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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

_______________________________________________ ANÁLISIS DEL RENDIMIENTO ENERGÉTICO

DE

LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS

DEL

MÉTODO INDIRECTO EN LA

EMPRESA ALICORP - TRUJILLO.

TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: Ingeniero Mecánico

AUTOR: CARBAJAL SALAS, ROLAND MARTILIANO

ASESOR: Ing. Paredes Rosario, Raúl

LÍNEA DE INVESTIGACION: Energía

TRUJILLO – PERÚ 2013

ANÁLISIS DEL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP - TRUJILLO.

Carbajal Salas Roland Martiliano Autor

Presentada a la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad César Vallejo de Trujillo para su aprobación.

Ing. Azañero Díaz Mario Presidente

Ing. Sifuentes Inostrosa Martin

Ing. Paredes Rosario Raúl

Secretario

Vocal

TRUJILLO – PERÚ 2013

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Carbajal Salas, Roland

DEDICATORIA A Dios. Por haberme permitido llegar hasta este momento y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.

Mis Padres Victoria, mi madre aunque no esté ya entre nosotros sigue viva en mi pensamiento y corazón. Gracias, por todas las enseñanzas y los valores que me inculcaste, sé que me iluminas en cada momento. Rodolfo, mi padre; quien me ha brindado todo su apoyo ante cualquier situación, Gracias por todos los consejos y valores que me inculcaste

Mi Esposa Carolina Ucañán, a quien especialmente le dedico esta tesis. Por su amor, por su comprensión, su apoyo, por su fuerza, por ser tal y como es. Es la persona que más directamente ha sufrido las consecuencias del trabajo realizado. Realmente ella me llena por dentro para conseguir un equilibrio que me permita dar el máximo de mí, nunca le podré estar suficientemente agradecido.

Mis Hijos Victoria, Aarón y Mathías, quienes son mi alegría de cada día; son lo más hermoso que la vida me pudo entregar, un regalo y una bendición de Dios; que los Amo con todo el corazón y que por ustedes lucho cada día por que tengan siempre lo mejor.

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Carbajal Salas, Roland

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios todo poderoso por la vida, la salud las bendiciones que me da y las fuerzas para continuar cada día, para seguir superándome como persona, como padre y poder haber terminado con éxito este trabajo de tesis. Debo agradecer de manera especial y sincera al Ing. RAUL PAREDES ROSARIO por su amistad, su apoyo, su capacidad para guiar mis ideas ha sido un aporte importante en el desarrollo de este proyecto de tesis.

Un agradecimiento especial al Ing. JAVIER LEON LESCANO

por su apoyo

incondicional, en el desarrollo de esta tesis Un agradecimiento especial a la empresa ALICORP S.A.A por el apoyo que me ha brindado para poder realizar este proyecto de tesis.

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Carbajal Salas, Roland

PRESENTACIÓN Señores miembros del jurado: Cumpliendo con lo establecido por el reglamento de grados y títulos de la facultad de ingeniería de la universidad Cesar Vallejo, presento a su consideración para su evaluación la presente tesis titulada: “ANÁLISIS DEL RENDIMIENTO ENERGÉTICO

PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS

DE LA CALDERA DEL

MÉTODO

INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP - TRUJILLO”, con el propósito de cumplir con los requisitos para optar el título de Ingeniero Mecánico. Por tanto, considero que el esfuerzo en el desarrollo del presente trabajo cumpla y satisfaga sus expectativas. Pongo a su consideración, este documento para su respectiva evaluación y de esta manera poder obtener su aprobación.

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Carbajal Salas, Roland

ÍNDICE

AGRADECIMIENTO ...................................................................................... 3 PRESENTACIÓN ............................................................................................ 4 ÍNDICE ........................................................................................................... 5 NOMENCLATURA ......................................................................................... 7 RESUMEN ...................................................................................................... 9 ABSTRACT .................................................................................................. 10 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................... 11 1.1

1.1.1

Formulación del problema......................................................... 12

1.1.2

Realidad problemática. ............................................................. 12

1.1.3

Justificación. ............................................................................. 13

1.1.4

Antecedentes. ............................................................................ 13

1.1.5

Objetivos................................................................................... 17

1.2

2

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................. 12

MARCO REFERENCIAL ................................................................. 18

1.2.1.

Marco teórico. ........................................................................... 18

1.2.2.

Marco conceptual ...................................................................... 33

MARCO METODOLOGICO ................................................................... 35 2.1 Hipótesis ............................................................................................ 36 2.2 Variables ........................................................................................... 36 2.2.1

Variables independientes: .......................................................... 36

2.2.2

Variables dependientes:............................................................. 36

2.3

3

Metodología: ....................................... ¡Error! Marcador no definido.

2.3.1

Tipo de estudio. ......................................................................... 37

2.3.2

Método de investigación ............... ¡Error! Marcador no definido.

2.3.3

Población y muestra. .................... ¡Error! Marcador no definido.

2.3.4

Técnicas e instrumentos de recolección de datos. ........................ 39

RESULTADOS ....................................................................................... 40 3.1 Determinación del poder calorífico inferior del petróleo bunker R-6 .... 41 3.2.

Determinación de la relación aire combustible con GN. .................... 42

3.3.

Determinación del calor total entregado por los reactivos: ................ 45

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3.4.

Determinación de la temperatura de gases calientes : ....................... 47

3.5.

Cálculo de las pérdidas energéticas del caldero - condición actual : ... 49

3.6.

Diagrama de Sankey: ....................................................................... 55

3.7.

Propuestas de mejoras en cada perdida energética: .......................... 56

3.8.

ANALISIS FINANCIERO: .............................................................. 91

4

CONCLUSIONES ................................................................................... 98

5

RECOMENDACIONES ......................................................................... 100

6

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................... 102

7

ANEXOS .............................................................................................. 104

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NOMENCLATURA PCS: Poder calorífico superior

[ ]

PCI:

[ ]

Poder calorífico inferior : Dióxido de carbono

%

:

Oxigeno

%

:

Monoxido de carbono

%

:

Nitrógeno

%

:

Carbono

%

:

Azufre

%

Hidrogeno

%

:

: Agua :

Zenisas

:

Numero de moles

:

Masa

:

Masa atómica

% % [Kmol] [Kg] [Kg/Kmol]

: Relación aire combustible

[Kg aire/Kgcble]

: Número de moles del aire :

[Kmol]

Exceso de aire

%

: Relación gases calientes combustible ̇

[Kg G.c/ Kg cble]

: Potencia térmica total

[KW]

̇

: Potencia térmica del aire

[KW]

̇

: Potencia térmica del combustible

[KW]

Calor especifico a calor constante

[KW]

:

̇

: Temperatura del aire

[ºC]

: Temperatura del combustible

[ºC]

: Flujo másico del aire

[

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]

̇

[

: Flujo másico del combustible

]

Entalpia

[ ]

:

Temperatura gases calientes

[ºC]

:

Potencia térmica gases calientes

:

̇ :

[KW]

Eficiencia cámara de combustión

̇ :

[%]

Potencia térmica perdida

:

[KW]

Temperatura medio ambiente

[ºC]

̇

: Flujo másico de purgas

[

]

̇ :

Flujo másico de vapor

[

]

[

STD: Sólidos totales disueltos :

] [

Presión de vapor

]

:

Entalpia del líquido saturado

[ ]

:

Participación másica del carbono

[%]

̇:

[

Flujo volumétrico :

Participación volumétrica del monóxido de carbono

:

Densidad de los gases residuales

[%] [ [

: Coeficiente de transferencia de calor : Coeficiente de emisividad del hogar :

] ] [%]

[

Constante de Boltzmann : Eficiencia de caldera

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]

] [%]

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RESUMEN El presente trabajo de tesis trata de analizar y mejorar el rendimiento energético actual de la caldera pirotubular Apin de 400 BHP de la Empresa Alicorp - Nicovita Trujillo S.A.A, mediante el método indirecto, Primeramente se obtuvieron datos actuales de operación de la caldera pirotubular en operación, como: flujo másico de combustible 239.652 Kg/h, presión de vapor saturado 120Psig, temperatura de combustible 100ºC, temperatura de gases residuales 265ºC, temperatura del agua 70ºC, solidos totales disueltos en el agua 1020 ppm y dimensiones del caldero, lo cual sirvió para hacer un análisis, mediante el cálculo por el método indirecto y determinar en qué condiciones encontramos a la caldera (eficiencia energética). Después de haber obtenido los datos de operación se calculó las seis pérdidas más relevantes del caldero (gases residuales, purgas, combustión incompleta, radiación, hollín y por convección), obteniendo un total en pérdidas del 22%, para lo cual el rendimiento del caldero fue del

, teniendo una eficiencia por debajo de los

parámetros de diseño de la caldera, este resultado nos indica que hay pérdidas importantes tanto económicas como sociales. Una de las propuestas más relevantes para aumentar el rendimiento del caldero, fue la propuesta de cambio de combustible de petróleo bunker a gas natural. Con las mejoras propuestas se obtendrán un rendimiento energético de la caldera de 90.36 %, (cambio de combustible de R-6 a Gas natural; instalación de un precalentador de aire, usando la temperatura de los gases de la chimenea; tratamiento de agua de alimentación por el método de osmosis inversa y el control automatizado de sistema de combustión) con la ejecución de estas recomendaciones la caldera mejorara su rendimiento en 12.36 %. En la presente tesis se determinó también: - Potencias térmicas por cada pérdida energética en estado actual y por mejora. - Porcentajes de pérdida en relación al calor total en estado actual y mejora. - Retorno operacional de la inversión. ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

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Carbajal Salas, Roland

ABSTRACT This thesis aims to analyze and improve the current energy efficiency shell boiler Apin 400 BHP Alicorp Company - Trujillo Nicovita SAA, using the indirect method, First, data were obtained current operation of the fire-tube boiler in operation, such as: mass flow of fuel 239,652 Kg / h, saturated vapor pressure 120psig, fuel temperature 100 ° C, temperature of waste gases 265 ° C, water temperature 70 ° C, total solids dissolved in water 1020 ppm and dimensions of the cauldron, which was used for analysis by calculating the indirect method and determine under what conditions we find the boiler (energy efficiency). After obtaining the operation data was calculated the six most relevant cauldron losses (waste gas, purging, incomplete combustion, radiation and convection soot), obtaining a total loss of 22%, for which the performance of the cauldron was 78.%, with an efficiency below the design parameters of the boiler, this result indicates that there are significant losses both economic and social. One of the most relevant proposals to increase the performance of the cauldron was the proposed change of bunker fuel oil to natural gas. With the proposed improvements will be obtained energy efficiency boiler 90.36% (fuel switching from R-6 to Natural Gas; installation of a pre-heater, using the temperature of the flue gases, water treatment power by the reverse osmosis method and automated control of combustion system) with the implementation of these recommendations will improve boiler performance by 12.36%. This thesis was also determined: - Powers thermal energy lost by each current state and improvement. - Percentages of heat loss in relation to total current and improves. - Operating return on investment.

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CAPITULO I INTRODUCCIÓN

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2.3 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 2.3.2 Formulación del problema. ¿Es factible analizar el rendimiento energético de la caldera pirotubular Apin de 400 BHP a través del método indirecto con perspectiva a mejora energética en la empresa Alicorp, en la ciudad de Trujillo?

2.3.3 Realidad problemática. Alicorp es una empresa dedicada a la elaboración de productos industriales, de consumo masivo y nutrición animal. En todos sus procesos de producción, Alicorp cumple con estándares internacionales de calidad y competitividad. En los últimos años, la empresa ha elevado sus niveles de producción consolidando su liderazgo en diversas categorías. Uno de los problemas en la planta Alicorp está en sus calderas de producción de vapor saturado húmedo con una titulación 98,5 a 99 % con una presión de 120Psig. las calderas pirotubulares están diseñadas para un rendimiento nominal del 90-95%, las calderas de la empresa Alicorp en la actualidad tienen un rendimiento o eficiencia que oscila entre 70-80% en la generación de vapor, estas pérdidas se refleja en la caldera en su bajo rendimiento energético debido al exceso de perdidas, la primera es por purgas debido a la contaminación del agua no tratada correctamente, la segunda es convección debido a la mala elección del aislamiento térmico, la tercera es por hollín debido al combustible que al momento de la reacción aire-combustible, no ha sido quemado, la cuarta es por combustión incompleta, se debe al carbón que no ha sido quemado y que en combinación con el oxígeno forman monóxido de carbono, la quinta es por radiación esto se debe a la perdida de temperatura de la llama provocada en el hogar, la última perdida y las más importante por su elevado valor porcentual es la por gases residuales, esta se debe a la alta temperatura de los gases que abandonan la caldera al medio ambiente por la chimenea.

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2.3.4 Justificación. Para la justificación de la investigación se ha tomado como referencia cinco relevancias, las cuales se detallan a continuación.

1.1.3.1. Relevancia económica Disminuir el consumo de combustible, que con lleva a la reducción del costo de producción de vapor.

1.1.3.2. Relevancia social. Disminuyendo el nivel de contaminación de los gases quemados (gases residuales) cumpliendo con las normas de impacto medio ambiental, para una mejor calidad de vida para los habitantes que rodeen la empresa Alicorp.

1.1.3.3. Relevancia institucional: Este proyecto es uno de los tantos problemas de energía térmica que existen en las empresas industriales, pesqueras u otras, lo que nos lleva a ultimar que sí, se aplicaran conceptos de ingeniería con respecto a la energía térmica a cualquier sistema consumidor de vapor, se podría reducir los costos de mantenimiento, reparación como también llegar a mejores eficiencias para los equipos.

2.3.5 Antecedentes. 1.1.4.1 “Implementación del método indirecto como herramienta de gestión para determinar la eficiencia de la caldera marca FORTER WHEELER modelo EW- 21-8-21.1-11.6 en la empresa Agroindustrial Laredo S.A.A”.

