“eficiencia energetica y administracion de la demanda en...

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SEMINARIO DE CAPACITACION :SEMINARIO DE CAPACITACION :

LIMA, SEPTIEMBRE/ OCTUBRE DEL 2008LIMA, SEPTIEMBRE/ OCTUBRE DEL 2008

““EFICIENCIA ENERGETICA Y EFICIENCIA ENERGETICA Y ADMINISTRACION DE LA ADMINISTRACION DE LA

DEMANDA EN EL SECTOR DEMANDA EN EL SECTOR PRODUCTIVO”PRODUCTIVO”

ORGANIZADORES:ORGANIZADORES:

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TEMA: TEMA: EFICIENCIA DE CALDERAS Y EFICIENCIA DE CALDERAS Y

SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE VAPORVAPOR

ING. VICTOR ARROYO CHALCOING. VICTOR ARROYO CHALCO

INTRODUCCIÓN;

Oportunidades de ahorro de energía en sistemas de

vapor

PARTE 1: Ahorro de energía en calderas de vapor

• Por buenas prácticas de gestión

• Por mejoras tecnológicas

PARTE 2: Ahorro de energía en distribución de vapor

CONTENIDO:CONTENIDO:

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La experiencia nos dice que en toda planta se puede ahorrar energía en un sistema de vapor:• Calderas de vapor : 5% típico y hasta 18% en algunos

casos.• Redes de vapor y condensado : 5 a 10%

Los ahorros pueden lograrse de dos maneras:• Con buenas practicas de gestión (nulas o bajas

inversiones)• Introduciendo mejoras tecnológicas (inversiones

moderadas y altas)

OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGÍA EN OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE VAPORSISTEMAS DE VAPOR

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PARTE 1-A

AHORRO DE ENERGÍAEN CALDERAS DE VAPOR

POR BUENAS PRACTICAS DE GESTIÓN

(Baja o nula inversión)

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CONTROL DEL EXCESO DE AIRECONTROL DEL EXCESO DE AIRE

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Consiste en suministrar controladamente al quemador lacantidad mínima de aire para lograr una combustióneficiente.

Esta es la forma más efectiva de mejorar la eficiencia yahorrar energía en calderas.

• Es de fácil implementación.• Los ahorros son inmediatos.• Las inversiones son muy bajas o a veces nulas.• Debe realizarse periódicamente.

Para lograr una combustión eficiente con bajo exceso deaire es necesario:

Mantener una buena mezcla aire-combustible:

• Adecuada presión del combustible, aire y medio deatomización.

• Adecuada temperatura de atomización (Residuales).

Buen mantenimiento del sistema de combustión : bomba,regulador, calentador, cono, difusor, boquilla, etc.


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Los sistemas de control mecánico requieren de ajustes periódicos del exceso de aire por :

Fluctuaciones de la calidad del combustible.

Desajustes por la mismo movimiento y desgaste de los

elementos (varillas, pines, levas, válvulas, etc.)

Desajustes en los trabajos de mantenimiento.


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Equipos necesarios:

• Analizador de gases (O2, CO, temperatura)

• Opacímetro (Indice Bacharach 0 a 9).


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Procedimiento:

Ajustar la posición de la compuerta de aire y/o la válvula de combustible (pines, levas) en base al análisis de gases, hasta lograr parámetros deseados:


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0

50 max

10.2 min

3 max

GAS

400 max200 maxCO (ppm)

4 max3 maxOpacidad (IndiceBacharach)

12.8 min12.9 minCO2 (%)

4.0 max3.5 maxO2 (%)

RESIDUALDIESEL

COMBUSTIBLEPARAMETRO

Beneficios:

enores pérdidas de calor con el gas de chimenea.

ayor transferencia de calor.

ayor temperatura de llama y transmisión de calor

radiante.

educción de las emisiones de gases contaminantes

(NOx, SO ,CO).


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AHORRO DE PETROLEO AL REDUCIR EL EXCESO DE AIRE A 20%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Oxigeno en gas de chimenea (%)

Ah

orr

o d

e co

mb

ust

ible

(%

)

Temperatura del gas

200 ºC

300 ºC

400 ºC

500 ºC

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Para una adecuada mezcla con el aire, el combustible tiene que inyectarse al quemador a la presión requerida por el fabricante (ver manual).

