Un Manejo Racional del Vapor para Ahorrar Energa

AgendaIntroduccion y Objetivos Como sacar el mayor provecho del vapor que se genera en la caldera Perdidas de eficiencia debido al aire y a la humedad en el vapor Porqu es importante una correcta seleccin de la trampa? Como mejorar la eficiencia en equipos calentados con vapor Despedicio de vapor por fugas y sobrecalentamiento Reutilizacion del revaporizado y el condensado Conservacion de energia y monitoreo de consumo de vapor

Introduccin y Objetivos

Ahorro Potencial de Energia en el VaporPotencial estimado para la industria de USA(Fuente: The Alliance to Save Energy, US, - 2000)

Ahorro Potencial de Vapor %

Calderas- Eficiencia de la Caldera - Equipo de recuperacin de calor - Monitoreo y control de emisiones - Tratamiento de agua - Control de alimentacin Distribucin de Vapor & Retorno de Condensado - Fugas de vapor y trampas - Retorno de Condensado - Aislamiento Total

15 - 20% 1-5% 2-4% 2% 10-12% 3-5% 15-20% 3-5% 10-15% 5-10% 30-40%

Caldera Ahorro de energaPresion de Operacion Vs. Presion Nominal Temp. gases y Exceso de aire

Incrustaciones & Tratamiento de Agua

Eficiencia del Quemador Control de nivel de Agua Purga

Retorno de Condensado & Temp. de Alimentacion de agua

Trampa de vapor que falla abierta

Trampa de vapor inadecuada

Puesta en marcha

Trampa que no fue reemplazada

Corrosin permanente

Recuperacin de condensado

*

Antes

&

Despus

Costo de produccion de vaporCosto de referencia del combustible en la generacin de vapor

Energa requerida para producir vapor en funcin de la presin y la temperatura del agua de alimentacin a la caldera. La Tabla 2 da el contenido de energa por unidad comercial de la mayora de los combustibles usados en la generacin de vapor

Precios de combustibles en Per

Costo del vapor con referencia al combustibleCombustible: Gas natural. Precio $ 3.85 / MMBtu = $ 0,385 / therm 1 therm = 100 000 Btu Presion de vapor: 150 psig, Temperatura del agua de alimentacin: 230 F.

Costo del vapor, 150 psig = $ 0,385 / 100 000 * 1 000 * 998 (BTU/lb) * (100/81.7) Costo del vapor a 150 psig: $ 4,70 / 1 000 lbs.

Costo del vapor, 100 psig = $ 0,385 /100 000 * 1 000 * 991 (BTU/lb) * (100/81.7) Costo del vapor a 100 psig: $ 4,67 / 1 000 lbs.

Prdidas de vapor en trampas que fallan abiertasEn sistemas que no han sido mantenidos durante 3 a 5 aos, se encuentran fallas entre el 15% y el 30% de la poblacion de trampas. Estas trampas dejan escapar vapor vivo a las lineas de retorno de condensado. En sistemas con un programa de mantenimiento de trampas adecuado las fallas dismuyen a un 5 % de la poblacion de trampas.

Para fines prcticos considerar el 50 % de la cantidad de vapor

Ejemplo: Prdida en una trampa de vaporCosto del vapor: $ 4,67 / 1000 lbs Una trampa TD de pulg tiene un orificio equivalente de 1/8 pulg Presin 100 psig Perdida de vapor por la trampa descargando a la atmsfera: 52.8 lb/h Estimar el 50 % del valor anterior Operacin anual: 8400 hs Prdida de vapor por ao: 26.40 lb/h * 8400 h/ao = 221.760 lbs vapor Costo de vapor perdido: 221,760 lb * $ 4,67 / 1000 lb = $ 1.035,62

Aprovechar todo lo que se pueda en la caldera

Temperatura del agua de alimentacin de caldera - Oxgeno14

Temp.12

Solubility [ppm] 12.7 11.3 10.1 9.1 8.3 7.5 7.0 6.5 6.0 5.6 4.8 3.9 2.9 1.6 0.9 0.0

10 Solubility [ppm]

8

6

4

2

0 0 20 40 60 Tem perature [C] 80 100 120

[C] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 95 100

La reduccion de los niveles de Oxgeno y Dixido de Carbono en la caldera, disminuye el ataque corrosivo. El nivel ptimo de Oxgeno es alrededor de 1 ppm y de Dioxido de Carbono 0 ppm. Otro beneficio de los desaereadores es la reduccion del shock termico en la caldera cuando la temperatura de alimentacin es de 85 C o superiores

