa del GAI.

0 Metodología y Materiales de Apoyo.

La metodología desarrollada por el IACtiene la ventaja de ser la misma para todos los grupos participantes. Esta metodología esta compuesta por 75 Oportunidades de Ahorro de Energía OAG las cuales son acciones especificas que se encuentran redactadas en un procesador de textos, con el auxilio de hojas de calculo.

En la metodología del GAl se utilizará la información metereológica de un año típico para hacer uso de los datos requeridos en el cálculo de alguitas UAE Con esto será necesario que cada grupo cuente con la información básica nacional equivalente, en un periodo de mediano plazo.

0 Equipo.

Para llevar a cabo las labores del grupo es necesario contar con una computadora personal compatible con IBA4 con lector de discos compactos. Por otra parte para realizar el levantamiento de información dentro de la planta se requiere de los siguientes equipos portátiles para:

3 Medición de parámetros eléctricos.

Analizador de redes eléctricas OPI33. Circuitor AR4. Medidor portátil de potencia reactiva y factor dc: potencia. Multime tros. Luxómetro.

19

A

SEM/NAKIO D€ PROYECTO

6. Antes de transcurrir las doce semanas posteriores a la visita, se presentara un informe final y formal de la asesoría a la empresa contratante y a la coordinación del prograina de uso racional de la energía.

7. Dentro de los siguientes 12 meses posteriores al estudio y entregado el informe final de la asesoría, el Gmpo de Asesoría Industrial se deberá comunicar con la empresa para confirmar que las recomendaciones para la conservación de energía sugeridas se hayan puesto en práctica, o bien cuales serán efectuadas dentro de los dos siguientes años siguientes a la asesoría.

El equipo de asesoría deberá jerarquizar las medidas de mejoras energéticas de acuerdo con el manual de diagnósticos, en diez rubros principales:

0 Calderas. 0 Redes de vapor. 0 Térmico. 0 Calentadores. 0 Calentamiento, ventilación y aire acondicionado. 0 Compresores. 0 Eléctrico. 0 Iluminación.

Tarifas. o Ahorros económicos aunque no de energía.

La coordinación del programa examinará cada informe de la asesoría generada por los Gmpm de Asesoría industrial, para asegurar una calidad elevada y uniforme de los trabajos. También acompañarán periódicamente a los grupos de asesoría para observar el proceso de trabajo en la empresa.

3.3 REQUISITOS PARA DESARROLLAR EL PROGRAMA.

Para poder ser desarrollado este programa de una manera similar a como lo ha venido haciendo la Secretaría de Energía de los Estados Unidos de Norteamérica y aprovechar sus ventajas, se requiere conjuntar los siguientes aspectos:

0 Instituciones Promotoras del Ahorro de Energía.

El programa debe de ser financiado, promovido y coordinado por alguna Institución o Secretaría interesada en el ahorro de energía. En México las instituciones que se encuentran vinculadas con el ahorro de energía son la CONAE y el FIDE.

Instituciones Educativas.

En primer lugar se deben de convocar a las instituciones educativas que impartan licenciaturas de ingeniería (‘CJniversidades e Institutos Tecnológicos) , en temas afines al uso racional de la energía y que tengan gran interés de involucrarse en el programa tanto a nivel directivo como del profesorado.

El programa del GAI, está diseñado para auxiliar n la iiidustria en la identificación de ineficiencias en el uso de la energía y su rcducción. Además, con estos estudios el estudiante que participe se entrenara y capacitará, obteniendo la experiencia para 1u administración y uso eficiente de la energía en divwsos procesos productivos y con rnktodos de diagnóstico.

3.2 PROCESO DE LA ASESORh

El estudio de la asesoría se efectuará en respuesta al requerimiento de las empresas que previamente fueron invitadas; esta invitación puede hacerse directamente, por correo o por tcléfono, aquí pude ser que se presente el hecho de alguna recomendación de algún cliente anterior. Para llevar esto a cabo de deben considerar los requisitos que las empresas deberán cumplir:

0 La empresa debe esta catalogada como pequeña o mediana industria. La instalación debe tener entre 20 y 500 empleados. Deben carecer de algún experto entre su personal para realizar las labores de diagnóstico energético dentro de la empresa.

Además, se le solicitará al cliente desde la primera entrevista formal, que proporcione las facturas de los últimos doce meses (mínimo) de los consumos energéticos e identificar los procesos de mayor consumo de energía en la empresa, los cuales serán analizados con mayor atención durante la visita de la asesoría. Es preciso señalar que el equipo de trabajo será integrado por un profesor investigador responsable y de dos a cuatro estudiantes de ingeniería, para llevar a cabo la visita de diagnóstico a las instalaciones de la empresa.

Aunque cada asesoría y empresa es individual y única, la secuencia típica de actividades es la siguiente:

1. Reunión con el director de la empresa para revisar el programa y la metodología para la realización del diagnóstico energético.

2. Se efectúa una visita guiada por las instalaciones de la empresa con los supervisores de mantenimiento y operación, en donde ellos podrán dar referencia hacia alguna duda en cuanto a la operación o ejecución dc algún proceso que allí se efectúe.

5. Se hace un recorrido por la empresa en parejas para la recopilación de la información.

4. Se realiza una reunión con el objeto de revisar la información recopilada, desarrollar las opciones de ahorro identificadas en el recorrido, estimar los tiempos de ejecución, la rentabilidad de la inversión, etc.

5. El equipo del diagnóstico energético efectuará rrna presentación con los directivos de la cmpresa para explicar y justificar en su caso, las recomendaciones y obtener retroalimentación de los directivos y técnicos de la planta.

2,432

4,368

3,168

5,228

4,808

6,856

7,204

884

8,700

5,768

6,436

7,316

3,972

9,092

5,992

3.040 TON

2,741 miles de litros

5,836 miles de litros

1,722 TON

2'096,958 m2

951,330 m2

8,391 TON

810 TON

159,709 TON

4,858 TON

13,463 miles de piezas

5 1,989 unidades

5 unidades

68,785 unidades

6,028 millones de

162,647

33,062

58,452

6.084

16,995

16,638

23,095

2,845

38,153

30,123

12,851

30,079

3,261

20,479

12,960

'Comprende a todas las personas (empleados y obreros de planta y eventuales) que, durante el mes trabajaron en él o fuera, siempre que hayan sido dirigidas o controladas por éste y recibido una remuneración fija y periódica. b en miles de pesos.

Tabla 3. Potencial de empresas para los GAI:

12 Encuesta Industrial Mensual, INEGI.

16

3.1 DESCXIPCIÓN DEI, PROGRAMA GAL

La idea es crear un programa similar a el IACs, el cual debe de estar apoyado y promovido por una Institución o Secretearía interesada en el ahorro de energía, como pudiese ser la Secretaría de Energía, la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE) y/o el Fideicomiso de Apoyo al Programa de Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE). Este programa en Mexico será denominado "GRUPOS DE ASESORhl INDUSmiAL, GAP' el cual se encargará de involucrar una rcd de instituciones de educación superior que llevarán a cabo los diagnósticos energéticos a la industria abarcando el área geográfica que les corresponda según su ubicación e influencia.

Para llevar a cabo esto, será necesario que los centros formados en las instituciones se integren por profesores y alumnos por graduarse de licenciaturas o maestrías de ingeniería afines a la eficiencia energética, y además, contarán con la asesoría de consultores con experiencia en los diagnósticos energéticos.

1 ~ s beneficios derivados de este programa son múltiples y de gran relevancia para las industrias consultadas:

1. La Empresa que se estudie recibirá asesoría sobre acciones correctivas en el manejo de sus energéticos, lo cual se reflejará en atractivos ahorros en la facturación de los mismos. Asegurando una mejor competitividad tanto nacional como interiiacio2ialmente. Enfatizando ante las autoridades de la empresa, el hecho de que el estudio se llevará a cabo en total confidencia y con propósito de estudio.

2. Por su parte, las instituciones educativas participantes obtendrán una gran vinculación activa en el sector industrial-productivo, mediante la ejecución de estudios de asesoría y capacitación práctica de los estudiantes que están a un paso de vincularse a la actividad productiva en nuestro país.

3. Finalrneizte, el país también resulta beneficiado al lograr que la rama industrial lleve a cabo sus operaciones con un mcnor consurno de los recursos energéticos, y de csta manera, se incremcntará la eficiencia energética nacional, la productividad y la competitividad. Todo esto de igual manera tratando de lograr un menor impacto ambiental al aplicar las medidas correctivas.

Con el fin de dar una clasificación más específica del potencial de empresas que pueden ser analizadas por los G M , y de acuerdo al criterio del programa /AC se presenta la tabla 3. Las industrias que se presentan están clasificadas dentro de nueve divisiones: 1. Productos Alimenticios, Bebidas y Tabaco; 11. Textiles, Prendas de Vestir e Industria del Cuero; 111. Industria de la Madera y Productos de la madera; IV. Papel, Productos de Papel, Imprentas y Editoriales; V. Substancias Químicas, Derivados del Petróleo, Productos del Caucho y Plástico; VI. Productos Minerales no metálicos, exceptuando derivados del Petróleo y Carbón; VIL Industrias Metálicas Rasicas; VIII. Productos Metálicos, Maquinaria y Equipo; IX. O tras Industrias Mantifachirerasl l.

