“OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO TERMICO MEDIANTE

EVALUACION EXERGETICA EN LAS CALDERAS DE LA

PESQUERA CONSERVAS DE CHIMBOTE SAC”

RESPONSABLEM.Sc. Víctor Castro Zavaleta

INTRODUCCIÓNn Hoy en día los diferentes escenarios de la

economía mundial han evolucionado vertiginosamente provocando que la subsistencia del sector productivo mundial se base en índices elevados de productividad y competitividad, por lo tanto, el aparato productivo ha de tener que competir optimizando su rendimiento, costo y calidad en el producto.

INTRODUCCIÓN

n Es por ello necesario una valoración de estos recursos que permita medir y comparar el grado de eficiencia en su utilización y a la vez determinar los potenciales de ahorro energético. Esto hace necesario una evaluación exergética.

INTRODUCCIÓN

n Esta investigación es importante porque la evaluación exergética permite determinar la localización, tipo y magnitud real de las pérdidas de energía; por consiguiente el método del análisis exergético es especialmente adecuado para lograr aumentar el rendimiento del proceso térmico en las calderas.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

n ¿De qué manera se logra una optimización del proceso térmico para mejorar la eficiencia energética en los calderos de la Pesquera Conservas de Chimbote SAC ?

FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS

n Mediante una evaluación exergética se logra una optimización del proceso térmico en los calderos pirotubulares de la Pesquera Conservas de Chimbote para mejorar su eficiencia energética.

Objetivo General

n Analizar la evaluación exergética en los calderos de la Pesquera Conservas de Chimbote SAC considerando los conceptos teóricos técnicos de la termodinámica, mediante un análisis cuantitativo con el propósito de identificar las causas del problema de tal manera que se proponga alternativas de mejoramiento para la eficiencia de los calderos.

Objetivos Específicos

n Seleccionar los planteamientos teóricos relacionados con la Termodinámica técnica y la eficiencia exergética.

n Describir las técnicas empleadas para la obtención de la eficiencia exergética.

n Comparar cuantitativamente los resultados de la eficiencia exergética y los teóricos.

n Identificar las pérdidas de exergía.n Proponer las mejoras para incrementar la

eficiencia de los calderos.

MARCO CONCEPTUAL

n BALANCE DE ENERGIAPara el balance de energía de nuestro sistema, que son las calderas, emplearemos el método indirecto, reglamentado en el manual de eficiencia energética de calderas del ITINTEC, SIN (1991).

I. CALORES DE ENTRADA:Calor del combustible (kcal/h)

Calor sensible del combustible (kcal/h)

Calor sensible del aire seco (kcal/h)

Calor del aire húmedo (kcal/h)

Calor del agua de alimentación (kcal/h)

Total de calor que entra (kcal/h)

MARCO CONCEPTUAL

II. CALORES DE SALIDA (PERDIDAS)Pérdidas por los gases de la combustión (kcal/h)

Pérdidas por combustión incompleta (kcal/h)

Pérdidas por radiación (kcal/h)

Pérdidas por purgas (kcal/h)

Total de pérdidas (kcal/h)

III. CALOR UTIL:

(kcal/h)

IV. EFICIENCIA TERMICA:

(%)

MARCO CONCEPTUAL

n BALANCE DE EXERGIAEl balance de exergía permite determinar las pérdidas de calor no determinadas, debido a que se tienen más datos para la obtención del valor de las pérdidas por irreversibilidad en el proceso:

El calor intercambiado en el sistema se encuentra constituido de forma análoga al balance de energía con la salvedad de considerar la energía total de reacción del combustible como exergía pura:

La exergía de la masa de ingreso está constituida por los siguientes términos:

MARCO CONCEPTUALLa exergía de la masa de salida está constituida de acuerdo a la siguiente expresión:

La expresión para la irreversibilidad en el proceso está constituida por la irreversibilidad térmica debido al calor sensible contenido en los gases de chimenea, la irreversibilidad en la combustión y la irreversibilidad en el proceso de transmisión de calor

El rendimiento exergético es el cociente entre la exergía ganada por el vapor y el total de exergía gastada para dicho fin

, evaluada mediante la siguiente expresión:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

n 1. BALANCE DE ENERGIA DATOS PARA EL CÁLCULO DE LA CALDERA DE 125 BHPDATOS DEL COMBUSTIBLEn PCI = poder calorífico inferior del combustible (kcal/ kg.comb)n PCI = 10 330 kcal/kg comb.n d = densidad del combustible (kg. Comb/ gal ) = 3.675 kg comb/ galn Ce = calor especifico del combustible (kcal/kg.comb) n Ce = 0.49 kcal / kg combºCDATOS DE LA CALDERA: n Tc = Temperatura de combustible (ºC) = 90ºCn Tbe = Temperatura de base entalpica (ºC) = ambiente = 21.3ºCn Tea = temperatura del aire a la entrada (ºC )= 21.3ºCn Te = temperatura de entrada del agua (ºC)= 18ºC= TH2O

DATOS DEL ANALIZADOR DE GASES:n CO2= 9.2 %n CO = 0.9 %n O2 = 8.7 %n N2 = 82.01%

DATOS PARA EL CÁLCULO DE LA CALDERA DE 250 BHPDATOS DEL COMBUSTIBLEn PCI = poder calorífico inferior del combustible (kcal/ kg.comb)n PCI = 10 330 kcal/kg comb.n d = densidad del combustible (kg. Comb/ gal ) = 3.675 kg comb/ galn Ce = calor especifico del combustible (kcal/kg.comb-ºC) n Ce = 0.49 kcal / kg combºCDATOS DE LA CALDERA: 250 BHP n Tc = Temperatura de combustible (ºC) = 90ºCn Tbe = Temperatura de base entálpica (ºc) = ambiente = 19.8 ºCn Tea = temperatura del aire a la entrada (ºC )= 19.8 ºCn Te = temperatura de entrada del agua (ºC)= 18ºC= TH2O

DATOS DEL ANALIZADOR DE GASES:n CO2= 13.4 %n CO = 0.8 %n O2 = 3.2 %n N2 = 82.6 %

DIAGRAMA DEL SISTEMA DE ANÁLISIS PARA CALCULAR EL BALANCE DE ENERGÍA

RESULTADOS DEL BALANCE DE ENERGIA

N°

CALORES ENTRANTES

(Kcal/h)

CALDERA #01

(125 BHP)

CALDERA # 02

(250 BHP)

01 Calor de Combustión 1’138,882.5 1’518,510

02 Calor sensible de combustión 3,408.378 4,643.73

03 Calor sensible de aire seco 000.000 000.000

04 Calor de aire húmedo 13,426.48 9,002.409

05 Calor del agua de alimentación 000.000 000.000

TOTAL 1’155,717.358 1’532,156.139CALORES SALIENTES

( Kcal/h)

06 Calor sensible de los humos 145,527.258 164,240.042

07 Calor por combustión incompleta 44,893.81 38,161.034

08 Calor por radiación 18,311.054 45,440.52609 Calor por purgas 1,386.3 2,164.5

TOTAL 210,118.423 250,006.103CALOR UTIL 945,598.935 1’282,150.037

EFICIENCIA( %) 77.78 80.50

Diagrama de Sankey – Caldera 125 BHP

Diagrama de Sankey – Caldera 125 BHP

2.BALANCE DE EXERGIA

DIAGRAMA DEL SISTEMA PARA EL ANALISIS EXERGETICO EN LAS CALDERAS

RESUMEN DEL BALANCE DE EXERGIA

CALDERA DE 125 BHP

EXERGIA ENTRADA kW (%) EXERGIA SALIDA kW (%)

