Manual de Mejoras Horizontales. Energía Térmica

8/3/2019 Manual de Mejoras Horizontales. Energa Trmica

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El sector industrial de Castilla y Len es importante consumidor de energafinal, el 27,61 %, suponiendo los combustibles de origen fsil procedentes de mer-cados exteriores, como el petrleo y el gas natural, ms del 77% sobre el consu-mo total en este sector.

En el momento actual en que experimentamos una situacin econmicaespecial, todas las Administraciones pblicas y en particular la de Castilla y Lenaportan ideas, mtodos y posiciones encaminadas a mejorar los resultados econ-micos de las empresas, ya que con ello se mejora el bienestar general de los ciu-dadanos.

En el caso del sector industrial, el gasto energtico tiene un peso relevan-te en los costes totales de produccin de un nuevo producto, que requiere ser

estudiado, analizado y ajustado al mnimo posible, sin que se pierda calidad yprestaciones de los productos fabricados.

Por ello, la Consejera de Economa y Empleo, a travs del Ente Regional dela Energa de Castilla y Len (EREN), y en el marco de la Estrategia de Ahorro yEficiencia Energtica en Espaa (E4), pone en sus manos estos manuales tcnicossobre medidas de ahorro y eficiencia energtica en equipos e instalaciones trmi-cas y elctricas, como un instrumento de consulta a la hora de tomar decisionesque puedan contribuir a la reduccin del consumo energtico y, para mejorar laeficiencia energtica de los procesos productivos y de todos aquellos equipos e

instalaciones auxiliares que intervienen en la fabricacin de un producto.Adicionalmente, la aplicacin de las medidas descritas en este documento

contribuirn a la reduccin de las emisiones contaminantes, lo que implica lareduccin de los efectos adversos del sector industrial sobre el medio ambiente,y nos permitir converger en los objetivos fijados por el Protocolo de Kioto.

Es mi deseo que estos manuales de Mejoras Horizontales de Ahorro yEficiencia Energtica en el Sector Industrial: Energa Trmica y Energa Elctrica,puedan servir para aumentar la competitividad de las empresas de Castilla y Leny despierte la inquietud de sus responsables en la toma de decisiones, para imple-

mentar algunas de las propuestas descritas en los mismos, y con ello favorecer lamodernizacin de nuestro tejido industrial.

TOMS VILLANUEVA RODRGUEZVicepresidente segundo

y Consejero de Economa y Empleo


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Edita: Junta de Castilla y LenConsejera de Economa y EmpleoEnte Regional de Energa de Castilla y Len

Colabora: Exerga XXI

Diseo eImpresin: Angelma, S.A.

Tel. 983 25 12 01

Dep. Legal:


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CALDERAS


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INDICE

CALDERAS

1.- CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32.- BALANCE DE ENERGA EN UNA CALDERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2.1.- Balance energtico en una caldera de vapor de gas natural . . . . .7

3. RENDIMIENTO DE UNA CALDERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.1.- Clculo de rendimiento en una caldera (mtodo directo) . . . . . .11

3.2.- Clculo del rendimiento de una caldera (mtodo indirecto) . . . .12

4.- MEJORAS DE EFICIENCIA ENERGTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13


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Calderas

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La caldera es un equipo donde se transfiere la energa obtenida en la combus-tin de un combustible a un fluido de trabajo.

1. CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

Las calderas pueden clasificarse atendiendo a varios criterios:

Atendiendo a las necesidades energticas del proceso:

- Calderas de agua caliente

- Calderas de agua sobrecalentada

- Calderas de vapor saturado

- Calderas de vapor sobrecalentado

- Calderas de fluido trmico

Atendiendo a la posicin relativa entre el fluido a calentar y los gases decombustin:

- Calderas Pirotubulares: Los humos calientes circulan por el interior de lostubos sumergidos en el fluido.

- Calderas Acuotubulares: El fluido circula por el interior de los tubossumergidos en una masa de humos.

2. BALANCE DE ENERGA EN UNA CALDERA

En el balance de calor de una caldera se estable la siguiente igualdad:

CALOR ENTRANTE = CALOR SALIENTE

Para realizar el balance deberemos:

- Establecer una temperatura de referencia (normalmente la temperatura

ambiente)- Realizar un balance de masa


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MEJORAS HORIZONTALES DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGTICASECTOR INDUSTRIAL. ENERGA TRMICA. EJEMPLOS PRCTICOS

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- Considerar el PCI del combustible

A continuacin se describen los calores que toman parte en el balance de una

caldera de vapor. Los clculos se refieren a la unidad de combustible:Calor entrante

1. Calor sensible del combustible (Qc)

Qc = cc tc [1]

Donde:

cc = Calor especfico del combustible [kcal/Ud. de combustible]

Tc = Temperatura de precalentamiento del combustible [C]

2. Calor de combustin (Qco)

Qco = PCI [kcal/Ud. de combustible]

3. Calor del aire de combustin (Qa)

Qa = Ga cpa t [2]

Donde: t = Diferencia de temperaturas del aire caliente y fro [C]

cpa = Calor especfico del aire [kcal/kg aire C] Se obtiene en la

Tabla 23

Ga = [kg aire/ Ud. de combustible] Se obtiene de las Tablas de 1 a 5

4. Calor del fluido de entrada (Qfe)

Qfe = hfe

Donde

hfe = Entalpa del fluido de entrada [kcal/kg]

Tc

Diferencia de temperaturas del aire de entrada a la caldera y de referencia (C)

Qfe = hfe x Cab

Ca = caudal del agua de alimentacin a caldera (kg/h)

b = consumo horario de combustible


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Calderas

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Calor saliente

1. Calor del fluido de salida (Qfs)

Qfs = hfs

Donde

hfs = Entalpa del fluido de salida [kcal/kg]

2. Calor de los humos (QH)

Qgc = x [kg. humos/Ud. de combustible] y [kcal/kg humos] [3]

El calor de los gases de combustin se muestra en las Tablas 11 y 12. Con el %de O2 y CO2 se obtiene el caudal de humos (x) expresado en kg de humos/Ud.de combustible. Con la temperatura de los humos, y en las mismas tablas, seencuentra la entalpa especfica de los humos (y) en kcal/kg humos.

3. Calor por inquemados gaseosos (Qig)

Qig = [ ][ ] [ ]

+

000.1100.32121

2

CHCO

O[% de prdidas sobre el

PCI del combustible] [4]

Donde:

[O2] = Concentracin de O2 en los humos (%)

[CO] = Concentracin de CO en los humos (ppm)

[CH] = Concentracin de CH en los humos (ppm)

4. Inquemados slidos (Qis)

Se calcula midiendo la opacidad mediante la escala Bacharach

Qfe = hfs x Pvb

hfs = Entalpa del fluido de salida (kcal/kg)Pv = Produccin de vapor (kg / h)b= consumo horario de combustible


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1. Calor por purgas (Qp)

Qp =bhp p [kcal/unidad de combustible]

[5]

Donde:p = Caudal de purgas en kg/h

hp = Entalpa de la purga en kcal/kg purga y corresponde a la entalpa

de lquido para la presin de generacin de vapor.

b = Consumo horario de combustible

Para calcular la purga continua necesaria en una caldera hay que realizar unbalance de los distintos componentes a controlar.

P a = A b + P bba

bAP

=

[kg/h]

Donde:

P = Caudal de purga [kg/h]a = Salinidad total en la caldera [ppm]. Se mira en las tablas que sepresentan a continuacin.

b = Salinidad total en el agua de aportacin [ppm]. Se mide con elconductmetro.

A = Caudal de agua de aportacin [kg/h] que es el caudal del vapor menosel caudal de condensados que se recuperan.

[5]

5.

PRESION

[kg/cm2]

SALINIDADTOTAL EN

CO3Ca [mg/l]

SILICEEN

SiO2 [mg/l]

SOLIDOS ENSUSPENSION

[mg/l]

CLORUROSEN

Cl [mg/l]

0-20 3.500 100 300 2.000

20-30 3.000 75 250 1.500

30-40 2.500 50 150 1.000

40-50 2.000 40 100 800

50-60 1.500 30 60 650

60-70 1.250 25 40 500

CALDERAS

ACUOTUBULARES

70-100 1.000 15 20 350

Norma UNE-9075 para calderas acuotubulares

.

.

Se obtiene de


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Calderas

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6. Calor por radiacin (Qr)

El calor perdido por radiacin se calcula midiendo la temperatura y la super-ficie de la caldera, distinguiendo paredes verticales y horizontales hacia arribay hacia abajo.

En la Tabla 30 del Anexo se indican las prdidas expresadas en W/m2 (si mul-tiplicamos por 0,86 las obtendremos en kcal/h m2).

Al multiplicar por cada superficie se obtienen las prdidas kcal/h.

Si b es el consumo horario de combustible, las prdidas por radiacin seobtendrn de la forma siguiente:

Tambin puede emplearse la Tabla 31 para calcular las prdidas por radiacinen funcin de la produccin mxima del vapor y el ndice de carga.

Ejemplo: Balance energtico en una caldera de vapor de gas natural

Una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.500 h/ao produce 20 t/hde vapor a 20 kg/cm2 y consume 13.000.000 Nm3/ao. La capacidad mxima decaldera es de 25 t/h. Se realiza una purga continua cuyo caudal es de 1.200kg/h.

El anlisis de la combustin revela los siguientes resultados:

O2 = 2%CO2 = 11% CO = 500 ppm

THUMOS = 230 C

PRESION

[kg/cm2]

SALINIDADTOTAL EN

CO3Ca [mg/l]

SILICEEN

SiO2 [mg/l]

SOLIDOS ENSUSPENSION

[mg/l]

CLORUROSEN

Cl [mg/l]

0-15 7.000 100 300 3.000CALDERAS

PIROTUBULARES 15-25 4.500 75 300 2.000

Norma UNE-9075 para calderas pirotubulares

Qr =b

hKcal/ [kcal/unidad de combustible] [6]


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Se toma como referencia la temperatura ambiente de 20 C.

