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UltrasonidoPara un manejo energético mas
eficiente de la planta
Gus Velásquez
SDT North America
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• Razones Ambientales
• Razones Económicas
Porque optimizar el consumo?
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Razones ambientales
Como esta afectando mi empresa el medio ambiente?
Cual es la “huella de Carbón” de mi empresa?
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Gases de invernadero
H2O (vapor)
CO2
CH4
O3
Otros
Efecto Invernadero
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CO2 producido por cada Kwatt- hora
Combustible
• Carbón
• Combustóleo
• Gas
Kilogramos
• 0.915
• 0.890
• 0.600
Valores aproximados
Energía y Contaminación
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Energía y Contaminación
Los Gobiernos están legislando sobre políticas para afrontar el problema
Como estas políticas van a afectar mi empresa?
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Razones Económicas
No estamos solos en el mercado
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Si la Empresa
no
es rentable
Desaparece
Razones Económicas
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Electricidad
Calor
Genera internamente
Compra a generadores
Resistencias eléctricas
Vapor
Combustóleo
Gas
Carbón
(otros)
Energía para procesos
Gases combustión
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Industria BTUs entra BTUs Usa
Plásticos 348 226 (65%)
Textiles 302 189 (62%)
Cemento 409 315 (77%)
Químicos 3797 2585 (68%)
Refinerías 3097 2162 (70%)
Alimentos 1224 785 (64%)
Información de DOE USA
Unidades en trillones de BTUs por año para el sector industrial
Energía utilizada por sectores
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Pago 1 Kwatt-hr Uso 0.65 Kwatt-hr
Sector Plásticos
Energía perdida en el proceso
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Como puede ayudarle
la tecnología del Ultrasonido?
Ultrasonido
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- Se refiere a ondas de sonido con frecuencias por encima del
umbral de audición humano, el cual es 20,000 ciclos por
segundo (20 Khz..)
- No tiene limite superior definido
- Son ondas de sonido de corta longitud, baja energía que
rebotan fácilmente
Que es el ultrasonido
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Baja Frecuencia (<20 kHz)
Longitud de onda grande
– 19 mm → 17 mts
Fuerte , Omni direccional
Alta Frecuencia (> 20 kHz) Longitud
de onda pequeña
3 mm → 16 mm
Baja energía, Direccional
Que es el ultrasonido
Frecuencia audible
Frecuencia ultrasónica
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• Convierte inaudible a audible –
demodulación / heterodino
• Mantiene la representación del
ultrasonido
• Mide la intensidad de la señal
ultrasónica en dB
Como trabaja un colector US
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Turbulencia Fricción Electricidad
Fugas aire comprimido
Trampas de vapor
Válvulas mal cerradas
Rodamientos
Engranajes
Acoples
Descarga de corona
Arcos
Fugas de corriente
Origen de señales ultrasónicas
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Fugas de aire comprimido
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• Innumerables puntos en los sistemas que son
propensos a tener fugas
• No se ven
• En ambientes ruidosos prácticamente no se escuchan
por el ruido de fondo
• Cuando se escuchan es difícil identificar el origen
Problemas para detectar fugas
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• Costo de comprimir el aire
– Energía eléctrica para el compresor
– Tratamiento del aire según aplicación
– Mantenimiento al compresor y sistemas
• Fluctuaciones de la presión
– Irregularidad de los procesos
Costos asociados a las fugas
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Potencia motor: 100 HP (74.57 Kwatt)
Eficiencia plena carga: 90%
Capacidad: 560 CFM (15.85 mt3/min.)
Horas operación año: 5,000
Costo energía: 0.10 $ /Kwatt-hr.
Costo anual = 100HP*0.746*0.1*5,000/0.9
Costo anual = 41,400 $
CO2 producido al año = 248 ton (termogas)
Costo electricidad
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90 psig
Ø = 1.6 mm
Se pierden 0.14 m3/minuto
Aire que se pierde en una fuga
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Compresor 100 HP
Presión en la línea 90 psig
Diámetro del orificio de la fuga 1.6 mm
Sistema opera 5.000 horas /año
Volumen de aire perdido 42.000 mt3
Costo electricidad para suplir fuga $ 365
Horas adicionales de operación para suplir fuga 44
Costo anual de la fuga
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23
100%
Air
e p
ara
pro
ceso
Fu
gas
70%
30%
Air
e p
ara
pro
ceso
90%
Fugas
10%
Actual Deseable
Como esta la Industria?
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100%
Air
e p
ara
pro
ceso
Fu
gas
70%
30%
Air
e p
ara
pro
ceso
90%
Fugas
10%
Actual Deseable
Compresor 100 HP, 90% eficiencia y costo 0.1 $ Kw.-HR, 5,000 HR.