I ' Encuesta Industrial Metisual, INEGI.

CAPITULO 3 GRUPOS DE ASESORIA

INDUSTRIAL, GAI

14

For otro lado, debido al evidente papel de la energía como contaminante globnl, nunca antes como ¿ihora, el medio ambiente constituye el elemento normativo cn rnatcria energética, por los pronósticos sobre los efectos devastadores en el plaueta, la atención está concentrada en los riesgos de quemar cualquier combustible, de tal forma que resulta prioritario disminuir los consumos dc energíalo.

En México, las últimas acciones de normalización han publicado reglamentos sobre las características de algunos productos, con el fin de proteger el medio ambiente y preservar los recursos naturales mediante la disminución del consumo de energía y la reducción de emisiones contaminantes hacia el medio ambiente. Estas son disposiciones obligatorias consideradas dentro de las Normas Oficiales Mexicanas (NOM).

Las Normas de Eficiencia Energética que existen hasta el momento son:

e Sistemas de alumbrado en edificios no residenciales. 0 Eficiencia térmica en calentadores de agua domésticos y comerciales. e Aislamientos térmicos industriales. 0 Sistemas de bombeo en pozo profundo en operación. * Refrigeradores electrodomésticos. 0 Motores eléctricos de inducción.

IO Notas del curso: AdminIstriición de la Energía y Diagnósticos Energiiicos 1997, ATPAE

13

1

SFfiINARiO DE PROYECTO

De acuerdo a un estudio realizado por el FIDE, el consumo energético”en el sector industrial es alto: 38.7% de los encuestados que realizó diagnósticos energéticos tiene costos de energía más altos que los necesarios. La mitad (50.62%) tiene un consumo adecuado y í0.7% tiene un consumo de energía bajo. Aproximadamente 0.5% de las empresas no han llevado a cabo diagnósticos energéticos’.

Como resultado de las acciones dirigidas a este sector, se han efectuado proyectos en 302 empresas, entre las que se encuentran Nhumo, Mercedes Benz, Euzcadi, IEM, Cobremex, General Motors, Alpura, SICARTSA, Pennwalt del Pacífico, Primex, Metalver, etc. Asimismo se mantiene comunicación permanente, se llevan a cabo proyectos demostrativos y se apoyan programas en grupos corporativos y conjuntos de empresas como: Du Pont, Nissan, Idesa, Resistol, Carso-Condumex, Univasa, Vitro, Alfa, Maseca, Bimbo, Cervecería Cuauhtemoc y Grupo Acerero del Norte.8.

Como resultado directo de los proyectos efectuados en empresas industriales, con apoyo del FIDE, se lograron ahorros en 1994, superiores a los 430 GWH en consumo y de 89 MW en demanda. Con base en el efecto multiplicador de estos proyectos, se estiman ahorros de energía eléctrica, a nivel global, 3 veces superiores, logrando así ahorros de alrededor de 1,290 GWH y 26’7 MW, en consumo y demanda respectivamente9.

Figura 5. Potencial de Ahorrr, Energético.

7

8 Estudio para la Evaluación del Ahorro Derivado de las Acciones de Ahorro de Energía Eléctrica para el Pm’odo 1993-1994, FIDE.

Memonas 1990-1994, FIDE. Memo~ki~ 1990-1994, FIDE.

12

2.3 IA INDUSTRIA EN MÉXICO.

El sector industrial en México representa aproximadamente el 20% de la producción económica en México. Una gran mayoría (91%) son microcinpresas. A pesar de que el número de empresas pequeñas es muy grande, el mayor mercado para el ahorro de energía lo constituyen las medianas y grandes empresas (1 O0 a 1 1 O0 empleados). Estas compañías representan el 1.7% del mercado y suman 5,500 empresas5. Es en este último grupo en donde los programas para la eficiencia energética tienen el mayor potencial para identificar y evaluar oportunidades para la conservación de energía.

Figura 4. División del sector industrial por tamaño de la empresa

pequeñas 7% medianas y grandes

2%

IJn estudio del potencial para la administración de la demanda en el sector industrial en Mexico identificó un alto potencial para el incremento de la eficiencia a través de la instalación de equipo de alta eficiencia y la implantación de medidas de eficiencia energética. Después de medidas de bajo costo como la reparación del aislamiento y cambio de tarifas, se determinó que el reemplazo de motores estándar por motores de alta eficiencia ofrecía el menor costo por kWh de energía ahorrada (cerca de 1 centavo de dólar). La instalación de motores de alta eficiencia costarían 1.75 centavos de dolar y la instalación de lámparas fluorescentes y balastras de alta eficiencia costaría cerca de 2.5 centavos de dólar por cada kwh ahorradoG.

5

6

1995

INEGI, Censo Industrial 1994.

USAID/Office of Energy, Evironmcnt and Technology, h,léxico: Demand-Side hianagancnt hsesment for the Industrial Sector, Febrero

Y

----- ------- 0.27 1.13 ----- 8.49 0.64 0.14 ----- 0.94 0.19 0.02

lnduye coque, gas licuado, kerosinas, diesel y bagazo ds caña

Total 30.6i 29.70 25.24 11.35 7.25 3.28 2.64 1 S i 1.40 1.29 1.17 1.10 0.1 1

Tabla 2. Consumo de energía en el sector industrial, 1995 (petacalorías).

Figura 3. Consumo final por tipo de energético, 1995

160

140

120

1 O0

80

60

40

20

n

10

Figura 2. Consumo final de energía , 1995

consurno no encrnético

rcsiciencial, comercial y Público

21%

industrial y minería 3 3%

2% transporte 36%

La industria consumió un total de 328.9 petacalorías3, superando en 5.5% a la registrada el año anterior. Respecto al total de este sector, el consumo energético de las ramas analizadas representó el 72.9% (véase tabla 2). E1 consumo industrial de energía depende en gran medida del gas natural y del combustóleo. Las tendencias indican que el gas natural se esta convirtiendo en la parte más importante de la energía en México. Del total consumido, cl 48.2% correspondió a gas natural, 16.8% a combustóleo, 16.3% a electricidad, 6.2% a bagazo de caña, 6.1 % a coque, 5.0% a diesel, 1.3 % a gas licuado de petróleo y el 0.1% restante lo conformaron las kerosinas (véase figura 3). En años recientes, el consumo de energía por unidad de producción ha disminuido en diferentes subsectores‘. CONAE atribuye el cambio en intensidad energética a diversos factores. En la industria metalúrgica, los cambios tecnológicos han mejorado los procesos de manufactura de acero. En el sector papelero y de celulosa, el sector ha experimentado una reducción en la intensidad energética debido a la disminución en la producción.

En lo que corresponde a las estadísticas sobre autogeneración de electricidad, la capacidad instalada totalizó 2,8 13 MW durante 1995, registrándose 8.8 petacalorías de energía elkctrica autogenerada, cifra superior en 3.4% a la obtenida en 1994. Li cogeneración representa una gran promesa para reducir los costos de energía de las industrias del país. En 1993, CONAE evaluó los requisitos de combustible de 1,700 instalaciones para estimar ias necesidades térmicas de este sector, el 58.1% está en 83 grandes plantas industriales, el 21.8% en 171 plantas medianas y un 14.8% en 492 plantas pequeñas, el 5.3% restante se beneficiaría de microgeneradores.

’ I I I C ~ U ~ C combustibles para autoabasiecrmiento de etiergia eléctrica

CONAE, Informe de Laixws, 1935

S.GWINAKI0 D€ PROYECTO

Figura I . Producción total de energía, 1995

biomass carbon 4% 2%

electricidad 5%

hidmrburas 89%

2.2 CONSUMO NACIONAL DE ENERGÍA.

Aunque la recesión de 1995 provocó una disminución de la actividad industrial y de toda la producción económica de México, la demanda de energía y en particular de la electricidad, no cayó de una manera significativa con respecto a 1994. durante 1995 el consumo nacional de energía registró la cifra de 1,388.3 petacalorías. El sector energético utilizó 404.5 petacalorías, 29.1% de la energía empleada, mientras que 983.8 petacalorías, 70.9% del total, se destinaron al consumo final total.

Durante 1995, los requerimientos internos de energía por unidad de Producto Interno Bruto fueron de 1,128.0 kilocalorías por cada peso producido, cifra 4.4% superior a la registrada en 1994, en tanto que el consumo nacional de energía por habitante fue de 1 5.2 millones de liilocalorías, cifra 3.2% inferior a la registrada en 1994.