Calor entrante:

Se consideran una fuente de calor entrante o calor aportado.

- Calor de combustin, Qco

Qco = PCI = 9.000 kcal/Nm3

De modo que el calor entrante o aportado es:

Qentra = 9.000 kcal/Nm3

Calor saliente

Parte del calor aportado ser empleado en la generacin del vapor y otraparte se perder. Se consideran cuatro puntos de prdida de calor.

- Calor de los humos, QH

De la Tabla 12 se obtiene: 15,5 kg/Nm3

62 kcal/kg

Por lo que, aplicando [3]:

QH = 15,5 kg/Nm3 62 kcal/kg = 961 kcal/Nm3

- Calor por inquemados

Se obtiene de la frmula [4] y se considera [CO] = [CH]

Qig = 000.1500

100.3500

22121


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Calderas

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- Calor por purgas, Qp

De la Tabla 16 se obtiene la entalpa de la purga correspondiente a 20 kg/cm2

hp = 215,9 kcal/kg

- Calor por radiacin, Qr

El ndice de carga de la caldera es 20/25 = 0,8. De la Tabla 31 se obtiene quelas prdidas por radiacin son del orden de 2,4% del calor aportado, por lo que:

Qr = 0,024 9.000 = 216 kcal/Nm3

Qig = 0,73% de 9.000 kcal/Nm = 65,7 kcal/Nm

Qp =

aoNm

kgkcalaohhkg

/000.000.13

/9,215/500.7/200.13

= 149,6 kcal/Nm3


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El balance queda de la siguiente forma:

3. RENDIMIENTO DE UNA CALDERA

El rendimiento de una caldera puede calcularse por dos mtodos:

- Mtodo directo

Donde:

PV = Produccin de vapor [kg/h]

HV = Entalpa del vapor [kcal/kg]

hfe = Entalpa del fluido de entrada [kcal/kg]

PCIb

hHP feVV


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Calderas

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b = Consumo de combustible [Ud. de combustible/h]

PCI = Poder Calorfico Inferior del combustible [kcal/Ud. de combustible]

Se observa que para poder calcular el rendimiento de la caldera por estemtodo ser necesario conocer la produccin horaria del vapor as como el con-sumo de combustible.

Ejemplo: Clculo del rendimiento en una caldera (mtodo directo)

Tenemos una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.600 h/ao, pro-duce 6 t/h de vapor saturado a 7 kg/cm2. El consumo anual de gas natural es de3.850.000 Nm3. El agua de alimentacin est a temperatura ambiente, 20C.

- Mtodo indirecto

Si se desconoce la produccin de vapor o el consumo de combustible se apli-ca este mtodo, tambin conocido como mtodo de las prdidas separadas.

De la Tabla 16 se obtiene la entalpa del vapor saturado a 7 kg/cm

2 659,5 kcal/kg

100

/000.9/000.850.3

/205,659/600.7/000.633

NmkcalaoNm

kgkcalaohhkg =......................84,1%84,1%

APORTADO

UTIL

Q

Q

Como: QUTIL = QAPORTADO - QPERDIDAS


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Siendo:

Ejemplo: Clculo del rendimiento en una caldera (mtodo indirecto)

En una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.600 h/ao se obtiene

vapor a 7 kg/cm2. El anlisis de la combustin revela los siguientes datos:O2 = 3%

CO2 = 10%

CO = 0 ppm

THUMOS = 185 C

Aplicando la frmula [3] vista en el balance de una caldera y segn tabla 12,se puede calcular:

Se estiman unas prdidas por purgas y por radiacin del 5% por lo que se ten-dr:

APORTADO

PERDIDAS

APORTADO

PERDIDASAPORTADO

Q

Q

Q

QQ

1

QPERDIDAS = QHUMOS + QINQUEMADOS + QPURGAS + QRADIACION [kcal/Ud. de combustible]

QAPORTADO = PCI [kcal/ unidad de combustible]

Qhumos = 16,3 kg/Nm3

48,037 kcal/kg= 783 kcal/Nm3

Qpurgas + Qradiacin = 0,05 9.000 = 450 kcal/Nm3

100000.9

4507831

= 86,3%


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Calderas

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4. MEDIDAS PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

A continuacin se presentan las medidas de ahorro energtico aplicables a lascalderas, tanto si son empleadas para la generacin de vapor como si se utili-zan para el calentamiento de un fluido.

Las medidas de ahorro energtico que se van a considerar son:

4.1 Ajuste de la combustin

4.2 Economizadores en calderas

4.3 Precalentamiento del aire de combustin

4.4 Recuperacin del calor de purgas

4.5 Calorifugado de tuberas y tanques

4.6 Eliminacin de fugas de vapor

4.7 Mantenimiento de purgadores

4.8 Expansin del condensado de alta presin

4.9 Recuperacin de condensados

4.10 Cogeneracin con turbina de vapor a contrapresin

4.11 Convertidores de frecuencia en ventiladores de combustin y bombasde alimentacin en calderas

4.12 Sustitucin de calderas elctricas por calderas de gas natural

AJUSTE DE LA COMBUSTIN

Para ver el ahorro por ajuste de combustin habr que calcular el rendimien-to de la caldera antes (n

ci) y despus (n

cf) del ajuste de combustin.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:

AxC

Las actuaciones a realizar para mejorar la combustin pueden ser:

a) Ajustar la combustin de forma manual

cf

cicfA

=

cf ci


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b) Sustituir los quemadores

c) Instalar microprocesadores de combustin, controlando:

O2

O2 + CO

O2 + CO + Opacidad

En funcin del consumo anual de la caldera, que justifique la inversin, sepropondr la medida a), b) c).

Ejemplo: Ajuste de la combustin de una caldera de gas natural.

Una caldera de vapor genera 7,5 t/h de vapor a 8 kg/cm2 y consume 5.000.000Nm3/ao de gas natural se ha obtenido el siguiente resultado tras el anlisis dela combustin:

O2 = 8%

CO2 = 7,4%

CO = 0 ppm

THUMOS = 200 C

Con la Tabla 12 se obtiene:

21,7 kg/Nm3

52,4 kcal/kg

Analizador de combustin.Cortesa de TESTO


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Calderas

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Por lo tanto, el calor perdido por los gases de la combustin es:

QH = 21,7 52,4 = 1.137 kcal/Nm3

Este calor supone un 12,6% del calor aportado por el combustible (PCI gasnatural = 9.000 kcal/Nm3).

El resto de prdidas se estiman en un 5%. Por lo que el rendimiento de la cal-dera es:

Se realiza un ajuste manual de la combustin y se obtiene el siguiente resul-tado:

O2 = 2,5%

CO2 = 10,5%

THUMOS = 200 C

Del mismo modo se calculan las prdidas por los gases de la combustin y lasprdidas por inquemados:

QH = 9,5%Resto = 5,0%

Por lo que el rendimiento queda:

El ahorro de combustible ser:

Que supondr un ahorro de:

Ahorro energtico = 2.110.465 kWh(PCS)/ao

Que equivalen a = 163,35 tep/ao

Para un precio de gas natural de 2,6 c/kWh(PCS) se tiene un ahorro econ-mico de:

Ahorro econmico = 54.872 /ao

= 1-0,126-0,05 = 0,824 = 82,4%

= 1-0,095-0,05 = 0,855 = 85,5%

A = 1005,85

4,825,85

= 3,63%


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ECONOMIZADORES EN CALDERAS

Con esta medida se pretende aprovechar el calor contenido en los humos dela combustin que salen de la caldera para precalentar el agua de aportacin ala misma.

El ahorro por la instalacin de un economizador secalcular a travs de los rendimientos antes y des-pus de la mejora.

Normalmente, estos rendimientos se calculan porel mtodo indirecto.

Donde:

QPERDIDAS = QHUMOS + QINQUEMADOS + QPURGAS + QRADIACION

Al instalar un economizador lo nico que vara es QHUMOSpues disminuir la temperatura de salida de los humos.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao,el ahorro anual ser: AxC

Ejemplo: Instalacin de un economizador.

Una caldera de vapor de gas natural consume 6.000.000 Nm3/ao para gene-rar 9 t/h a 10 kg/cm2. El anlisis de la combustin tiene el siguiente resultado:

PCIQPERDIDAS1

f

ifA


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O2 = 3%

THUMOS = 200 C

Con estos datos y la Tabla 12, se obtiene: 16,3 kg/Nm 3

53,5 kcal/kg

Por lo tanto, las prdidas en los gases de la combustin:

QH = 16,3 kg/Nm3

53,5 kcal/kg = 872 kcal/Nm3

Este calor equivale al 9,69% del calor aportado (PCI gas natural = 9.000kcal/Nm3). El resto de prdidas se estiman en un 6% (prdidas por inquemados,radiacin y purga).

Se instala un economizador para aprovechar parte del calor que tienen los

humos. De esta forma se obtiene que a la salida del economizador la tempera-tura de los humos es de 180 C.

Las nuevas prdidas por humos sern:

QH = 16,3 kg/Nm3 48,03 kcal/kg= 783 kcal/Nm3

Que equivalen a un 8,7% del calor aportado

= 1-0,0969-0,06 = 0,8431 = 84,31%


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Ahorro energtico = 809.302 kWh(PCS)/ao




PRECALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTIN

El empleo de esta medida de ahorro energtico tiene como fin el aprovecha-miento del calor residual de los humos de combustin de la caldera para el pre-calentamiento del aire que ser empleado en dicha combustin.

Precalentador de Aire.

