Auditoría energética de la Empresa Agroindustrial Tumán

UNIVERSIDAD NACIONAL
“PEDRO RUIZ GALLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

AUDITORIA ENERGÉTICA DE LA “EMPRESA
AGROINDUSTRIAL TUMÁN”
Luffi

ALUMNOS:

AUDITORIA ENERGÉTICA

Contenido
I. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA ................................6
1.1. ANTECEDENTES. .....................................................................................................................6
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................................7
1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA ........................................................................................................7
1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio ..................................................................................7
1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña. ................................................................10
1.3.3. Conocimientos Básicos para la Toma de Mediciones Instrumentales....................11
1.3.4. Producción y distribución de energía. ...........................................................................14
1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire .............................20
II. CÁLCULOS DE ENERGÍA..............................................................................................................23
2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la e.a.
Tumán. S.a. ...........................................................................................................................................23
2.1.1. Descripción de los calderos ............................................................................................23
2.2. Parámetros de diseños ............................................................................................................25
2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La Caldera .....42
III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.............................46
3.1. Lavadores de gases. ................................................................................................................46
3.2. Filtros: .........................................................................................................................................46
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ..........................................................................48
4.1. BIBLIOGRAFÍA: ........................................................................................................................49
4.2. LINKOGRAFIA: .........................................................................................................................49
V. ANEXOS ............................................................................................................................................51
5.1. Análisis de los índices de contaminación. ............................................................................51
5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales .....................................................................55

UNPRG - FIME Página 2


INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo de investigación tiene por finalidad analizar la energía de la
empresa Agroindustrial Tumán, ubicado en el distrito de Tumán en el departamento de
Lambayeque; para ello se ha recurrido a manuales, record de producción, consumo de
petróleo y agua, y pruebas de la utilización del vapor en el proceso, mediciones de
energía eléctrica.
Una caldera o generador de vapor es un equipo que consta de diferentes ele-
mentos destinados a la producción de vapor de agua o de cualquier otra clase de
vapor a partir de su fase líquida. Estos elementos son el hogar o cámara de
combustión, la caldera, los sobrecalentadores de vapor, el economizador y el
calentador de aire.
En el hogar, se produce la combustión de un combustible. La caldera es un
intercambiador de calor en el que los gases de la combustión calientan la fase líquida
hasta su transformación en vapor. El sobrecalentador calienta el vapor saturado por
encima de su temperatura de saturación y opcionalmente, el economizador precalienta
el agua de alimentación de la caldera. En ciertas instalaciones de vapor, algunos
calentadores se encargan de recalentar el vapor de extracción de las turbinas.
Finalmente, el calentador de aire calienta el aire necesario para la combustión

El vapor sobrecalentado es llevado mediante las tuberías a la turbina para la
generación de electricidad, dicha electricidad es llevada al consumo de las cargas de
la planta para el proceso de fabricación de azúcar, así como también para iluminación
de la planta, etc.



RESUMEN:
El trabajo tiene por objeto realizar una auditoría energética térmica
particularmente de la Empresa Agroindustrial Tumán; localizada en el distrito de
Tumán, así como hacer un estudio y/o análisis de su eficiencia considerando la
importancia de este elemento en el sector industrial y plantas generadoras de energía
eléctrica, teniendo en cuenta que dependen del diagnóstico dependen de las medidas
a tomar con miras hacia un buen y eficiente funcionamiento de la unidad



CAPITULO I:

MEMORIA DESCRIPTIVA Y
EQUIPOS QUE COMPONEN
LA PLANTA



I. MEMORIA DESCRIPTIVA Y EQUIPOS QUE COMPONEN LA PLANTA

1.1. ANTECEDENTES.
La actividad económica de nuestro país como es d nuestro conocimiento
tiene como uno de los ejes fundamentales de su desarrollo la agricultura; esta
actividad viene evolucionando a través del tiempo siendo una de ellas la industria
azucarera que enfrenta diversas dificultades y para tal efecto a fin de superar estas
se vienen haciendo nuevos estudios ,nuevas aplicaciones, innovando instalaciones
para mejorar la productividad y disminuir en la mayor cantidad posible la
contaminación ambiental y así mismo con el objeto de competir en una economía de
libre mercado.

La industria azucarera nacional cuenta con catorce centrales productivas con
una capacidad instalada de molienda de 36 164 TCD y que actualmente solo opera el
48% del total.

 Producción de azúcar.- Ha ido aumentando y disminuyendo de manera
alternada no registrándose un crecimiento continúo.
 Rendimiento.-Se ha mantenido inestable, aumentado y disminuyendo tanto
en el campo como en el ingenio.
 Procesamiento de azúcar.-Esta orientado principalmente hacia el azúcar rubia,
domestica, refinada y melaza.
 Exportación de azúcar.- Aumenta y disminuye a consecuencia del libre
mercado ya que otros países exportan a Estados Unidos, que es el principal
comprador, la exportación se hace de acuerdo a las cuotas fijadas por este
país.
 Rol del gobierno.- Fueron varios los programas y políticas aplicadas al
sector, las que por diferentes motivos no cumplieron sus objetivos. El decreto
802 de saneamiento financiero y coinversión a sociedades anónimas con
accionariado difundido, abre la posibilidad a estas empresas de participar del
capital privado.


1.2. OBJETIVOS
 Una auditoria energética de la caldera nos permitirá, además de diagnosticar la
situación energética actual, identificar las actuaciones para mejorar su eficiencia
energética.
 La metodología para la realización de esta auditoría comprende las siguientes
etapas:
 Recopilar información estadística y de diseño.
 Planear y ejecutar las mediciones instrumentales.
 Diagnosticar la situación energética a base del balance térmico elaborado.
 Recomendar las acciones necesarias para reducir las pérdidas de calor a partir
de la interpretación del diagnóstico energético, acompañadas de sus respectivos
análisis de rentabilidades.
 Cuidar la integridad del medio ambiente y tratar de reducir la contaminación por
efecto de los gases de escape.
 Disminuir la emisión de partículas solidas y niveles de contaminación
 Contribuir a que la industria azucarera tienda al modelo ISO 14000 ecológico.
 Lograr una disponibilidad al coste mínimo de las calderas.
 Obtener un buen rendimiento durante la actividad.
 Después de la auditoria energética, es preciso llevar a cabo un seguimiento que
asegure que las recomendaciones planteadas sean ejecutadas y mantenidas de
tal manera que se garantice el funcionamiento de la caldera con un alto nivel de
eficiencia energética.

1.3. MEMORIA DESCRIPTIVA
1.3.1. Descripción de la Zona de Estudio
1.3.1.1. Ubicación
El ingenio y poblado Tumánestá ubicado en el margen derecho del rio
Lambayeque a 15km de la capital departamental y al lado derecho de la carretera
Chiclayo-Chongoyape-Cutervo en el kilometro30. Sus tierras están en la sede del
gobierno regional de Lambayeque, en el valle Lambayeque-chancay, en el distrito de
Tumán, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.


Precisado en coordenadas polares se encuentra a 6º44´47” de latitud
sur,79º49´16” de longitud oeste y 56 m.s.n.m. de altitud.



Área geográfica y calderas (Tumán)

1.3.1.2. Localidades
Los principales centros poblados y anexos de Tumán son: Calupe-La granja-
luya-vista florida-san José-san miguel-Conchucos-calerita-Rinconazo. Además esta
empresa cuenta con 29,711.85 Ha de tierra de los cuales8645.49 Ha son cultivables.

1.3.1.3. Producción.
Es una empresa autogestionaria dedicado a la producción de azúcar, cuenta con
una capacidad de procesamiento de 4000 TCD , teniendo como subproducto la melaza
que se emplea para la fabricación de alcohol, la cachaza que se utiliza como abono en
los campos y el bagazo que sirve como combustible para las calderas de la fabrica . A
continuación el cuadro Nº 01, muestra la caña molida y azúcar producida en los
últimos años.

