Embed Size (px)
Citation preview
CONFERENCISTA
ROBIN BOLVITO ING. QUIMICO
EVALUACION DE PERDIDAS
DE ENERGIA CALORIFICA
EN TUBERIAS DE JUGO
IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Existen perdidas de energía calorífica
en tuberías de las líneas de jugo claro
(Evaporación) debido a que estas no
tienen aislamiento térmico.
OBJETIVOS
General • Cuantificar las perdidas de
calor por falta de
aislamiento en tuberías de
jugo en el área de
evaporadores, utilizando
una cámara termográfica
para medición de
temperaturas.
Específicos •Determinar el espesor
rentable de aislante térmico
para mantener una
temperatura superficial
exterior menor a 140°F.
•Determinar el espesor
óptimo de aislante térmico
para las tuberías de jugo de
la Evaporación.
•Determinar el periodo simple
de recuperación de la
inversión (PSRI).
PARAMETROS EVALUADOS
• Temperatura superficial de la tubería
• Temperatura de proceso
• Temperatura ambiental
METODOLOGIA
Se identifico previamente la tubería de jugo, obteniendo siete
secciones principales para ser evaluadas.
Para la realización del análisis térmico se utilizo una cámara
termográfica marca: Fluke Thermography, modelo: Ti400 con
resolución: 320 X 240 Píxeles y una sensibilidad térmica: ≤ 0.05 °C
a 30 °C (50 mK) alcanzando una precisión: ±2°C, ±2%.
El material aislante utilizado para este estudio es un aislante liviano
de 3 lb/ft3 (48 kg/m3) compuesto por fibras minerales de vidrio
tensadas en forma de placa semi-rígida con un aglutinante
desarrollado para temperaturas de hasta 454 °C (850°F).
Para el calculo de la energía perdida en la tubería se utilizo el
software 3EPlus V4.1.
RESULTADOS
Actualmente en Ingenio Magdalena la tubería de la línea de jugo crudo
se encuentra sin aislamiento térmico, permitiendo la radiación y
pérdida de energía al medio ambiente. La tubería está constituida por
tres secciones de diferente diámetro con una longitud total de 1564
pies.
El análisis energético se llevó a cabo durante tres semanas
promediando los datos obtenidos, con el fin de lograr un proceso lo
suficientemente estable para poder calcular la pérdida total en un
periodo de 200 días representativos para la zafra 2013-2014.
La evaluación económica, está basada directamente en el costo del
aislante y el material protector. Para la energía se tiene un costo de
US$0.12kWh, material protector a un costo de US$0.45 pie2 y el
material aislante a un costo de US$0.61 pie2 por pulgada de espesor.
SECCION DESCRIPCION LONGITUD DE TUBERIA (Ft) LONGITUD
TOTAL (Ft) Ø12" Ø10" Ø08"
A
Tubería que comprende desde la
salida del tanque de jugo claro a
la entrada del calentado de
placas 12-13
150 -- -- 150
B
Tubería que comprende desde la
salida de los calentadores de
placas 12-13 a la entrada del
1er. evaporador de 1er. Efecto
487 -- -- 487
C
Tubería que comprende desde la
salida del 1er. evaporador de
1er. efecto a la entrada del 1er.
evaporador de 2do. Efecto
300 -- -- 300
D
Tubería que comprende desde la
salida del 1er. evaporador de
2do. efecto a la entrada del 1er.
evaporador de 3er. Efecto
173 47 -- 220
E
Tubería que comprende desde la
salida del 1er. evaporador de
3er. efecto a la entrada del 1er.
evaporador de 4to. Efecto
-- 243 83 326
F
Tubería que comprende desde la
salida del 1er. evaporador de
4to. Efecto a la entrada del 1er.