Cortesa de KALFRISA

= 1-0,087-0,06 = 0,853 = 85,30%

A = 10030,85

31,8430,85

= 1,16%


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Calderas

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El uso de precalentadores de aire en calderas, dado el bajo coeficiente glo-bal de transmisin de calor entre dos gases, slo se recomienda como ltimo

recuso y siempre que no se pueda utilizar la entalpa de los gases de salida paraprecalentar otro tipo de fluido (por ejemplo el agua de aporte de red).

El ahorro por la instalacin de cualquier equipo de este tipo se calcular a tra-vs de los rendimientos antes y despus de la mejora.

Normalmente, estos rendimientos se calculan por el mtodo indirecto.

Donde:QPERDIDAS = QHUMOS + QINQUEMADOS + QPURGAS + QRADIACION

Al instalar un recuperador para precalentar el aire lo nico que vara es QHU-

MOS pues disminuir la temperatura de salida de los humos de la caldera.

El ahorro ser:

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:

AxC

Ejemplo: Instalacin de un recuperador para el precalentamiento del airede combustin.

Una caldera de vapor de gas natural genera 15,5 t/h vapor a 12 kg/cm2 y con-sume 10.000.000 Nm3/ao. El anlisis de la combustin tiene el siguiente resul-tado:

O2 = 4%

THUMOS = 210 C

Con estos datos y la Tabla 12, se obtiene: 17,1 kg/Nm3

56kcal/kg

PCI

QPERDIDAS1

f

ifA

=


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Por lo tanto las prdidas en los gases de la combustin:

QH = 17,1 kg/Nm3 56 kcal/kg = 958 kcal/Nm3

Este calor equivale al 10,64% del calor aportado (PCI gas natural = 9.000kcal/Nm3). El resto de prdidas se estiman en un 6%.

Se instala un recuperador para aprovechar parte del calor que tienen loshumos en precalentar el aire de combustin. De esta forma se obtiene que a lasalida del recuperador la temperatura de los humos es de 180 C.

Las nuevas prdidas por humos sern:

QH = 17,1 kg/Nm3 47,83 kcal/kg = 818 kcal/Nm3

= 1-0,1064-0,06 = 0,8336 = 83,36%


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Calderas

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Que equivalen a un 9% del calor aportado







RECUPERACIN DEL CALOR DE PURGAS

La operacin de purga consiste en extraer slidos disueltos y en suspensin de

la caldera, ya que al vaporizarse el agua aumenta la concentracin de estos sli-dos en el agua que queda, lo que provoca problemas impor-tantes.

El agua evacuada en las purgas de las calderas de vaporest a elevada temperatura y presin. El calor contenido enel agua de purgas se recupera expansionndola en un tan-que y utilizando el lquido y el vapor producidos.

El ahorro obtenido gracias a la recuperacin de estecalor sera:

Recuperadores de calor de purgasCortesa de SPIRAXSARCO

Donde:

Q = Calor recuperado del condensado o purga

n = Rendimiento de la caldera

PCI = Poder Calorfico Inferior del combustible

= 1-0,09-0,06 =0,85 = 85%

A = 10085

36,8385

= 1,93%

combudkcalPCI

aokcalQA

./

/


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Ejemplo: Recuperacin del calor de purgas mediante expansin en un tan-que flash.

Una caldera de vapor de gas natural que trabaja 7.000 h/ao con un rendi-miento del 85%, produce 14 t/h de vapor a 12 kg/cm2. Se realiza una purga con-tinua de 450 kg/h. Esta purga se va a expansionar en un tanque para producirvapor a 3 kg/cm2 que ser enviado a proceso.

El vapor producido ser:

Por lo tanto, el calor recuperado ser:

Q= 343.226 kg/ao 650,1 kcal/kg =223.131.220 kcal/ao

De esta forma se estima que el ahorrode combustible ser:



Que equivalen a 26,25 tep/ao

PV=

( )

( ) aoh

kg

kcal

kg

kcal

h

kg

000.7

4,1331,650

4,1337,189450

=

343.226 kg/ao

A =

3000.985,0

220.131.223

Nm

kcalao

kcal

= 29.167 Nm3/ao


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Calderas

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CALORIFUGADO DE TUBERAS Y TANQUES

El ahorro producido por el calorifugado de lastuberas y tanques se realiza calculando la diferen-cia de prdidas de calor entre los elementos des-nudos y calorifugados.

Para calcular el calor perdido en accesorios seemplea el baco de Wrede (Tabla 40 del Anexo),teniendo en cuenta que una vlvula equivale a 1,8m de tubera y una brida a 0,3 m de tubera.

Instalacin de calorifugado de tuberas

Los codos, T, injertos, reduccionesequivalen en funcin del dimetro de latubera, a:

1-1,5 a 1 m de tubera2-5 a 1,5 m de tubera

5,5-10 a 2 m de tubera

Las prdidas de los elementos calori-fugados se calculan por el baco delsuministrador del aislamiento.

Para el clculo de las prdidas en tan-ques y depsitos se utilizan las Tablas 38y 39 del Anexo.

El ahorro ser:

Donde:

combudkcalPCI

ao

hH

h

kcal

A

.


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Ejemplo: Aislamiento de tuberas y vlvulas.

En una caldera de vapor de gas natural que funciona 7.200 h/ao existen 8 mde tubo de 70 mm de dimetro y 4 vlvulas sin aislar. La temperatura del exte-rior de los tubos es de 120 C y la temperatura ambiente es de 20 C. El ren-dimiento de la caldera es del 85%.

Se calculan las prdidas de calor en tuberas y vlvulas sin aislar a partir delbaco de Wrede (Tabla 40).

baco de Wrede

Qtubos = 3 m 280 kcal/m h = 840 kcal/h

Qvlvulas = 4 (1,8 m 280 kcal/m h) = 2.016 kcal/h

QTotal = 2.856 kcal/h

Se procede a colocar un aislamiento de 25 mm en las tuberas y en las vlvu-

las de forma que el calor perdido en ellos ser el calculado en los bacos de los

= Diferencia de prdidas calorifugado y desnudaH = Horas de funcionamiento al ao

= Rendimiento de la calderaPCI = Poder Calorfico Inferior del combustible


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Calderas

25

suministradores (Se va a suponer que las prdidas dadas por el suministradorson de 10 kcal/m h):

Qtubos = 3 m 10 kcal/m h = 30 kcal/h

Qvlvulas = 4 (1,8 m 10 kcal/m h) = 72 kcal/h

QTotal = 102 kcal/h






Ahorro econmico = 754 /ao

ELIMINACIN DE FUGAS DE VAPOR

Siempre que exista una fuga de vapor se tendr una prdida energtica. Parapoder realizar un ahorro energtico en este aspecto habr que localizar y elimi-nar las fugas de vapor existentes.

El caudal de vapor que sale por un orificio viene dado por la expresin:

Donde:

Q = Caudal de fluido que sale por el orificio [kg/h]

d = Dimetro del orificio [mm]

P = Presin manomtrica del vapor [kg/cm2]

K = Coeficiente de valor 0,35-0,45

A =

( )

3000.985,0

200.7102856.2

Nm

kcal

ao

h

h

kcal

= 2.592 Nm

3

/ao

( )1 2 += PPdKQ


29/220


26

Tambin puede emplearse la Tabla 45 para el clculo del caudal de vapor per-dido a travs de las fugas.

El ahorro de energa por eliminar las fugas de vapor ser:

Donde:

Q = Caudal de vapor que se pierde [kg/h]

H = tiempo que est la fuga de vapor [h/ao]

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud combustible]Ejemplo: Eliminacin de fugas de vapor.

En una caldera de vapor de gas natural se tienen unas fugas localizadas devapor. En total se han encontrado 10 fugas, 4 de 3 mm de dimetro y 6 de 5 mmde dimetro. La instalacin funciona 5.000 h/ao con una produccin especfi-ca de vapor de 12 kg/Nm3 a 8 kg/cm2 de presin.

De acuerdo con la Tabla 45 el caudal de vapor perdido ser:

X

HQA

= [ud. combustible/ao]


30/220

Calderas

27

Orificios de 3 mm: 27 kg/h

Orificios de 5 mm: 75 kg/h

El caudal total de vapor perdido:

Q= 4 27 + 6 75 = 558 kg/h

El ahorro de combustible por eliminar las fugas de vapor ser:



Que equivalen a = 209 tep/ao



MANTENIMIENTO DE PURGADORES

Un purgador de vapor es una vlvula automtica instalada en una conduccinde vapor para eliminar los condensados y el aire.

Los purgadores actan en funcin de diversosparmetros fsicos, pudiendo ser estos parmetrosde tipo mecnico como la densidad, termostticoen base a diferencia de temperaturas entre el vapor

y el condensado y termodinmico en base a cambiosde fase.

Uno de los parmetros esenciales para el buenfuncionamiento de los purgadores y su mxima efi-ciencia es una correcta instalacin. Una vez com-probado esto, hay que establecer, como objetivoprioritario, un mantenimiento adecuado del mismo.

Purgador de vapor

Cortesa de Spirax Sarco

A =

312

000.5558

Nm

kgao

h

h

kg

= 232.500 Nm3/ao232.500 Nm

3/ao


31/220


28

Si Q es el caudal del vapor que se pierde por los purgadores, el ahorro ener-gtico por eliminar dicho defecto ser:

Donde:

Q = Caudal de vapor que se pierde [kg/h]

H = tiempo que est la fuga de vapor [h/ao]

X = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud combustible]

Ejemplo: Mantenimiento de los purgadoresPor los purgadores de una caldera de vapor de gas natural se ha estimado que

se pierden 40 kg/h de vapor. La instalacin funciona 7.000 h/ao con una pro-duccin de vapor de 12 kg/Nm3.