MELAZA
CAÑA AZÚCAR AZÚCAR EXPORTACIÓNAZÚCAR
AÑO
MOLIDA(Ton) RUBIA(Ton) REFINADA(Ton) RUBIA(Ton)
(Ton)
1995 1068779.157 40015.5 52388.558 24986.694 48699.235
1996 1101673.088 53690.65 34600.3 28206.358 47356.5
1997 1191060.802 49770.15 62364.3 8943.735 59037


1998 904781.077 39704.172 15283.35 13543.745 46245.5
1999 1080822.128 70300.45 28619.05 7268.253 46761
2000 1028317.113 76172.764 28004.779 3722.205 39583.5
2001 947272.635 70180.733 20473.07 6846.939 36348
2002 928346.158 69124.586 19243.13 64762.234 35124
2003 914267.127 947272.635 19146.25 64127.468 34942.4
2004 921436.567 68579.468 20436.27 65743.137 35134
2005 926535.125 76172.764 20473.07 7268.253 39583.5
2006 947272.635 947272.635 19243.13 6846.939 46761
TABLA Nº 01.- Producción (fuente laboratorio de fabrica Tumán)

1.3.2. Descripción del Procesamiento de la Caña.
Este proceso consiste en transformar el jugo de la caña en azúcar.La caña de
azúcar contiene sacarosa, fibra, sales, agua y otros elementos que están disueltos.
También contiene tierra, arena y otros materiales.Para obtener el azúcar se tiene que
combinar ciertas sustancias químicas con el calor, en una serie de depósitos y
maquinas que se encuentran instaladas en la fábrica, desde que llega la caña a la
fábrica y sale convertida en azúcar pasa por las siguientes etapas:
a) Pesado de la Caña (Balanza)
b) Descargado de la caña (Grúa de Hilo)
c) Preparación y Lavado de caña (Aire y Agua)
d) Molienda de la caña - Trapiche (Jugo y Bagazo)
e) Balanza de Jugo (Jugo mezclado)
f) Calentadores de Jugo - cuadros (Encalado - Calentado)
g) Clarificadores - Tanques Dor (Jugo Clarificado)
h) Filtración - Filtros Oliver (Cachaza)
i) Evaporadores (Jarabe)
j) Cristalización - Vacumpanes (Grano Azúcar)
k) Cristalizadores - Lanchas (crecimiento Azúcar)
l) Centrifugación (Separación Azúcar y Miel)
m)Refinería
n) Envases y Almacenamiento del Azúcar.



DIAGRAMA DEL PROCESO DE LA ELABORACIÓN DEL
AZÚCAR
PESADO DE CAÑA
(balanza)

DESCARGADO DE CAÑA
(Grúa hilo)

PREPARACIÓN Y LAVADO
Bagazo Tierra / Cogollo
(Aire – Agua)

MOLIENDA DE CAÑA
Agua / Bactericida
(Extracción de jugo)

BALANZA DE JUGO
Lechada de Cal
(Jugo Mezclado)

Planta CALENTADORES DE JUGO
Eléctrica (Encalado – Calentado)
1.3.3. Conocimientos
CLARIFICADORES Filtración
(Jugo Clarificado) (Filtros Oliver)

EVAPORADORES Torta
Calderas
(Jarabe) Tierra / Bagacillo

CRISTALIZACIÓN
Campo
(Grano - Azúcar)

Básicos para la Toma de
Ceniza CRISTALIZADORES
Bagazo (Lanchas) Mediciones Instrumentales.
Los principales parámetros a
CENTRIFUGACIÓN
Melaza
(Azúcar – Miel)

Stock ENVASADO – ALMACENAMIENTO
Bagazo (Azúcar) Alcohol


medir en cada prueba, para determinar el balance de masa y energía de la caldera,
son los siguientes:
a) Flujos.
b) Temperaturas.
c) Presiones.
d) Composición de gases.

Los características principales de los instrumentos más conocidos, para medir
estos parámetros, se indican a continuación.

1.3.3.1. Medición de flujos:

Los instrumentos de medida de flujo Son los siguientes:

a) Tubo pitot:

Mide puntualmente la presión de velocidad del fluido, que circula en el
interior de un ducto o tubería, como la diferencia ( P) entre su presión total
tomada por el tubo interno y su presión estática medida por el tubo externo. A
partir de esta diferencia se obtiene la velocidad puntual del fluido mediante la
ecuación:

2g P
V K

b) Tubo venturi:
Consiste básicamente en un tubo formado por una garganta recta entre dos
tronco de cono. Una toma de presión estática se realiza en la garganta y la otra
salida del instrumento. Ambas tomas están conectadas a un manómetro
diferencial.

c) Contador volumétrico:
Es un medidor estacionario constituido básicamente de un disco que gira,
en el interior de una cavidad, al paso del líquido. El disco está acoplado a un
mecanismo de lectura acumulativa.


1.3.3.2. Medición de temperaturas.
Los instrumentos de medida de temperatura se pueden clasificar en 2
grupos:

a) De medición directa:

a.1. Termómetro líquido:
Consta de un bulbo de vidrio que contiene un líquido, usualmente
mercurio o alcohol etílico coloreado, que al contacto con el fluido se calienta y
expande subiendo por un tubo capilar graduado indicando de esta manera la
temperatura a la que se encuentra dicho fluido.

a.2. Termómetro bimetálico:
Consiste en dos láminas metálicas de diferente coeficiente de dilatación
térmica, en forma de espiral y unidas por un extremo. El cambio de temperatura
hace que el espiral se deforme transfiriendo mecánicamente este movimiento a
una aguja, la cual indicará la temperatura del fluido sobre la escala del
instrumento.

a.3. Termocupla:
Está formada por dos alambres de diferentes metales, unidos con
soldadura, formando un anillo. La diferencia de temperaturas entre las uniones
soldadas origina un voltaje que produce una corriente de eléctrica en el anillo.
Este voltaje, medido por un mili voltímetro, es proporcional a la diferencia ( T)
entre la temperatura “T” (unión en contacto con el medio a medir) y una
temperatura de referencia “Ta” (0 ºC ó temperatura ambiente), según la siguiente
ecuación:
T Ta T

b) De medición indirecta.

b.1. Pirómetros:
Para medir la temperatura de un cuerpo, sin contacto físico con el. Se
fundamentan en la ley de Stefan-Boltmann (E = KeT4) que sostiene que la
energía radiante (E) emitida por la superficie de un cuerpo aumenta
proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.


1.3.3.3. Medición de Presiones.

a) .Manómetro diferencial:
Está constituido de un tubo en forma de “U” en cuyo interior está colocado
un líquido manométrico que puede ser agua coloreada, aceite o mercurio. La
determinación de la presión (P) se efectúa midiendo la diferencia ( H) entre los
niveles del líquido, de masa específica conocida, en cada una de las columnas y
aplicando la ecuación:

P g H

1.3.3.4. Medición de la composición de gases.

a) Aparato Orzat:
Este instrumento es utilizado para determinar el porcentaje volumétrico en
base seca de los componentes de muestras gaseosas: bajo condiciones
estables de temperatura y presión ambiente. Cuantifica el contenido de CO2, O2
y CO mediante la técnica de absorción, midiendo el cambio de volumen después
de cada absorción. Los reactivos usados comúnmente son: solución alcohólica
de potasa para el CO2, solución de pirogalato sódico para el O2 y cloruro
cúprico en solución amoniacal para el CO.

1.3.3.5. Medición de Inquemados sólidos.

El índice de ennegrecimiento de Bacharach es el método más sencillo
para la determinación de los Inquemados sólidos presentes en los gases de
combustión. Este método es cualitativo y se basa en el ennegrecimiento de un
papel filtro al ser atravesado por la muestra, por acción de una bomba manual.
En el color resultante en el papel se compara con una escala de intensidades de
gris que va del 0 (blanco) hasta el 9 (negro).