Temperatura baja en el agua de alimentacin

Aumenta la solubilidad del oxigeno en el agua Aumento de la corrosion Mayor demanda de sulfito de sodio Mayor consumo de combustible

Tanque de alimentacin de agua atmosfrico

Tanque de alimentacion con cabeza deaereadora VenteoCabeza desaereadora. Condensacion del flash Sistema de Control de Nivel

Agua de reposicin Vapor flash de la purga Retorno de Condensado

Sistema de Control de Temperatura

Recirculacion

A caldera

Cabeza deaereadora

Deaereadores - BeneficiosNiveles de concentracin reducidos de Oxigeno y Anhdrido Carbnico en la caldera reducen el ataque por corrosin.

Otro beneficio de los Deaereadores es que reducen el shock trmico en la caldera porque la temperatura del agua de alimentacin es de 108 C -o mas, a diferencia de la utilizacin de un tanque de alimentacin atmosfrico donde el agua estar a unos 85 C en promedio.

Retorno de condensado

Cantidad de calor contenida en el vapor y en el condensado.

Retorno de condensado El contenido de calor en el condensado es equivalente a un 20% o 25 % del calor contenido en el vapor. El condensado es agua tratada y de esta manera los costos por tratamiento de agua disminuyen. Disminuyen tambien los costos de agua de reposicin y vertimiento de efluentes. Usualmente se puede decir que el costo del condensado es un tercio del costo directo de generacin del vapor Recuperar el condensado significa disminuir entre un 10 - 15% los costos de combustible

Seleccion de la presin de trabajoEl sistema de distribucion es el link entre la caldera y los sitios de utilizacion de vapor. Se requiere el flujo necesario de vapor de buena calidad y a la presion correcta. Las perdidas deben ser minimas y el costo de capital lo mas bajo posible Presin requerida en los puntos de utilizacin Caida de presion a lo largo de la tuberia debido a la resistencia al flujo (friccin) Prdidas de calor en la tubera

Seleccion de la presin de trabajoLas prdidas de eficiencia provienen del aumento de las prdidas por radiacin y conveccin Tambien hay prdida de eficiencia cuando se afecta el ttulo del vapor producido en la caldera La presin de operacin de la caldera tiene un impacto definitivo en la calidad del vapor y la posibilidad de arrastre Una caldera esta diseada para proveer un vapor saturado seco al 99.5 %. Esto significa que entere un 0.5 y un 1 % del producido en la caldera ser agua, no vapor

Presin de operacin de la caldera

Presin de diseo Menor vol. especfico Mayor rea de separacin Vapor seco Velocidad apropiada

Presin mas baja Mayor vol. especfico Area de separacin menor Menor calidad en el vapor Mayor velocidad

Vapor, a qu presin ?Operar la caldera a la presin recomendada por el fabricante Distribuir el vapor a esta presin En los sitios donde se requiere una menor presin utilizar estaciones reductoras de presin

Arrastre de aguaValvula corona Separador Vapor a la planta

Dreanaje

El agua en un sistema de vapor significa:Golpe

de ariete en el rendimiento

Reduccion

Contaminacion

Aumento de la demanda de vaporCuando hay aumento en la demanda, la caldera no puede sostener la presion La presion cae, aumenta la revaporizacin del aguaPresion bar g 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Vapor Flash kg 0 46 72 101 132 168 210 262 300

Minimizar las purgas en calderas

Purga Automtica de fondo

Control de SDT

Minimizar las purgas en calderas A medida que el agua se evapora en la caldera, los solidos se concentran. Los SST forman lodos o sedimentos en la caldera, degradando la transferencia de calor. Los SDT facilitan la espumacin y el arrastre de agua. La purga de fondo se usa para reducir los niveles de slidos suspendidos. Una purga en exceso desperdicia energa, agua y qumicos. Las purgas tpicamente- estn entre un 4% y un 8% del agua de alimentacin, pero pueden llegar al 10% cuando el agua de reposicin tenga contenidos altos de SDT. Los Controles Automticos aseguran el nivel de purgas correcto evitando depender de un control manual. 2% en la Reduccin de la Purga = 0.25% de ahorro de Combustible

Colectores de vapor

Colectores de vapor

Velocidad Ideal = 5 a 8 m/s

Colectores de vapor

Humedad, aire y sus efectos en la productividad del vapor

Una pregunta:

Si utilizamos vapor saturado, como podemos asegurar que el vapor tiene una buena calidad?