El ahorro por eliminar las fugas de vapor ser:






EXPANSIN DEL CONDENSADO DE ALTA PRESIN

Esta medida permite emplear el condensado de una utilizacin de vapor a altapresin para producir ms vapor a una presin inferior que podr ser utilizadoen otro punto del proceso productivo.

Se trata de expansionar el condensado a alta presin en un tanque para gene-rar vapor y nuevos condensados a una presin inferior. Estos nuevos condensa-dos pueden ser expansionados nuevamente en otro tanque y as sucesivamente.

X

HQA = [ud. combustible/ao]

A =

312

000.740

Nm

kgao

h

h

kg

= 23.334 Nm3/aoA =

312

000.740

Nm

kgao

h

h

kg

=


32/220

Calderas

29

En los sucesivos expansionados habr que llegar a un acuerdo entre el ahorroproducido por la expansin y el coste de la instalacin de nuevos tanques.

Para obtener el ahorro energtico se realiza un balance de masa y calor en eltanque de expansin.

El ahorro producido por el calor recuperado del condensado sera:

Donde:

Ejemplo: Expansin del condensado en un tanque flash.

En una instalacin que emplea vapor generado en una caldera de gas naturalse tiene un caudal de condensados 450 kg/h a 15 kg/cm2. Se quiere expansionareste condensado para producir vapor flash a 4 kg/cm2.

La produccin de vapor ser:

Por lo tanto, el calor recuperado ser:

Q = 653,4 kcal/kg 50,23 kg/h = 32.824 kcal/h

Si la caldera funciona durante 7.500 h/ao, con un rendimiento medio del85%, el ahorro de combustible ser:

[ ][ ]ecombustibldeUdkcalPCI

aokcalQA

./

/

=

Q = Calor recuperado del condensado = Rendimiento de la calderaPCI = Poder Calorfico Inferior del combustible

PV =

kg

kcal

kg

kcal

h

kg

7,1434,653

7,1436,200450

= 50,23 kg/h

A =

3000.985,0

500.732.824

Nm

kcalao

h

h

kcal

= 32.180 Nm

3/ao


33/220


30

que supondr un ahorro de:





RECUPERACIN DE CONDENSADOS

A.Tanque de condensados atmosfricoEl calor del condensado se recupera en un intercambiador o en un tanque

flash, donde se obtiene vapor que se puede emplear en el proceso productivo oen el precalentamiento del agua de aporte a la caldera. El calor del condensa-

do del tanque flash se puede recuperar en un intercam-biador de placas.

Al introducir el agua en la caldera a una temperaturasuperior a la del agua de red se obtiene un incremento del

rendimiento de la caldera, o lo que es lo mismo, un des-censo del consumo de combustible.

Como se conoce el rendimiento de la caldera se aplicala frmula directa para obtener la produccin especficade vapor [kg vapor/ud. combustible]

Depsito de condensados

Donde:

El ahorro de combustible sera:

PCI

HHX CV

=

= Rendimiento de la calderaX = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud. combustible]HV = Entalpa del vapor [kcal/kg]HC = Entalpa del agua de aporte a la caldera [kcal/kg]PCI = Poder Calorfico inferior del combustible [kcal/ud. combustible]

F

IF

X

XXA =


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Calderas

31

Donde:

XF = Produccin especfica de vapor despus de la mejora

XI = Produccin especfica del vapor antes de la mejora

Si la caldera consume C unidades de combustible al ao, el ahorro anual ser:A x C

B.Recuperacin de condensados a presin en instalaciones tipo circuitocerrado

Esta instalacin aprovecha el condensado a una presin intermedia entre lade utilizacin y la atmosfrica. Para ello, el tanque de alimentacin se encuen-

tra presurizado y se utiliza una bomba de alimentacin a caldera capaz de tra-bajar a dicha presin.

El ahorro se calcula aplicando el mismo mtodo que A pero HC ser la ental-pa del condensado correspondiente.

C.Recuperacin de condensados a presin en instalaciones tipo circuitosemi-cerrado

Esta instalacin aprovecha el condensado a la presin de utilizacin expansio-nndolo en un tanque flash, produciendo vapor a baja presin que se utiliza en

el proceso y el condensado resultante se introduce a la caldera a dicha presin,utilizando una bomba de alimentacin a caldera capaz de trabajar en dichascondiciones.

Para el clculo del ahorro:

- Por aumentar la temperatura del condensado, se utiliza el mismo mtodoque A.

- Por la produccin de vapor flash, se utiliza el mismo mtodo la recupera-cin del calor de purgas.

D. Instalacin de una Unidad de Recuperacin deCondensados (U.R.C.)

Una U.R.C es un conjunto formado por: Circuito en bucle conbomba de recirculacin, termocompresor, refrigerador deajuste, eliminador de aire y elementos de medida, capaz detomar el condensado de la propia lnea de condensados yenviarlo directamente a la caldera.

U.R.C. Cortesa de Valsteam Engineering


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32

Este conjunto aporta las ventajas siguientes:

- Al enviar el condensado directamente a la caldera desaparecen las prdi-

das por revaporizacin, con lo que hay un ahorro importante de combusti-ble.

- El hecho de no pasar por el depsito de condensados, tener toda la insta-lacin a presin y de existir una desaireacin continua, mejora el coeficien-te de transmisin en los aparatos consumidores de vapor, acorta los tiem-pos de calentamiento y mitiga la presencia de oxgeno en las conducciones,lo que reduce en gran medida las corrosiones de las mismas, evitando laadicin de hidracina u otros inhibidores de oxgeno.

- Todo el revaporizado es agua nueva a aportar, por lo que su desaparicinhace innecesaria dicha aportacin, reduciendo el consumo de agua y sucoste de tratamiento.

- Paralelamente, la menor adicin de agua nueva hace descender el ritmo deconcentracin de sales disueltas en el interior de la caldera, pudiendoespaciar las purgas de la misma con el consiguiente nuevo ahorro de aguay de combustible.

- En el caso de recuperacin total de condensados, la purga se hace terica-

mente innecesaria y bastara una pequea purga cada dos das para mante-ner perfectamente la salinidad adecuada en la caldera.

Ejemplo: Precalentamiento agua de aporte a caldera mediante vaporflash del tanque de condensados atmosfrico.

Una fbrica de fibras textiles dispone de una caldera de gas natural quegenera 5 t/h de vapor saturado a 5 kg/cm2 para su proceso productivo. Trasemplear el vapor en el proceso, los condensados se introducen en un depsitoatmosfrico en el que se evacuan 230 kg/h de vapor flash.

Se pretende aprovechar el vapor flash para precalentar el agua de aporte acaldera, de 17 C hasta 41,8 C.

El rendimiento de la caldera es del 86%, y la produccin especfica de vapores de 12,11 kg/Nm3 de gas natural.

Precalentando el agua hasta 41,8 C, la nueva produccin de vapor en la cal-dera se calcula aplicando la siguiente frmula:

PCI

HH

X

CV


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Calderas

33

Por lo que:

Si el consumo anual de combustible es de 19.203.810 kWh(PCS)/ao, el aho-rro obtenido es de:



Para un precio de gas natural de 2,4 c/kWh(PCS) se tiene un ahorro econ-

mico de:Ahorro econmico = 19.175 /ao

COGENERACIN CON TURBINA DE VAPOR A CONTRAPRESIN

Para instalaciones que precisen vapor a dife-rentes niveles trmicos, se puede pensar en unsistema de cogeneracin con turbina de vapor acontrapresin.

En una caldera de vapor se genera vapor a altapresin. Parte de este vapor es enviado a proce-so y otra parte a una turbina de vapor. De estaturbina se pueden hacer extracciones a las pre-siones que se requiera que est el resto del vapordel proceso.

Turbina de vapor. Cortesa ELCOGAS

= Rendimiento de la calderaX = Produccin especfica de vapor [kg vapor/ud. combustible]

HV = Entalpa del vapor [kcal/kg]HC = Entalpa del agua de aporte a la caldera [kcal/kg]PCI = Poder Calorfico inferior del combustible [kcal/ud. combustible]

30009

841656860

Nm/kcal.

kg/kcal,X,

X = 12,6 kg/Nm3 gas natural

El ahorro obtenido ser: 612

1112612

,

,,

A

= 3,9 %

( )


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34

Ejemplo: Cogeneracin con turbina de vapor a contrapresin.

Una instalacin que funciona 7.000 h/ao requiere 5 t/h de vapor a 15

kg/cm2, 3 t/h a 6 kg/cm2 y 3 t/h a 3 kg/cm2.El vapor proveniente de una caldera de vapor de gas natural a 15 kg/cm2 se

lamina para alcanzar las presiones de trabajo requeridas.

Se propone instalar una turbina de vapor a contrapresin en la que se reali-zarn extracciones a las presiones de trabajo requeridas. El rendimiento mec-nico de la turbina es del 97,5%.

La instalacin quedara del siguiente modo:

La potencia aprovechada en la turbina, suponiendo un rendimiento isoentr-pico de 0,65, ser:

Esta potencia podr ser empleada en, por ejemplo, generacin de energaelctrica. Si el rendimiento del alternador es del 96% la generacin elctricaser:

P = 975,0860

35,6288,666000.75,6348,666000.3

kWh

kcalkg

kcal

h

kg

kg

kcal

h

kg

= 415 kW

E.E. = 96,0000.7415 aoh

kW= 2.788.800 kWh/ao


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Calderas

35

CONVERTIDORES DE FRECUENCIA EN VENTILADORES DECOMBUSTIN Y BOMBAS DE AGUA DE

ALIMENTACIN DE CALDERASFrecuentemente, los ventiladores y bombas de agua de

alimentacin estn muy sobredimensionados, funcionandouna gran parte del tiempo en condiciones muy por debajo delas nominales. Por este motivo, el cortatiros y la vlvulaempleados para la regulacin del caudal trabajan en posi-cin muy cerrada durante todo el tiempo.