Autor: Rivera Seminario, Salvador Jesús Año: 2010 Resumen: Este trabajo estudia la implementación del método indirecto como herramienta de gestión para determinar la eficiencia de la caldera marca Forter Wheeler modelo EW-21-6-21.1-11.6 en la empresa Agroindustrial Laredo S.A.A. ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

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En primer lugar se caracterizó al bagazo determinando su composición química, temperatura y humedad al ingreso a la caldera, para definir el poder calorífico inferior, calor específico y la relación aire-bagazo. En segundo lugar, se realizó el balance de energía y masa de la caldera, para determinar la potencia térmica total en kilo watts. En tercer lugar, se realizó el cálculo de las perdidas térmicas, para determinar la eficiencia de la caldera. Finalmente, se realizó el análisis económico y financiero para la ejecución de mejoras en la minimización de pérdidas térmicas. Como consecuencia del estudio se determinó el máximo poder calorífico inferior del bagazo alcanzando en la empresa Agroindustrial Laredo que es de 7841kj/kg. Potencia térmica total de la caldera acuatubular 43988.1783kw. Eficiencia en condiciones actuales de producción de 76.71%. En base al mejoramiento en la minimización y control de pérdidas térmicas al 100%. Se concluye que el ahorro de energía por aislamiento en paredes es de 54385.9 con un retorno de la inversión de 6 meses en caldera.

Conclusiones: Llegamos a determinar el poder calorífico del bagazo (base humedad) que es en promedio del presente año de 7841.03 kJ/kg. Llegamos a determinar el calor total en la caldera que es de 43988.1783 kw y el calor útil de 33743.732 kw respectivamente. Llegamos a determinar la eficiencia energética mediante el método indirecto en condiciones real de trabajo que es de 76.71% El beneficio económico alcanzado en el aislamiento de paredes es de 54385.9

y la

inversión de 29623.7 (N.S) con un retorno de 6 meses aproximadamente. Se desarrolló una herramienta de Excel para el cálculo de la eficiencia de la caldera, lo cual reduce el tiempo de cálculo de la eficiencia en condiciones reales de operación.

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1.1.4.2. “Balance térmico para determinar la pérdidas energéticas del sistema del horno rotatorio de la empresa cementos Pacasmayo S.A.A”. Autores: Armas Mera, Carlos Leopoldo, Cárdenas Ramírez, Giancarlo Eduardo Año: 2009 Resumen: El presente trabajo de investigación ha sido desarrollado para ayudar a la determinación de las pérdidas energéticas del sistema, en el proceso de producción del Clinker, a través de un balance térmico, además a establecer el punto de partida para mejorar el rendimiento del sistema. Está estructurada en cinco capítulos de la siguiente manera: Capítulo I: correspondiente a las generalidades del trabajo. Presenta la realidad problemática a estudiar, los antecedentes de la solución a ejecutar, la hipótesis con sus respectivas variables y la metodología a utilizar. Capitulo II: contiene el marco referencia, dividido en marco teórico en el que se encuentra el fundamento sobre el que nos basamos para desarrollar nuestra investigación y el marco conceptual en el que se detalla la metodología de trabajo. Capítulo III: presenta el desarrollo propio de la metodología involucrada en nuestra investigación. Capítulo IV: contiene el análisis de resultado obtenido en la fase de desarrollo de nuestra investigación. Capítulo V: documentamos las conclusiones a las que hemos llegado en el proceso de desarrollo y las recomendaciones Conclusiones: a. Como resultado de la modificación del enfriador, las pérdidas de energía en el enfriador es 177.7 kcal/kg con la investigación realizada de 14467 kcal/kg con lo que se obtiene un ahorro de 34.03 kcal/kg a la salida del Clinker del enfriador y del aire de exceso.

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b. Con la modificación de la fase I del intercambiador, las pérdidas por radiación es de 47 kcal/kg cli y con la investigación es de 40.15 kcal/kg cli, con lo que se obtiene un decremento de 6.85 kcal/kg cli, lo que representa el 14.5%. c. De los cálculos mostrados el calor específico total con respecto al Clinker suministrado al sistema, es de 847.89 kcal/kg cli, lo que demuestra que es un consumo aceptable comparado con el valor máximo admisible de operación dado por el fabricante Fuller, es cual es de 881 kcal/kg, también es un valor que está dentro del rango de consumo específico, para este tipo de hornos con pre calentadores del tipo SF según Holderbank. Donde enuncia algunos datos operativos comunes en este tipo de sistemas. d. De acuerdo con el resultado de eficiencia del sistema horno rotatorio, nos arrojó un valor de 52.60%, por lo cual podemos decir que el horno se encuentra trabajando dentro de los rangos de eficiencia permisibles, ya que un rendimiento óptimo, sería de 50 a 60%, para este tipo de hornos. e. Según el análisis de la tabla 3.1 (balance térmico del sistema de hornos rotatorios) determinamos que la mayor pérdida de energía térmica se da con los gases de escape, representa el 18.9% de los calores consumidos en total, que equivale al 40% de las pérdidas totales del sistema. f. Se desarrolló una metodología de cálculo para determinar la magnitud de las pérdidas del sistema compuesto por pre calentador, horno rotatorio y enfriador, considerando como datos de entrada la alimentación de crudo y de carbón a los quemadores primarios y secundarios, temperatura del Clinker y de los gases en el intercambiador y flujo de aire en el enfriador.

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2.3.5

Objetivos.

2.3.5.1 General

Analizar el rendimiento energético de la caldera pirotubular Apin de 400 BHP usando el método indirecto en la empresa Alicorp en la ciudad de Trujillo, para establecer medidas de mejora 2.3.5.2 Específicos.

 Determinar las pérdidas porcentuales en la caldera, en estado actual, a través del método indirecto.  Establecer las medidas correctivas para disminuir las perdidas energéticas de la caldera Apin de la empresa Alicorp.  Determinar las pérdidas porcentuales en la caldera, en mejora, a través del método indirecto.  Calculo del rendimiento energético mejorado de la caldera pirotubular a través del método indirecto.  Realizar un análisis económico.  Calcular el retorno operacional de la inversión.