El consumo final total de energía fue de 983.8 petacalorías, cifra que representa una disminución de 0.9% respecto a 1994. Durante 1995 continuó observándose el predominio del sector transporte en el consumo final energético, al ubicar su participación en 38.9%, mientras que el sector industrial lo hizo en 36.2%; por su parte, el sector residencial, comercial y público registró una participación de 22.3% y finalmente, el sector agropecuario contribuyó con 2.6% (véase figura 2).

8

,

CI sector energía ha sido uno de los pilares del desarrollo económico de .nuestro país. Su expansión Ita permitido generar uria oferta sólida de energi-ticos, satisfacer la creciente demanda nacional y consolidarse como un apoyo fundamental de las finanzas públicas del país.

En 1995 la producción nacional de energía primaria totalizó 2,0902 petacalorías', cifra inferior en 0.8% con respecto a 7994; en términos de estructura, los hidrocarburos se mantuvieron como la principal fuente en la producción de energía primaria (véase tabla I ) ; la produccihiz de electricidad aumentó su participación en el total en 1.396, para ubicarse en 4.9%; PO? otra parte, el aumento en la producción de bagazo de caña provocó que la participación de la biomasa, constituida también por leña, creciera en 0.2%, para ubicarse en 3.8%; finalniente, e1 decremento de 6.1 % en la producción de carbón provocó que en 1995 su participación fuera de 2.0% del total (véase figura 1).

n.s. = no significativo.

Tabla 1. Producción de energía. primariaz.

Lo anterior refleja una mayor diversificación energética, en favor de la utilización de fuentes renovables, del empleo de tecnologías de avanzada y de la introducción de energéticos más limpios. Las reservas nacionales actuales de hidrocarburos se acabarán según algunos especialistas en un plazo de 40 años, por lo que es de suma importancia reflexionar acerca del uso actual de la energía y sus efectos sobre el medio ambiente.

-_I

' í pctacaíoría = ioi5 calorías L Ualance Nacional de Energía 1995, Secretaria de EnLrgia.

7

J

CAPITULO 2 SITUACION

NACIONAL DEL SECTOR ENERGETIC0

6

fase terminal de la carrera de Ingeniería en Energía, los cuales son los encargados de realizar los diagnósticos energéticos.

Se calcula que en México se han realizado entre 1,500 y 2,000 trabajos de diagnóstico energético, con diferentes metodologías y grados de profundidad, pero desafortunadamente sus resultados se encuentran dispersos entre las diferentes dependencias que apoyaron, en su momento, su ejecución. Por lo que un programa similar al IACs puede ser de gran utilidad e interés para nuestro país, dado que no se cuenta con una base que integre tales resultados.

En base a la experiencia obtenida, dentro del Gmpo de Asesoría industrial de la U r n , surge la necesidad de realizar adecuaciones a las oportunidades de ahorro de energía térmica del programa UCs, con el propósito de realizar diagnósticos energéticos más eficientes en las industrias del país.

1)csdc el ana de 1976, cn los Estados Unidos cit. Norte htlkrkd ha venido operando el prograina denotninado Energy Analvsis and L%+posfic Center*v, EAZ?Cs, del Departamento de Energía (Llepartnxent of Energy, ! W E ) de es!e país. Este, programa sirve a la yequeiía y mediana industria en 43 estados para idcntificar en sus propias plantas oportunidades de ahorro de energía y de ahorro económico. El programa cuenta con una red de 30 universi&ydes y tecnológicos distribuidos en todo el país, cada grupo estcá integrado por profesores - investigadores, ingenieros recién graduados y estudiantes por egresar, los cuales van ganando experiencia en el uso de la energía, así corno el vincularse en el campo del ahorro de energía.

Para que una planta industrial pueda ser analizada por los EADCrcquierc cumplir por Io menos trcs de los siguientes criterios:

0 Un máximo de $1.75 millones de dólares por año en costos energéticos. e Un máximo de $75 millones de dólares por ano en ventas brutas.

I h maxinio de 500 empleados. e ra falta de un experto en la planta en el uso y conservación de la energía.

.

El programa EAUC ha llevado a cabo más de 6,000 diagnósticos energéticos sin costo alguno a plantas industriales, ha recomendado ahorros acumulados de más de $4 19 millones de dhlares, ha identificado acciones de conservación de la energía que pudieran ahorrar más de 9 4 ~ 1 0 ’ ~ Ehis ( 9 9 ~ 1 0 ’ ~ joules), los cuales representan ? 3x109 barriles de petróleo. Aproximadamente el 55% de las recomendacioncs liechas a Iravks del programa son puestas en práctica por la industria. Las acciones más importantes que ha llevado a cabo este programa son las de la integración y mantenimiento de una base de datos con !a información de los resultados de los diagnósticos energéticos realizados hasta el rnomeiito a las plantas industriales, en esta base aparece la información dcl potencial dc ahorro energético identificado en cada estudio y las medidas reconiend.idas para wn mejor aprovechamiento de la energía, así como el análisis de la rama industrial en la que se irabajó.

En 1993, el Departamento de Energia (DOE) junto con la Environmmtd Protectiun Agency (EPA) expandieron el programa €4DC para incluir la u asesoría iuidustrial”, la cual cubre recomendaciones para incrementar la productividad y reducir los desechos, así como el ahorro de energía, por lo que forman el programa de ihdusfrisl Assessment Centers, &ICs. El Departamento de Energía recientemente dividió el programa IACs en dos regiones: Rufgers, 771e State University of New Yersey para la mitad del Este de los Estados Unidos y f i e University City Science Center in Rhiladelphia para la mitad Oeste de los Estados IJnidos.

En 1395, en el Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica de la Universidad Autónoma Mctropolitana, Unidad Iztapalapa, el Dr. Juan José Ambiz Garcia, el Dr. I-lernando Romero Paredes y el Mtro. Alejandro Torres Aldaco presentan el proyecto preliniiimr para desarrollar en México un programa similar al denominado Industrial Assessment Ccnfcrs (IACs), por lo que se crea e¡ Gmpo de Asesoría Industria/ (GAI) de /a U M . E n este programa se pretenden organizar Gmpos de Asesoría InáustriaI, GAi, pma asesorai, desdc las instituciones educativas, a la pequcña y mediana industria niicio:ial en sus programas de uso racional de la energía.

tl G Z W ~ Q dc Asesoría indusfrial de IR U M , además de contar con reconocidos iiivestigíidorcs en el campo del ahorro de energía, cuenta con alumnos de proyecto en

4

CAPITULO 1 INTRODUCCION

3

TABLA DE CONTENIDO

CAPITULO I INTRODUCCI~N.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 CAPITULO 2 SITUACIÓN DEL SECTOR ENERGÉTICO ........................................................................ 6

CAPITULO 3 GRUPOS DE ASESOR~A INDUSTRIAL, ..................................................................... 14

CAPITULO 4

DE ASESORfA INDUSTRIAL. ..............,........................................................................Zl COMPONENTES DE UNA ASESORÍA DESARROLLADA POR LOS GRUPOS

CAPITULO 5 INFORME DE LA ASESOR~A ...........................................................................................

CAPITULO 6 OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGÍA TÉRMICA, OAET ................................ 40

CONCLUSIONES.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

ANEXO 1 .. . ...... .... .... .. ......... .... ....... .... ........... . . ..... . . ........... . . .. ... . . . ... .. .. . . ........ . . .. . . ... . . . . . . . ..64

ANEXO 2 ...................................................................................................................... 87

ANEXO 3 ............................................... * .*...*... * ................................” ......................... 100

ANEXO 4 .................................................................................................................... 10

LEVANTAMIENTOS EN PLANTA ................................................................................ 12

BIBLIOGRAF~A .......... ................................................................................................. izo

2

12 Vidrio espumado. Es un termoaislante celular, rígido sin aglutinantes ni fibras de refuerzo. Se presenta en forma d:: medias cañas, placas, segmentos curvos y preformados para accesorios de tuberías. Su temperatura máxima de aplicación es hasta 755 K (482T). Posee una densidad media, baja resistencia a la abrasión, facilidad de corte, total impermeabilidad al agua y al vapor, no absorbe íluidos potencialmente peligrosos, resiste a los ácidos, msceptible en medios alcalinos, buena estabilidad dimensional y alta resistencia a la Compresión (689 kF'a)(7.0 kg/cm ). Puede instalarse sin enchaquetado metálico y en instalaciones subterráneas. Código NC-5.

2

3 Lana de roca. Es un termoaislante hecho a partir del estado de fusión de roca tipo basáltica o semejante, con alto contenido de alumino-silicatos. Según su proceso de manufactura se presenta en dos formas:

a) Con aglulinantes orgánicos. Poseen estructura propia y preforrna. Dan lugar a medias cañas y placas rígidas y semirrígidas. Tienen baja conductividad térmica, facilidad de corte, baja resistencia al impacto y a la compresión, buena estabilidad dimensional, bajos costos de instalación y buena absorción de ruido. Se deben proteger con recubrimiento contra la intemperie y abuso mecánico.