1.3.4. Producción y distribución de energía.
1.3.4.1. Generación de vapor
La unidad generadora de vapor, se compone de un fogón (o cámara de
fuego) en el que se quemara el combustible (bagazo y/o petróleo); así como de


la caldera propiamente dicha y elementos auxiliares como ventiladores de tiro
inducido y forzado, sopladores de hollín y otros.
El ingenio azucarero de la Empresa Agroindustrial Tumán S.A, cuenta
con la instalación de 5 unidades de generación, cuyas características técnicas se
muestran en el cuadro (III-01), son de marca Babcock & Wilcox (caldera Nº1,2 y
6) y de combustión Enginnering Ing. (caldera Nº1y4).
Estas calderas, generalmente utilizan bagazo de caña como combustible;
sin embargo, están provistas para utilizar como combustible complementario
petróleo. A diferencia de la caldera Nº6 que está diseñada para quemar petróleo
y bagazo; esta quema petróleo bajo condiciones de parada de trapiche y al no
contar con Stock de bagazo; esta acción se realiza para mantener la
temperatura y presión de trabajo del vapor sobrecalentado.
La capacidad instalada de la sección calderas es de 220 tn/h, viéndose
menguada por la disposición generalmente de reserva de dos unidades de vapor
y baja eficiencia de las calderas debido a sus largos años de servicio. Siendo la
caldera Nº 4 la más antigua, puesta en servicio en 1984, la cual es la más
importante por su mayor capacidad (100 tn vapor/h), asegurando de esta
manera el 46% del total de generación de vapor y por ende la generación de
energía.
En el cuadro siguiente se muestra las dimensiones principales de las
chimeneas
CALDERA ALTURA(pie) DIAMETRO(pie)
1 75 5'-7"
2 75 7'-0"
4 75 5'-7"
5 75 7'-0"
6 100 9'-0"

TABLA Nº02.-Caracteristicas de las calderas
1.3.4.2. Distribución de Vapor de Alta y Baja Presión.
El vapor, producido por las calderas, es usado para el manejo industrial
azucarero, debido a sus múltiples aplicaciones, así como producir fuerza


procesos de calentamiento, cocinado, limpieza, etc. Lo cual hace que sea casi
indispensable en cualquier sección de la fábrica.
En el ingenio, se produce vapor sobrecalentado de 22.5 a 21 Kg/cm2
mediante expansión en turbinas, válvulas reductoras y proceso en elaboración –
fabrica se obtiene hasta 5.7; 2.1; y 0.5Kg/cm2.
La caldera Nº6 produce vapor sobrecalentado a una presión de 22.5
Kg/cm2 y 350 °C; el cual después de ser decepcionado en un colector (colector
de 22.5 Kg/cm2) es distribuido en:
a) Turbinas, Bombas, Agua de almacenamiento.
b) Turbinas, Ventilador de Tiro Inducido (Caldera Nº6)
c) Turbinas, Ventilador de Aire Secundario (Caldera Nº6)
d) Saturador (disminuye de 22.5 a 21 Kg/cm 2, conduciéndolo a la
planta Eléctrica)
Las calderas Nº 1, 2, 4 y 5 también producen vapor sobrecalentado a una
presión de 21 Kg/cm2 y 300°C que es llevado a un colector (colector 21 Kg/cm2)
distribuyéndolo en:
 Turbogeneradores, Planta Eléctrica, Válvula reductora de 21 a 5.7 Kg/cm 2
para centrifugas continuas y servicio Fabrica – Refinería.
 Turbinas de Trapiche.
 Turbinas de Bombas de Agua de Alimentación y Equipos de Bombas y
Calderos de Petróleo.
 Eyectores de condensadores de algunos tachos.
 El vapor de 2.10 Kg/cm2 y 146°C es vapor de escape, producto de la
expansión de las turbinas de contrapresión, el cual es usado por el
proceso de Elaboración de Azúcar es distribuido en:
 Evaporación de jugo clarificado aplicado en los Pre-evaporadores.
 Previo calentamiento del jugo en los Pre-calentadores de jugo clarificado.
 A través de la válvula reductora de vapor de 2.10 Kg/cm 2que cubre la
salida de los pre-evaporadores.
 Secador de azúcar refinada.
 El vapor de 1.05 Kg/cm2en la salida de Pre-evaporadores y pre-
calentadores, es distribuido en:


 Evaporadores, Baterías A y B.
 Cristalización de tachos de las masas de 1era, 2da, 3era y de refinería.
 Calentadores de jugo encalado antes del proceso de elaboración.
 Calentadores de licor.
 Desoxigenación y eliminación de otros gases (Desareador).
 El vapor de 0.5 Kg/cm2 es vapor en la salida de los calentadores, va a la
cisterna de agua condensada para calentar el agua de alimentación a
calderas y a los evaporadores de Doble Efecto en Refinería.
1.3.4.3. Generación de Energía Eléctrica
El ingenio Azucarero Tumán, tiene que generar su propia electricidad en
su planta Eléctrica por medio de la expansión del vapor sobrecalentado, que a
su vez es producido principalmente utilizando como combustible el bagazo, en
las calderas. Para ello cuenta con tres turbogeneradores marca BROWN
BOVERI, generando a 2300 V a 60 Hz de frecuencia.
Las dos unidades más antiguas que fueron instaladas en 1952 y 1955 son
de 2200Kw nominales de potencia. Son unidas multietapa de contrapresión de 2
Kg/cm2. La unidad Nº3 es de 4000 Kw nominales de potencia. Fue instalada en
1971 y es una unidad multietapa a 2 Kg/cm2 de contrapresión. Su consumo
específico es variable de acuerdo con la porción de vapor vivo que se envía al
condensador. La unidad 3 es de condensación y extracción regulada.
Los tres turbogeneradores están trabajando a condiciones actuales de
vapor vivo (19 Kg/cm2 y 270 °C a la entrada de las turbinas, pero están
capacitadas para operar con 30 Kg/cm2 de presión)
El agua para condensación de vapor de escape del turbogenerador 3 es
reticulada por medio de una torre de enfriamiento marca BISCHOFF, de
412m3/h.
Las unidades así como el condensador y los tableros de distribución y
control están albergados en un edificio propio con piso embalsado y buena
iluminación e higiene, manteniéndose serrado para evitar la entrada de polvo y
contaminación, llamada Planta Eléctrica. La planta eléctrica cuenta con una
capacidad instalada de 8.4 MW ó 8400 KW, con una carga máxima de 7500 KW;


sin embargo actualmente su capacidad de trabajo promedio es
aproximadamente de 7000 KW.

1.3.4.4. Distribución de Energía Eléctrica

Actualmente la distribución de Energía Eléctrica está dirigida en parte al
Ingenio y a los centros poblados anexos; ya que el servicio de Energía Eléctrica
de la misma población de Tumán ha sido tomado por Electro norte S.A.
La distribución de la Energía Eléctrica se realiza en alta y baja tensión.

a) Distribución en alta tensión.
El ingenio azucarero Tuman S.A distribuye en alta tensión desde la
generación a 2300 V hasta 440 V, así:

 Calderas: Calderas Nº 1, 2, 4, y 6 –Servicios Generales.
 Torre de Mando: Conductores de Caña, Machetes, Conductores de
Bagazo, Soldadores, Alimentadores de Bagazo, etc.
 Desfibrador de caña Shredder: Mandos.
 Enfriadores: Mandos y Motores.
 Transformadores de Fabrica Nº1 y Nº2.
 Alumbrado de Fabrica.
 Circuito Arbulú: Pozos Tubulares y población (Calupe, La Granja,
Conchucos, El Milagro).
 Circuito Luya: pozos tubulares y población (Dacha de los Chinos, Chacra
de las Invernas, Jarrin, San Miguel).

b) Distribución en Baja Tensión
El ingenio azucarero Tumán S.A, distribuye en baja tensión a través de
sus Transformadores de fábrica Nº 1 y Nº 2, así:
 Talleres: maquinas taller, alumbrado, soldadoras.
 Centrifugas de Miel A, B y C: centrifugas automáticas y semiautomáticas,
ventiladores, elevadores, gusanos y maquinas de coser sacos, mandos,
electrobombas, etc.
 Refinería: tableros generales y vibradores, centrifugas, tanques Melter
Lancha y Mingler, bomba Danco Carbón.