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2.4 MARCO REFERENCIAL

1.2.1. Marco teórico. 1.2.1.1. Rendimiento de una caldera piro tubular Para la determinación del rendimiento de un caldero se tienen dos métodos: 1.2.1.1.1. Método directo: En la ingeniería este es el método de cálculo más rápido, ya que solo evalúa las condiciones de entrada del agua de alimentación al caldero y la salida de este como vapor saturado. ̇

(

)

̇

Dónde: : Rendimiento energético para calderos. ̇ : Flujo másico de vapor producido por el caldero [

]

: Entalpia de líquido saturado del agua [ ] : Entalpia del vapor saturado [ ] ̇

: Flujo másico de combustible [

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ] 1.2.1.1.2. El método indirecto Determina, la eficiencia energética instantánea de la caldera. Para esto se evalúa primero las principales pérdidas de calor, lo cual permite conocer no solo cómo se distribuye el calor aportado por el combustible; sino también facilitar la evaluación de las actuaciones para mejorar la eficiencia energética de la caldera. La aplicación de este método se basa sobre todo en el análisis de gases de chimenea, y no requiere la medición del vapor generado. ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

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Dónde: : Pérdidas por purgas [%] : Pérdidas de calor por convección [%] : Pérdidas por calor hollín [%] : Pérdidas de calor por combustión incompleta [%] : Pérdidas de calor por gases residuales [%]

a. Pérdidas por purgas:

La pérdida de calor por purgas de agua, del interior de la caldera afecta el rendimiento a través de la siguiente expresión: ̇ ̇

Dónde: ̇

: Flujo másico de combustible [

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ] : Calor especifico a presión constante del agua [

]

: Temperatura de saturación a la presión del vapor [ ] : Temperatura del aire ambiente [ ] ̇

: Flujo másico de purgas [

]

Una caldera tiene purgas de fondo como purgas de superficie, el flujo másico de purgas se determina por

̇

̇

Dónde: ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

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̇

: Flujo másico de purgas [

]

̇ : Flujo másico de vapor saturado [

]

: Solidos disueltos totales en el agua a la caldera [

]

: Solidos disueltos totales permisibles en la caldera [

]

b. Pérdidas por convección: Son las que genera la caldera con su entorno a través de la superficie exterior.

̇

Dónde: Superficie lateral exterior de la caldera [ : Coeficiente de transferencia de calor [ ̇

: Flujo másico de combustible [

] ]

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ] : Calor específico a presión constante del agua [

]

: Temperatura de pared exterior del caldero [ ] : Temperatura del aire ambiente [ ]

La transferencia de calor por convección se genera por la superficie exterior del caldero y se denota por:

Dónde: Superficie lateral exterior de la caldera [

]

: Diámetro exterior del caldero [ ] : Longitud del caldero [ ]

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El coeficiente de convección depende únicamente de la velocidad de circulación del aire que impacta con las superficies exteriores del caldero, es decir:

√

Dónde: : Coeficiente de transferencia de calor [ : Velocidad promedio del viento [

]

]

c. Pérdidas por hollín:

Se debe a una parte del combustible que no ha sido quemado. ̇ ̇

Dónde: : Participación másica del carbono [ ] : Poder calorífico inferior del carbono [ ] ̇

: Flujo másico de combustible [

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ] ̇

: Flujo másico de gases residuales [

]

Nota: el poder calorífico del carbono tiene un valor de 33900 [ ]

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d. Pérdidas por combustión incompleta:

Es la pérdida asociada a la presencia de productos de combustión incompleta (

,

y

), en los gases de combustión y que está provocada por la no entrega

del poder calorífico de los mismos durante la reacción de combustión. ̇ ̇ Dónde: : Poder calorífico inferior volumétrico del monóxido [ ̇

: Flujo volumétrico de los gases residuales [

]

]

: Participación volumétrica del monóxido de carbono [ ] ̇

: Flujo másico de combustible [

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ]

Nota: El poder calorífico del monóxido de carbono tiene una valor de 12720 [

]

El flujo volumétrico de los gases residuales se determina por la relación:

̇

̇

Dónde: ̇

: Flujo másico de gases residuales [

]

: Densidad de los gases residuales evacuados [

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]

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El flujo de gases evacuados por la chimenea depende del consumo de combustible como también de los ratios, aire-combustible y gas-combustible, se tiene: ̇

̇

Dónde: : Relación gases- combustible del caldero : Relación aire-combustible del caldero [ ̇

: Flujo másico de combustible [

]

]

Las normas internacionales indican que el CO máximo es del 0.1%. Para este porcentaje las pérdidas por inquemados suelen oscilar entre el 0.4 y 0.8%. para el 1% de contenido de CO en los gases residuales, las pérdidas por combustión incompleta ya son importantes, se sitúan alrededor de 4 a 7%.

e. Pérdidas por gases residuales:

El calor residual es el calor contenido en los productos y subproductos de un proceso de combustión, que eleva su temperatura a niveles mayores de los adecuados para su emisión o almacenaje.

El calor residual en los productos de los procesos industriales

supone

una importante pérdida de energía térmica en la industria.

La pérdida por gases residuales en una caldera se puede determinar mediante la siguiente ecuación:

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(

) ̇

Dónde: : Pérdida porcentual por gases residuales [ ] : Relación aire-combustible [

]

: Poder calorífico inferior del combustible [ ] : Calor especifico a presión contante [

]

: Temperatura de gases residuales [ ] : Temperatura del aire ambiente [ ]

1.2.1.2. Entalpia Es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra “h”, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno, Según el proceso tenemos:

a. Entalpia de líquido saturado:

Esta entalpia se determina a la temperatura de ingreso a un sistema termodinámico. Ejemplo: la entalpia de ingreso de agua a una caldera

[ ]

Dónde: : Temperatura del agua de alimentación a la caldera [ ] : Entalpia del agua de alimentación a la caldera [ ] : Entalpia de líquido saturado (tabla termodinámica a la

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24

)[ ]

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b. Entalpia de vapor saturado: Esta entalpia se determina a la presión de salida de un sistema termodinámico. La entalpia de vapor saturado a la presión de vapor en una caldera se calcula según la ecuación 2.15

Dónde: : Presión del vapor saturado [

]

: Entalpia de vapor saturado [ ] : Entalpia de vapor saturado (tabla termodinámica a la

)[ ]

1.2.1.3. Potencia útil: La potencia útil es igual al producto del flujo másico del fluido portador “agua” habitual mente en Kg /s por su entalpia de vaporización (KJ/Kg·°C) que es diferencial de entalpia de vapor saturado y entalpia de líquido saturado, entre salida y entrada del fluido portador. Mide por tanto el calor realmente aprovechado. Se puede determinar mediante la siguiente expresión: ̇ ̇

(

)

Dónde: ̇

: Calor útil del caldero [

]

̇ : Flujo másico de vapor producido en caldera [ : Entalpia de líquido saturado del agua [ : Entalpia del vapor saturado [

]

]

]

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25

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1.2.1.4. Flujo másico: Flujo másico es en física la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es la diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos (tuberías, toberas, turbinas, compresores, calderos, difusores...) actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/s

a. Flujo másico de vapor en un caldero ̇ Dónde: ̇

: Flujo másico de vapor máximo entregado por el caldero [ ] : Potencia nominal del caldero [

]

K 15. 66 Kg vapor/h producidos por la caldera equivalente a 1 BHP

1.2.1.5 Aislamiento térmico - fibra de vidrio: Es uno de los materiales más usados en la actualidad. Gran parte de la tecnología térmica, dependen de la fibra de vidrio. Por lo mismo, uno no se llega a imaginar, cuántas utilidades se le llegan a dar, a la fibra de vidrio. La gracia de la fibra de vidrio está, en su capacidad de soportar altísimas temperaturas. Con lo cual, se aleja bastante de sus competidores. Aparte que es un excelente aislante térmico. Del mismo modo, los ácidos no afectan su estructura molecular. Para determinar el aislamiento térmico de una superficie se deben seguir el siguiente procedimiento: a. Potencia térmica de convección en superficie desnuda: Denota la transferencia de calor pérdida por las paredes exteriores del caldero al medio ambiente, este calor es significante cuando una superficie no está aislada.