En la regulacin de dichas variables, gran parte de lapotencia absorbida por los motores de accionamiento seemplea en compensar la prdida de carga producida en elcortatiros y la vlvula.

Convertidor de frecuencia.Cortesa de OMRON

La sustitucin de estos sistemas convencionales por sistemas que realizan laregulacin de caudal, en base a la variacin de velocidad de los motores elc-tricos de accionamiento por medio de conversores de frecuencia, evita esta pr-

dida de energa.Cuando el rgimen de trabajo de una caldera de produccin superior a 25 t/h

vara frecuentemente, siendo durante mucho tiempo menor del nominal, el con-sumo de energa de los accionamientos del ventilador y de la bomba se puedereducir hasta un 70% y un 25%, respectivamente, de la energa consumida conlos sistemas de regulacin convencionales.

El pay-back de la inversin de este tipo de instalaciones se puede asegurarque, en la mayora de los casos, es menor de dos aos.

Ejemplo: Instalacin de un variador de velocidad para el ventilador de unacaldera

En el ventilador de una caldera de gas natural se han medido los siguientesparmetros:

% CargaPotencia

absorbida [kW]Caudal de aire

[kg/h]

100% 50 25.000

50% 30 11.500

15% 18 3.000


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36

La caldera trabaja 7.500 h/ao:

- 5.000 h/ao lo hace a un 50% de carga

- 2.500 h/ao lo hace a un 15% de carga

Como el caudal es de la forma Q = K N, para la carga al 50% se puede rela-cionar:

Como la potencia es de la forma P = K N3, para la carga al 50% se puede rela-cionar:

Operando de la misma manera para una carga de 15%:

El ahorro de energa obtenible sera:

A. Energtico = 170.454 kWh/ao


Para un precio de la energa elctrica de 7,3 c/kWh se tiene un ahorro eco-nmico de:


174,2500.11

000.25

2

1

2

1

2

1 N

N

NK

NK

Q

Q

275,10174,2 3

2

1

3

2

1

3

2

3

1

2

1

P

P

N

N

N

N

P

P

kWPP

P866,4

275,10

50275,10 2

2

1

En el caudal 33,8000.3

000.25

3

1

3

1 N

N

Q

Q

En la potencia 33

3

3

1

3

1 33,8N

N

P

P

Luego,

kWP 0865,033,8

5033


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Calderas

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Ejemplo: Instalacin de un variador de velocidad para la bomba de ali-mentacin de caldera.

En la bomba de alimentacin de una caldera se han medido los parmetrossiguientes:

La caldera trabaja 7.500 h/ao:- 5.000 h/ao lo hace a un 50% de carga

- 2.500 h/ao lo hace a un 10% de cargaEn base a la curva caracterstica de la bomba de agua de alimentacin de la

caldera se tiene:

La potencia absorbida en la situacin actual y teniendo en cuenta el variadorde velocidad, para caudales iguales:

% CargaPotencia absorbida

[kW]

50% 25

10% 20

Carga de la caldera 50%

Caudal de agua 15 m3/h

Actual H1 = 25 kg/cm2

Previsto (con variador develocidad)

H2 = 15 kg/cm2

1

1

1

10

HQP =

2

2

2

10

HQP =

12

21

2

1

H

H

P

P=

9,01

2 =

,

12

2

1 67,09,015

25PP

P

P==

- Al 50% de carga:

P2 = 0,67 25 = 16,75 kW

- Al 10% de carga:P3 = 0,67 20 = 13,4 kW


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38

El ahorro de energa obtenible sera:

A. Energtico = 57.750 kWh/ao


Para un precio de la energa elctrica de 7,3 c/kWh se tiene un ahorro eco-nmico de:


SUSTITUCIN DE UNA CALDERA ELCTRICA POR CALDERA DE

GAS NATURAL

Mediante esta propuesta de mejora se calcula el ahorroobtenido al sustituir las calderas elctricas de una fbricapor una caldera de gas natural.

Caldera de gas natural

Ejemplo: Sustitucin de calderas elctricas por calderas de gas natural

En una empresa textil se dispone de 23 calderas elctricas para calentar unfluido trmico (difenilo), que se demanda para el proceso productivo en esta-do lquido a (250 C y 2 3 kg/cm2) y en estado gaseoso (a 220 250 C y 0,5 0,6 kg/cm2).

La potencia total instalada en las calderas es de 847 kW, funcionando con ungrado de carga medio del 50%. Mediante el difenilo se obtiene energa trmi-ca a altas temperaturas que se precisa en diferentes puntos de consumo.

Se propone sustituir las calderas elctricas por una caldera de gas naturalque genere el fluido trmico a la mxima presin demandada, regulando latemperatura en cada punto de consumo mediante vlvulas reductoras de pre-sin y vlvulas de tres vas.

El consumo de las calderas elctricas, para un funcionamiento anual de 7.800

h/ao, es:847 kW 7.800 h/ao 0,5 = 3.303.300 kWh/ao = 826 tep/ao


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Calderas

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El rendimiento de las calderas elctricas para un grado de carga medio del50% es del 85%, por lo que la energa trmica generada es de:

3.303.300 kWh/ao 0,85 = 2.807.805 kWh/aoEl consumo de la caldera de gas natural para producir esta energa trmica

demandada, para un rendimiento de la caldera del 75%, es el siguiente:

2.807.805 kWh/ao / 0,75 / 0,9 = 4.159.711 kWh (PCS)/ao = 322 tep/ao

El ahorro energtico sera, por lo tanto de:

Ahorro energtico = 826 - 322 = 504 tep/ao

Ahorro econmico para un precio de energa elctrica de 7,8 c/kWh y gas

natural de 2,3 c/kWh:

A. Econmico =kWh

c

ao

kWh

kWh

c

ao

kWh 3,2711.159.4

8,7300.303.3 = 161.984 /ao


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RECUPERACIN DE LOSGASES DE COMBUSTIN


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INDICE

RECUPERACIN DE LOS GASES DE COMBUSTIN

1.- INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.- ECONOMIZADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

3.- ECONOMIZADORES A CONDENSACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

4.- CALDERAS DE RECUPERACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

4.1.- Tipos de calderas de recuperacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

4.2.- Criterios a seguir a la hora de seleccionar una calderade recuperacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

4.3.- Sobrecalentadotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .505.- CALENTADORES DE AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

6.- SISTEMAS BI-TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

7.- LIMPIEZA DE SUPERFICIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56


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...Recuperacin de los gases de combustin

43

1. INTRODUCCIN

Una vez que los gases de combustin han cumplido su misin principal, porejemplo la evaporacin del agua en una caldera de vapor, conservan una cargatrmica muy importante. Es por eso que ese calor de los humos se aprovecha

para otras acciones que consiguen incrementar el rendimiento del equipo encuestin.

Estas acciones son principalmente el precalentamiento del agua de aporte alas calderas, la generacin de vapor y el calentamiento del aire de combustin.

Al ceder su calor, la temperatura de los humos disminuye. Realizando unaaproximacin podra estimarse que una reduccin en la temperatura de loshumos de 20 C conlleva un incremento del rendimiento del 1%. Por esta razn,cabe pensar en reducir la temperatura de los humos al mximo. El punto deroco cido (en los combustibles que contengan azufre) y el de roco hmedomarcarn el lmite en la disminucin de la temperatura de los humos.

Para realizar la transferencia de calor desde los humos hasta el fluido seemplean diversos equipos:

- Economizadores

- Economizadores a condensacin

- Calderas de recuperacin

- Calentadores de aire

- Sistemas bi-transfer

2. ECONOMIZADORES

Son unos equipos intercambiadores de calor gas-lquido cuya misin principales elevar la temperatura del agua de alimentacin a costa de absorber calor delos humos. Existe un lmite del descenso de la temperatura de los humos paraevitar alcanzar el punto de roco cido.


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44

Pueden ser vaporizadores o no vaporizadores en funcin de que el agua puedaalcanzar o no su temperatura de saturacin.

Pueden disponerse en serie con la caldera o en by-pass.

Economizador en serie

Economizador en by-pass


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Recuperacin de los gases de combustin

45

Ejemplo: Precalentamiento del agua de entrada a caldera

En un horno a gas natural, los gases de escape tienen las siguientes caracte-

rsticas:T salida gases: 700 C

Porcentaje de O2 en gases: 6 %

Consumo de gas natural: 150 Nm3/h

De acuerdo a estos datos, se obtiene (ver tabla12):

Entalpa gases de escape: 194,3 kcal/kg

Caudal de humos: 19,1 kg/Nm3

Consumo de combustibleCaudal de humos: 19,1 kg/Nm3 150 Nm3/h = 2.865 kg/h

Se instala un economizador donde se introducirn los gases del horno, paracalentar el agua de retorno a una caldera. La temperatura a la salida del eco-nomizador de los gases es de 175 C.

Entalpa gases salida economizador: 46,1 kcal/kg (Tabla 12)

Por lo tanto, el calor transmitido al agua de retorno a caldera es:

2.865 kg/h (194,3 - 46,1) kcal/kg = 424.593 kcal/h

Siendo el rendimiento de la caldera es del 85%, el ahorro obtenido ser:

424.593 kcal/h / 0,85 = 499.521 kcal/h = 581 kW (PCI)

con recuperador

sin recuperador


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46

Para un funcionamiento de 4.000 horas al ao, se tendr un ahorro energti-co:

Ahorro energtico = 2.582.222 kWh(PCS)/aoQue equivalen a = 200 tep/ao

Se supone un precio de 2,1 c/kWh(PCS) para el gas natural por lo que se ten-dr un ahorro econmico de:


3. ECONOMIZADORES A CONDENSACIN

El empleo de combustibles limpios de azufre como el gas natural permite ladisminucin de la temperatura de los humos por debajo del punto de rococido.