 Fabrica: comprende:
 Fabrica II:
Soldadoras, electrobombas, jugo encalado, Oliver.
 Fabrica III:
Electrobombas vacio, soldadoras, electrobombas (para columna de
agua, jarabe, condensado), compresora fabrica.
 Fabrica IV:
Electrobombas (jugo clarificado, agua a la torre, mescla, soda,
agua caliente a tanque rojo, condensado, agua para lavado de Fábrica,
etc.), transportar la cachaza, ventilador canal de cables, soldadora,
alambique, ventilador de alcohol, electrobombas, soldadoras. Cuarto de
cal. Transportador de cal, zaranda, motor de transmisión de cal,
mescladores

TABLA Nº03.-Capacidad y generación


1.3.5. Sistemas de Alimentación de Combustible y Suministro de Aire
1.3.5.1. Sistema de Alimentación de Combustible

La Empresa Agroindustrial Tumán utiliza el bagazo de la caña como
combustible, además cuando escasea este, utiliza petróleo como combustible.
El bagazo se toma directamente del trapiche (cuando hay molienda) o de la
bagacera.
El petróleo utilizado es el Petróleo Industrial 500, el cual es previamente
filtrado y calentado a una temperatura de 1200C antes de ser enviado a los
quemadores, con la finalidad de disminuir su viscosidad y permitir una combustión
eficiente.
1.3.5.2. Sistema de Suministro de Aire

a) Tiro Forzado.
El aire que se necesita para la combustión del bagazo es tomado de la
planta de fuerza. Este aire caliente de la planta de fuerza es impulsado por
medio de ventilador de tiro forzado a través de una bóveda por debajo de las
parrillas del hogar. Antes de su ingreso al hogar este aire aprovecha el calor de
los gases de escape de la combustión al pasar por el calentador.
El aire que entra por debajo de la parrilla tiene dos funciones:
 La primera, ya antes mencionada, de permitir la combustión.
 La segund a, de aumentar en suspensión el bagazo para un
mejor quemado de éste.
b) Tiro Secundario.
Además del ventilador de tiro forzado el caldero cuenta con un ventilador
auxiliar de tiro secundario, el cual toma aire del exterior (aire frio) que contribuye
a la mejora de la combustión. Este aire es distribuido en la caldera de la
siguiente manera:
1.- Parte es conducido hacia los recuperadores de bagazo. Este
devuelve el bagazo no totalmente quemado a la cámara de
combustión.
2.- una porción es llevada a la parte posterior de la cámara de
combustión. Este aire ingresa a la cámara por medio de tuberías de


pequeño diámetro con un fin de crear turbulencia dentro de la
cámara.
3.- el resto del aire es llevado hacia la parte frontal de la cámara de
combustión. Este aire ingresa a la cámara por tres puntos:
 A través de tuberías (como en la parte posterior) para crear
turbulencia en la cámara.
 Mediante ductos (en cada alimentador de bagazo) para
evitar que el bagazo se acumule en la parte del alimentador.
 Mediante ductos por debajo de cada alimentador con la
finalidad de esparcir el bagazo en la cámara y así mejorar la
combustión. Estos ductos poseen una compuerta que está
girando constantemente (mediante motor a bajas RPM),
abriendo y cerrando la entrada del aire haciendo que su
entrada sea pulsante.
c) Tiro Inducido.
Para mantener la combustión, además de suministrar cierta cantidad de
aire, es necesario remover los productos resultantes de dicha combustión que se
realiza mediante el ventilador de tiro Inducido.
Los gases de la combustión, en su recorrido formado por los bafles, ceden
calor al agua de la caldera, vaporizándola. Luego el calor de estos gases
residuales es aprovechado para calentar el aire que va a ser empleado en la
combustión.
Los gases resultantes son expulsados hacia el exterior por medio de una
chimenea.



CAPITULO II

CÁLCULOS DE ENERGÍA


II. CÁLCULOS DE ENERGÍA

2.1. Descripción de los generadores de vapor, accesorios de los calderos de la
e.a. Tumán.S.a.
2.1.1. Descripción de los calderos

Existen 5 unidades de generación de vapor construidos por Babcock &
Wilcox y combustión Engineering, de tipo acuotubular, identificados con los
números 1, 2,, 4, 5 y 6. El más antiguo es el Nº4.

Fig. Nº 03.-Calderos y planta de fuerza


La capacidad instalada de generación de vapor y sus especificaciones son:

Caldero Nº 6 (ESTE SE TOMARÁ COMO MODELO PARA TODOS, ASUMIENDO
QUE TIENEN EL MISMO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO).

o Año de operación : 1989
o Superficie de calefacción : 2043.89 m2
o Combustible utilizado : bagazo/petróleo
o Temperatura agua de alimentación : 98 ºC
o Condiciones del vapor - Trabajo : 21 Kg./ cm2/ 310 ºC
o Condiciones del vapor - diseño : 35 Kg./ cm2/ 370 ºC
o Capacidad de generación - trabajo : 70000 Kg / h
o Presión de trabajo : 450 Psi
o Tº vapor sobrecalentado trabajo : 700 ºF
o Nº de Domos : 2 superior
1 inferior
o Válvulas de seguridad : 01 (en el sobrecalentado)
01 (en el domo superior)
01 (en el domo inferior)
05 (otras partes del caldero)
o Otras válvulas : válvulas de salida del vapor
Válvulas de purga
o Tº de entrada del Petróleo : 120 ºC
o Sopladores de hollín
o Tiro Forzado
Motor: ASEA 3
Potencia : 200 HP 150 KW
Tensión : 2300 voltios
Intensidad : 51 Amperios
Frecuencia : 60 Hz
Velocidad : 890 RPM
o Tiro Inducido
Turbina a vapor:
Potencia : 16 Kg / cm2 (238 a 240 Psia)
RPM : 2800
o Tiro secundario
Turbina a vapor
Potencia : 1600 HP
RPM : 1760
Ventilador : 10 RPM
Eficiencia :


2.2. Parámetros de diseños
Se tenderán en cuenta los siguientes parámetros:
Caldera N° 6
Humedad del Bagazo (w): 49 - 50 % de humedad
Para una condición máxima se obtiene los siguientes datos:

Consumo de combustible
Pvs(bar) Ta(°C) Vapor Ta/h Ts°C
kg bagazo/hr
29.6 121 80 338 33696
TABLA Nº 05.-Parámetros de diseño

Pvs : presión de vapor sobrecalentado
Ta : temperatura de agua de alimentación
Ts : Temperatura de sobrecalentamiento
 Temperatura de los gases en la chimenea (Tch)
 Porcentaje de CO2 (%CO2)
 Calor especifico medido de los gases de
Combustión CEM = 0,27 + 0,00006T
 Calor especifico del agua
1 atm, 300°k (27°C) = 4,179 kj/kg°C

2.2.1.-Cálculo de los gases de salida
Existe una variación no muy grande en la composición
química del bagazo, según el Manual de Ingeniería de Hugot,
para los cálculos se tomará los siguientes valores medios (%
en moles).
C = 47%
H2 = 6.5%
O2 = 44%
E = 2,5 % ; E=otros compuestos químicos.
100%

Primero se determina las fracciones molares de los
constituyentes del bagazo según la base de “sin ceniza”

Xi Mi Xi Mi Yi
L
C u 0,482 12,0 0,0402 0,458
H2 e 0,067 2,0 0,0335 0,381
g
O2 o 0,451 32,0 0,0141 0,160
1,000 0,0878 1,000
s
e formula la ecuación de combustión que corresponde a un
mal bagazo sin ceniza.