Ahorros de $ 8,280 /año
Cual es el ahorro?
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Es el método mas rápido
ya que el colector detecta
únicamente las señales
de alta frecuencia que
genera la turbulencia de la
fuga
El sonido de una fuga es muy
característico e inconfundible
Inspección con Ultrasonido
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30% de la energía para
procesos proviene de
vapor. El 9% de la
energía total consumida
en USA es usada para
sistemas de vapor
Trampas de Vapor
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Son válvulas automáticas que
se abren para drenar condensados
y aire y se cierran para el vapor
Trampas de Vapor
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Falla abierta
Falla cerrada
Se pierde vapor
No se drena el condensado
Costo combustible
Costo químicos
Golpe de ariete
Baja eficiencia térmica
Problemas cuando fallan
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Diámetro orificio
trampa
Vapor perdido (lbs/hr)
Presión del vapor (psig)
15 100 150 300
1/32 0.7 2.71 3.89 7.44
1/16 2.79 10.84 15.58 29.78
3/16 25.14 97.6 140.2 268
1/4 44.7 173.5 249.2 476.5
3/8 100.6 390.3 560.7 1,072
Vapor desperdiciado
Eficiencia 80% - 5,000 HR/año – 9 $/1 MM BTU – Nivel del mar
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Diámetro orificio
trampa
Costo anual $ (5,000 hrs)
Presión del vapor (psig)
15 100 150 300
1/32 37 134 188 343
1/16 149 537 751 1,310
3/16 1,338 4,835 6,758 12,362
1/4 2,378 8,596 12,014 21,977
3/8 5,351 19,342 27,031 49,448
Costo del Vapor
Eficiencia 80% - 5,000 HR/año – 9 $/1 MM BTU – Nivel del mar
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Inspección de trampas con US
El ciclo de operación de
la trampa va a generar señal
ultrasónica intermitente
• Trampa abierta > sonido US
• Trampa cerrada > no sonido
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Inspección de trampas con US
Escuche como suena cada trampa
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100%
Tra
mp
as
op
era
nd
o b
ien
Tra
mp
as
fall
an
do
85 %
15 %
Tra
mp
as
tra
ba
jad
o b
ien
95%
5%
Actual Deseable
CIBO
100 trampas de 3/8, 100 psig y el sistema trabaja 5,000 hrs./año
5 fallan abiertas
Ahorros de $ 96,710/año
Que puedo ahorrar
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Rodamientos
Engranajes
Acoples
El movimiento relativo
entre superficies produce
fricción
Fricción
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Causa
Desgastes
Incrementa
la temperatura
Problemas con la fricción
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Incremento de
temperaturaDesperdicio de
energía
Problemas con la fricción
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Fricción & Temperatura
Condiciones normales
Masa 9.8 lbs
Temperatura inicial : 20 oC
Temperatura trabajo : 40 oC
Calor especifico Hierro: 0.193 BTU/lb. oC
Q = mCpΔT
Q = (9.8lb)(0.193BTU/lb. oC)20 oC
Q = 37.8 BTU = 0.011 kwatt-hr
Calor que se pierde en una chumacera
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Condiciones con 20 oC por encima
Masa 9.8 lbs
Temperatura inicial : 20 oC
Temperatura trabajo : 60 oC
Calor especifico Hierro: 0.193 BTU/lb. oC
Q = mCpΔT
Q = (9.8lb)(0.193BTU/lb. oC)40 oC
Q = 75.7. BTU = 0.022 kwatt-hr
ΔQ = 0.011 kwatt-hr
Calor que se pierde en una chumacera
Fricción & Temperatura
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Todos los rodamientos
independiente de su
estado emiten señales
ultrasónicas detectables
Fricción & Ultrasonido
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40
(µ*RPM)/carga
# de Hersey
Fricción
Optimo
Curva de Stribeck
Fricción & Operación
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41
(µ*RPM)/carga
# de Hersey
Fricción
Optimo
Intensidad
Lubricación limiteCoef. Fricción 0.12
Lubricación hidrodinámicaCoef. Fricción 0.003
Fricción & Ultrasonido
Curva de Stribeck
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42
Intensidad
Tiempo
Nivel alarma
Línea base
Determinar el punto optimo
- Periodo de relubricación
- Cantidad de lubricante
Como ayuda el Ultrasonido
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• 1 fuga de aire 1.6 mm
en línea de 90 psig
• 1 trampa falla abierta
3/8 a 100 psig
• 1 rodamiento mal
lubricado
• $ 365
• $ 5,361
• $$$
En base a 5,000 hrs. de operación de la planta
Resumen de Beneficios $
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44
Preguntas???
Gracias por su atención