Los combustibles pesados requieren además calentarse para bajar su viscosidad y lograr una fina atomización que permita mezclarse con el aire.

CONTROL DE LA PRESION Y TEMPERATURA DEL CONTROL DE LA PRESION Y TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE

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15


16

80 - 11570 - 8837.4 – 76.3Atomización copa rotativa

97 – 10581 – 8930 – 40Atomización por vapor

95 – 10981 – 9625.6 – 37.4Atomización por aire comp.

115 – 130100 – 1205.7 – 21.2Atomización por presión

Residual 500Residual 6

Temperatura atomización (°C)Viscosidad(cSt)

Tipo Quemador

Temperatura de atomización de combustibles


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PRESIONES DEL COMBUSTIBLE Y MEDIO DE ATOMIZACION PARAMETRO CALDERA

CLEAVER BROOKS

CALDERA DISTRAL

Presión del aire o vapor de atomización (psi)

12 (llama baja) < 25 (llama alta)

12 (llama baja) 13 (llama alta)

Presión del combustible para atomización (psi)

40 – 50 (inyección) 30 – 40 (retorno)

59 (llama baja) 58 (llama alta)

Nota : Las presiones pueden variar algo en función de la calidaddel combustible.


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rocedimiento:

•erificar presiones de inyección del combustible y aire en el manual de la caldera. •justar elemento regulador de presión de combustible.•justar termostato del calentador de combustible. •ontar con manómetros calibrados.

eneficios:

CONTROL DEL TIRO (PRESION DEL HOGAR)CONTROL DEL TIRO (PRESION DEL HOGAR)

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El tiro influye mucho en la combustión, eficiencia y conservación de la caldera.

En las calderas pirotubulares depende básicamente de la presión del aire del ventilador, temperatura del gas y altura de la chimenea.

Un excesivo tiro ocasiona:

• Alargamiento de la llama (puede lamer la pared posterior

de refractario).

• Incremento del exceso de aire.

• Deficiente combustión.

CONTROL DEL TIRO (PRESION DEL HOGAR)CONTROL DEL TIRO (PRESION DEL HOGAR)

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Procedimiento:

• Medir la presión estática a la salida de la caldera (chimenea). Una presión adecuada es aprox. 10 mmCA.

Si la presión es muy alta, puede deberse a:

• Ventilador entrega mucha presión de aire: chequear con el fabricante.

• Chimenea muy alta: instalar damper.

Si la presión es muy baja, puede haber suciedad en tubos.

OPERAR LA CALDERA AL 60OPERAR LA CALDERA AL 60--70% DE CARGA70% DE CARGA

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Las calderas presentan una eficiencia que no es constante en todo su rango de capacidad; tienen un pico de eficiencia que está entre el 60% a 70 % de su capacidad plena.

Carga (%)

Eficiencia (%)60 - 70 %

OPERAR LA CALDERA AL 60OPERAR LA CALDERA AL 60--70% DE CARGA70% DE CARGA

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Procedimiento:

En calderas con carga constante posicionar el fogueo en manual, a un nivel entre 60% a 70% del fogueo máximo.

Al seleccionar una caldera nueva, considerar que trabaje en promedio a su máxima eficiencia.

Cuando haya calderas de diferente potencia, usarlas de acuerdo a la demanda de vapor.

La reducción de la presión, a un nivel compatible conlas necesidades de temperatura, implica ahorros de combustible.

OJO: una reducción excesiva de la presión puede ocasionar problemas:

• Incremento del arrastre en la caldera.• Excesivas velocidades en las tuberías existentes.• Mal funcionamiento de trampas y otros dispositivos.• Menor transferencia de calor en los equipos de vapor.

RREDUCIR LA PRESION DEL VAPOREDUCIR LA PRESION DEL VAPOR

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EFECTO DE LA PRESION DE VAPOR EN EL RENDIMIENTO

5151.151.251.351.451.551.651.751.851.9

52

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Presión de vapor (psig)


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Procedimiento:

Ajustar el control del limitador de presión al nivel conveniente.