evaporador de 5to. Efecto
-- -- 28 28
G
Tubería que comprende desde la
salida del 1er. evaporador de
5to. efecto a la entrada del
tanque de meladura
-- -- 53 53
LONGITUD TOTAL DE TUBERIA PARA LA LINEA CRUDO 1564
TABLA 1
IDENTIFICACION DE SECCIONES PRINCIPALES DE TUBERIA EN LINEA DE JUGO
FIGURA 1 DIAGRAMA DE TUBERIA DE LA EVAPORACION CRUDO
SECCION Ti PROM (°F) Ts PROM (°F) To PROM (°F) To MAX (°F) To MIN (°F)
A 194.78 188.53 84.20 93.20 80.60
B 225.52 209.70 89.42 94.10 83.30
C 240.44 236.54 89.96 95.00 82.40
D 232.91 217.77 89.15 95.00 83.75
E 210.62 183.14 94.10 98.15 90.05
F 203.21 185.62 103.28 107.60 96.80
G 196.19 161.42 106.16 111.20 102.20
TABLA 2
TEMPERATURAS PROMEDIO, MAXIMAS Y MINIMAS DEL PROCESO
FIGURA 2. A) ANALISIS TERMOGRAFICO, SECCION C, SEMANA 1, 16:00 HORAS;
B) ANALISIS TERMOGRAFICO, SECCION G, SEMANA 1, 16:00 HORAS
TABLA 3
COSTOS TOTALES DE LAS SECCIONES DE TUBERIA DE JUGO CRUDO
A TEMPERATURA AMBIENTE PROMEDIO To PROM (°F)
ESPESOR
VARIABLE DE
INSULACIÓN
(in)
TEMPERATURA
DE SUPERFICIE
PROMEDIO (°F)
EFICIENCIA
PROMEDIO
(%)
CALOR
PERDIDO
TOTAL
(kBTU/año)
DÓLARES
PERDIDOS
(US$/año)
COSTO DEL
AISLAMIENTO
TOTAL (US$)
COSTO
TOTAL US$
0.00 221.33 0.00 4,778,988.48 186,006.70 0.00 186,006.70
0.50 137.86 78.27 1,028,900.88 40,046.65 3,887.53 43,934.18
1.00 123.69 85.84 668,039.62 26,001.29 5,569.90 31,571.19
1.50 116.71 89.29 504,730.32 19,645.00 7,252.27 26,897.27
2.00 112.46 91.27 411,025.73 15,997.85 8,934.64 24,932.49
2.50 109.59 92.56 350,043.46 13,624.31 10,617.01 24,241.32
3.00 107.50 93.47 307,050.96 11,950.97 12,299.38 24,250.35
3.50 105.93 94.14 275,117.33 10,708.05 13,981.75 24,689.80
4.00 104.66 94.67 250,340.26 9,743.69 15,664.12 25,407.80
4.50 103.63 95.09 230,585.81 8,974.81 17,346.49 26,321.30
5.00 102.79 95.43 214,416.29 8,345.46 19,028.86 27,374.32
5.50 102.07 95.72 200,960.16 7,821.73 20,711.23 28,532.95
6.00 101.47 95.96 189,536.11 7,377.08 22,393.60 29,770.68
6.50 100.97 96.17 179,706.82 6,994.51 24,075.97 31,070.47
7.00 100.50 96.35 171,194.11 6,663.18 25,758.34 32,421.51
7.50 100.09 96.51 163,700.88 6,371.53 27,440.70 33,812.23
TABLA No. 4
ESPESOR DEL AISLAMIENTO CONSIDERANDO MANTENER UNA
TEMPERATURA SUPERFICIAL POR DEBAJO DE LOS 140°F A
TEMPERATURA AMBIENTE PROMEDIO
ESPESOR
VARIABLE
DE
INSULACIÓN
(in)
TEMPERATURA
DE SUPERFICIE
PROMEDIO (°F)
EFICIENCIA
PROMEDIO
(%)
CALOR
PERDIDO
TOTAL
(kBTU/año)
DÓLARES
PERDIDOS
(US$/año)
COSTO DEL
AISLAMIENTO
TOTAL (US$)
COSTO
TOTAL US$
0.00 221.33 0.00 4,778,988.48 186,006.70 0.00 186,006.70
0.50 137.86 78.27 1,028,900.88 40,046.65 3,887.53 43,934.18
1.00 123.69 85.84 668,039.62 26,001.29 5,569.90 31,571.19
TABLA No. 5
PERIODO SIMPLE DE RECUPERACION DE LA INVERSION (PSRI) PARA MANTENER
UNA TEMPERATURA SUPERFICIAL POR DEBAJO DE LOS 140°F
AHORRO
ECONÓMICO
(US$/año)
COSTO DE LA
INVERSIÓN
(US$)
PSRI (días)
145,960.05 3,887.53 5.33
Toda la evaluación económica, está basada directamente en el
costo del aislante y el material protector, no incluye costos de
mano de obra e instalación.