Código NC-6, Medias cañas:

Código NC- 7, Placas rígidas y semirrígidas (NMX-C-230) Clase 111

Clase I Hasta 505 K (232OC) Clase I1 Clase 111 Clase I'd Clase V

Hasta 923 K (65OOC)

Hasta 727 K (454OC) Hasta 81 T K (53S0) Hasta 1023 K (750OC) Hasta 1255 K (982OC)

b) Con aceites minerales que evitan abrasión entre fibras y que dan lugar 3

colchonetas. Su densidad comercial usual es de 96 a 144 kg/m3. Tienen baja conductividad térmica, facilidad de corte, baja resistencia al impacto y a la compresión, buena estabilidad dimensional, bajos costos de instalación y buena absorción de ruido. Se deben proteger con recubrimiento contra la intemperie y abuso mecánico.

Código NC-8, Colchoneta: Clase I1 Hasta 923 K (650T)

r3 Perlita expandida. Está fabricada a partir de un mineral silicato complejo de tipo ígneo llamada perlita, cuya forma granular se expande por la explosión que produce la humedad contenida en la molécula al exponerse a alta temperatura repentina. El producto expandido de la perlita crea una estructura celular de celdas de aire rodeadas de material vitrificado. Se refuerza con fibras inorgánicas para dar lugar a placas, medias cañas y segmentos curvos. Es repelente al agua, otorga facilidad de corte, no corroe al acero inoxidable sujeto a esfuerzo, densidad media, es dimensionalmente estable e incombustible. Se protege con enchaquetado de aluminio, Código NC-9

Clase I Hasta 922 K (649OC) (con adhesivos orgánicos) Clase I1 Hasta 922 K (6493C) (con adhesivos inorgánicos)

79

StMINARIO DE PROYECTO

3 Elastoméricos. Es un termoaislante celular producido a partir de la mezcla de resinas espumadas y hules. Disponible en tubo preformado y hojas. Su temperatura máxima de aplicación es hasta 377 K (104OC). Posee baja permeabilidad al agua y al vapor de agua, facilidad de corte e instalación, buena resistencia al ozono, ES combustible, autoextinguible y económico en instalaciones a baja temperatura. No contiene clorofluorocarbonos. Código NC- 1 O

Clase I Hasta 377 K (104OC)

3 Poliestireno. Es un termoaislante celular producido a partir del espumado de polímeros plásticos que dan lugar a un material rígido de celda cerrada. Disponible en medias cañas y placas. Su densidad comercial es 32 kg/m3. Su temperatura máxima de aplicación es hasta 353 K (8OOC). No contiene clorofluorocarbonos. Es un material ligero de excelentes características de corte e impermeable al agua. Es combustible, aunque se puede producir como autoextinguible. Requiere barrera de vapor y protección contra intemperie. Es económico en instalaciones a baja temperatura. NMX-C- 1 3 7.

Código NC- 1 1

3 Poliuretano. Es un termoaislante celular producido a partir del espumado de polírneros plásticos que dan lugar a un material rígido de celda cerrada. Disponible en medias cañas, placas y espumado en sitio. Su densidad comercial es 32 kg/m3. Su temperatura máxima de aplicación es hasta 383 K (1 10OC). Contiene clorofluorocarbonos. Es un material ligero de excelentes características de corte e impermeable al agua. Su formulación varía con cada fabricante. Es combustible, aunque se puede producir como autoextinguible. Requiere barrera de vapor y protección contra la intemperie. Es económico en instalaciones a baja temperatura. NMX-C-220.

Código NC- 12

5.4 Materiales complementarios. Materiales de sujeción y acabado.

rj Materiales de sujeción. Estos materiales tienen la función de sujetar al termoaislante sobre la pared metálica del tubo o equipo, y se complementan con la soportería propia de éstos.

A continuación se describen los de uso más común con su respectiva codificación:

M.S. I Perno autosoldante de acero al carbón cobrizado de doble punta. Calibre 2-4 mm. Longitud por lo menos 13 mm más que el espesor termoaislante. Tipo P-2P . De acero inoxidable AISI-304 para temperaturas de operación mayores a 673 K (400OC).

M.S.2 Clip sujetador de acero al carbón galvanizado. Rectangular de 25 x 31.8 mm o circular de tamaño equivalente CaIibre 22 con barreno de acuerdo con el calibre del perno. De acero inoxidable AlSl-304 para temperaturas de operación mayores a 673 K (40OOC).

M.S.3 Alambre de acero galvanizado. Calibre 16 AWG templado. Peso por metro 0.0 16 ks*

80

M.S.4 Alambre de acero al carbón. Calibre 18 AWG. Peso por metro 0,009 kg.

hI.S.5 fleje de acero galvanizado de 19 mm de ancho. Calibre 0.51 mm. Peso por metro 0.074 kg.

M.S.6 Grapa o sello de acero galvanizado de 19 mm de ancho. Para usarse cn flejc M.S.5.

hI.S.7 Fleje de acero inoxidable AISI-304 de 19 mrn de ancho. Calibre 0.46 mm. Peso por metro @.O 74 kg. Aplicable sólo en condiciones corrosivas.

M.S.8 Grapa o sello de acero inoxidable AISI-304 de 19 mm de ancho. Para usarse en fleje M.S. 7. Aplicable sólo en condiciones corrosivas.

M.S.9 Nambrón de acero al carbón de 6.35 mm de diámetro.

a Materiales de acabado. Estos materiales cumplen la función de proteger al sistema termoaislante contra la intemperie. A continuación se describen los de uso mis común con su rcspectiva codificación.

MA. 1 Cartón saturado de asfalto. Peso por m2 O. 160 kg.

M A S Cemento monolítico de acabado a base de fibra. mineral aglutinado con bentonita. Rendimiento 6.6 kg/m en película de 10 mm de espesor (seca). 2

M.A. 3 EmulsiBn asfáltico-acuosa tipo mastique. Reforzado y permeable al vapor de agua. Rendimiento 2.5 l/m2. Tiempo de secado de 1 a 8 horas. Cubetas de 19 1 o tambos de 200 1.

M.A.4 Malla de fibra de vidrio tratada. 10 hilos de pie y 10 hilos de trama. Kollos de 0.914 x 50 in.

M.A.5 Emulsión polimérica resistente al fuego. Reforzado y permeable al vapor de agua. Rendimiento 0.6 l/m2. Tiempo de secado de 1 a 4 horas. Cubetas de 19 1 o tambos de 200 1. 1 2 s emulsiones acrilicas o poliméricas serán preferidas sobre las asfálticas en los casos en los que la instalación presente riesgo de inceiidio.

M.A.6 Lámina de aluminio lisa, acanalada o amartillada. Aleación 3003, 1 TOO, 3 125 o semejante. Dureza €1- 14 o H- 16. Calibres comúitmente entre 0.4 y 1.2 mm de espesor. Ancho 91 4. mm. Peso por m2 I .7 15 kg en espesor de 0.635 mm. Con o sin protección anticorrosiva interna. ASTM-B-LOS. La lámina con protección anticorrosiva integrada al aluminio será preferida sobre la lamina desprotegida (instalada con el cartón asfaltado separador), en instalaciones donde la corrosividad ambiental o propia del proceso sea un riesgo a la durabilidad del aluminio, al poderse presentar condensación entre la líimina de aluminio y el cartón asfaltado.

M.A.7 Lamina lisa de acero inoxidable AISI-304. Calibre 0.33 mm para tubería y calibre 0.38 mm para equipo. Peso por ni2 2.59 y 2.95 kg, rcspectivamente.

SEMiNARíO DE PROEmo

M.A.8 Fleje de aluminio. Aleación 1100. Dureza H-14 o H-16. Calibre"0.635 mm. Ancho 19 mm. Peso por metro 0.0335 kg. ASTM-B-209.

M.A.9 Pija de acero inoxidable -o cadminizado. Cabeza ranurada * plana fijadora. Diámetro 3.1 7 mm. Largo 19 mm. Con roldana metálica de ajuste y arandela de hule butilo.

M.A. 1 O Remache ciego tipo "pop" de aluminio. Aleación 5052. Cabeza de clavo de acero aleación 1 O 1 O. Capacidad de agarre 3.17 mm. Diámetro 3.1 7 mm. Sellado. Tipo AD-42.

M.A. 1 1 19 mm.

Grapa o sello para fleje de aluminio. Aleación 1100. Dureza H-14. Ancho

Los materiales M.A. 8, 9, 10 y 11 serán de acero inoxidable AISI-304 cuando se use enchaquetado de este material y el fleje deberá ser de calibre 0.46 mm.

M.A. 12 con diamante de 13 mm en calibre 18. Ancho 1 .O m. Rollos de 0.914 x 45 m.

Malla de alambre galvanizado por inmersión en caliente. Trama hexagonal

M.A. 13 Barrera contra el clima para servicios de baja temperatura, a base de polimeros. Color blanco. Permeancia 0.08 perm. Resistente al fuego. Tiempo de secado de

2 3 a 48 horas. Contenido de sólidos 32% en volumen. Rendimiento 2.3 l/m .