Indicador de presión diferencial

Tornillo de ajuste de presión principal

Indicador de presión principal

Tornillo de ajuste del diferencial

EscalasSwitch de mercurio

Reseteo manual

Diafragma Indicador nivelante

PunteroMarca Indicadora

MANTENER EN BUEN ESTADO EL SISTEMA DE MANTENER EN BUEN ESTADO EL SISTEMA DE COMBUSTIÓNCOMBUSTIÓN

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Recomendaciones de mantenimiento del sistema de combustión.1. Bombas• Verificar fugas, temperatura y presión de trabajo.2. Filtros• Verificar limpieza y buen estado.3. Calentador de combustible• Limpieza de tubos (eliminar borras).• Verificación de trampa de vapor del serpentín (usar filtro).• Chequeo del termostato y válvula reguladora de vapor de calentamiento.


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4. Válvula moduladora de combustible• Eliminar fugas.• Chequear fuelles, diafragmas, eje, etc.• Chequear leva moduladora: alineación, pines, etc.5. Ventilador de aire• Limpiar la malla de entrada de aire y el rotor del ventilador.• Engrasar rodamientos del ventilador y del motor.


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6. Quemador • Retirar el cañón, limpiar. • Limpiar regularmente las toberas con solventes. Cambiarlas cada 2 a 3 años como máximo.• Mantener limpia la fotocelda. • Mantener limpio y en buen estado el difusor de aire. Garantizauna buena mezcla aire-combustible.

INSTRUMENTO

Termómetro en chimenea X X

Medidor de vapor X

Medidor de combustible X X

Medidor de agua de aporte X

Analizador de oxígeno en chimenea X

Registrador de tiempo de operación X

Termómetro en el retorno de condensado X X

Analizador portátil de gases y opacímetro X

CalderasGrandes

Calderaspequeñas

MEJORA O IMPLEMENTACION DE MEJORA O IMPLEMENTACION DE INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION

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MANTENER EN BUEN EL REFRACTARIO Y MANTENER EN BUEN EL REFRACTARIO Y AISLAMIENTOAISLAMIENTO

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1) Refractario

Su función es disminuir las perdidas térmicas, evitar el calentamiento excesivo del quemador y ayudar a dar forma a la llama y ayudar a la combustión.

Si hay grietas o rotura, es mejor cambiar el refractario que repararlo.

Tener cuidado de no obstruir el ingreso de aire, manteniendo el diámetro y ángulo original.


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2) Aislamiento

• Limpiar la cubierta metálica.

• No deformarla (golpes, pisadas).

• Si se humedece, quitar la cubierta y dejar que seque, pues la humedad aumenta la conductividad y se pierde más calor.

• Restituir aislamiento cuando sea necesario.

En una caldera pueden formarse depósitos en 2 puntos :

1. Lado del agua: depósitos de sales (caliche)

• Por mal ablandamiento del agua de alimentación.• Presencia de residuos de sales de Calcio y Magnesio,

que se depositan en los tubos por efecto del calor.

2. Lado de los gases: depósitos de hollín.

• Por mala combustión (mezcla pobre aire-combustibleo defecto de aire).

• Formación de hollín producto de reacciones incompletas.

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MANTENER LIMPIOS LOS TUBOS DE LA CALDERAMANTENER LIMPIOS LOS TUBOS DE LA CALDERA

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MANTENER LIMPIOS LOS TUBOS DE LA CALDERAMANTENER LIMPIOS LOS TUBOS DE LA CALDERA

INCRUSTACIÓN

INCREMENTO DEL CONSUMO DE PETROLEO POR ENSUCIAMIENTO DE TUBOS

01234

56789

0 1 2 3 4

Espesor de capa (mm)

Hollin

Incrustación normal

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PARTE 1-B

AHORRO DE ENERGÍAEN CALDERAS DE VAPOR

POR MEJORAS TECNOLOGICAS

(Inversiones moderadas y altas)

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INSTALAR SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE INSTALAR SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE EXCESO DE AIREEXCESO DE AIRE

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Consiste en introducir elementos a la caldera para el control automático del exceso de aire:

• Sensor de oxígeno.

• Sensor de temperatura de gases.

• Controlador electrónico.

• Actuador diferencial.


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39

• Aplicable a calderas de 300 BHP (Diesel) ó 600 BHP

(Residual), 5000 h/año de operación.

• Ahorros de energía de 2% a 4%.

• Inversión requerida : US$ 16000 a 18000 para potencias

de 300 BHP a 1000 BHP

Una purga efectuada manualmente puede resultar en:

1. Purga demasiado excesiva.

Implica extraer demasiada agua caliente de la caldera: desperdicio de energía, agua y productos químicos.