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̇

(

)

: ̇

Potencia térmica pérdida al medio ambiente en tubería desnuda [ ] : Coeficiente de transferencia de calor [

]

Superficie lateral exterior de la caldera [

]

: Temperatura de pared exterior de la caldera [ ] : Temperatura del aire ambiente [ ]

b. Rendimiento promedio de la fibra de vidrio: Los fabricantes de aislamiento térmico de fibra de vidrio oscilan su rendimiento entre el 93% hasta el 97% y para efectos de cálculos se debe de trabajar con un el rendimiento promedio del 95% c. Potencia térmica de convección en superficie aislada: Es la transferencia de calor pérdida al medio ambiente, debida al rendimiento del aislante se oscila pérdidas entre el 3% hasta 7% del calor total perdido en superficie desnuda, utilizando como aislante a la fibra de vidrio. ̇

̇

Dónde: ̇ ̇

: Potencia térmica pérdida al medio ambiente en tubería aislada [ ] Potencia térmica pérdida al medio ambiente en tubería desnuda [ ] : Rendimiento de la fibra de vidrio [%]

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d. Temperatura promedio entre el aislante: Es valor promedio de la temperatura interior de pared y la temperatura exterior de pared del caldero

Dónde: : Temperatura promedio [ ] : Temperatura de pared interior de la caldera [ ] : Temperatura de pared exterior de la caldera [ ]

e. Conductividad térmica de la fibra de vidrio: Hasta el momento se ha descrito la conductividad térmica como una propiedad de los materiales que resulta del modelo lineal entre el flujo de calor y el gradiente de temperaturas, sin embargo su significado físico puede partir del concepto de temperatura, entendida como magnitud que permite determinar el grado de movilidad de las partículas, por esto la conductividad térmica puede verse como una capacidad para transmitir dicha movilidad de unas partículas a otras, sin embargo este concepto implica que la conductividad térmica varíe según la naturaleza del material y la temperatura. Para la fibra de vidrio se determina según la ecuación:

Dónde: : Conductividad térmica del aislante [

]

: Temperatura promedio [ ]

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f. Diámetro exterior del aislante: Es el diámetro expuesto al medio ambiente (

) ̇

Dónde: : Diámetro exterior con respecto al aislante [ ] : Diámetro interior con respecto al aislante, que es lo mismo que el diámetro exterior del caldero [ ] : Longitud del caldero [ ] : Temperatura de pared interior aislada, que es lo mismo que la temperatura de pared exterior del caldero [ ] : Temperatura de pared exterior expuesta al medio ambiente con aislamiento[ ].

g. Espesor de la fibra de vidrio: Es el espesor necesario para que la transferencia de calor sea mínima al medio ambiente.

Dónde: : Espesor del aislante [ ] : Diámetro exterior con respecto al aislante [ ] : Diámetro interior con respecto al aislante, que es lo mismo que el diámetro exterior del caldero [ ].

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1.2.1.6. Balance de masa El balance de materia se basa en la ley de la conservación de la masa enunciada por Lavoisier: “En cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y después que el proceso haya sucedido. Solo se transforma la materia. Es decir: ∑ ̇

∑ ̇

Dónde: ̇ ̇

: Flujo másico de entrada al sistema [ : Flujo másico de Salida del sistema [

] ]

1.2.1.7 Balance de energía

El balance de energía se basa en la ley de la conservación de energía que indica que en un proceso, la energía no se crea, ni se destruye, sólo se transforma. En un balance total de energía se toma en cuenta las transferencias de energía a través de los límites del sistema. ∑ ̇

∑ ̇

Dónde: ̇

: Flujo másico de entrada al sistema [

]

: Entalpia del fluido de entrada [ ] ̇

: Flujo másico de Salida del sistema [

]

: Entalpia del fluido de salida [ ]

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1.2.1.7. Caldera pirotubular de vapor:

Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera. Funciona mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En toda caldera se distingue dos zonas importantes: a. Zona de liberación de calor o cámara de combustión: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico. b. Interior: la cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico rodeado de paredes refrigeradas por agua. c. Exterior: la cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico. Esta parcialmente rodeado o sin paredes refrigerada por agua. La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua). d. Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) trasfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas).Está constituida por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

1.2.1.9. Según su clasificación: Existen varias formas de clasificación de calderas, entre las que se puede señalar: Según la presión de trabajo: •Baja presión: de 0-2.5kg./cm2 •Media presión: de 2.5-10kg./cm2 •Alta presión: de 10-220 kg./cm2 •Supercríticas: más de 220 kg./cm2

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1.2.10. Según su generación: •De agua caliente •De vapor: saturado (húmedo o seco) 1.2.11. Según la circulación de agua dentro de la caldera: •Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico •Circulación forzada: el agua se hace circular mediante bombas 1.2.12. Características principales de calderas pirotubulares: Básicamente son recipientes metálicos comúnmente de acero, de forma cilíndrica o semi cilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de combustión. Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones alcanzan a 5 mts de diámetro y 10 mts de largo. Se construye para flujos másicos de 20.000 kg. /h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 kg/cm2. Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones de agua. En el caso de vapor posen un nivel de agua a 10 o 20 cm. Sobre los tubos superiores. Entre sus características se pueden mencionar: •Sencillez de construcción •Facilidad de inspección, reparación y limpieza •Gran peso •Lenta puesta en marcha Gran peligro en caso de explosión o ruptura debido al gran volumen de agua almacenada.

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La figura 1.1 muestra las partes de la caldera pirotubular

Figura 1.1. Partes principales de una caldera pirotubular

1.2.2. Marco conceptual

1.2.2.1. El boiler horsepower BHP: (El caballo de fuerza de una caldera) El BHP, es una unidad de energía definida por el Boiler Code Test Committee de la American Society of Mechanical Engineers, ASME, y utilizada en la clasificación de la capacidad de una caldera de entregar vapor a un motor de vapor. En1884, el comite sobre pruebas de la caldera de la sociedad americana de ingenieros mecánicos (Committee on Boiler Tests of the American Society of Mechanical Engineers) definió los BHP como la cantidad de energía necesaria para convertir 34.5 libras de agua por hora (15.66 Kg/hr) a 212°F (100°C) a vapor seco, saturado en la misma temperatura.

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1.2.2.2. Poder calorífico: Cada combustible está caracterizado por su poder calorífico, que es la cantidad de calor que entrega un kilogramo de combustible al oxidarse en forma completa. El poder calorífico de un combustible puede ser:  Poder calorífico superior (PCS)  Poder calorífico inferior (PCI)

1.2.2.3 Poder calorífico superior (PCS) El poder calorífico superior se define suponiendo que todos los elementos de la combustión (combustible y aire) son tomados a 0ºc y los productos (gases de combustión) son llevados también a 0ºc después de la combustión, por lo que el vapor de agua se encontrara totalmente condensado. [

]

: American Petroleum Institute.