0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + b (O2 + 3.76N2)  pCO2 + qH2O + rN2

C: 0.458 = p  P = 0.458

H: 2q = 2(0.382)  q = 0.382

O: 2p + q = 2(0.160) + 2 b  b = 0.489

N: 2b (3.76) = 2r  r = 1.838

-CALCULOS TEORICOS

La ecuación de reacción con aire teórico será:

0.458C + 0.382H2 + 0.160O2 + 0.489(O2 + 3.76N2)  0.458CO2 + 0.382H2O +

1.838N

a ma 0489 (32 3.76 * 28 ) kg.deaire
(r )t 5.899
c mc 12 * 0.458 0.382 * 2 0.160 * 32 kg.debagazo

-CALCULOS REALES

Si consideramos un exceso de aire de 100% tenemos:

(0.458C + 0.382H2 +0.160O2) + 2 x 0.489(O2 + 3.76 N2)  0.458 C2

+ 0.382H2O + 3.676N2 + 0.489O2……………….ecuación real

a ma r 0978 (32 3.76 * 28 ) kg.deaire
(r ) r 11 .798
c mc r 12 * 0.458 0.382 * 2 0.160 * 32 kg.debagazo

2.2.2.-Calculo de la Temperatura de llama Adiabática (T) y entropía de
generación (Sgen.) de los gases de salida.
2.2.2.1.-Determinación de la entalpía:

 Reactantes

HR = 0.458(hf + h)C + 0.382(hf + h)H2 + 0.160(hf + h)O2 +

0.978(hf + h)O2 + 3.766(hf + h)N2

HR = 0

 Productos

HP = 0.458(hf + h)CO2 + 0.382(hf + h)H2O + 3.676 (hf + h)N2

+ 0.489(hf + h)O2

HP = 0.458(-393522 + h) + 0.382(-241827 + h)H2O + 3.676

hN2 + 0.489 hO2

T(k) HP(KJ/kmol)

1800 k - 6976.163

T 0

1900k 12628.36

Interpolando tenemos

T = 1835.58K…… (Temperatura de llama adiabática)

2.2.2.2.-Cálculo de la generación de entropía.

Sgen = Ssist + Saire

Pero Saire = 0

Sgen = Ssist = Sprod - Sreact.

Ni Yi Si (T, 1atm) -RulnYi.Pm Ni Si

C 0.458 0.09 5.74 20.020 11.798

H2 0.382 0.48 130.57 6.102 52.208

O2 1.138 0.09 205.04 20.020 256.118

N2 3.676 0.33 191.50 9.21 737.809

Sreact = 1057.933

CO2 0.458 0.06 304.142 23.391 150.010

H2O 0.382 0.12 260.332 17.628 106.180

O2 0.489 0.08 265.528 20.999 140.111

N2 3.676 0.73 248.990 2.616 924.903

Sprod = 1321.204

Por lo tanto:

Sgene = Sprod - Sreact

= (1231.204 – 1057.933)

Sgene = 263.271 kj/kmol.k

2.2.3.-Contenido de CO2 en los gases de salida
Su composición en volumen es interesante dado que el
contenido de CO2 permite conocer el exceso de aire.
Si se emplea la cantidad de aire teóricamente necesaria, el
contenido de CO2 en los gases de la chimenea será máximo,
si hay exceso de aire la cantidad de CO2 permanecerá
constante en un volumen de aire determinado que se hace
mayor a medida que el exceso de aire aumenta.
El volumen total de los gases secos (Vgs) está dado por
la ecuación. Vgs = 4,47 (1-w) m – 0,056 (1-w)}
Donde:
W: humedad de bagazo en relación a la unidad.
M: relación de peso aire empleado al peso del aire exacto
(exceso de aire).
El volumen de CO2 contenido en estos gases se obtiene
inmediatamente por medio del peso de CO2 en la siguiente
ecuación.Vol CO2 en los gases = 1.72 (1-w)* 0.509 = 0.875
(1-W)
El coeficiente de dilatación es el mismo para todos los
gases y por lo tanto, la proporción calculada del volumen a
0ºC será la misma a una temperatura cualquiera.
El contenido de CO2en volumen en los gases es:
0.875(1 W )
Vgs
0.875(1 w)
4.47(1 w)m 0.056(1 w) ; Despejando m:
m = 0.496 + 0.0126

Dado que el segundo término es muy pequeño, se puede
eliminar

m = 0.496

peso de aire empleado
m= m
peso de aire estrictamente necesario

= contenido de CO2 de los gases secos con relación a la

unidad.

ANÁLISIS DE CO2 (%) Y TEMPERATURA (ºC) DE LOS GASES DE SALIDA

FECHA PARÁMETRO CALDERA
1 2 4 5 6
% CO2 8.0 - - 7.0 8.0
06/01/03
Tch 230 - - 200 160
% CO2 - 8 - 7 8
28/01/03
Tch - 220 - 193 160
% CO2 - 8 - 8 9
18/01/03
Tch - 215 - 200 185
% CO2 - 7 - - 7
20/01/03
Tch - 154 - - 150
% CO2 - 7 - - 10.5
25/01/03
Tch - 200 - - 185
% CO2 - 5 - - 6
2901/03
Tch - 180 - - 105
% CO2 7 5 - 4 8
13/01/03
Tch 215 210 - 200 165
% CO2 5.5 - 4 - 6.5
16/01/03
Tch 223 - 196 - 158
% CO2 5 - - - 6
24/01/03
Tch 180 - - - 195
% CO2 - 8 - 12 8
10/01/03
Tch - 214 - 213 175
% CO2 - 4 6 - 10
19/01/03
Tch - 202 246 - 195
% CO2 7 5 10 - -
01/10/03
Tch 226 208 244 - -
% CO2 9 7 9 11 -
23/10/03
Tch 250 225 215 210 -
% CO2 11 7 - - 9.5
28/10/03
Tch 250 213 - - 185
TABLA Nº06.-Temperatura y % de CO2

TABLA: RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDO DE CO2 ( ) DE LOS GASES DE LA

CHIMENEA Y EL EXCESO DE AIRE (m)

(%) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17

M(%) 3.27 2.80 2.45 2.18 1.96 1.78 1.63 1.51 1.40 1.30 1.22 1.15

2.2.4.-Aire necesario y gases de combustión
Pa: Peso de aire por kg de bagazo
Va: Volumen de aire empleado por kg de bagazo.
Pg: peso de gas por kg de bagazo
Vg: volumen de los productos gaseosos de la combustión.
Pa = 5.75 (1- w) m
Pg = 5.75 (1- w) m + 1
Pgs = (1- w) (5.75 m + 0.415)
Va = 4.47 (l-w) m
Vg = 4.47 (l-w) m + 0.572 w + 0.672
Vgs = 4.47 (l-w) m – 0.056 (l´-w)

El contenido de CO2 en los gases de combustión = 0.08

según la tabla anterior, m = 2.45 y w = 0.5
Reemplazando estos valores en las ecuaciones anteriores
tenemos:
Pa = 7 kg de aire / kg de bagazo
Pg = 8 kg de gas / kg de bagazo
Pgs = 725 kg de gas / kg de bagazo
Va = 5.476 m3 de aire / kg de bagazo
Vg = 6.434 m3 de aire / kg de bagazo
Vgs = 5.45 m3 de aire / kg de bagazo
Los volúmenes de arriba se calcularon a 0°C y 760 mm de
mercurio.
Para obtener a la temperatura t, será necesario aplicar la
Ley de Mariotte, pV = RT (Para este proceso isotérmico)

Figura Nº 04 diagramas para la ley de mariotte
En la que T = 273 + t, como R es un coeficiente y p es
constante (presión atmosférica) Vt = VO (273 + t) /273, donde t
= 195°C tiene:
Vat = 9.38 m3 de aire /kg de bagazo
Vgt = 11.03 m3 de aire /kg de bagazo
Vgs = 9.34 m3 de aire /kg de bagazo