Respuesta: Separador de humedad

Vapor Humedo

Vapor Seco

Separador S3

Salida de Condensado

Efecto de la humedad en el vaporEjemplo: Un proceso requiere 4,645,000 Btu/hr Se dispone: vapor a 30 psig @ 274 F @ 100% Saturado seco, el vapor suministra 929 Btu/lb Flujo de vapor en el proceso 5,000 lb/hr @ 90% Fraccion de sequedad, vapor suministra 836 Btu/lb Ahora el proceso consume 5556 lb/hr Un incremento del 11% @ 80% Fraccion de sequedad, el vapor suministra 743 Btu/lb Ahora el proceso consume 6251 lb/hr Un incremento del 25%

Consecuencias de un vapor humedo:

Golpe de ariete Sistemas inseguros Fugas Tiempos muertos Fallas prematuras en el sistema

Beneficios por el uso del separador

Mejora la calidad del vapor Reduce costos de mantenimiento y tiempos muertos Incrementa la vida til de la planta y vlvulas. Elimina riegos por golpe de ariete No requiere mantenimiento

Donde ubicar el separador?Salida de calderas Tuberas de distribucin Antes de las VRP Antes de las vlvulas de control Sistemas de aire comprimido

Vapor saturado seco

El flujo ideal: solo vapor saturado

Vapor con gotas de agua en suspensin

El flujo real (I): humedad en suspensin

Vapor con presencia de condensado

El flujo real (II): humedad y arrastre de condensado

Golpe de ariete

El caso crtico: Golpe de ariete

Consecuencia de un golpe de ariete

Golpe de ariete

Consecuencia de un golpe de ariete

Una tuberia con vapor a 10 psi

Drenaje de tuberas

Inclinacin 1/250

Vapor Elevacin 30 - 50m Puntos de drenaje Flujo vapor

Puntos de drenajeSeccinVaporCondensado

CorrectoTrampa Bolsillo SeccinVapor

Trampa

Dimensionamento

Descarga libre DIAMETROS CORRESPONDENTES D1 D2 2 2 2.1/2 3 4 5 2.1/2 3 3 3 1

Linea colectora de condensado

6 8 10 12 14 16 18 20 24 4 6 6 8 8 8 10 10 10 2

DN2 3/4 DN1

1 1/2 Generalmente 1/2

L en mm. para todas las medidas, utilizar como mnimo 250

Puntos de drenajeDrenaje Intermedio (cada 30 metros para vapor saturado)

Puntos de elevacin y descenso

Bolsillo colector de condensado

Cual es el Correcto?

Conexin de las derivaciones

Vapor

Vapor

Condensado

Incorrecto

Correcto

Drenaje de una derivacin

Tubera principal Vlvula de Control

Conjunto de Trampa .

Ramificaciones

Reducciones concntricas y excntricas

Reducciones concntricas

Eliminacin del agua y del aireSolucin a los problemas de agua y aire Trampas de vapor (eliminar condensado) Venteadores de aire (eliminar aire y gases incondensables) Son vlvulas automticas que abren en presencia de condensado o aire y cierran con vapor

Agua en el vapor La presencia de agua en el vapor disminuye la entalpa,

afectando la trasferencia de calor.Una pelcula de agua de 0,25 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que:

-

Pared de cobre de 130 mm Pared de hierro de 17 mm

Adems, las gotas de agua arrastradas por el vapor producen erosin.

Tipos de trampas Tipos de trampasTermostatica Termostatica

Termodinamica Termodinamica Balde Invertido Balde Invertido

Flotador Flotador termostatica termostatica

Aire en el vapor

El aire es un mal conductor del calor, como tal:

Una pelcula de aire de 1 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que:

Pelcula de agua de 25 mm Pared de hierro de 1.700 mm Pared de cobre de 13 metros

Venteador de aire en el extremo de una tubera

Venteador termostatico de aire

Trampa de vapor

Extremo final de una lnea de vapor

Separador de gotas

Vapor hmedo

Vapor seco

Baffles Baffles

Condensado Condensado

Influencia del aire en la temperaturaTenemos una mezcla : 25 % Ar - 75 % Vapor A una presin de 1 barg (14.7 psig) Temperatura deseada 120 oC

Aplicando la LEY DE DALTON(en una mezcla de gases la presion total es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes)

PAbs = % Aire x PAbs + % Vapor x PAbs % Vapor x PAbs = 2 (25 % x 2) = 1.5 bara % Aire x PAbs = 0.5 bara Presin parcial del aire = 0.5 bara Presin parcial del vapor = 1.5 bara Temperatura correspondiente = 111 oC