En los economizadores a condensacin se intenta provocar en el interior delequipo la condensacin de una parte del vapor de agua para aumentar el rendi-miento. Se recupera as el calor latente de vaporizacin del agua condensada.

Los economizadores a condensacin se han concebido con objeto de recupe-

rar la mayor cantidad de energa posible de los gases que, procedentes de lacombustin de combustibles "limpios", salen de calderas, hornos o secaderos.

Su principio es simple. Bsicamente, consiste en condensar parte del vapor deagua que se forma en la combustin. Para ello es preciso que el agua a calentartenga una temperatura inferior a la de roco hmedo de los gases producidos enla combustin, de tal forma que las superficies de intercambio de calor entrelos gases y esta agua estn a temperaturas que permitan la condensacin. Alcondensarse el vapor de agua de los gases, cede calor al agua del interior de lostubos, que por tanto, se calienta.

Ejemplo: Economizador a condensacin

Una caldera es alimentada con gas natural. En el economizador de dicha cal-dera se obtienen los siguientes datos:

Temperatura de salida gases: 190 C

Porcentaje de O2 en gases: 7 %

Prdidas en economizador

(Prdidas de inquemados, purgas y radiacin): 3 %


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47

Temperatura entrada agua: 155 C

Temperatura ambiente: 20 C

Si se reduce la temperatura de entrada del agua a la caldera hasta 135 C(temperatura segura frente a corrosin), la nueva temperatura de salida de losgases es de 120 C. Calculando los rendimientos de la caldera, en las dos situa-ciones, de acuerdo a la Tabla 9:

Prdidas en gases de combustin situacin actual: 10,85 %

Prdidas en gases de combustin nueva situacin: 6,8 %

El rendimiento de la caldera para las dos situaciones resulta:

- Rendimiento situacin actual = 100 - 3 - 10,85 = 86,15 %- Rendimiento situacin futura = 100 - 3 - 6, 8 = 90, 2 %

El ahorro porcentual obtenido ser:

Si la caldera consume 2.500.000 Nm3/ao de gas natural, el ahorro obtenidoes de:


1002,90

15,862,90

= 4,5 %


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48


Se supone un precio de 2,1 c/kWh(PCS) para el gas natural por lo que se ten-

dr un ahorro econmico de:Ahorro econmico = 27.471 /ao

4. CALDERAS DE RECUPERACIN

Las calderas de recuperacin reciben los gases de escape de una combustiny aprovechan el calor de stos para generar vapor. Las calderas de recuperacinse proyectan para que la mayor parte del calor transferido sea por conveccin.

Por otro lado, teniendo en cuenta que el calor transmitido por conveccin estanto mayor cuanto ms ntimo sea el contacto de los gases con las paredes deltubo, las calderas de recuperacin se disean para obtener este contacto. Paraello hay que dar a los gases la suficiente velocidad para establecer el rgimenturbulento.

Entre las razones por las cuales es interesante la utilizacin de calderas derecuperacin se encuentran:

- El proceso de intercambio de calor en calderas de recuperacin es uno de

los de ms alto rendimiento.- Las calderas de recuperacin exigen una inversin menor que otros siste-

mas de recuperacin de calor.

- El control en las calderas de recuperacin se realiza fcilmente en base ala demanda y presin del vapor.

Las desventajas ms notables de este tipo de equipos son:

- Al utilizar agua/vapor como fluido portador de calor se exige una gran cali-dad del agua de alimentacin.

- En general, no es posible hacer descender suficientemente la temperaturade los gases; en consecuencia se requiere de un sistema adicional pararecuperar ese ltimo calor sensible en gases.

4.1 Tipos de calderas de recuperacin

Al igual que ocurre con las calderas de vapor convencionales, las calderas derecuperacin se pueden clasificar en:


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Calderas pirotubulares.

Son calderas similares a las pirotubulares normales, con algunas diferencias

en el diseo. Calderas acuotubulares

Responden al mismo diseo de las calderas convencionales, con la diferen-cia del predominio de la conveccin sobre la radiacin. Las hay de dostipos, de circulacin natural y de circulacin forzada. En estas calderas haymayor transferencia de calor en el lado del agua, pudiendo emplearse tubosde menor dimetro y menor espesor. Son interesantes, por lo tanto, enaquellos lugares donde haya limitaciones en cuanto al peso de la caldera y

en cuanto a la disposicin geomtrica. Calderas de recuperacin especiales

Por necesidades propias de la fbrica o por otro tipo de imperativo hay quedisear una caldera de recuperacin que podra encajar dentro de la clasi-ficacin de acuotubulares o pirotubular, pero con una serie de diferenciasimportantes que hace clasificarlas como especiales. Estas calderas corres-ponderan a diseos especiales y serviran para utilizar gases de proceso deindustrias qumicas o de otro tipo.

4.2 Criterios a seguir a la hora de seleccionar una caldera de recu-peracin

Para elegir un tipo u otro de caldera de recuperacin habr que seguir unaserie de criterios:

Criterios de eleccin para calderas pirotubulares:

- Sirven para aprovechar el calor de gases calientes o de lquidos calientes aelevada temperatura.

- Sirven para gases a altas presiones.

- Se suelen utilizar en aquellos casos en que es posible enviar la caldera com-pleta y finalizada de fbrica.

- Son, en general, ms fciles de limpiar y menos susceptibles de incrusta-ciones que las acuotubulares.

- En general, cuando se puedan utilizar ambos tipos de calderas, la pirotubu-lar es ms barata.

- Cuando la temperatura de llegada de los gases es elevada (500 a 1.000 C),la entrada de los tubos es bastante vulnerable.


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- Generalmente se produce una mayor prdida de carga en los gases que enlas acuotubulares.

Criterios de eleccin para calderas acuotubulares:

- Se pueden disear para cualquier presin.

- Se pueden emplear tubos lisos o tubos con aletas extendidas.

- Cuando los gases crean una transferencia baja o cuando slo es posible unapequea prdida de carga, dan ms rendimiento que las pirotubulares.

- Son ms tiles para gases a temperatura elevada y bajas presiones, ya que

se pueden montar en obra de acuerdo a las necesidades y disponibilidadesen fbrica.

- No son recomendables cuando las impurezas de los gases son muy incrus-tantes por la dificultad del soplado.

- Se producen en ellas menos fallos mecnicos que en las pirotubulares.

- Es posible construirlas con circulacin natural y con circulacin forzada.

- Ciertos diseos de acuotubulares pueden construirse con sobrecalentador,

calentador de aire y economizador.

4.3 Sobrecalentadores

Es posible utilizar sobrecalentadores en calderas de recuperacin. En las piro-tubulares estn situados en las cmaras de entrada a la caldera. Para gases atemperatura inferior a 700 C se colocan los sobrecalentadores directamentepor encima del flujo de gases; por encima de 700 C conviene que los sobreca-lentadores estn preparados para resistir la radiacin; es decir, la velocidad delvapor debe ser suficiente para refrigerar los tubos.

Con un diseo correcto para resistir la radiacin, el sobrecalentador puedellegar a funcionar con temperaturas de gases de hasta 1.100-1.200 C.

En las calderas acuotubulares es posible colocar el sobrecalentador en loshaces de tubos de conveccin, de forma que no se produzcan problemas desobrecalentamiento de los tubos debido a la radiacin.

Ejemplo: Sustitucin de caldera de vapor convencional por una caldera derecuperacin

En una fbrica hay un horno de gas natural, con las siguientes caractersti-cas:


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Consumo de Gas Natural: 562,6 Nm3/h

Porcentaje de O2 en humos: 7,5 %

Temperatura salida humos: 1.000 C

De acuerdo a la tabla 12, el caudal de gases ser de:

21 kg/Nm3 562,6 es Nm3/h = 11.815 kg/h

Los gases de escape se van a diluir con aire hasta una temperatura de 685 Cy un porcentaje de oxgeno del 12%, con lo que el nuevo caudal de gases es de18.379 kg/h. A continuacin sern introducidos en una caldera de recuperacinde vapor saturado de 12 bar(a), que sustituira la caldera de combustin actual.

La temperatura de salida de los gases de la caldera ser de 150 C.Calor transferido por los gases en la caldera ( interpolando en tabla 12 ental-

pas de gases):

Si el rendimiento de la caldera de combustin actual es del 87%, y funcionadurante 2.500 horas anuales, el ahorro obtenido es:

( )kg

kcal

h

kg4,383,181379.18 = 2.626.359 kcal/h


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5. CALENTADORES DE AIRE

Los calentadores de aire recuperan parte del calor de los humos para preca-lentar el aire de combustin por medio de un intercambiador de calor gas-gas.

Cuando se utilizan calentadores de aire se producen los siguientes efectos:

- Se reducen las prdidas de calor en los gases de combustin.Aproximadamente por cada 20 C de reduccin de la temperatura de dichosgases se obtiene un 1% de ahorro de combustible.

- Se aumenta la temperatura de la llama en la zona de combustin.

- Se reducen los excesos de aire.

Ejemplo: Precalentamiento del aire de comburente

Disponemos de una caldera de fuelleo, que produce un caudal de vapor de12.000 kg/h. Las caractersticas de la combustin del fuel oil son:

Porcentaje de oxgeno: 6 %

Temperatura salida humos: 220 C

Prdidas (inquemados, purgas y radiacin): 5 %

Temperatura entrada aire (T ambiente): 25 C

Se pretende instalar un calentador de aire con los gases de salida de la cal-dera, mediante tubos de vidrio de borosilicato, para obtener una temperaturade salida de gases de 150 C.

Nota: Siempre es mejor aprovechar los gases de escape para precalentar unlquido, ya que la transmisin de calor es mejor en el caso de gas - lquido.