82

e l

FIGURA 5. I CONSTRUCCI~N DE CAPA M~LTIPLE DE NSLNWENTO PREFORMADO PARA TUBEKÍA EN ALTA TEMPERATURA

List .l de materiales:

1. - 2.- 3.- 4.- 5.- 6.- 7. - 8.- 9. -

Aislamiento preformado para tubería Juntas a tope Fleje M.S.5 o M.S.7 o alambre M.S.3 (cada 0.305 m) Cubierta metálica Pijas M.A.9 (cada O. 15 m) Sellador de traslapes 0.M.4 Fleje M.S.7 o M.A.8 (cada 0.305 m) Grapa M.A. I 1 Traslape longitudinal y transversal (0.05023 m) Nota: La construcción es igual si se trata de una sola capa

83

A

S M I N N O DE PROYECTO

FIGURA 5.2 AISLAMIENTO DE LA CABEZA DE UN TANQUE, FIJACIÓN Y FABRICACIÓN DE CUBIERTA PARA ALTA TEMPERATURA

Lista de materiales:

1 .- Aislamiento de la cabeza 2.- Anillo flotante de soporte 3.- Fleje M.S.5 o M.S.7 4.- Aislamiento del cuerpo 5.- 6.- 7.- Sellador 0.M.4

Aislamiento en placa o bloque de alta densidad Mastique M.A.3 reforzado con malla M A 4

84

I

FIGUM 5.3 AISLAMIENTO EN BLOQUE O COLCHONETA PARA EQUIPOS VERTICALES EN ALTA TEMPERATURA


1. Cartón asfaltado M.A. 1 2. Aislamiento de bloque o colchoneta 3. Alambre M.S.4 de costura para colchoneta 4. fleje M.S.5 o M.S.7 5. Cemento monolítico M.A.2 (para irregularidades provocadas por el fleje o el 6. Cubierta metálica 7. Pijas M A 9 (cada O. 15 m) 8. Ileje M.S.7 o M.A.8 (cada 0.305 m) 9. Aislamiento en bloque cortado en segmentos iguales 1O.Cubierta metálica cortada y trazada en gajos I 1 .Botaguas 12.Aislamiento para el fondo del equipo 13.Sellador de traslapes 0.M.4 I4.Tira de fibra de vidrio de 76 rnm para separar la cubierta metálica y el anillo de

I5.Grüpas rápidas para asegurar el cartón asfaltado 16.Sellador 0.M.6 17.Fibra mineral de relleno 0.M 3 (juntas de expansión) 18.Anillo de soporte 19.Faldón

soporte

85

SEh4ZNMIO DE PROlTflO

FiGURA 5.4 AISLAMIENTO Y SOPORTE PARA EQUIPOS HORIZONTALES EN ALTAS TEMPERATüRAS


I . Termoaislante en bloque, placa o colchoneta 2. Cemento monolítico M.A.2 (para irregularidades provocadas por el fleje o el alambre) 3. Sellador 0.M.6 4. Collar botaguas sellado con 0.M.4 5. Fleje M.S.7 o M.A.8 6. Cubierta metálica 7. Pijas M.A.9 (cada O. 15 m) 8. Sellador de traslapes 0.M.4 9. Grapas rápidas para asegurar el cartón asfaltado 1O.Cartón asfaltado M.A. 1 1 1.Fleje M.S.5 o M.S.7 0

12.Fibra de relleno 0.M.3 (juntas de expansión) 1 3.Barra de soporte (1 3 mm menor que el espesor del termoaislante)

86

ANEXO 2

87

I .CÁLCULO DE ¡A K):LACIÓN AIRE-COMBlJS'i'IBLE.

IDS procesos de conibustióii requieren mas :tire que el indicado por la relación estequiométrica.

Cuando se suministra el aire en cantidades superiores a las requeridas por la combustión estequiométrica, entonces a ese aire extra se IC: denomina exceso de aire.

En el caso de un quemador que recibe x porcentaje de exceso de aire, la ecuación para la reacción química de combustión de un mol de hidrocarburo general, se define como:

C,Ji,+(l +x) (n+(m/4))0~+3.76(l+x)(n+(m/4))Nz -b nC02+(rn/2)Hz0+3.76(I +x) (n+(m/4)Nz+x(n+(m/~))O*

Esta reacción es para una combustión completa. En la práctica, es posible que aparezcan otros productos en pequeñas cantidades.

La relación entre la masa de aire proporcional y la masa del combustible suministrada recibe el nombre de reacción aire-comb~ástible , y se expresa por:

La relación combustible-aire es el reciproco de la definición anterior:

RCA = (l/RAC)

Muchos hidrocarburos combustibles provenientes del petroleo o de gas natural requieren una relación de aire-combustible de unos 15 ó Ik; para la combustión estequiométrica.

Existe una función bien definida entre la relación aire-combustible y el porccntaje teórico o el porcentaje de exceso de aire.

Considérese la reacción estequiométrica general para un mol de hidrocarburo de combustible CnHm, escrita como:

CnHm+a102+azN2 - Froductos completos

donde a2 = 3.76a1 y al = (ri+m/4) es el número de moles estequiométricos de O2 requeridos por cada mol de combustible.

Para una reacción de hidrocarburos en general, se tiene:

RACG ((4.7G(n+(m/4) (29)) /( 12n+m))* (% teórico/ í 00)

por lo que:

U C , t = 0.345 ((4n+m)/(12n+m))*(% teórico)

Ilonde para una reacción estequiornétrica, ox> teórico = 1 OO.

smrwwro DE PROYECTO

Para una reacción real con exceso o deficiencia de aire, se tiene:

RAC, = 0.345 ((4n+m) / (I 2n-I-m)) * (I OO+ % Exceso o Deficiencia)

recuérdese que cada hidrocarburo tiene sus propios valores de n y m.

Para una mezcla de combustibles, las relaciones de aire-combustible serán:

RAC, = 0.345*(% teórico & % exc. o def.) ((Ex (4ni +mi) / (E& (12ni +mi))

2. CÁLCULO DE EXCESO DE AIRE.

Prácticamente nunca es posible tener combustión completa sin una cantidad mayor de aire teóricamente calculado. El término % Exceso de Aire (%EA) se usa a menudo y se define como sigue:

%Exceso de Aire = ((Aire empleado-Aire teórico) /Aire teórico) * 1 O0

El aire teórico será 1 OO+%EA.

Este porcentaje de exceso de aire puede determinarse en base molar o base de masa, siendo más común en la industria la base másica.

3. ANÁLISIS DE GASES.

En un análisis de gases de combustión se determina principalmente el COZ y también el CO y 0 2 con lo cual se puede establecer si una combustión es completa y cuál es el exceso de aire empleado. Cuando la combustión es completa no debe haber CO en los gases.

Cuando el exceso de aire aumenta, el porcentaje de COZ disminuye, y el OZ aumenta debido a que el COZ queda más diluido en los gases de combustión por la presencia de mayor cantidad de aire.

El método más confiable de la medición del porcentaje de COZ en el flujo de los gases es un analizador de gases de combustión.

4. RECOMENDACIONES PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DE CALDERAS.

4.1. Administrar la carga en calderas.

El conocimiento de la eficiencia de la caldera en todo su rango de capacidad permite programar su operación a las cargas en que su utilización es más eficiente. Ias calderas de reserva en caliente, operan con eficiencia de 0%. Utilizar en su lugar y en períodos de cargas ligeras en calderas de arranque rápido, que pueden tomar carga total en unos cuantos minutos o instalar calderas pequeñas que mantienen alta eficiencia, durante períodos de muy baja demanda eliminando ciclos de purga y altas pérdidas por mantener el respaldo en esas condiciones con calderas de mayor capacidad.

89

L.

i~ eficiencia dcpende del rkgirrien de combustibn y con frecuencia se oper,i on una bancia nrnplin dc valores. IJria caldera de respaldo encendida desperdicia 100% di, si1

conibustible.

4.2. racionalizar usos finales de energía.

El acceso al uso de la energía es muy fácil para el personal y las oportunidades de hacerlo son prácticamente ilimitadas, operando un interruptor, abriendo una válvula ó encendiendo un quemador fluye la energía, solo limitada por la disponibilidad y capacidades de manejo. Es muy importante supervisar, medir, monitorear, estos usos y analizar los resultados. la instalación de instrumentación y el monitoreo han reportados ahorros considerables, siii necesidad en muchos casos, de cajas negras o sofisticaciones, así se sabrá que bomba, ven tilador, compresor y equipos relacionados están en servicio, cuando no son iiecesnrios y que sistemas de distribución quedan en operación aún cuando no haya actividades en la planta, éstos ejemplos siguientes son una amplia muestra:

a) Si no se contabiliza el uso de la energía.

b) Si no hay incentivo para ahorrar energía y dinero cn racionalizar el uso de energía.

c) Si no hay programa de acciones, difusión y permanencia de hábitos mejorados.

d) Si no hay interés manifiesto de directivos y usuarios directos de la energía.