Influencia del aire en la temperatura del vapor

111 oC

Donde se ubica el aire?El aire es empujado por el vapor

Aire confinado

Localizacin del venteador de aire

Venteo de aireSustancia a calentar Capa estancada IncrustacionesAire Condensado

Perfil de temperatura

Vapor

Pared metalica

Venteo

Marmita enchaquetada

Fuentes de aire El aire puede estar presente en el sistema de distribucin y en los equipos calentados con vapor debido a: El vaco resultante por el apagado de las calderas o paros en los procesos. Alimentacin de agua en la caldera con O2 (tratamiento incorrecto).

Aplicaciones tipicasCabezales de vaporTerminal de un cabezal de distribucion

Vapor

Vapor

Venteo

Marmita

Beneficios al eliminar el aire en los equipos calentados con vaporTransferencia de calor eficiente. Ahorro de energia y mejora de la productividad. Mejora el rendimiento en procesos donde la temperatura es critica. Reduce la corrosion. Mejora la calidad del producto permitiendo un calentamiento uniforme. Reduce el mantenimiento en los equipos.

Limpieza en el Vapor

La suciedad en el vapor es causada por:

Arrastre de slidos del agua de caldera Corrosin en tuberas Restos de soldadura Exceso de material en juntas Productos para sellado de roscas

Filtros Y

Entrada de vapor

Filtros Y

Entrada de vapor

Material en una malla de un filtro Y

Seleccion correcta de las trampas de vapor

Trampa de vapor

Dispositivo automtico que permite separar el vapor del condensado.

Algunos tipos de trampas pueden descargar aire (incluyendo gases no - condensables) en la medida que estn presentes.

Una trampa operando correctamente no permite la descarga de vapor a travs de ella.

Para que necesitamos trampas?

Eliminar aire; Remover el condensado; Eficiencia trmica; Confiabilidad

Trampa de vaporCONCEPTO: Dispositivo que libera automaticamente el condensado, sin perder VAPOR.

CONDICION BSICA DE FUNCIONAMENTO:

P1 > P2

Presion

Presion

Presion

Diferencial

Diferencial

Diferencial

Tipos de accionamiento1- Mecanicos:a) De Flotador; b) De Balde Invertido.

2 Termodinamicos:a) De Flujo Simple; b) De Flujo Distribudo.

3 Termostticos:a) Bimetlico; b) Expansion Lquida; c) Presion Balanceada.

Seleccin de una trampa

Qu tipo de equipo se va a drenar ? Hay aire (y gases no condensables) presente/s en el sistema? El proceso se ver afectado por un drenaje inadecuado? Cules son la presin (psig) y la carga de condensado (lbs./hr.)?

Aplicaciones v.s. Caractersticas

Gua para seleccionar una trampa

Seleccin y dimensionamiento

Aplicacin: Drenaje de tuberiasFactor de Seguridad: Presin Diferencial: Trampa tpica: x2 100 % 1/2 o 3/4 baja capacidad

Estacin de trampeo tpica

D H

Dimetro D 1/2 a 4 5 / 6 y mayores

Dimetro de la Pierna Igual dimetro a D 2 a 3 dimetros menor al dimetro de la tubera, pero nunca menor a 4

Altura de la Pierna HArranque autom.: H = 28 min. Arranque supervizado H = 1-1/2 veces el dim. De la tuberia, pero nunca menor a 8

Seleccin y dimensionamiento Aplicacin: ProcesosSin control modulante : Control modulante : Presin < 30 psig: Presin > 30 psig: * Nota: Pierna de 18-24 para la trampa 100 % de la carga (FS=1)) @ 1/2 PSI de pres. diferencial *FS=3 @ max. presin dif. FS = 2 @ 100 % Pres. Dif.