Al instalar el calentador de aire, slo vara el calor evacuado en los humos(ver tabla11 combustin del fuelleo):

(57,4 - 6,2) kcal/kg 18,9 kg humos/ kg cble = 965,65 kcal/kg cble

(38,0 - 6,2) kcal/kg 18,9 kg humos/ kg cble = 601,02 kcal/kg cble


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PCI fuelleo = 9.500 kcal/kg, por lo que:


- Rendimiento situacin actual = 100 - 5 - 10,2 = 84,8 %

- Rendimiento situacin futura = 100 - 5 - 6,3 =88,7 %

El ahorro porcentual obtenido es:

La caldera consume 850 kg/h de fuelleo, y funciona una media de 4.500h/ao, por lo que el ahorro anual sera de:

Ahorro energtico = 2.606.788 kWh(PCS)/aoQue equivalen a = 159,5 tep/ao

Se supone un precio de 2,1 c/kWh(PCS) para el fuelleo por lo que se ten-dr un ahorro econmico de:

Ahorro econmico = 54.742,55 /ao

%20,1010065,965

500.9

=

%30,610002,601

500.9=

Ahorro = 1007,88

8,847,88

= 4,39 %


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6. SISTEMAS BI-TRANSFER

En los esquemas de intercambio de calor lquido-lquido, lquido-gas y gas-gas, ste ltimo es el ms desfavorable en cuanto a la transmisin de calor serefiere.

Los sistemas bi-transfer se componen de un circuito para un fluido trmico ydos intercambiadores de calor fluido - gas.

El sistema bi-transfer es especialmente til cuando se trata de realizar unintercambio de calor entre dos gases, como es el caso del precalentamiento delaire de combustin por medio de los gases de escape: En el primer intercambia-dor los gases de la combustin calentaran el fluido trmico y este calor del flui-

do sera transferido al aire en el segundo intercambiador. Por lo tanto se tienendos intercambios lquido-gas, mucho ms eficientes que el intercambio directogas-gas.

Los fluidos trmicos empleados habitualmente son el agua y aceites trmicos.El agua no se emplea por encima de los 200 C, debido a las elevadas presionesque impone.

Ejemplo: Sistema bi-transfer

Se dispone de una caldera de vapor con economizador, alimentada con gasnatural, con las caractersticas siguientes:

Caudal de gases de salida caldera: 15,74 kg/Nm3 cble

Porcentaje de oxgeno: 2,3 %

Temperatura salida de gases: 182 C


Prdidas inquemados: 0,2 %

Prdidas purgas y radiacin: 12,5 %Prdidas humos: 8,2 %

Se pretende instalar un sistema bi-transfer con fluido trmico para calentarel aire de entrada a la caldera mediante los gases de escape de la misma.

Al introducir los gases de escape en el intercambiador de fluido trmico, seva a reducir su temperatura hasta 130 C.

La temperatura de entrada y salida del fluido trmico al intercambiador va aser de 70 C y 155 C respectivamente.


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De manera que el nuevo calor de prdidas en los humos de la caldera ser elsiguiente (ver tabla 12, entalpa de gases de combustin):

15,74 kg/ Nm3 cble (34,63 - 6,6) kcal/kg = 441,19 kcal/ Nm3 cble

PCI gas natural = 9.000 kcal/ Nm3

Prdidas humos = 441,19 / 9.000 = 4,90 5,0 %El rendimiento de la caldera para las dos situaciones resulta:

- Rendimiento situacin actual = 100 - 12,5 - 0,2 - 8,2 = 79,1 %

- Rendimiento situacin futura = 100 - 12,5 - 0,2 - 5,0 = 82,3 %


Si la caldera consume 2.500.000 kWh(PCS)/ao de gas natural, el ahorro serde:

Ahorro energtico = 97.250 kWh kWh(PCS)/ao




Ahorro = 1003,82

1,793,82

= 3,89 %


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7. LIMPIEZA DE SUPERFICIES

En la combustin de combustibles slidos, lquidos o de gases "no limpios", seproducen habitualmente inquemados slidos, partculas no totalmente quema-das que se conocen con el nombre de hollines.

Estas partculas se depositan sobre las superficies de intercambio de calor,produciendo efectos nocivos, como son:

- Actan de aislante en la transmisin de calor, reduciendo as la eficienciade los equipos.

- Forman "costras" que se pegan a las superficies y que, normalmente, se

impregnan de cido sulfrico (cuando el combustible contiene azufre),favoreciendo la corrosin de las superficies metlicas.

Para un buen funcionamiento de los equipos es fundamental proceder peri-dicamente a la limpieza de las superficies de intercambio, eliminando los holli-nes que sobre ellas se depositan.

Ejemplo: Limpieza de las superficies de intercambio de una caldera

Una caldera cuyas condiciones de trabajo son las siguientes:

Porcentaje de oxgeno: 3 %

Temperatura salida de gases: 275 C


Prdidas (inquemados, purgas y radiacin): 3 %

Se somete a una limpieza, reducindose la temperatura de humos a 200 C.

El combustible utilizado es gas natura.

De acuerdo con la tabla 12:

(74,1 - 6,6) kcal/kg 16,3 kg humos/ kg cble = 1.100,25 kcal/kg cble(46,7 - 6,6) kcal/kg 16,3 kg humos/ kg cble = 653,63 kcal/kg cble

PCI gas natural = 9.000 kcal/Nm3, por lo que:

%22,1210025,100.1

000.9=

%26,710063,653

000.9=


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- Rendimiento situacin actual = 100 - 3 - 12,22 = 84,78 %

- Rendimiento situacin futura = 100 - 3 - 7,26 = 89,74 %


Si la caldera consume 5.000.000 kWh(PCS)/ao de gas natural, el ahorro serde:

Ahorro energtico = 275.000 kWh kWh(PCS)/ao




Ahorro = 10074,89

78,8474,89

= 5,52 %


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AISLAMIENTO


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INDICE

AISLAMIENTO

1. INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .612. TIPOS DE AISLANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

3. EL AISLANTE REFLECTANTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

4. AISLAMIENTO DE LOS DIFERENTES EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

4.1 Aislamiento de tuberas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

4.2 Aislamiento de accesorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

4.3 Aislamiento de superficies de depsitos abiertos . . . . . . . . . . . . .70

4.4 Aislamiento de equipos de recuperacin del calor de los gases . . . .71

4.5 Aislamiento de calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71


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Aislamiento

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1. INTRODUCCIN

Durante el transporte, almacenamiento o intercambio de calor de un fluidocalorportador, ste pierde parte de ese calor por la transmisin directa al aire atravs de las paredes de calderas u hornos, a travs de las paredes de tuberas

por las que son transportados y a travs de las paredes de los depsitos en queson almacenados.

Una cuantificacin aproximada y sencilla de esas prdidas de calor que se pro-ducen en los diferentes puntos se realiza a travs de tablas. A continuacin seindican las tablas en las que se pueden estimar dichas prdidas de calor.

Prdidas por paredes Tablas 30, 31

Prdidas en aberturas Tabla 32

Prdidas en superficies cilndricas Tablas 33, 34, 35, 37

Prdidas en superficies planas Tabla 36

Prdidas en depsitos Tablas 38, 39

Prdidas en tuberas y accesorios Tabla 40

Las prdidas de calor en otros equipos podrn resolverse como combinacinentre elementos cilndricos y planos.

Los aislantes se emplean para evitar, en gran medida, las prdidas de calorque se produce en los distintos puntos de una instalacin.

2. TIPOS DE AISLANTES

Una primera clasificacin de los aislantes se realiza atendiendo a la forma quetienen de transferir el calor. De esta manera se tienen:

- Aislantes en masa

Estos aislantes contienen pequeas bolsas de aire en su interior que, debido

a su baja conductividad trmica, presentan una gran oposicin al paso de calorpor conduccin. Estas bolsas, a su vez, son lo suficientemente pequeas como


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para evitar que se formen corrientes de aire que favoreceran la transferenciade calor por conveccin.

- Aislantes reflectantesUna de sus caractersticas principales es la alta reflexividad de estos aislan-

tes, por lo que reflejan la mayora del calor que reciben por radiacin, y su bajaemisividad permite que la emisin de calor por parte de estos aislantes debidoa la temperatura alcanzada sea despreciable.

Otra forma de clasificar los aislantes es atendiendo a la temperatura a la quevan a ser utilizados.

- Aislantes en masa para alta temperatura

Se consideran aislantes de alta temperatura los que realizan su trabajo a tem-peraturas supriores a 100 C. Se emplean para aislar calderas, redes de vapor,redes de agua caliente

Por encima de 1.250 C (hogares de calderas, hornos, secaderos) se emple-an materiales refractarios para realizar el aislamiento.


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Aislamiento

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- Aislantes en masa para baja temperatura

Son los aislantes empleados en construccin para controlar las condiciones

ambientales de edificios y economizar combustibles. Se utilizan desde tempera-turas negativas hasta a veces 100 C.

El problema de estos aislantes radica es la humedad que se produce comoconsecuencia de la condensacin o por la penetracin del vapor de agua en lamasa del aislante. Por lo tanto, para que un aislante sea efectivo a baja tempe-ratura necesitar una proteccin contra la penetracin del vapor de agua. Estaproteccin se denomina barrera de vapor.

A la hora de seleccionar un aislante u otro, habr que tener en cuenta variosfactores:

- Si se precisa aislante en masa o aislante reflectante.

- Conductividad trmica del aislante en masa.

- Emisividad del aislante reflectante.

- Campo de temperatura en el que ha de trabajar.

- Densidad en caso de aislante en masa.

- Resistencia a impregnarse de humedad.


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- Capacidad de secado rpido si se impregna de humedad.

- Estabilidad.

- Resistencia a la combustin.

- No desprender gases txicos en caso de combustin.

- Facilidad de colocacin.

- Resistencia al dao y al deterioro.