2.2.5.-Velocidad de los gases de combustión
Para calcular la velocidad de los gases de combustión en el
conducto de salida, determinaremos el flujo volumétrico de los
gases dada por la siguiente ecuación:
B * V gt
Q=Q= m3/s
3600

m3/s
Donde:
Q = volumen de gases que deben pasar por la chimenea
(m3/s)
B = peso de bagazo quemado en los hornos (kg/h)
Vgt = volumen de gases de combustión dado por la ecuación
y convirtiéndolo a la temperatura y presión de entrada de la
chimenea.
Para nuestro cálculo tenemos los siguientes datos:
B = 33696 kg de Bagazo /h.
Vg = 11.03 kg de bagazo /h
Vgt = 11.03 m3 de gases/ kg de bagazo, a t= 195°C

Entonces nuestro flujo en volumen de gases es: Q = 103.24
m3/s
La sección transversal a la entrada de la chimenea es:
2.5 x 2.895 m2
Q
La velocidad de entrada es Vi = ; Vi = 14.3 m2/s
A

2.2.6.-Composición de los gases
Sabemos que el peso total de los gases está dado por:
Pg = 5.75 (1 – w) * m + 1
El peso individual de los gases se calcula de la siguiente
manera:
a) Nitrógeno, N2

76 .85
N2 1.330 1 W m
23 .15

N2 = 4.42 * (1-w) * m
b) Oxígeno, O2
O2 derivado del aire 1.330 * (1-w) * m
+ O2 derivado del bagazo +0.440 * (1-w)
- O2 para formar agua -0.520 * (1-w)
- O2 para formar CO2 -1.250 * (1-w)
Es decir:
O2 = 1.330 * (1-w) * (m -1)
c) Agua, H2O
Agua formada 0.585 * (1-w)+ Agua contenida w
H2O= 0.585 * (1-w) + w

d) Acido carbónico
CO2 = 0.47 * 3.67 * (1-w)
CO2 = 1.72 * (1-w)

Sustituyendo m y w y dividiendo en Pg, puede
calcularse fácilmente la proporción de peso de cada uno de
los componentes de los gases de la combustión.
Para nuestro cálculo tenemos que m = 2.45 y w = 0.5
N2= 4.42 * 0.5 * 2.45 = 5.415 67.4%
O2 = 1.330 * 0.5 * 1.45 = 0.964 12.0%
H2O =0.585 / 0.5 + 0.5 = 0.793 9.9%
CO2= 1.72 * 0.5 = 0.860 10.7%
8.032 100.0%

2.2.7.-Calculo de los gases en la chimenea
El valor calorífico neto del bagazo está dado por:
VCN = 4250 – 48.50 w
W = 0.5
VCN = 1825 kcal
Como podemos ver la fórmula del valor calorífico neto del
bagazo toma en cuenta la pérdida de calor latente del vapor
de agua que arrastran los gases a la chimenea.
Se sabe la composición de los gases y el calor específico de
los gases que los componentes. Por lo tanto puede obtenerse
la pérdida de calor sensible del gas.
Se sabe tomar como calor específico medio entre 0°C y la
de los gases finales, el calor específico verdadero de 100°C.
A partir del peso encontrado de los componentes de los
gases finales, el calor sensible que es llevado por cada uno
de estos gases será:
N2 q1 = 4.42 (1-w) m 0.255 t
Q2q2 = 1.33 (1-w) (m-1) 0.218 t
H2Oq3 = (0.585 (1-w) + w) 0.499 t
CO5q4= 1.72 (1-w) 0.215 t

2.2.8.-Cálculo del calor sensible en los gases de combustión
La siguiente ecuación es una simplificación obtenida a partir
de los calores de cada componente de los gases finales:
0.5
q t (1 w)(1.4 0.12)
l w

q = pérdida de calor sensible en los gases en kcal/kg de
bagazo.
t = temperatura de los gases finales en °C.
w = humedad del bagazo con relación a la unidad.
m = relación entre el peso del aire empleado para la
combustión y el peso teórico necesario.
Tenemos que:
t = 210°C
w = 0.5
m = 2.45
Las pérdidas de calor sensible en los gases es:
q = 452.55 kcal/kg

2.2.9.-Eficiencia de la caldera
Qd m * (h3 h2 )
p
mc * PCI mc * PCI

m = flujo másico de la sustancia a trabajar (Ton/h)
Q4 = flujo de calor entregado al ciclo (kj/kg)
mc = flujo másico de combustible (Ton/h)
PCI = poder calorífico del combustible (kcal/kg)

a) El flujo de agua (m)
El valor medido es de 47.8 ton/h

b) El flujo de calor entregado al ciclo (Q4)
Q3 = m (h3- h2) = m * ∆h
Las temperaturas medidas son:
T2 = 212°C h2 = 507.97 kJ/kg
T3 = 338°C a P3 = 2.96 Mpa h3 = 3039.3 kJ*kg
∆h = h3 – h2 = 2531.34 kJ/kg

c) El flujo de combustible (mc)
mc= 33696 kg/h

d) Poder calorífico o valor calorífico neto del bagazo
PCI = 1825 kcal/kg
Reemplazando estos valores en la fórmula obtenemos que
la eficiencia en la caldera es de 0.47

2.2.10.-Cálculo de los sólidos no quemados
Se debe considerar las pérdidas de calor que se producen
en el horno y la caldera, estas consisten en:
(a) Calor latente del agua que se forma por combustión del
hidrógeno del bagazo.
(b) Calor latente del agua contenida en el bagazo.
(c) Calor sensible de los gases que dejan las calderas.
(d) Pérdidas en sólido no quemados.
(e) Pérdidas por radiación del horno y especialmente de la
caldera.
(f) Pérdidas debidas a la mala combustión del carbono
que da CO en lugar de CO2.
Como hemos visto el valor calorífico neto incluye las
pérdidas de los incisos (a) y (b). Las pérdidas de calor
sensible calculado anteriormente cumplen con el inciso (C).
Las otras tres pérdidas se tomarán en cuenta por medio de
los coeficientes aplicados a la cantidad total que todavía
permanece después de las tres primeras pérdidas.

= coeficiente que incluye las pérdidas en los sólidos no

quemados.

= coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la

radiación.
n = coeficiente que incluye las pérdidas debidas a la
combustión incompleta.

La cantidad de calor que queda al vapor, está dada por la
expresión:

Mv = (4250 – 4850 w - q) n

Donde:
Mv = calor transmitido al vapor por kg de bagazo quemado
en kcal.
w = humedad por unidad de bagazo
q = calor sensible de los gases finales

= es del orden de 0.99 Muy pocas veces desciende de

este valor, a menos que se emplee un rito muy fuerte que
arrastre a la chimenea pedazos relativamente grandes de
bagazo.

= varía entre 0.90 y 0.95 de acuerdo con el aislamiento

más o menos eficiente de la caldera. Si la caldera está bien
aislada puede tomarse 0.95.
n = puede variar de 0.99 a 0.8. Este coeficiente será mejor
sí:
(1) humedad baja del bagazo
(2) Poco exceso de aire
(3) temperatura del horno elevado

La eficiencia total está dada por:

Mv Calorìas transferid as al vapor
p
Ns valorcalorìfico sup erioral bagazo

4250 4850 * w q) * * *
p
4600 * (1 w)
p * 4600 * (l w)
( 4250 4850 * w q ) * *

: Coeficiente de sólidos no quemados

p = eficiencia de la caldera (p = 0.47)
W: humedad del bagazo (w = 0.50)
q: calor sensible de los gases (q = 452.55 kcal/kg)

: Coeficiente de radiación ( = 0.90)

: Coeficiente de mala combustión ( = 0.90)

Reemplazando está fórmula en los datos encontrados que:

= 0.9724

La proporción de sólidos no quemados es:

L- = 0.0276

El flujo de sólidos no quemados total es:

m = mc = (1 - ) = 33696* (0.0276)

m = 930 kg/h = 0.25 kg/s

2.2.11.-pérdidas de energía debido a la fricción en las paredes de la
chimenea
1. La velocidad de entrada en la chimenea es Vi = 14.3
m/s
2. El diámetro y altura a la chimenea N° 6 es 9 y 100
pies respectivamente
3. Temperatura promedio de la torre de expulsión: Tp
- Temperatura de ingreso Ti = 195°C = 383° F
- Temperatura de salida Ts, lo obtendremos de la figura
(ver anexo Nº2)
Para la chimenea N° 6 con 100 pies de altura y 108
pulgadas de diámetro, la temperatura de salida es Ts =
290°F= 143.3°C.
La temperatura promedio de la torre de expulsión:
Ti Ts
TP
2

Tp = 336.5°F

4.-Número de Reynolds: NRE
24000 * m g
N RE
D(T p 715)

Tp = temperatura promedio de la torre de expulsión (°F)
Mg = flujo de gases (lb/h)
D= diámetro de la torre (pie)

Reemplazando Tp = 336.5°C, mg = 11142.86 lb/h, D = 9
pies
NRE= 28258.96
NRE = 2.8 x 104

5.-Factor de fricción
Con el NRE vamos a la figura (ver anexo Nº 03) y
encontramos el factor de fricción “f”
Donde f = 0.020

6.-Velocidad de salida de los gases de combustión
Para calcular la velocidad de salida utilizaremos la siguiente
ecuación:

Q
La velocidad de entrada es: V S
At

Donde:
Q = flujo de gases de combustión m3/s
At = área transversal de la chimenea m2

Reemplazando los siguientes valores Q = 103.24 m3/s y
At = 5.91m2
Vs = 17.47 m/s (57.31 pie/s)

7.-Velocidad promedio de flujo de gases.
Vi Vs
VP
2

Vp = 15.89 m/s (52.12 pie/s)

8.-Pérdidas de energía debido a la fricción en la torre
Las pérdidas por fricción la podemos calcular mediante la
ecuación6 de Darcy:

L *v2
ht f
D * 2g

En la que:
hL = pérdida de energía a la fricción (Nm/ N, m,lbpie/pie, pie)
L = longitud de la corriente de flujo (m o pie).
D = diámetro del conducto (m o pie)
v = velocidad promedio de flujo (m/s o pie/s)
f = factor de fricción
Reemplazando:
L = H = 100 pies, D = 9 pies, Vp = 52.12 pies/s, f = 0.020 y
g = 32.8 pies/s2
Tenemos que las pérdidas a lo largo de la chimenea es:
ht = 9.2 pies

2.3. Diagramas Representativos Del Bagazo, Durante La Combustión En La
Caldera
El bagazo es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su
composición granulométrica y estructural, que presenta relativamente baja
densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se
obtiene del proceso de molienda de la caña.

A continuación se muestran en las tablas 1, 2 y 3 las características
fundamentales del bagazo de caña utilizado en este trabajo.

Tabla 1. Análisis inmediato (% base seca).

Caracteristica %

Carbono fijo 41,9
Volatiles 46,36
Cenizas 11,74

Tabla 2. Análisis elemental (% base seca).

Caracteristica %

Carbono 42,54

Hidrogeno 5,17

Nitrogeno 0,63

Azufre 0,30

Oxigeno 39,62

Tabla 3. Poderes caloríficos.

Especificación (kcal/kg) (kJ/kg)

Superior (b.s.) 3 986 16 661,5
Inferior (b.s.) 3 715 15 528,7

El peso de la muestra fue de 5,540 mg. El material se sometió
a una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósfera
inerte garantizado por un flujo de N2.

Fig. 1. Diagrama h vs T del bagazo de caña de azúcar (real).

El peso de la muestra fue de 7,30 mg. El material se sometió a
una relación de calentamiento de 10 ºC/min, en atmósfera inerte
garantizado por un flujo de N2 de 20 cc/min.

Fig. 2.diagrama U vS T

CAPITULO III

POSIBLES FORMAS DE
REDUCIR EL NIVEL DE
CONTAMINACIÓN.

III. POSIBLES FORMAS DE REDUCIR EL NIVEL DE CONTAMINACIÓN.

3.1. Lavadores de gases.

 Se propone implementar a las carderas con lavadores de
gases presentes en el mercado industrial.
 Estos lavadores serán seleccionados de acuerdo con el
tamaño de las partículas que arrojan las calderas(polvo >u,
humo<u; etc)

3.2. Filtros:

 De otro modo se puede implementar las calderas con filtros
(en las chimeneas), para de esta manera reducir el paso de
partículas contaminantes al medio ambiente.

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES.

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

 Según los cálculos teóricos la temperatura máxima que se alcanza durante
la combustión (temperatura de llama adiabática) en la caldera es de
1835.58K.

 durante los calculos realizados se ha determinado que el flujo en volumen
de los gases Q=103.24 m3/s.

 La perdida de calor sensible en los gases de combustión es q=452.55
Kcal/Kg.

 La eficiencia de la caldera es de 0.47 lo cual es un valor muy bajo esto se
debe a la falta de mantenimiento (predictivo, preventivo y correctivo).

 La velocidad promedio del flujo de los gases en la combustión es de
15.89m/s

 Las pérdidas de energía a lo largo de la chimenea es 9.2 pies.

 Los cálculos realizados anteriormente son aplicables a todas las demás
calderas puesto que tienen el mismo principio de funcionamiento.

 Con la instalación del lavador de gases o filtros en la caldera Nº 06 se
reducirá la emisión de partículas a la atmosfera.

 Si se implementara con lavadores a las calderas se recomienda diseñar un
ducto de desagüe el cual se vierta en una piscina de decantación y luego
sea llevado a los campos de cultivo.

 Si la implementación de las calderas es por medio de filtros se recomienda
hacer un mantenimiento preventivo de los mismos cada un cierto tiempo.

 Se recomienda implementar las instalaciones con nuevas tecnologías y
dispositivos que permitan mantener un ambiente más saludable.

 Finalmente hacer de conocimiento que los resultados de este informe han
sido analizados mediante cálculos teóricos por no disponer de materiales y
equipos para realizarlo prácticamente.

4.1. BIBLIOGRAFÍA:

TESIS: Limpieza húmeda en las chimeneas de las calderas de la
E.I.A...Tuman (José Miguel Pantoja solano)

HUGOT E. manual del ingeniero azucarero.

E.A.I. Tuman informes técnicos, estadísticas elaboradas por los
ingenieros.
4.2. LINKOGRAFIA:

Google heart.
www.google .com (diagramas de combustión del bagazo).

V. ANEXOS

Anexo Nº 01
5.1. Análisis de los índices de contaminación.

1.1.- Identificación del Problema:

Actualmente existe una contaminación del aire del ambiente
producida por la fábrica sobre la población que es afectada por
la caída de los sólidos emanados de la chimenea, producto de la
combustión del bagazo en las calderas. Estos sólidos
contaminantes son expandidos por el viento hacia la población
generando molestias y enfermedades tanto a los órganos
visuales como respiratorios, y otros.
Además las calderas no cuentan con la instrumentación
necesaria para controlar los parámetros de funcionamiento y los
pocos instrumentos con los que cuenta no proporcionan una
medida confiable para realizar un estudio de las especificaciones
técnicas del fabricante.

1.2.- Justificación e importancia:

Justificación:

La gestión de los recursos energéticos constituye un factor
fundamental para mejorar la competencia de la industria, por
esta razón es cada vez más necesario potenciar la eficiencia
energética y la innovación tecnológica con la introducción de
equipos más eficientes y menos contaminantes con el
aprovechamiento de las energías renovables.