13 indiferencia y desperdicio de energéticos serán características permanentes en las plantas. Medir y administrar en función de la información de la instrumentación de prueba o instalada mejorará en corta plazo los índices energéticos y se es más competitivo,

4.3. Selección de combustibles.

E1 objetivo es producir calor y vapor al menor costo. Los combustibles tienen un costo, ajustable en el tiempo, por una cantidad fija de Joules. Pcdríamos pensar en principio que el combustible que nos de másJoules por cada peso será el mejor, pcro antes hay que considerar los costos adicionales como son: equipo de combustión, nzodificación de vcritiladores, preparación, transporte, almacenamiento, etc.

Eii &léxico esta recomendación depende de la disponibilidad de otro combustible. Los costos pueden reducirse significativamente y la selección final puede no ser la de menor precio pos millón de Joules.

Tabla 1. Eficiencia aproximada de conversiOn de energía con diferentes combustibles. (%)

90

SEMINARIO DE KROYECTO

4.4. Keducción en la presión del vapor.

Bajar el punto de ajuste de la presión de trabajo del sistema de vapor. Las altas presiones de operación significan mayores pérdidas por temperaturas más altaS en chirncneas, fugas mayores de vapor, pérdidas mayores por aislamiento en caldera y sistemas de distribución. ( pérdidas más altas en trampas de vapor ).

Tabla 2. Poderes caloríficos típicos de combustible gaseosos y líquidos.

1 42.29:

Tabla 3. Densidades de diferentes combustibles.

Tabla 4. Aire aproximado requerido para la combustión estequiométrica de algunos combustibles.

9.6 m3/m3 de gas natural 3 13.1 m3/m3 de butano

Tabla 5. Exceso de aire optimo para algunos combustibles.

91

L

Tabla 6. Eficiencia de combustióti utilizando gas natural.

1-

O

475 679 975 12,l 15 18

21,l 24,s 28,l 31,9

4073 3 5,9

44,9

- O

1

2

3

4

5

6

7

o75

175

2?5

3,5

475

5,5

675

775 __

....

11,s 11,5 11,2

1 1 10,7 10,4 1 O 7 1 9 78 976 9,3

877 874 8,2 779 7,6

9

_I

86,1 85,7 85,3 84,9 84,s 84 S3,6 85,2 82,8 82,3 S1,9 81,s 86,l 85,6 85,2 84,8 84,4 83,9 83,s 83,l 82,6 82,2 81,7 81,s 86 85,6 85,l 84,7 84,2 83,8 83?4 82,9 82,s 82 81,6 81,l 85,9 85,5 85 84,6 84,í 83,” 83,2 848 82,3 61,9 81,4 81 85,8 85,4 84,9 84,5 84 83,6 83,í 82,6 82,2 81,7 81,2 8O,8 85,7 85,s 84,s 84,4 83,9 83,4 83 82,5 82 81,5 S1, l 80,6 85,7 85,2 84,7 84,2 83,s 83,3 82,s 82,3 S1,8 81,4 8079 8074 85,6 85,l S4,6 84,l 83,6 83,l 82,6 82,2 81,7 81,2 8077 80,2 85,5 85 84,5 84 83,5 83 82,5 82 81,5 81 S0,5 79,9 85,4 84,8 84,3 83,8 83,3 82,8 82,3 81,8 81,3 80,s 8072 79,7 85,2 84,7 83,2 83,7 83,2 82,6 82,l S1,6 8171 80,5 80 79,5 85,1 84,6 84,l 83,5 83 82,4 S1,9 S1,4 8078 80,s 89,7 79,2 85 84,4 83,9 83,2 82,8 82,2 81,7 8171 S0,6 80 79,5 7S,9 84,9 84,3 83,7 S3,2 82,6 82 S175 S079 80,3 89,7 79,2 78,G S4,7 84,l 83,5 83 82,4 S178 81,2 8076 80 794 79 78,2 S4,5 84 83,4 82,8 82,2 81,6 80,9 S0,3 S9,7 79,í 78,8 77,9

_____.____ ___

92

SFh4INARIO D E PKOYEC70

EXCESO DE AIRE Y'* 0A.S NATURAL 90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

% EN VOLUMEN DE OXIGENO EN GASES (BASE SECA)

93

0,'o EN VOWMEN RE OXiGENO EN GASES PASESECA)

94

J

SlXíZNARíO DE PROYECTO

34

3a

30

28

26

24

22

20

13

16

14 1 60 180 200 220 ab0 260 WO 300 320 340 360 380 400

IEMPERATURA DI IOS GASES DI CQMBUSTIQM (C)

FIGUM 3.- Calor perdido en los gaasa de corrbuafón (BASE K S ) WI caklersa que utili m gaa nstural.

CALOR PERMDO EN GASES Di? COMBUSTION Opgc (%]

160 130 200 220 240 260 280 300 320 340 360 360 400 TEMPERATURA DILOS GASES bE COMBUSTION ('C)

FIGUPA 4.- Calor pérrlido en loa gaaea de corrbualon [BASE K S ] m caldersa que utili zm co rnbu atóleo, Da a01 80 o di ead.

95

SEMíNAKIO DE PROE'flO

Figura 6. Cambio de eficiencia por variación en exceso de aire

L r;

d n O ... 5 u

0,4

0,3

0,35

0,25

0 2

0,15

o, 1

0,05

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3

Exceso de aire, %

Figura 7. Cambio de eficiencia por variación de temperatura en chimenea.

O, 1 0,09 0,08

$ 0,06 d 0,05 2 0,04 U 0,03

0,02 0 , O l

O

0,07

0

€9

0 0 0 v

* ( v O N (v (v Z 2 2 Z S N O N O 0 0 0 0

Temperatura en la chimenea, C

97

25 Cobustible 1 x 0 quemido

1 2 3 4 5 6

Oxígeno en gases de combustión, %.

Figura 9. Relación de O2 y COZ vs. Exceso de aire.

16

SI o u 2 h

N

* o 1 I I I

O 10 20 30 40 50 60 70 80

Exceso de aire, %

-

-- o2 coiiibustolco O2 gas natural COZ gas nahiril COZ combustoleo

SEMINA KIO VE PRO ECTO

Figura 10. Diferencia de temp. de los gases a la salida de la caldera y del vapor.

40 50 60 70 80 90 1 O0 10 20 30

Capacidad de l a caldera, %

Figura 1 1 . Curva de eficiencia de caldera a diferentes cargas.

85

80

75

60

55

50 O

50 75 1 O0 25 Carga, %

99

ANEXO 3

1 O0

S M i N M O DE PROYELIT0

1. TIPOS DE TRAMPAS PARA VAPOR

Hay cuatro grupos principales de trampas para vapor:

Grupo Tcrmostático

Este tipo identifica el vapor y cl condensado mediante la diferencia de temperatura la cual opera sobre un elemento termostático. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del vapor antes de ser eliminado.

Gmpo Mecánico

Las trampas de este tipo operan mecánicamente por la diferencia de densidad entre el . vapor y el condensado. El movimiento de un flotador o de un balde actúa sobre la válvula de salida.

Cmapo Termodínamico

Este grupo trabaja por la diferencia de velocidad entre el vapor y el condensado. La válvula consiste de un disco que cierra con la alta velocidad del revaporizado y abre con la baja velocidad del condensado.

Otros grupos

Este grupo reúne las trampas que no pueden ser situadas en una de las anteriores categorías.

10 1

SEMINARIO DE PROZflo

2. PRINCIPALES APLICACIONES DE LAS TRAMPAS DE VAPOR. .

102

3. FACTORES QUE INCIDEN EN EL FIJNCiONIZhrilENTO INADECUADO DE LAS TRAMPAS DE VAPOR Y FORMA DE CORREGIRLOS.

5.1 Selección errónea.

Una selección errónea del tipo y tamaño de trampas a utilizar para cierta aplicación dará como resultado una inversión innecesaria, no curriplirá con las expectativas de funcionamiento y el tiempo de vida útil de la trampa será menor al esperado, acarreando una inversión mayor a la larga que si se hubiera elegido la trampa adecuada a la aplicación.

El tamaño necesario de una trampa de vapor para una aplicación dada, puede ser determinado en tres etapas.

O Obtener la información necesaria.

Calcular o estimar la carga máxima de condensado en kg/h. Si el equipo opera con diferentes presiones de vapor, debe tomarse en cuenta la carga máxima de condensado a la presión mínima del vapor.

Presión a la entrada de la trampa. En ocasiones es menor que la presión en las tuberías principales de vapor, ya que se pueden tener de por medio reguladores de temperatura, reductores de presión, filtros, equipo de transferencia de calor, etc.

Contrapresión, contra la cual debe operar la trampa. Esta contrapresihn también incluye la carga hidrostática de las condensadores ejercida cn la trampa en sentido contrario. En l a aplicaciones donde existen condiciones de contrapresión deberá corregirse la capacidad s e e n la siguiente tabla:

33 %O 18 17

Tabla 3.1 96 de reducción de capacidjd .

O Aplique un factor de seguridad.