2. Purga insuficiente.

Los STD se incrementan y se producen incrustaciones.

El control automático:

Permite purgar la cantidad de agua justa y necesaria, ahorrando agua y energía.

IMPLEMENTAR CONTROL AUTOMATICO DE PURGAIMPLEMENTAR CONTROL AUTOMATICO DE PURGA

40

Controlador

TT CT

CP

Purgacontinua

ValvulaControl

CALDERA

TT : Sensor / transmisor de temperaturaCT : Sensor / transmisor de conductividadCP : Convertidor / posicionador de válvula

Vapor SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO DEPURGA DE CALDERA

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42


• Se justifica en calderas de 100 BHP (Diesel) ó

300 BHP (Residual), con 5000 h/año de operación.

• Ahorro : 0.5% a 2%.

• Inversión : US$ 8000 - 10000

Un economizador es un intercambiador de calor donde el agua de alimentación a caldera se calienta a expensas del gas de chimenea.

IMPLEMENTAR ECONOMIZADORIMPLEMENTAR ECONOMIZADOR

43

IMPLEMENTAR ECONOMIZADORIMPLEMENTAR ECONOMIZADOR

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• Se justifica en calderas de 300 BHP (Diesel) ó 700 BHP

(Residual), con 5000 h/año de operación.

• Se logra ahorros de energía de hasta 3%.

Son dispositivos que se instalan en los últimos pasos de las calderas pirotubulares para aumentar la turbulencia.Reducen la temperaturas del gas de chimenea e incrementan la eficiencia.

USAR TORBELLINADORESUSAR TORBELLINADORES

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Torbellinador

BENEFICIOS EN CALDERASBENEFICIOS EN CALDERAS

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Eficiencia %

82.8 %

86.4 %

89.3 %

Actual

Buenas prácticas

Mejoras tecnológicas

4.2% de ahorro

7.3% de ahorro

PARTE 2

AHORRO DE ENERGÍAEN DISTRIBUCIÓN DE VAPOR

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1. Aislar tuberías de vapor, condensado, accesoriosy recipientes.

Mantiene la energía del vapor dentro del sistema.

Reduce las fluctuaciones de temperatura en el sistema.

Previene quemaduras en el personal.

Usar el tipo y espesor óptimo de aislamiento.

EFICIENCIA EN DISTRIBUCION Y USO DE VAPOREFICIENCIA EN DISTRIBUCION Y USO DE VAPOR

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PERDIDAS DE CALOR EN TUBERIAS DESNUDAS

0

100

200

300

400

500

600

700

800

125 139 153 167

Dif. Temp. Vapor - Aire (°C)

3/4"

1”

2”

3”

49

EFICIENCIA EN DISTRIBUCION Y USO DE VAPOR

2. Reemplazar trampas de vapor que fallan.

Si fallan abiertas : fuga de vapor por trampa.Si fallan cerradas : fuga de vapor por by-pass.

Las trampas que fallan ocasionan problemas :

Pérdidas de energía.Mala transmisión de calor.Sobrepresión del sistema de condensado.Operación deficiente de otros equipos.


50

EJEMPLO DE PERDIDAS DE VAPOR POR TRAMPAS

540Pérdida total de vapor (kg/h)

17511752”

2404601”

125525¾”

Pérdida total

(kg/h)

N° trampasfalladas

PérdidaPromedio

(kg/h)

TamañoTrampa

Si el costo del vapor es de 16.3 US$/t (R-6), y si la planta trabaja 7000 h/año, entonces la pérdida es 61614 US$/año !!!

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3. Seleccionar adecuadamente trampas de vapor para el servicio prestado.


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4. Evitar el uso de trampas de grupo. Usar una trampa por cada punto de drenaje.


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5. Monitorear periódicamente las trampas de vapor.

Permite detectar fallas y tomar acciones.El nivel aceptable de trampas con falla es de 5%.

Métodos de monitoreo :

Inspección de la descarga libre.Inspección por visores o detectores.Detección por diferencia de temperatura.Detección por ultrasonido.