GRAFICA 1
DETERMINACION DEL ESPESOR ÓPTIMO DEL AISLAMIENTO CONSIDERANDO
EL COSTO TOTAL MINIMO A TEMPERATURA AMBIENTE PROMEDIO To PROM (°F)
TABLA 6
DETERMINACION DEL ESPESOR ÓPTIMO DE AISLANTE
MEDIANTE EL MODELO MATEMATICO DEL COSTO TOTAL
MODELO MATEMÁTICO y = 1.7492x6 - 62.64x5 + 895.04x4 - 6521.3x3 +
25749x2 - 51136x + 63476 DERIVADA DEL MODELO
MATEMÁTICO y´=10.4952x5-313.2x4+3580.16x3-19563.9x2+51498x-
51136 RESOLVIENDO PARA y´=0 x=2.48
TABLA 7
ESPESOR ÓPTIMO DEL AISLAMIENTO CONSIDERANDO EL COSTO TOTAL MINIMO
ESPESOR
VARIABLE DE
INSULACIÓN
(in)
TEMPERATURA
DE SUPERFICIE
PROMEDIO (°F)
EFICIENCIA
PROMEDIO
(%)
CALOR
PERDIDO TOTAL
(kBTU/año)
DÓLARES
PERDIDOS
(US$/año)
COSTO DEL
AISLAMIENTO
TOTAL (US$)
COSTO TOTAL
US$
0.00 221.33 0.00 4,778,988.48 186,006.70 0.00 186,006.70
2.00 112.46 91.27 411,025.73 15,997.85 8,934.64 24,932.49
2.50 109.59 92.56 350,043.46 13,624.31 10,617.01 24,241.32
3.00 107.50 93.47 307,050.96 11,950.97 12,299.38 24,250.35
TABLA 8
PERIODO SIMPLE DE RECUPERACION DE LA INVERSION (PSRI)
PARA EL ESPESOR ÓPTIMO DEL AISLAMIENTO CONSIDERANDO
EL COSTO TOTAL MINIMO
AHORRO ECONÓMICO
(US$/año)
COSTO DE LA
INVERSIÓN (US$)
PSRI (días)
172,382.39 10,617.01 12.32
CONCLUSIONES
• Con un aislante de fibra de vidrio de espesor de 0.5
pulgadas se garantizaría mantener por debajo de 140 °F
la temperatura superficial del aislante para la mayoría de
los casos evaluados.
• El espesor óptimo económico calculado se mantiene en
promedio en 2.5 pulgadas para todos los casos
evaluados.
• El ahorro económico promedio para la línea de jugo
Crudo, obtenido del cálculo de mantener la temperatura
superficial del aislamiento por debajo de los 140°F, es de
US$145,960.05/año lo cual justifica la inversión.
• El ahorro económico promedio para la línea de jugo
Crudo, obtenido del cálculo del aislamiento optimo
económico, es de US$172,382.39/año lo cual justifica
la inversión.
• Además del ahorro energético el aislar nos garantiza
una uniformidad de la temperatura del jugo a lo largo
de la tubería en largos recorridos
• Se confirma la hipótesis que sí existen pérdidas de
energía y monetarias considerables en las tuberías no
aisladas de la línea de jugo Crudo, que representa
más de US$150,000 en un período de operación.
CONCLUSIONES
BENEFICIO ESPERADO
• Reducción de pérdidas por radiación en tuberías de
jugo.
• El beneficio esperado de mejora en aislamiento era
ahorro por mantener la temperatura externa por debajo
de los 140°F lo cual representaría un ahorro estimado
de pérdidas caloríficas al ambiente entre el 90 a 93%.
• Ahorro de consumo de hasta 4,008 TM de bagazo.
• El rendimiento global durante la zafra 14-15 fue de
84.94% de lo esperado (recuperado estimado en
3,404.32TMB)
• Esto debido a que se inició la instalación del aislamiento
de tubería a finales de septiembre y se concluyeron los
trabajos a finales de enero.
• El cumplimiento de mejora operativa fue del 100% a
partir de febrero (al terminarse de instalar el aislante).
BENEFICIO OBTENIDO