1.2.2.4. Poder calorífico inferior (PCI) El poder calorífico inferior considera que el vapor de agua contenido en los gases de la combustión no descansa. Por lo tanto no hay aporte adicional de calor por condensación del vapor de agua.

[

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34

]

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CAPITULO II MARCO METODOLÓGICO

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2.1 Hipótesis El Análisis del rendimiento energético de la caldera pirotubular Apin de 400 BHP a través del método indirecto nos ayudará a tomar las decisiones respecto a las medidas correctivas para mejorar el rendimiento energético en la empresa Alicorp – Trujillo.

2.2 Variables

2.2.1 Variables independientes:  Flujo másico de agua (kg/h)  Entalpia del agua (KJ/kg)  Poder calorífico inferior del combustible(KJ/kg)  Participación másica del carbono (%)  Participación volumétrica del CO (%)  Superficie de caldera (

)

2.2.2 Variables dependientes:  Rendimiento mejorado (%)  Perdidas porcentuales de energía: purgas, convección, hollín, combustión incompleta, radiación y por gases residuales (%)  Flujo másico de combustible(kg/h)  Flujo másico de vapor saturado (kg/h)

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Operacionalizacion de variables: Variable

Definición conceptual

Definición operacional

Pérdidas por purgas

Es la contaminación del agua no tratada correctamente

Es la medición de las partes por millón de los sólidos, aceites, y ph contenidos en el agua.

Es el calor perdido a través de la superficie del caldero al medio ambiente. Es el carbono que en la reacción airecombustible no se quema, incrustándose en las paredes laterales de los tubos.

Características del caldero como longitud y diámetro. Como también la velocidad del viento. El porcentaje másico de carbono contenido en el combustible

Se debe a que no hay una buena proporción en el ratio airecombustible en la cámara de combustión. Y esto tiene que ver con el exceso de aire. Es la mala transferencia por convección y conducción entre el agua y el gas caliente debido incrustaciones

Es el porcentaje volumétrico del monóxido de carbono

Pérdidas de calor por convección Pérdidas Por Calor hollín

Pérdidas de calor por combustión incompleta

Pérdidas de Calor por Gases Residuales

Indicador es Medidor se solidos totales disueltos STD. Anemóme tro

Informaci ón del proveedor

Analizado r de gases Es la elevada temperatura en la chimenea

Termómet ro

2.3 Metodología 2.3.1 Tipo de estudio. Longitudinal y aplicada.

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2.3.2 Método de investigación Recolección de datos: consumo de combustible, temperatura de agua, presión del vapor, flujo másico de vapor, dimensiones del caldero, velocidad de viento, temperatura ambiental, temperatura de pared exterior del caldero, temperatura del combustible, dureza del agua, participación másica del carbono, participación volumétrica del monóxido de carbono, relación aire combustible, poder calorífico del combustible.

Balance de energía y masa en la caldera pirotubular.

Pérdidas en la caldera a través del método indirecto en condición actual y en condición de mejora.

Rendimiento energético de la caldera pirotubular en condición actual y en condición de mejora.

Consumo de combustible petróleo bunker en condición actual y en condición de mejora.

Medidas correctivas para disminuir las perdidas energéticas de la caldera.

Realizar un análisis económico al proyecto: costos unitarios de producción de vapor saturado, costo de mantenimiento, costos de equipos y elementos para mejorar el rendimiento de la caldera.

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38

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2.3.3 Población y muestra Por ser el diseño de un equipo aplicado, con una finalidad dirigida específicamente a la empresa Alicorp Nicovita Trujillo, la población se reduce a la unidad. 2.3.3.1 Técnicas e instrumentos de recolección de datos.

TÉCNICA MÉTODO

INTRUMENTO

 Reporte de análisis de aguas tratadas OBSERVACIÓN/ ANÁLISIS DOCUMENTAL

 Ficha u hojas de

PRODUCTO RESULTADO

 Informe de observación, reconocimiento y descripción física de

registro.  Cámara fotográfica

caldero pirotubular

digital.  Toma de datos con

 Información de la

termómetro

temperatura de las

infrarrojo láser -

paredes de la caldera

10~400°C ,  Analizador de gases MEDICIÓN

 Información de los parámetros de los

Testo 300L

gases residuales  Medidor de STD

 Información que indica la los sólidos totales disueltos del agua de alimentación

BIBLIOGRÁFICO

 Fichas bibliográficas

 Marco teórico,

 Libros de Ingeniería

 Antecedentes del

 Apuntes de clase

 Referencias

 Tesis.  Páginas web.

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problema

bibliográficas, etc.

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CAPITULO III RESULTADOS

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3.1 Determinación del poder calorífico inferior del petróleo bunker R-6 a.) Poder calorífico del petróleo N°6 Para fines prácticos y referidos solo a los combustibles residuales cuya gravedad API a 60°F esté por debajo de los 18°API y con un contenido de azufre entre 1% y el 2%, se pueden obtener los poderes caloríficos. Aplicando las siguientes ecuaciones: [ [

]

]

 Del informe de ensayo – Petroperú petróleo industrial R-6 (Ver más Anexo A.1)  Volatilidad: Gravedad API 15.6°C (60°F) Resultado:  composición:

Resultado:

Remplazando:

Convirtiendo a KJ/kg:

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41

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3.2. Determinación de la relación aire combustible con GN.  Datos promedios del analizador de gases en un periodo de evaluación Año 2012. (Ver más anexos).

Figura 3.1. Medición de gases residuales – con analizador (Testo 301), en la chimenea del caldero. |

(Ver Anexo A.2)  Temperatura de gases residuales:    

a.) Calculo del porcentaje de monóxido de carbono:

(

)

(

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)

42

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b.) Calculo de porcentaje del nitrógeno:

c.) Composición promedio del petróleo residual R-6

     

Análisis en base 100Kg de petróleo residual R-6.

Tabla 1.1. Participaciones másica del petróleo R-6

∑ (

)

100

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43

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d.) Análisis estequiométrico – combustión perfecta:

*Balance de carbonos:

*Balance de hidrógenos:

*Balance de azufres:

*Balance de oxígenos:

*Balance de nitrógenos:

Tenemos que la relación aire – combustible es:

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Remplazando los pesos moleculares de los compuestos:

Tenemos, también que la relación gases calientes – combustible es:

3.3. Determinación del calor total entregado por los reactivos:

a.) Calor total de combustión:

̇

̇

̇

̇

{

̇ ̇

̇ ̇

̇

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̇

45

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Se tiene: ̇

̇

̇

̇

̇

̇

̇

Datos: ̇

Remplazando: ̇

Tenemos: ̇

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46

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3.4. Determinación de la temperatura de gases calientes :

Figura 3.2. Cámara de combustión (Hogar) del caldero.

b) Balance de energía: ̇

̇

̇

(

̇

) ̇

Dónde: ̇

̇

̇

(

) ̇

Despejando la temperatura de gases residuales:

(

)

Dato: (Ver Anexo A.3)

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47

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Remplazando:

c.) Flujos másicos:

̇

̇

̇

̇

̇

̇

̇ ̇

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3.5. Cálculo de las pérdidas energéticas del caldero - condición actual :