In relación entre la capacidad de descarga máxima de la trampa de vapor y la carga de condensado esperada debe manejarse con un factor de seguridad,

El factor de seguridad es infiuenciado por:

3 Características de operación de la trampa. 3 Exactitud de la carga de coridensado estimada o calculada. 3 Condiciones de presión a la entrada y salida de la t-* I sinpa.

103

SEMINARiO DE PROYECTO

Si la carga de condensado y las condiciones de presión pueden ser determinadas con precisión el factor de seguridad puede ser mínimo y evitar el sobredimensionamiento de las trampas.

La siguiente tabla muestra los factores de seguridad recomendados después de la aplicación:

Tabla 3.2 Factores de seguridad.

Estos factores de seguridad dependen también de:

1. La aplicación. En algunas aplicaciones hay trabajos de calentamiento de aire en grandes cantidades, y cargas intermitentes muy superiores al régimen medio de condensación. Una pierna colectora de diámetro mayor puede solucionar, en parte, el problema pero puede ser necesario un alto factor de seguridad.

2. El tipo de trampa elegido. Las trampas termodinámicas, de flotador y termostáticas, y de expansión líquida, que responden inmediatamente a la presencia de condensado, permiten factores de seguridad tan bajos como 1.25 a 1. Las trampas de cubeta invertida y de presión equilibrada, que deben esperar a que el vapor pase a través de un pequeño orificio en la cubeta invertida o que el condensado se enfríe, requieren un mayor factor de seguridad.

3. La selección del tipo adecuado de trampa para una aplicación dada es muy importante y debe referirse al tipo de aplicación.

3.2 Dimensionamiento erróneo.

Se deben de utilizar las tablas de capacidad de los fabricantes para elegir el tamaño de la trampa y asegurarse de que estas tablas estén basadas bajo condiciones reales de operación con condensado caliente y no con agua fría.

Las trampas de vapor son, ocasionalmente, elegidas de una capacidad inferior a la necesaria, pero más a menudo estas son sobre-dimensionadas.

En algunas plantas, la capacidad combinada de las trampas, debido al sobredimensionamiento que en algunas ocasiones puede ser de hasta 1 O veces el consumo total de vapor de la planta.

Dejando a un lado la inversión inútil en la compra, las trampas sobre-dimensionadas pueden presentar ciertas dificultades.

1. Algunas trampas, tales como las de cubeta invertida y termostáticas de presión equilibrada darán una menor eficiencia térmica.

104

2. las trampas que tienen una descarga intermitente, pueden descargar simultáneamente con otras trampas regímenes de flujo extremadamente altos, produciendo contrapresiones anormales.

3. Las trainpas sobre-dimensionadas con descarga intermitente pueden producir regímenes de flujos repentinos que contribuirán a golpes de ariete.

Para evitar estos problemas se sugiere elegir trampas de la capacidad adecuada, sin que estas sean sobre-dimensionadas.

3.3 Mala instalación.

Uno de los factores esenciales para el buen funcionamiento de las trampas de vapor y su máxima eficiencia es una correcta instalación. Para que el drenados sea efectivo y la instalación segura y sabiendo que una trampa de vapor puede descargar solamente condensado, éste deberá descargarse dentro de piernas colectoras y estas deberán proporcionarse, junto con las trampas, en iodos los puntos inferiores de drenaje y cualquier lugar donde el condensado pueda ser colectado, por ejemplo:

O Antes de elevaciones. O Al final de las líneas de distribución (después de los equipos que utilizan el vapor). O Adelante de juntas de expansión y omegas. O Adelante de válvulas reductoras de presión y temperatura, reguladores de

temperabra, etc.

3.4 Mantenimiento deficiente.

Una vez que se ha comprobado una buena instalación de las trampas, hay que establecer, C O ~ Q objetivo prioritario un mantenimiento adecuado.

Es preciso, a fin de obtener un mantenimiento correcto de las trampas de vapor, establecer un programa adecuado, lo que según la experiencia industrial implica:

O Conocimiento de las características de todas las trampas de vapor. O Análisis de los posibles problemas mecánicos que originan. O Programa de evaluación de pérdidas. O programa de revisión periódica de las trampas de vapor.

Localizar las averías en las trampas de vapor utilizando algunos de los siguientes métodos:

O Método visual. O Método acustico. O Método térmico.

3.5 Mala operación del sistema de vapor.

La operación incorrecta del sistema de vapor se puede deber a fallas en las trampas de vapor y viceversa, ya que si se derivan las trampas estas no llevaran a cabo. A veces las trampas son derivadas cuando no están funcionando correctamente, debido a la falta de

105

SEMINARIO DE PROWflO

aportación de calor al proceso o debido al corte del flujo de vapor por obstkcción de la tubería.

Un indicador claro de la mala operación en el sistema’de vapor, se tiene cuando dentro de la línea de distribución existe exceso de condensado o un vapor de “baja calidad”, es decir, con cierta humedad.

Otro indicador de un mal funcionamiento del sistema de distribución son los golpes de ariete, los cuales se presentan comúnmente bajo estas circunstancias y pueden afectar el proceso productivo.

4 PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR SI UNA TRAMPA ESTA FUNCIONANDO CORRECTAMENTE.

4. í Hay tres tipos de fallas que han sido encontradas en las trampas de vapor:

=Falla de posición cerrada, que es notable por el pobre comportamiento del equipo debido a inundaciones con condensado. Esta clase de falla pasa desapercibida en las tuberías de vapor.

-Falla en la posición abierta, que causa pérdidas de calor vivo. Las trampas frecuentemente descargan a un sistema de retorno de condensados y el vapor vivo que sale por el tanque de almacenamiento puede indicar problemas, no obstante es difícil localizar la trampa defectuosa.

3 Operación deficiente, que es la falla más común y también la más difícil de identificar y localizar; resultando en una pérdida de vapor. Puede ser causada por numerosas razones específicas a cada tipo de trampa y los ejemplos son excesivamente repetitivos, cierre incompleto de válvulas, cierre lento en presencia del vapor.

4.2 Métodos para verificar el comportamiento de las trampas.

O Métodos empíricos.

a Observación de descarga a la atmósfera (método visual).

Las trampas descargando a la atmósfera presentan facilidad y seguridad para verificar su operación. Aun para una persona no familiarizada con estas, es fácil observar la descarga de la trampa y decidir en todo caso si trabaja correctamente. Las trampas que descargan en forma continua o intermitente son particularmente fácil de verificar; cuando la trampa esta cerrada, únicamente una pequeña neblina debe ser visible y esta es causada por la evaporación de pequeñas gotas que salen por la conexión de salida. Cuando la trampa esta descargando normalmente habrá una cantidad de vapor producido por la vaporización instantánea, que sale junto con el condensado y no debe ser confundido con vapor vivo.

Las trampas termodínamicas, de presión balanceada convencionales y de cubeta invertida, manejando cargas moderadas trabajarán de esta forma:

106

las trampas de flotador, bimetálicas y algunas dc presión balanceada con elementos de acero inoxidable, eiz muchos casos darán una descarga continua. Con estos tipos de trampas es más difí\:il decidir si trabajan correctamenfe; sin embargo, si hay una zona en la descarga de la tubería con una neblina azulosa, esto será una indicación de que por la trampa esta pasando vapor vivo.

Por otra parte, el operador con experiencia notará el cambio en el ruido de una valvula operando Correctamente (sonido regularmente intermitente y de cierta intenTidad) y de otra con operación defectuosa (con poco o niri,*n ruido, además de que este se presenta de forma continua).

a Observación por mirillas de vidrio (método visual).

1,a mirilla de vidrio es sólo una ventana colocada en el lado de la descarga de la trampa, de tal forma que el flujo descargado pueda ser observado. Generalmente es efectiva en el caso de trampas que tienen una descarga limpia, pudiendo ser necesaria alguna experiencia para juzgar si la descarga de la trampa es correcta, particularmente si cstas descargas son grandes.

En algunas instalaciones puede ocurrir que se presenten incrustaciones en el lado interno del cristal que se encuentra en contacto con el fluido, impidiendo la visibilidad correcta.

a Medicibn de temperatura (Método térmico).

El método tradicional para verificar el funcionamiento de las trampas de vapor es la medición de temperaturas en la entrada y descarga. Existen métodos que utilizan desde crclyones sensitivos a la temperatura hasta pirómetros infriirrojos, estos últimos sólo han sido útiles para valores limitados ya que únicamente funcionan cuando una trampa causa serios inundamientos, pudiendo tener rclevancia sólo en el caso de trampas termostáticas. Sin embargo si la temperatura del condensado y el vapor formado por vaporización (flash), eiz el lado de la descarga es la misma qui la del vapor vivo, la medición de temperatura no permite tener una guía para saber el comportamiento de la trampa.

3 Medición electrónica.

Un método reciente consiste en la utilización de sensores electrónicos, que son aparatos que utilizan la couiductividad del condcnsads como referencia, e involucra la conexión de un sensor en una cámara que se instala al lado de la corriente que llega a la trampa de vapor.