Gua rapida para dimensionamiento

*Ver Hook-up Book, pgina 24

Seleccin y dimensionamiento, ejemplosAplicacin: Tuberia de vapor Datos: Vapor saturado 175 psi Tubera di. 10", Sch 40, Aislada Long. entre estaciones 200' Intermperie, Min. Temp. Ambiente 70F Asumir: Arranque autom., 12 Hrs., contrapres.5 psi Se pide: Carga de diseo (Arranque u Operacin) Factor de seguridad Mejor tipo de trampa Tamao de la trampa

Seleccin y dimensionamiento, ejemplos

Cont. Arranque: Pg. 10, Hook-up Book (169 lbs por 100 ft) X 2 = 338 lbs 338 lbs por 12 hrs = 338 lbs / 12 hr = 28 lbs/hr

Operacin: (66 lbs/hr por 100 ft) X 2 = 132 lbs/hr Factor de seguridad = 2 Carga de diseo: 132 lbs/hr X 2 SF = 264 lbs/hr Pres. Dif. = 175 5 = 170 psig Trampas elegidas: TD52L UTD52L 545 lb/hr 490 lb/hr

Seleccin y dimensionamiento, ejemplos

Aplicacin: Calentador de agua, I/C de carcaza y tubos Datos: Capacidad requerida: 5 millones Btu/hr Vapor sat. 75 psig a una vlvula de control modulante Drenaje de condensado por gravedad 14 de caida hacia la trampa, cabezal de condensado a 5 psig Se pide: Carga total de condensado, factor de seguridad Mejor tipo y tamao de trampa

Seleccin y dimensionamiento, ejemplos

Cont. Clculo de la carga : 5 mill. Btu/hr / 895 Btu/lb= 5587 lb/hr Factor de Seguridad = 3 Carga de diseo: 5587 X 3 = 16,761 lb/hr Pres. dif. = 75 5 = 70 psi Mejor trampa: Flotador & Termosttica 2 FTB-175

Mejorar la eficiencia en los equipos calentados con vapor

Reduccin de presinSe instalan vlvulas reductoras por: a) Necesidad Presin de diseo del equipo inferior a la presin disponible b) Eficacia Ahorro de energa si el proceso admite menor presin Mejora la calidad del vapor Aumenta la vida de los equipos

Sobrecaletamiento por reduccin de presion

100 psig 170 oC

20 psig 150 oC . 1189 BTU/lb

1189 BTU/lb

Orificio de paso en vlvula reductora de presin

Vapor Saturado a 20 psig Entalpa total 1166 BTU/lb Temperatura 126 C El exceso de entalpa (23 BTU/lb) recalentar el vapor a 150 C

En la prctica

El vapor muy raramente es 100% saturado seco. Primero se evaporar la humedad, cuando el vapor est saturado y seco, se recalentar. Esto depende de la cantidad de humedad que contenga En estos casos una reduccin de presin mejora la calidad del vapor, aumenta el ttulo.

Instalacin de una vlvula reductora de presinLa tuberia de descarga debe tener un diametro mayor que el de la valvula reductora debido al aumento del volumen espacifico en el vapor

Presion: 175 psig Presion reducida 60 psig Flujo de vapor 6000 lb/h Diametro de la VRP: 2 pulg (mx. capacidad 9900 lb/h) Diametro de la tuberia aguasarriba; 3 pulg Sch 40 (velocidad 5100 pie/min) Dimetro de la trubera aguasabajo: 4 pulg Sch 40 (velocidad 7000 pie/min)

Valvulas reductoras de presin preensambladas

Vlvulas reductoras de presin

Sistema sin retorno de condensadoSe requiere precalentar el agua

Tratamiento 15C

Agua

Tanque alim.

Equipo

Trampa

Drenaje Bomba de alimentacin

Sistema con retorno de condensado

Retorno de condensado a 90C

Tanque de alim. 90C

Equipo Trampa

Bomba de alimentacin

Bomba

Drenaje y elevacin del condensado

Remocin de condensado No 1

Sin vlvula de control y sin elevacin , no hay problema, asumiendo que:

Equipo

El condensado puede drenar a la presin atmosfrica.

La operacin es continua.

Trampa

Remocin de condensado No 2

Vlvula de control

Equipo

Si hay una valvula de control podran presentarse problemas de vaco cuando las cargas sean bajas.

Trampa

Remocin de condensado No 3

Vlvula de control

Adems de instalar un rompevaco, para remover el condensado con la trampa, se necesita:

Equipo

Trampa

Una cabeza de presin positiva Drenaje a la presin atmosfrica.

Remocin de condensado No 4Vlvula de control

Equipo: presin de vapor baja P1 Posible inundacin P2

Si el condensado se eleva despus de la trampa, el sistema

Contrapresin

puede inundarse. Esto ocurrir siempre que P2 sea mayor que P1

Trampa

Recuperacin de condensadoVlvula de control

Equipo Venteo

La bomba vence la contrapresin. El, o los, equipo(s)

Trampa(s) Recibidor Vapor

descargan el condensado al recibidor por gravedad.

Bomba

Cules son las necesidades?