3.5.1. Pérdida por gases residuales gases residuales:

a) Potencia perdida por gases residuales: ̇

̅̅̅̅ ̇

Datos: (Ver Anexos A.3 y A.4)

̅̅̅̅ Remplazando: ̇

( ̇ )

b) Porcentaje de pérdida por gases residuales: ( ̇ ) ̇

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3.5.2. Pérdida por purgas: a) Potencia perdida por purgas: ̇ ̇

Dónde: ̇

̇

(

)

Se tiene: ̇

̇

(

) (Ver Anexo A.5)

Remplazando: ( ̇ ) ( ̇ )

b.) Porcentaje de pérdida por purgas: ( ̇ ) ̇

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3.5.3. Pérdida por hollín o inquemados:

a) Potencia perdida por hollín: ( ̇ ) ̇

Datos:

̇

Remplazando: ( ̇ ) ( ̇ ) b) Porcentaje de pérdida por hollín: ( ̇ ) ̇

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3.5.4. Pérdida por combustión incompleta:

a) Pérdida de calor por combustión incompleta ( ̇ ) ̇

Datos: ̇

̇

(Ver Anexo A.3)

̇ )

( ̇ )

( ̇ )

b) Porcentaje de pérdida por combustión incompleta: ( ̇ ) ̇

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3.5.5. Pérdida por convección:

a) Pérdida de calor por convección: ( ̇ )

Dato:

Tenemos:

Remplazando: ( ̇ ) ( ̇ )

b) Porcentaje de pérdida por convección: ( ̇ ) ̇

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3.5.6. Pérdida por radiación: a. Pérdida de calor por radiación: ( ̇ )

(

)

Datos:

Tenemos: Superficie del hogar:

Tenemos: ( ̇ )

( ̇ )

b. Porcentaje de pérdida por radiación: ( ̇ ) ̇

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Finalmente el rendimiento del caldero en condiciones actuales es:

3.6. Diagrama de Sankey:

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3.7. Propuestas de mejoras por cada pérdida energética:

a) Mejora en combustión incompleta: Adquirir equipo de control automático de combustión; para controlar la relación Aire-combustible y el exceso de aire. Exceso de aire a controlar: Determinación de la relación aire combustible relación aire-combustible: Tabla 3.1. Composición del gas natural en base a 100Kg de combustible Ecuación Química

Masa m(Kg)

Masa atómico 16

Numero de Kmol 5.9425

95.08

97.33

2.14

28

0.07643

1.25

0.29

44

0.00659

0.11

0.11

58

0.00189

0.03

0.04

72

0.00055

0.009

0.01

86

0.00012

0.002

1.94

28

0.06929

1.13

0.34

44

0.00795

0.13

6.10532

100%

100%

%

Balance en combustión perfecta:

Se tiene:

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Tenemos:

Pérdida de calor por combustión incompleta:

( ̇ ) ̇

Datos:

(Ver Anexo A-3) ̇

̇

̇

Remplazando: ( ̇ ) ( ̇ )

Gal/ año, con R-6 en combustión incompleta: ( ̇ ) ̇ ̇

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̇

N.S/año, con R-6: ̇

[

]

[

]

[

]

Gal/ año, con G.N en combustión incompleta: ( ̇ ) ̇ ̇

̇

N.S/año, con G.N: ̇

[

]

Beneficio con la implementación del control automático de combustión:

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Figura 3.3. Esquema de control automatizado de caldera

Figura 3.2. Cámara de combustión (Hogar) del caldero.

Figura 3.4. Esquema de relación aire combustible optimo

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b) Mejora por factibilidad de cambio de combustible de petróleo bunker por gas natural: Tabla 3.2. Composición másica del gas natural Componente

Nomenclatura

Composición %

Estado natural

Metano

95.08

Gas

Etano

2.14

Gas

Propano

0.29

gas licuado

Butano

0.11

gas licuado

Pentano

0.04

liquido

Hexano

0.01

liquido

Nitrógeno

1.94

gas

Gas carbónico

0.34

gas

Acido sal hídrico

0.05

gas y

Agua

liquido

b.1) Determinación del poder calorífico inferior del gas natural: De la ecuación de Dulong, para combustibles gaseosos:

Tenemos:

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60

Carbajal Salas, Roland

Determinación de los poderes caloríficos del gas natural: *Poder calorífico inferior del metano:

*Poder calorífico inferior del etano:

* Poder calorífico inferior del propano:

*Poder calorífico inferior del butano:

*Poder calorífico inferior del pentano:

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61

Carbajal Salas, Roland

*Poder calorífico inferior del hexano:

Tenemos: ∑ Dónde: [ ]

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62

Carbajal Salas, Roland

b.2) Pérdida de gases residuales usando combustible G.N:

̇ ̇ Dónde: ̇ ̇

̇ ̇

(

)

Reemplazando: ̇ ̇

(

)

̇ ̇

(

)

(

)

Dónde: (Ver Anexos A.3 y A.4)

ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

63

Carbajal Salas, Roland

Calculando el rendimiento del caldero solo en mejora de las perdidas por gases residuales.

∑

Ahorro anual en combustible por gases residuales:

̇ ̇

̇ ̇

̇

(

)

̇ (

)

Dónde: (Ver Anexos A.3 y A.6) (Entalpia del vapor)

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64

Carbajal Salas, Roland

̇

̇ Galones/año con G.N:

̇ ̇

N.S/año con G.N:

̇

Galones/año con R-6:

̇ ̇

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65

Carbajal Salas, Roland

N.S/año con R-6: ̇

Beneficio en cambio de combustible:

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66

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b.3) Instalación de red de gas natural industrial

Figura 3.4. Esquema de relación aire combustible optimo

Figura 3.5. Esquema de instalación de red de gas natural industrial ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

67

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b.4) Selección de quemador dual gas natural – residual # 6 b.4.1. Clasificación de los quemadores • Según su operación: - ON-OFF: una sola etapa de fuego - 2 Etapas progresivas: Alto y bajo fuego con servomotor - Modulante: llama variable en función de la demanda • Según la presión de gas: - Baja presión (para AUTO-QUEM): generalmente 200 mmca (gas natural) - Alta presión (para AUTO-QUEM): generalmente 1600 mmca - Otra presión: a pedido • Según el combustible: - Gas natural (o GLP) - Gas-oil - Dual - Combustible líquido pesado (fuel-oil) • Según el modelo: - De acuerdo al rango de potencia en el que trabajan

b.4.2. Componentes de un quemador: Un quemador se compone básicamente de los siguientes elementos: • Sistema de provisión de aire: - Motor - Cuerpo (caja de aire) - Turbina o ventilador - Registro (manual o automático) - Cuello de admisión de aire - Servomotor ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