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PERDIDAS POR FUGAS DE VAPOR

D-2R-6

75532967261.25

45481825161.00

31961255110.75

174368560.50

Pérdida económica (*)( US$/año )

Pérdida Vapor( kg/h )

Longitud Penacho( metros )

(*)Base : 7000 h/año, 80% Efic. Caldera, Costo US$/t : 16.3 (R-6),

41.5 (D-2)55



7. Diseñar tuberías de vapor correctamente.

Usar diámetros que permitan velocidades de 25 a 30 m/s.Usar pendiente en sentido de flujo de vapor (0.4%).Usar pozos de condensado cada 30-50 m y en cambiosde dirección.Usar venteos de aire en terminales de línea y puntos altos.Ubicar tomas de ramales por la parte superior de troncales.Usar separadores de humedad.Minimizar recorridos de tuberías.Anular tramos de tubería innecesarios.


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8. Retornar el condensado de drenajes de linea y equiposa la caldera.

Reduce el consumo de combustible en la caldera.

Reduce el régimen de purga.

Ahorra aditivos químicos.

Se reduce la contaminación ambiental.

Si no es posible retornar el condensado, recuperar su calor.


57

AHORRO POR RECUPERACION DE CONDENSADO

58

9. Operar los equipos usuarios de vapor a la menor presión posible : se aprovecha mayor calor latente.

La presión mínima dependerá de la temperatura requeridapor el proceso.

519.313125

507.114850

497.616075

489.3170100

Calor latente (kcal/kg)

Temperatura(°C)

Presión (psig)


59

10.Eliminar aire de lineas, chaquetas y serpentines.


60

Es importante eliminar el aire del vapor por:

• Reduce la temperatura del vapor.• Reduce la transmisión de calor.• Interfiere con la distribución de calor.• Causa corrosión en los circuitos de condensado• Provoca mayor consumo de vapor.

10.Eliminar aire de lineas, chaquetas y serpentines.


61

120°C116°C

1 bar 1 bar

100% vapor75% vapor25% aire

11.Aprovechar vapor flash (revaporizado) cuando sea factible.

El vapor flash se produce cuando un condensado pasa de una presión dada a otra menor.

Tiene las mismas características que el vapor de caldera.

La cantidad de vapor flash que se produce es :

Vapor Flash (%) = Hs cond. Palta - Hs cond. Pbaja x 100Hlat a Pbaja


62

TANQUE DE SEPARACION DE VAPOR FLASH

63

VAPOR FLASH FORMADO A NIVEL DEL MAR

64

12.Limpiar serpentines y chaquetas de vapor.

13.Desconectar tuberías fuera de uso.

14.Considerar reemplazo de VRP por turbinas de vapor.

15.Usar termocompresores para recuperar vapores de baja presión.

16.Realizar mantenimiento de eyectores.


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106 gal/h

CASO DE UNA INSTALACION DE VAPOR INEFICIENTE

PLANTA :Consumo PR-6 : 700,000 gal/añoOperación : 6,600 h/año

CALDERA400 BHP

Vapor, 5000 kg/h @ 100 psig

GasesT= 300°CO2 = 8%IB = 7

TANQUECONDENSADO

60 ºC

Eficiencia = 74%Rendimiento = 46.9 kg/gal

Agua deaporte

MAQUINA 1

2000 kg/h

MAQUINA 2

3000 kg/h

120 m, 3" dia.(sin aislar)

PR-6

Drenaje

66

5 meses

519012200- Aislamiento de línea hacia Máquina 2

3. Falta de

aislamiento enlínea haciaMáquina 2

2.4 meses

448021970- Recuperacióntotal decondensado

2. Recuperaciónparcial de condensado

1 mes480052920- Limpieza tubos- Mantenimiento sistema

combustión- Reducción del exceso de aire

1. Ineficiencia en caldera

RET.INVER.

INVERSIONUS$

AHORROUS$AÑO

MEJORASPROPUESTAS

SITUACION ENCONTRADA

RESULTADOS

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1. El ahorro de energía es rentable para las empresas.

2. Siempre existen oportunidades de ahorro de energía; sólo hay que buscarlas

3. La ayuda de un consultor energético es fundamental.

4. Realizar una auditoria energética para identificar las oportunidades de ahorro.

COMENTARIOS FINALESCOMENTARIOS FINALES

68

69

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION!

ING. VICTOR ARROYO CHALCO

Tel. 332 5624

[email protected]

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