Recuperar el condensado de todos los equipos que utilizan vapor. Reducir los costos de mantenimiento en bombas e intercambiadores.

Mejorar la calidad del producto reduciendo los rechazos. Reducir costos de precalentamiento del agua de make-up. Reducir costos de agua, tratamiento quimico y alcantarillado. Mejorar el rendimiento de la caldera

Beneficios La recuperacin de condensado evita: - Exceso de purgas - Prdidas de energa - Consumo elevado de agua de make-up - Precalentamiento del agua de alimentacin - Temperaturas en el producto inestables - Problemas de calidad en el producto - Corrosin excesiva - Golpe de ariete: daos y ruidos en el equipo

Bombas operadas por presin

Las bombas han sido diseadas teniendo en cuenta: La necesidad de manejar el condensado bajo cualquier condicin. Poder accionarlas con vapor, gas, o aire comprimido sin requerir motores elctricos, tableros ni switches de nivel, pudiendo operar en reas peligrosas. Eliminar problemas de mantenimiento causado por fugas en sellos mecnicos, y cavitacin.

Como funciona una bomba de condensado?

Retorno de condensado

Bomba Trampa APT14

Bomba Pivotrol

Retorno de condensado

Bomba Trampa APT14

Retorno de condensado

Bomba Pivotrol

Retorno de condensado AguaUn sistema de vapor retorna 10,000 lbs/hr de condensado. El sistema opera 8,000 hr/ao. El costo del agua y alcantarillado es de $0.002/gal, y el costo del tratamiento de agua se estima en una cantidad equivalente: $0.002/gal. Se asume un 12% de perdidas por vapor flash

Calcular el ahorro total por ao (Agua, alcantarillado y tratamiento quimico). Ahorro anual = (1 - % Flash/100) x (Condensado lbs/hr) x Operacin h/ao x (Costo agua $/gal) / (Densidad lbs/gal)

Ahorro anual = (1-0.12) x 10,000 x 8,000 x $0.004/ 8.34= $33.764,99

Retorno de condensado - CombustibleCondensado: 10000 lb/h El condensado se recupera a 180 F. El agua de reposicin est a 55 F Eficiencia de caldera 82 % Entalpia del condensado a 180F : 148 Btu/h Entalpa del agua de reposicion a 55F: 23 Btu/lb

Ahorro anual = (1-0.12) x 10.000 lb/h x (148-23) Btu/lb x 8000 h/ao x (1/0.82) x 10-6 MMBtu/Btu x $ 3,85/MMBtu = $41.317,00/ao

Retorno de condensado AguaRecuperacin potencial de condensado en una planta: 5,000 lbs/hr Operacin anual de la planta 7,200 hrs. Costo del agua de acueducto: US$ 0.57/m3 Costo del trat. quimico: US$ 0.18 /m3 Costo del agua tratada: US$ 0.75/ m3 Se asume un 12% de perdidas por vapor flash (88% de condensado neto) Densidad del agua, 2200 lb/m3

Calcular el ahorro de agua tratada por ao Ahorro anual = (1 - % Flash/100) x (Condensado lbs/hr) x Operacin h/ao x (Costo agua $/ m3 ) / (Densidad lbs/ m3)

Ahorro anual = (1-0.12) x 5,000 x 7,200 x $0.75/ 2200= US$ 10,800

Retorno de condensado - CombustibleCondensado 5,000 lb/h El condensado se recupera a 180 F (Entalpa: 148 BTU/lb) El agua de reposicin est a 68 F (Entalpa: 36 BTU/lb) Eficiencia de la caldera 82%

Energa en el condensado a recuperar: (1-0.12) x 5,000 lb/h x (148-36) Btu/lb x 7,200 h/ao x 1/0.82 x 10-6 = 4,327 MBtu/ao Se multiplica por 10-6 para expresar en MBtu.

A cunto equivale este ahorro de energia en trminos de combustible?

Retorno de condensado - CombustibleCombustible: Carbn mineral, Precio US$ 0.054 / kg ($ 120 / kg) Poder calorifico 24,200 Btu/kg Energa en el condensado a recuperar: 4,327 Mbtu / ao

Equivalente en combustible: (4,327 MBtu/ao) x (1,000,000 Btu / 1 MBtu) x (1 kg / 24,200 BTU) = 178,802 kg carbn / ao

Ahorro anual de combustible: 178,802 kg carbn x US $ 0.054/kg = US$ 9,655

Desperdicio de vapor por fugas y sobre calentamiento

Fugas de vapor

M L 2.8 6.0

L

Masa de vapor (kg/h), en funcin de la longitud de la pluma visible (m)

M L 0.53 d p2

0.8

Masa de vapor (kg/h), en funcin del diametro del orificio (mm) y de la presin del vapor (barg)

Control de fugas

Considerar el 50 % !