El motivo del presente trabajo es implementar la instrumentación
y equipos necesarios para el mejor funcionamiento de las
unidades. El 6 de diciembre de 1999, el CONSEJO NACIONAL
DE MEDIO AMBIENTE del Perú (CONAM), emitió una norma
limitando las emisiones de gases al medio ambiente a partir de
abril del 2000 para el sector industrial, lo que implica el mejorar
la combustión en los quemadores existentes, o el reemplazo de
equipos antiguos, o la sustitución de combustible, la utilización
de filtros especiales. El CONAM está buscando un desarrollo
industrial “limpio” preservando el medio ambiente de
contaminación, con lo que está promocionado una reconversión
del parque nacional de calderos industriales, y también el uso
del gas de camisea.
Actualmente el uso del gas de camisea implica un costo 10%
menos que el del petróleo Diesel 2 y un 200% mayor que el
petróleo Diesel 6, pero posibilita el operar en filtros de aire. El
CONAM también emitió una norma en el diario El Peruano el 24
de noviembre estableciendo estándares de calidad de aire, cuya
norma se adjunta a continuación:

DE LOS ESTÁNDARES PRIMARIOS DE CALIDAD DE AIRE
Articulo 4.- estándares primarios de calidad de aire: los
estándares nacionales primarios de calidad de aire considerando
los niveles de concentración máxima de los siguientes
contaminantes del aire:
 Dióxido de Azufre (SO2).
 Material Particulado con diámetro menor o igual a 10
micrómetros (PM10) y menor o igual a 2.5 micrómetros (PM2.5).
 Monóxido de Carbono (CO).
 Dióxido de Nitrógeno (NO2).
 Ozono (O3).
 Plomo (Pb).
 Sulfuro de Hidrogeno (H2S).

Articulo 5.- tabla de estándares: los estándares nacionales
primarios para la calidad del aire son los establecidos por el
anexo 1 del presente reglamento.

FORMA DEL ESTÁNDAR MÉTODO DE
CONTAMINANTE PERIODO ANÁLISIS
VALOR FORMATO
Anual
10 Media aritmética anual
24 horas
150 NE más de 3 veces al año Fluorescencia
1 hora
Dióxido de Azufre 350 NE más de 24 veces al año UV
10
Se recomienda el registro
minutos
Anual 50 Media aritmética anual Separación
PM 10
24 horas 150 NE más de 4 veces en 3 años Inercial/filtración
Anual 15 Promedio de 3 años del
Separación
promedio aritmético anual
PM 2.5 Inercial/filtración
24 horas 55 NE más de 8 veces en 3 años
8 horas 10000 Promedio móvil Nemas de una
Monóxido de Infrarrojo no
vez por año
Carbono disperso (NDIR)
1 hora 30000 NE más de una vez por año
Dióxido de Anual 100 Promedio Aritmético anual
Quimioniscencia
Nitrógeno 1 hora 200 NE más de 24 veces por año
Promedio móvil. NE el
promedio de3 años del cuarto
Fotometría UV
120 mayor valor anual de la
Ozono (método
8 horas concentración máxima diaria
automático)
de 8 horas.
Se recomienda el registro
Media aritmética anual
Anual 0.5 Método para
Plomo NE más de 1 vez cada 3
Mensual 1.5 PM 10
meses
Sulfato de Fluorecen- cia
24 horas 150 NE más de tres veces por año
Hidrogeno UV
TABLA Nº04.-Estandares de la calidad de aire

Todos los valores son concentraciones en microgramos por
metro cubico.
NE: No exceder

Cuadro de contaminación atmosférica y sus efectos en la salud.
Contaminante Fuente Antropogenia Efectos en la Salud

contaminante Fuente antropogénica Efectos de salud
Exposición aguda: dolor
desvanecimiento y disminución del
desarrollo físico, muerte.
Exposición crónica: stress sobre
Monóxido de Parque automotor industria sistemas cardiovasculares; disminución
carbono total de la tolerancia, al ejercicio y ataque
al corazón.
Transporte, fuentes de Exposición aguda: irritación pulmonar
Oxido de combustión estacionaria Exposición crónica: bronquitis
nitrógeno
Fuentes de combustión Exposición aguda: inflamación del
Oxido de azufre estacionaria. Inducida proceso respiratorio, agitación asmática.
Hidrocarburos Transporte, fuentes de Desconocido, irritación del sistema
materia micro y combustión estacionaria. respiratorio, ojos, deterioro estético.
macropartículas Industria
Oxidantes foto Transporte, fuente de Exposición aguda: irritación del sistema
químicos combustión estacionaria respiratorio y ojos.
TABLA Nº 05.-Efectops en la salud

5.2. Contaminación Por Las Calderas Industriales

El nivel de contaminación que provoca la operación de las calderas
industriales, depende fundamentalmente del tipo de combustible
empleado y de la eficiencia de su combustión.
En la práctica los que requieren mayor atención son la emisión de
inquemados sólidos (cenizas y hollín) y los óxidos de azufre (lluvia
ácida), nitrógeno (NOx) y carbono (efecto invernadero)
Oxido de Azufre (lluvia ácida)
La presencia de azufre en los crudos de petróleo y en los productos
de refinado resulta un factor determinante en su calidad, por ejemplo
poco factible su eliminación en etapa previas a su empleo doméstico o
industrial.
Al quemar residuales durante la operación de calderas industriales, el
azufre actúa como combustible generando calor y productos de
combustión en forma de óxido, de los cuales el 96 o 97% es SO 2 y en
resto SO3.
Si estos gases condensan sobre los tubos, partes metálicos o las
paredes de la chimenea, antes de salir de la caldera, provocarán la
mencionada corrosión ácida, también llamada corrosión a baja
temperatura, al disminuir por debajo del punto de rocío a partir del cual
se condensan los gases.
La presencia de partículas acompañadas de SO 2 y sus derivados
pueden producir, según los niveles de concentración en que se
encuentra, desde leves irritaciones de las vías respiratorias hasta
claros aumentos en la mortalidad sobre todo personas con afecciones
bronco pulmonares.

Óxidos de Nitrógeno (NOx)
Los óxidos de nitrógeno se producen en el curso de la combustión y
se presentan en las formas de NO (monóxido u óxido nitroso) y NO 2
(óxido nítrico o dióxido de nitrógeno). El N2O no se considera
contamínate al no ser tóxico y no participar en reacciones fotoquímicas.

Se forman a partir de la reacción entre nitrógeno y oxígeno a elevadas
temperaturas, normalmente en el interior de la llama.
El nitrógeno está siempre presente, aportando por el combustible y/o
el comburente (aire)
La cantidad formada de NO y NO2 depende de la temperatura de
combustión y la disponibilidad de oxígeno en la cámara de combustión.
De hecho, a partir del 1093ºC comienza a aparecer NO y NO2.
Monóxido de Carbono (CO)
El componente más peligroso para la salud es el NO 2Este gas se
presenta normalmente como producto de una combustión incompleta
por deficiencia de aire (oxígeno) o una deficiente mezcla de
combustible y comburente.
Su presencia implica el riesgo a explosiones, por reaccionar
violentamente en atmósfera súbitamente oxidante.

Dióxido de carbono (CO2)
Es un gas que normalmente se encuentra en la atmósfera en una
proporción de 311 ppmm o 0.03 en volumen.

Emisión de partículas sólidas
Los sólidos emitidos en los gases de chimenea de calderos
comprenden dos clases de partículas: cenizas y material inquimado.
Cenizas: Esta clase de sólidos se presenta en el caso de combustión
de residuales. Están constituidos por sedimentos e impurezas
metálicas presentes en forma de compuestos organometálicos.
Durante la combustión se forman óxido de vanadio, fierro, níquel, etc.,
que al combinarse con el SO3 formado, son emitidos en forma de
sulfatos.
Inquemados: Están constituidos por los productos del craqueo del
combustible en fase líquida (coque o cenósferas) y en fase gaseosa
(hollín) que no llegar a combustionar en forma completa, salen por la
chimenea en forma de humo.

Fig. Nº01.-Emisión de partículas sólidas y niveles de contaminación

Anexo Nº02

Fig. Nº 02.-Temperatura en función de las dimensiones dela chimenea.

Anexo Nº03

Fig.Nº03.-Factores de fricción para chimeneas

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