Exergía del Aire 38,9 5,26 Irreversibilidad Calor en Gases 21,5 2,9

Exergía del Combustible 690,0 93,24 Irreversibilidad de Combustión 218,3 29,5

Exergía del Agua 0,10 0,01 Irreversibilidad de Transmisión de

Calor

347,6 49,97

Exergía Eléctrica 1,0 0,13 Exergía Vapor Saturado 152,6 20,62

Total 100 Total 100

RENDIMIENTO 20,62

CALDERA DE 250 BHP

EXERGIA ENTRADA kW (%) EXERGIA SALIDA kW (%)

Exergía del Aire 31,98 4,08 Irreversibilidad Calor en Gases 26,68 3,4

Exergía del Combustible 749,6 95,77 Irreversibilidad de Combustión 168,3 21,5

Exergía del Agua 0,10 0,012 Irreversibilidad de Transmisión de

Calor

389,2 49,72

Exergía Eléctrica 1,0 0,12 Exergía Vapor Saturado 198,5 25,36

Total 782,68 100 Total 782,68 100

RENDIMIENTO 25,36

DISCUSIÓNn Del cuadro 01, se obtienen los resultados del balance de energía

en las calderas N°1 y N°2; se aprecia que la eficiencia de la caldera N°2 es de 80,5%; mayor que la eficiencia de la caldera N°1 que es de 77,78%. También se aprecia que los calores por combustión incompleta en la caldera N°1 es mayor que de la caldera N°2, a pesar que es de menor potencia, lo que indica que tiene problemas en la combustión.

n De los cuadros 02 y 03, se obtiene que el rendimiento de la caldera N°2 es de 25,36% y de la caldera N°1 es de 20,62%. Se aprecia también que existe gran irreversibilidad de transmisión de calor, lo que representa aproximadamente el 50% de las pérdidas de exergía. Asimismo se observa que existen perdidas de exergía en las irreversibilidades del calor de los gases.

CONCLUSIONES

n La técnica empleada para la evaluación de estos equipos conserva el principio básico que corresponde a los cálculos de balance de masa, balance de energía y balance de exergía; los balances de masa y energía guardan mucha relación con la aplicación de la primera ley de la termodinámica y el balance de exergía con la segunda ley de la termodinámica.

n Los rendimientos exergéticos de las calderas alcanzaron valores de 20,62% para la caldera 1 y de 25,36% para la caldera 2, los que comparándolos con los valores teóricos, que oscilan entre 28% y 30%, son bajos para este tipo de caldera.

n Los rendimientos energéticos fueron de 77, 78% para la caldera 1 y 80,50% para la caldera 2, valores que comparándolos con los teóricos, también se encuentran bajos ya que deben estar entre 86% y 88%.

n De los cuadros resumen balance de exergia se identifican que existen las siguientes pérdidas de exergía:

Irreversibilidad del calor en los gases, viendo las diferencias de los porcentajes para la caldera N°2 de la exergía de entrada y salida del aire, aproximadamente un 83,3% se pierde en calor de los gases.

Irreversibilidad de combustión, para la caldera N°1 se aprecia que hay pérdidas debido a la combustión.

Irreversibilidad de transmisión de calor, para ambas calderas existen pérdidas por transmisión de calor aproximadamente del 50%.

RECOMENDACIONES

n Después de hacer un análisis de los resultados obtenidos podemos recomendar antes de nada mejorar la regulación del exceso de aire en la caldera Nº 1; optimizando de esta manera la combustión.

n Se tiene que aprovechar los gases calientes mediante la implementación de un sistema de calentamiento del agua de alimentación y elevar así el aporte energético de este fluido.

n De igual forma se puede aprovechar para sistemas de precalentamiento del aire y aumentar así la energía y exergía al aire de entrada, por consiguiente se disminuirían las pérdidas de calor por la chimenea y mejoraría el proceso de combustión.

Muchas Graciaspor su atención