Control de fugas

Diametro 1 pulg pulg pulg pulg 1/8 pulg

USA, $ 9.50/1000 lb Colombia, $ 2.55/1000 lb $ 26083 / mes $ 14668 / mes $ 6519 / mes $ 1630 / mes $ 409 / mes $ 7000 / mes $ 3937/ mes $ 1750 / mes $ 438 / mes $ 110 / mes

Eliminar las prdidas por orificios

En un sistema que opera con la presion de 7 barg a travs de un orificio de 3.2 mm se desperdician 30 kg/h de vapor (180 ton/ao) Considerando un costo de US$ 5.61 / ton de vapor, esto equivale a una perdida real de US$ 1,009 por ao.

Combustible desperdiciado por sobrecalentamiento% Combustible Desperdiciado 70 60 50 40 30 20 10 0 1 0 2 3 4 30 48 60

Relacion de Sobrecalentamiento

% Desperdicio

Temp. Actual Temp.Deseada 100 TempActual Temp. Ambiente

Control de temperatura en tanques

Tanque aislado, diametro 1.8 m, altura 4.5 m. Temperatura 5C por encima de la temperatura minima aceptable. Desperdicia entre 7 y 15 Ton de vapor al ao.

Instalacion de separadores de humedad

En un proceso de calentamiento se pueden conseguir ahorros de hasta el 10% en el consumo de vapor cuando se mejora la calidad o titulo del mismo.

Uso de aislamiento trmico

100 pies de una tuberia de vapor de 6 pulg, a 105 psig, sin aislamiento pierden por radiacion 110 000 BTU/h Aislando la tuberia se reduce la prdida en un 90 %. Estos 99 000 BTU/h equivalen a 83 lb/h de vapor a 105 psig

Anlisis visual descarga a la atmsfera

Vapor

Trampa

Condensado Condensado + Vapor Flash

Aplicacin de estetoscopio industrial

Visores de flujo

Metodo ultrasnico con anlisis de datos

Detector de fallas por conductividad y temperatura

Reutilizacion del vapor Aprovechamiento del revaporizado

Vapor flashhff h = 277 Btu/lb = 277 Btu/lb hff h = 180 Btu/lb = 180 Btu/lb

60 psig 60 psig 500 lb/h de condensado 500 lb/h de condensado

0 psig 0 psig 50 lb/h vapor flash 50 lb/h vapor flash 450 lb/h condensado 450 lb/h condensado Exceso de calor = (277-180) = 97 Btu/lb Exceso de calor = (277-180) = 97 Btu/lb @ 0 psig, hffg = 970 Btu/lb @ 0 psig, h g = 970 Btu/lb Por esto se formaran (97/970) x 500 = Por esto se formaran (97/970) x 500 = 50 lb/h de vapor a 0 psig 50 lb/h de vapor a 0 psig

Recuperacion del vapor flash Recuperacion del vapor flashVapor flash de baja Vapor flash de baja presion presion

Tanque flash Tanque flash Mezcla de Mezcla de condensado/vapor flash condensado/vapor flash

Condensado Condensado

Uso del vapor flash Uso del vapor flashSalida Salida secundaria secundaria Vapor de alta Vapor de alta presion presion Vapor flash Vapor flash

Entrada Entrada secundaria secundaria Mezcla de vapor Mezcla de vapor flash/condensado flash/condensado

Recuperacin de vapor flash Cuando en un proceso se requiere vapor de baja presin se utiliza una estacion reductora de presion. Sin embargo, una alternativa de bajo costo es aprovechar el flasheo del condensado. El aprovechamiento del vapor flash es particularmente atractivo cuando el retorno del condensado a la caldera no es viable.