AA cámara es un pequeño recipiente que se encuentra dividido por una mampara con el fin de evitar que la llegada de condensado forme una acumulación turbulenta. Cuando la trampa trabaja normalmente, el condensado fliAye bajo la mampara y un pequeiío orificio en la parte superior de la misma iguala la presión en las partes de la cámara.

Un sensor localizado en el lado de la corriente que eiitra a la cámara, detecta la presencia de condensado y oprimiendo un botón en el indicador portátil, se cierra un circuito que indica que la trampa está trabajando correctamente.

Si la trampa falla en la posicióii abierta. U ~ I volumen relativarnerite grande de vapor fluye hacia esta, io que ocasiona una deyresirín en A nivel de condensado del lado en que se

107

SEMINARIO D€ PKO Yt%TO

alimenta la cámara, dejando descubierto el Sensor e interrumpiendo el circuito eléctrico, con lo cual el indicador portátil señalará que la trampa está fallando.

L a ventaja de este sistema es la interpretación inequívoca de la señal, sin recurrir a experiencias o juicios personales. Usando conductores adecuados el indicador puede estar alejado de la cámara, lo que podría ser una ventaja en el caso de trampas en niveles altos o en tuberías que no tcngan fácil acceso. La desventaja es el costo adicional de este sistema para cada trampa.

O Medición estetoscópica ( Método acústico).

Otro método muy usado para detectar el funcionamiento de una trampa, consiste en escuchar por medio de un estetoscopio, el sonido que hace la trampa al operar.

El estetoscopio empleado en estos casos es un aparato similar al usado por los médicos y es de utilidad para detectar funcionamientos anormales o avería en las trampas de vapor. Consiste en una sonda metálica que al ponerla en contacto con la trampa de vapor, transmite las vibraciones a los auriculares a través de uns membrana. Su uso requiere cierta experiencia y tiene el inconveniente de que cuando hay varias trampas de vapor próximas, las tuberías transmiten las vibraciones, mismas que pueden dar lugar a errores en el diagnóstico.

O Medición ultrasónica.

Se basa en el principio físico de que un fluido al pasar por un orificio restringido, produce vibraciones de frecuencia por encima de la audible, o ultrasonidos. Consiste básicamente en una sonda de contacto o receptor de ultrasonidos, un transductor que convierte las señales de ultrasonidos en impulsos eléctricos (con ayuda de un amplificador), filtros y convertidor de la señal en sonido audible por los auriculares. Además lleva un micrófono direccional que detecta ultrasonidos procedentes del ambiente.

Ventajas: Es muy sensible y puede ajustarse según el tipo de fuga a detectar. Resulta muy útil para inspecciones rápidas.

En trampas de vapor de descarga continua es más fácil determinar si lo que produce el ultrasonido es la descarga de condensado o una descarga de vapor.

Los varios tipos de trampas de vapor hacen diferentes sonidos cuando están en operación. Un operador o técnico puede ser entrenado para reconocer estos sonidos y diagnosticar cuando una trampa de vapor funciona en forma incorrecta (esto se aplica también al estetoscopio) :

por ejemplo, las trampas de cubeta invertida fallan, por lo regular, en la posición abierta, dando como resultado un sonido continuo similar al del vapor cuando pasa por la trampa, la cubeta también puede ser oída; cuando golpea con el cuerpo de la trampa.

Las trampas de flotador y termostáticas normalmente fallan en la posición cerrada. Un pequeño orificio en el flotador de la válvula hará que éste, por su propio peso, caiga hacia abajo; también un golpe de ariete puede causar que el flotador se colapse. En estos

1 O8

,*

SEMiNARiO DE PROYECTO

la trampa tiene fallas en la posición abierta, un sonido continuo será oído, como cuando el vapor pasa a través de la trampa.

Las trampas termodinámicas generalmente fallan en la posición abierta, permitiendo el paso continuo de vapor. Si la trampa opera normalmente el detector de ultrasonido puede registrar el sonido del disco, en forma cíclica de 4 a 10 veces por minuto.

Las trampas termostáticas, cuando fallan en posición cerrada, lo hacen en forma silenciosa, mientras que aquellas que fallan en posición abierta producen un sonido continuo de vapor. E n operación normal el detector ultrasónico será capaz de registrar el sonido del ciclo de apertura y cierre de la válvula.

O Detectores de operación por presión diferencial.

Es un sistema rápido y eficaz de comprobar el correcto funcionamiento de una trampa de vapor, que se ofrece en el mercado a un precio accesible y con la ventaja de la posibilidad de monitoreo a través de una PC.

Este equipo consiste de una cámara sensora (depósito) que se instala después de cada trampa, esta cámara tiene un tapón removible donde se coloca el sensor, mismo que posee un orificio en la punta por donde se mide la presión.

Si la operación es correcta, se enciende una luz verde y de lo contrario se encenderá una luz roja. Por su precio se recomienda ampliamente.

5. Condensado formado en tuberías aisladas llevando vapor saturado, en aire quieto a 2 l0C (Asumiendo 75% de eficiencia de aislamiento)

(kg de condensado/hr*m lineal).

0,089 0,104 0,133 0,182 0,207 0,252 0,104 0,118 0,148 0,207 0,237 0,2281 0,118 0,148 0,192 0,252 0,296 0,340

0,178 0,207 0,266 0,355 0,414 0,488 0,192 0,237. 0,296 0,400 0,474 0,562 0,222 0,266 0,326 0,444 0,533 0,636 0,266 0,326 0,400 0,548 0,651 0,755 0,296 0,370 0,474 0,651 0,755 0,873 0,400 0,474 0,607 0,814 0,977 1,125

109

ANEXO 4

110

S M I N M O DE PROYECTO

1. FLUJO DE VAPOR FUGADO EN LÍNEAS DE VAPOR, VALVULAS o ACCESORIOS (kgíhr).

111

I

r------

EN PLANTA

112

- S'IN!IO DE PROYECTO

AISLAMIENTO DE TUBEdAS

113

AISLAMIENTO DE TANQUES CILfNDRICOS

114

SEMINARIO DE PROYtCTO

DUCT0 DE AiRE CALIENTE PARA LA E m D A DE AIRE DE LA C A L D E a

Adicionar el dibujo de la instalación:

116

SrjZ.flNARi0 DE PROYECTO

INSTA1ACli)N DE UN INTERCMIADOR DE CALOR EN LA CHIMENEA I

Adicionar el dibujo de la instalacibn:

117

S ~ I N A R I O DE PROYEC70

REPARAR FUGAS DE VAPOR

I I I I I I I

118

BIBLIOGRAF~A

I . EFICIENCIA EN CALDERAS, ALBERTO PLANCHÚ, 1995, MkXICO D.F, P.P. 56-90.

2. ENCUESTA INDUSTRIAL MENSUAL, INEGI, 1994, MÉXICO D.F, P.P. 1 - 1 O.

3. BALANCE NACIONAL DE ENERGÍA, SECRETARIA DE ENERGÍA, 1996, MÉXICO D.F, P.P. 21-32.

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5. DIPLOMADO EN ADMINISTRACIÓN Y AHORRO DE ENERGÍA INTEGKAL MODULO .1, ALEJANDRO DELMAR, ATPAE, 1997, MÉXICO D.F, P.P. 1 1 - 15.

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7. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE GENEIZACIÓN DE VAPOR, CONAE, 1997, MÉXICO D.F, P.P. 45-60,86- 104.

8. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-009-ENER- 1995, “EFICIENCIA ENERGÉTICA EN AISLAMIENTOS TÉRMICOS INDUSTRIALES”

9. CATALOGO DE CONDENSADO, SPIRAX SARCO, 1990, EE.UU.

1 O.CATALOG0 DE PRODUCTOS, SPIRAX SARCO, 1990, EE.UU.

1 1 .FICHAS TÉCNICAS (GENERADORES DE CALOR), CONAE, 1995, MÉXICO D.F.

12.NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-002-ENER- 1995, “EFICIENCIA TÉRMICA DE CALDERAS TIPO PAQUETE.

IS.AMBRÍZ, J. J., H. ROMERO Y A. TORRES, TENTRO DE ANÁLISIS Y DIAGN~STICOS ENERGÉTICOS”, PROC. INT. CONG. FIUAEM.96, ENGINEERING IN SUSTAINABLE DEVELOPMENT, VOL 1. TOLUCA EDO. DE MÉXICO, MAYO DE 1996, P.P. 79-84.

1 4.“THE INDUSTRIAL ASSESSMENT CENTER PROGRAM”, FOLLETO DESCRIFTIVO. OFFICE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGIES. ENERGY EFFICIENCY AND RENEWABLE ENERGY, U.S. DEPARTAMENT OF ENERGY, MAY, 1995.

15.“MODEL REPORT OF AN INDUSTRIAL ENERGY AUDIT/SURVEY”. OFFICE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGIES U.S. DEPARTAMENT OF ENERGY. UNIVERSITY CITY SCIENCE CENTER. MARCH, 1995

120

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