- Resistencia a la deformacin y contraccin.

- Facilidad para recibir un acabado exterior superficial.

- No ser peligroso para la salud durante su instalacin.- Capacidad para evitar la condensacin en su superficie, sobre todo en

ambientes en los que se pueden dar problemas de roco cido.

3. EL AISLANTE REFLECTANTE

Como se ha explicado anteriormente este tipo de aislantes tiene una altareflexividad que les permiten reflejar la mayor parte del calor que reciben por

radiacin, y una baja emisividad por lo que puede considerarse despreciable elcalor que emiten por radiacin debido a la temperatura que alcanzan.

Desde el punto de vista del poder aislante puede afirmarse que el aislamien-to reflectante puede ser tan efectivo o ms que el aislamiento en masa.

El poder aislante aumenta con el nmero y disposicin de las superficiesreflectantes colocadas en el camino del calor. Adems de la reduccin de trans-misin de calor por radiacin que se produce empleando estos aislantes, la colo-cacin de varias superficies reflectantes tambin reduce la transmisin de calorpor conveccin ya que se limitan las corrientes convectivas.


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Las ventajas de emplear aislantes reflectantes frente a los aislantes en masapueden resumirse en:

- Son menos pesados.- No absorben la humedad.

- Los aislantes en masa pueden absorber lquidos inflamables con el consi-guiente peligro de explosin o incendio.

Cabe mencionar que los aislantes en masa son ms resistentes a la corrosinque los reflectantes.

4. AISLAMIENTO DE LOS DIFERENTES EQUIPOS

4.1 Aislamiento de tuberas

El aislamiento de una tubera depender, en primer lugar de la temperaturadel fluido que vaya a transportar. Segn este criterio se tiene:

- Fluido a alta temperatura

Dentro de este grupo pueden encontrarse las redes de vapor o las de agua

caliente sobrecalentada. No son vlidos todos los aislantes encuadrados en elgrupo de aislantes en masa para alta temperatura, sino solamente aquellos enlos que el lmite superior exceda a la temperatura del fluido (ver aislantes paraalta temperatura). Por otro lado, dentro de los aislantes reflectantes, la adop-cin de lminas de aluminio con aislante en masa intermedio podra ser unabuena solucin.

- Fluido a media temperatura

En este grupo se encuentran las redes de condensados o las de aguas calien-tes. La mayor parte de los aislantes en masa para alta temperatura y la mayorparte de los aislantes para baja temperatura son vlidos para este caso. Dadoque la radiacin es pequea, por ser la temperatura del fluido media, no esimportante, en este caso, utilizar aislantes reflectantes.

- Fluidos a baja temperatura

Los fluidos fros en mquinas de generacin de fro industrial o el agua frapara la refrigeracin pueden ser dos ejemplos. Para este caso son vlidos todoslos aislantes en masa para baja temperatura. En cuanto a los aislantes reflec-tantes es aconsejable utilizarlos para reflejar la radiacin que pudiera llegar a

la tubera desde el exterior, tanto la radiacin solar como la emitida por otroselementos calientes de la fbrica.


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Una forma rpida para estimar el dimetro del aislante que se va a emplearen una tubera es utilizando la siguiente tabla.

En ella se relacionan dos variables geomtricas como los dimetros de latubera y del aislante y otras dos termotcnicas como la conductividad del ais-lante y la resistencia trmica deseada.

La resistencia trmica del aislamiento R se define como:

Ejemplo: Determinar el dimetro del aislamiento para una tubera.

Se quiere aislar una tubera de 90 cm de dimetro con poliestireno para con-

seguir que las prdidas de calor a travs de las paredes del conducto no super-en las 15 kcal/hm2. Para ello, la temperatura entre la superficie exterior de latubera y el ambiente no ser superior a 30 C.

A travs del aislante circular un flujo de calor:

por lo tanto, la resistencia trmica del aislamiento vale R = 30/15 = 2.

K

d

DLn

DR

=2

R

TQ

= ,


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La conductividad del aislante tiene un valor de K = 0,035 y el dimetro de latubera es d = 90 cm.

Se traza la recta que une R = 2 con K = 0,035 y donde corta la recta auxiliar

vertical (punto 0) se une, a su vez, con = 0,45 m obtenindose = 0,48 m.

que ser el radio del aislamiento.

Para evitar que el lquido que circula por el interior de las tuberas se conge-le o aumente su viscosidad, en ocasiones es necesario utilizar vapor para calen-tar la tubera. Si es un gas el que circula por la tubera este mtodo se empleapara evitar condensaciones de alguno de sus componentes. Puede ser preciso elcalentamiento con vapor en los casos siguientes:

- Temperatura ambiente inferior a la de congelacin del lquido.

- Lquidos que aumentan su viscosidad a temperaturas incluso no muy bajas.

- Gases que pueden condensarse y crear problemas asociados al roco cido.

En general, cuando se utiliza el calentamiento por vapor se debe utilizar unaislamiento para evitar prdidas de calor. En algunos casos el aislamiento puedeser suficiente para evitar los problemas anteriormente indicados y no es preci-

so el calentamiento con vapor.Ejemplo: Aislamiento de tubera

Se pretende aislar una tubera recta instalada en el exterior de un edificio,y que no est protegida del viento:

Dimetro exterior: 200 mm

Longitud de la tubera a aislar: 150 m

Temperatura de la pared exterior: 80 C


De acuerdo a la tabla 33, las prdidas de calor en la tubera son:

324 kcal/h.m 150 m = 48.600 kcal/h

Si aislamos la tubera, obteniendo un dimetro exterior de 300 mm y una tem-peratura de la pared de 40 C, las prdidas en la tubera sern (ver tabla 34):

65 kcal/h.m 150 m = 9.750 kcal/h

2

d

2

D


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La diferencia de prdidas es de 38.850 kcal/h.

Suponiendo que la generacin y distribucin del vapor tenga un rendimiento

de 78%, la energa ahorrada sera de 49.808 kcal/h, lo que equivale a 64,35 kW(PCS) de gas natural.

Considerando un funcionamiento anual de 5.760 h/ao, se tendr un ahorrode:



Para un precio de gas natural de 2,6 c/kWh(PCS) se tiene un ahorro econ-

mico de:Ahorro econmico = 9.637 /ao

4.2 Aislamiento de accesorios

Se van a estudiar las prdidas de calor en diferentes accesorios siguiendo lanorma alemana V.D.I. 2055.

- Vlvulas

En las siguientes tablas se incluyen las prdidas de calor correspondientes avlvulas colocadas en tuberas y expresadas en longitudes equivalentes de tube-ra, sin tener en cuenta las bridas.

Prdidas suplementarias debidas a los accesorios considerandolocales cerrados, no expuesta la instalacin al exterior.


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Aislamiento

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Prdidas suplementarias debidas a los accesorios considerando alaire libre la instalacin.

- Bridas

Si las bridas estn desnudas se considera que la prdida de calor es la terce-ra parte de la prdida en la vlvula del mismo dimetro de tubera. Si por elcontrario estn aisladas se considera que la prdida de calor es la misma que si

fuera una longitud igual de tubera.- Soportes de tuberas

Si las tuberas estn situadas en el interior hay que aadir el 15% de las pr-didas calculadas sin accesorios. Si estn situadas en el exterior y protegidas delviento hay que aadir el 20%. Si estn situadas en el exterior y no protegidas delviento hay que aadir el 25%.

- Anillos soporte del recubrimiento del aislamiento

Si la proteccin del aislamiento es de chapa de hierro o aluminio y la distan-

cia entre los soportes es de 1m, deben aadirse unas cantidades adicionales ala conductividad trmica del material aislante.


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4.3 Aislamiento de superficies de depsitos abiertos

En los depsitos que contienen lquidos calientes y que deben estar abiertosa la atmsfera, existe una gran prdida de calor a travs de la superficie libredel lquido. En estos casos suele ser conveniente aislar dicha superficie, crean-do una barrera superficial de bolas flotantes que suelen ser de una sustanciaplstica de baja conductividad trmica. Se pueden utilizar, por ejemplo, bolasde polipropileno, bien rgidas o bien de estructura rgida pero fcilmente aplas-table.

El sistema de carga del depsito condiciona la utilizacin de las bolas, al igualque el drenaje del mismo; sin embargo, siempre es posible llegar a un compro-

miso entre estos dos condicionantes y la utilizacin total o parcial de las bolasaislantes superficiales.

Ejemplo: Aislamiento de un depsito

Se pretende aislar un depsito de almacenamiento de fuel oil cilndrico y deeje vertical:

Dimetro: 2 m

Altura: 3 m

Temperatura de la pared exterior: 30 CTemperatura ambiente: 15 C

De acuerdo a la tabla 38, las prdidas de calor en el depsito son:

Cubierta y fondo: 1.433 kcal/h

Pared vertical: 1.040 kcal/h.m 3 m = 3.120 kcal/h

Por lo que las prdidas totales son de 4.553 kcal/h.

Si se asla el depsito, para alcanzar una temperatura de pared exterior de

25 C, las prdidas en la nueva situacin son:Cubierta y fondo: 641 kcal/h

Pared vertical: 451 kcal/h.m 3 m = 1.353 kcal/h

Por lo que las prdidas totales son de 1.994 kcal/h, y la diferencia de prdi-das es de 2.559 kcal/h.

Considerado que la generacin y distribucin del vapor tenga un rendimientode 82%, el ahorro obtenido ser de 3.121 kcal/h, que equivale a 4,03 kW (PCS)

de gas natural.


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Aislamiento

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Si la fbrica est en funcionamiento 5.760 h/ao, el ahorro obtenido ser de:




Ahorro econmico = 580 /ao

4.4 Aislamiento en equipos de recuperacin de

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Manual de Mejoras Horizontales. Energía Térmica