Calor que se puede recuperar con el aprovechamiento del vapor flash = 5 - 10% de la energia disponible en el vapor de AP

Recuperacin de vapor flash - EjemploVapor saturado a 100 psig Costo del Milln de Btu: US $2.24 En el sistema se necesita vapor de 15 psig. Determinar el ahorro de energia anual si se aprovecha el vapor flash producido por 5,000 lb/hr de condensado a 100 PSIG. La temperatura promedio del agua de reposicin a la caldera es de 70F

Entalpia del vapor a 15 psig: 1164 Btu/lbP = 15 #

Entalpia del agua a 70 F: 38 Btu/lb Operacin: 7,200 hs / aoP = 100 #

Ejemplo, cont.480 lb/h @ 15 psig

Vapor flash a 15psig: 5,000lb/hr x 0.096= 480 lbs/hr

Si este vapor se recupera y utiliza, el valor equivalente en energa es: 480 lb/hr x (1164 - 38) Btu/lb x 7,200 hr / ao = 3,891 MMBtu / ao

Ahorro anual = 3,891 MMBtu x US$ 2.24 / MMBtu = US$ 8,716

Recuperacin de vapor flash - EjemploVapor saturado a 100 psig Costo del gas natural: $ 3,85/MMBtu. En el sistema se necesita vapor de 15 psig. Determinar el ahorro de energia anual si se aprovecha el vapor flash producido por 5,000 lb/hr de condensado a 100 PSIG. La temperatura promedio del agua de reposicin a la caldera es de 140F.

Vapor flash a 15 psig: 5,000lb/hr x 0.096= 480 lbs/hr 480 lb/hr x (1164.9-108.0)Btu/lb x 8,760 hr/yr x 10-6 MMBtu/Btu x $3,85/MMBtu Ahorros anuales = $17.109,60

Precalentamiento con Vapor Flash

Condensadores de vapor flashCuando se reduce la presin del condensado saturado, se revaporiza (flashea) una porcin del lquido. Dependiendo de las presiones involucradas, el revaporizado contiene entre un 10 y 40 % de la energa inicial en el condensado. En muchos casos (tanques recibidores de condensado y deaereadores) este vapor flash es venteado y su energa desperdiciada. Un intercambiador de calor instalado en el venteo puede condensar este vapor flash y recuperar esta energa.

Energia que puede recuperarse por condensacin de vapor flash

Condensadores de vapor flash - EjemploTuberia de venteo de 4 pulg, Operacin: 8.000 h/ao Velocidad del vapor: 300 pies/min Eficiencia de caldera: 82% Costo de combustible: $ 3,85/MMBtu.

La energia recuperada es de 555 MMBtu basada en una operacin anual de 8760 h.

Energa recuperada por ao = 555 MMBtu/ao x (8,000/8,760) x (1/0.82) = 618 MMBtu

Ahorros potencial de combustible = 618 MMBtu/yr x $ 3,85/MMBtu = $2,379.00 / ao

Sumario Conservacion de la energa

Identificar y evaluar las prdidas

Costos del vapor Medicin de vapor Inspeccin Auditora

Costo del vapor Si el propsito es tener un costo real se deben incluir todos los gastos directos e indirectos de generacin y distribucin

Si el propsito es conocer el costo para vender el vapor, deben agregarse gastos administrativos y posiblemente- una utilidad

Si queremos evaluar los ahorros conseguidos por un uso mas eficiente del vapor nuestra principal preocupacin debe ser el costo del combustible

Costo del vapor para evaluar ahorros

Combustible: Agua y tratamiento qumico:

80% - 90% 20% - 10%

Una reduccin en la demanda de vapor puede tener efecto en la demanda elctrica (bombas, quemador, etc) pero son costos difciles de asignar, no muy relevantes que pueden ser justificadamente ignorados

Medicin y monitoreo de consumos

No puedes controlar aquello No puedes controlar aquello que no puedes medir que no puedes medir

Lord Kelvin

Problemas frecuentes que se perciben en una inspeccinProblemaDificultad en conseguir temperatura o rendimiento Golpeteo y ruidos en la tuberia

AnalisisAire entrampado, vapor humedo o tuberia subdimensionada Golpe de ariete, remocin de condensado

SolucinVenteos de aire, separadores, dimensionar tuberias Revisar trampeo, separadores, lay-out de tuberia Redimensionamiento de tuberias

Ruido, caida de presin, erosin de accesorios Tiempo de calentamiento excesivo

Tuberias subdimensionadas

Aire entrampado, remocin lenta del condensado, inundacin

Venteo de aire, bomba-trampa

Fallas en trampas de vapor

Mala seleccin, falta de mantenimiento

Seleccin correcta, monitoreo de trampas Vlvulas reguladoras de presin

Presintemperatura excesivas para el proceso, o seguridad

Necesidad de reduccin de presin

Formas de reducir el consumo de combustibleReduciendo la demanda de vapor. Eliminando fugas en trampas, bridas y conexiones. Reaprovechando el vapor flash. Recuperando el condensado

En general, con BBPP en el manejo del vapor