68

Carbajal Salas, Roland

• Sistema de provisión de combustible: - Filtro - Válvulas automáticas de cierre - Válvulas de bloqueo - Medidores de presión - Válvulas de regulación (para gas) - Bomba (para combustible líquido) • Sistema de mezcla en boquilla: - Cabezal mezclador - Difusores - Boca de llama - Elementos de ignición • Sistema de seguridad: - Programador para secuencia de arranque - Control de llama - Detector de llama - Presostato de aire - Presostato de gas - Alarmas - Sensores por microcontacto

b.4.3. Selección de la potencia del quemador Datos de caldera BHP

= 400

N° de paso

=3

Capacidad

= 13400 Lb/h

Superficie de calentamiento = Suponemos un rendimiento = 0.90 Factor de maximización

= 1.1

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69

Carbajal Salas, Roland

̇

(

)

/Hr

Figura 3.6 Tabla de selección de quemador

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70

Carbajal Salas, Roland

Figura 3.7 Quemador dual gas natural – residual N° 6

b.5. Lista de equipos a usar en el cambio de residual #6 a gas natural b.5.1. Montaje de ERPMP de doble ramal (Estación reductora primaria – 850 Nm3/h con medidor y corrector)

Principales componentes: 1.- Dos válvulas con protección por sobre-presión (American Meter / Tormene Conexiones: brida/roscada 1-1/2” ó 2” Presión de ajuste 1.22 barg. 2.- Dos válvulas de alivio Marca: Farinolla ó equivalente Conexiones ¾ 3.- Dos filtros de 6” con dos elementos filtrantes alta capacidad de 5 micras ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

71

Carbajal Salas, Roland

4.- Tres manómetros dial 4” Ac. inox conexión inf. ½” NPT con glicerina 5.- Dos Medidor Actaris fluxi 2000 PTZ DN80 capacidad G250 corrector electrónico coruz PTZ medidor tipo turbina Caudal máximo a 1.25 barg 900 m3/h Caudal mínimo a 1.25 barg 45 m3/h Conexiones bridadas ANSI 150 6.- Conexiones Ingreso 2” Salida 3”

Diseño de una estación reductora primaria de doble ramal, con fácil acceso a los reguladores y los elementos filtrantes durante los trabajos de inspección y mantenimiento

Figura 3.8 Esquema de instalación de una estación reductora primaria ANALIZAR EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA CALDERA PIROTUBULAR APIN DE 400 BHP A TRAVÉS DEL MÉTODO INDIRECTO EN LA EMPRESA ALICORP-TRUJILLO

72

Carbajal Salas, Roland

b.5.2. Montaje de ERS (estación de regulación secundaria Presión regulada: 20 a 120 mbar (en función de presión de operación del quemador)

Principales componentes: 1.- Filtros tipo cartucho con un micraje de 5 mesh para proteger los equipos aguas arriba. 2.- Válvula de regulación con shut off ó bloqueo La válvula de regulación deberá, incluir un sistema de cierre automático en caso de sobre-presión o Shut off American Meter 3.- Tuberías de acero rígido que cumplan las normas API 5L, ASTM A53, ASTM 106, ANSI/ASME B 36. 10 4.- Válvulas de apertura y cierre rápido Se instalará una a la entrada y una a la salida de la ERS, de cierre rápido, cumpliendo con las normas: la API 6D, ISO 14313, ASME B 16.4, CEN pr EN 1555-4 5.- Manómetros, se instalarán dos manómetros, uno aguas arriba del regulador y otra aguas abajo del regulador, de tal manera que se pueda verificar las presiones operativas descritas en diferentes puntos de la ERS. 6.- Soportes y anclajes, la ERS estará montada sobre soportes que garanticen su estabilidad y deberán cumplir distancias mínimas establecidas de acuerdo a norma técnica Peruana (NTP) 111.010 “Sistema de tuberías para instalaciones internas industriales”.

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73

Carbajal Salas, Roland

C.) Instalación de un precalentador de aire:

Figura 3.9. Instalación de un pre-calentador de aire. Balance de energía ̇ ̇

̇ ̇

Tenemos: (Ver Anexos A.3 y A.4)

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74

Carbajal Salas, Roland

Flujos másicos: ̇ ̇ Remplazando:

Ahorro en combustible por calentamiento de aire:

̇

̇ (

)

̇ ̇

Galones/año de combustible:

̇ ̇

Beneficio en la implementación del precalentador de aire:

̇

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75

Carbajal Salas, Roland

Potencia útil del intercambiador de calor:

̇ ̇

̇

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76

Carbajal Salas, Roland

d.) Implementación de un sistema de osmosis inversa para disminuir los STD del agua de alimentación a la caldera

Figura 3.10. Sistema de tratamiento de agua con implementación de osmosis inversa. Fuente: Alicorp, Dpto. Mantto.

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77

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d.1. Caudal volumétrico de agua de ingreso al caldero:

̇

̇

(Ver Anexos A.5)

̇

̇

d.2. Conversión STD(ppm) a STD(gpg)

STD: sólidos totales disueltos Ppm: partes por millón gpg: granos por galón

(Ver Anexos A.7)

d.3. Dureza compensada:

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78

Carbajal Salas, Roland

d.4 Volumen de agua en ablandador: ̇

̇

̇

d.5. Flujo másico de dureza: ̇

[

̇

]

[

]

[

]

[

]

̇

̇

d.6. Volumen de resina – zeolita: ̇ ̇

[

[

]

]

[ [

[

]

]

] (Ver Anexos A.8)

̇

̇

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79

Carbajal Salas, Roland

d.7. Volumen de agua que pasa por la resina: ̇

[

]

[

]

̇

̇

̇

d.8. Tiempo de regeneración: ̇ ̇

[

[

]

]

̇

]

[

]

d.9. Masa de sal:

[

[

]

[

[

]

] (Ver Anexos A.8)

La masa de sal seria:

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80

Carbajal Salas, Roland

d.10. Costo de sal por regeneración:

[

]

[

]

[

]

d.11. Costo anual de sal:

[

]

d.12. Flujo másico de purgas:

̇

(

̇

)

(

̇

)

̇

d.13. Beneficio en ahorro de sal:

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81

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Actualmente la los ablandadores consumen 250 Kg de sal/día, para lo cual tendríamos un consumo anual de 91250 Kg, con un costo unitario de 260.00 N.S/TM, con un costo de 23725.00 N.S/año en consumo de sal.

d.14 beneficio en ahorro por purgas:

̇

̇

̇

̇

̇

Tenemos:

̇

[

]

[ [

]

[

]

]

Actualmente el costo unitario del agua tratada es de 1 N.S/

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82

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e). Propuesta de mejora por cambio de aislamiento térmico de caldera para disminuir las perdidas por convección Actualmente la caldera pirotubular Apin de 400-BHP cuenta con aislamiento térmico de fibra de vidrio de 2” de espesor con forro de plancha de aluminio, este se encuentra deteriorado la parte inferior, necesita ser cambiado, para ello se determinará el espesor del aislamiento térmico adecuado, considerando la temperatura de la pared con aislante después de la mejora debe ser 35 °C

e.1. Cálculo del espesor del aislamiento térmico para la pared de la caldera pirotubular Apin de 400-BHP Datos de la caldera: Diámetro exterior de la caldera = 2.64 m Largo de la caldera = 5.77 m Superficie de la caldera= 47.855 Temperatura de pared con aislante antes de mejora = 45 °C

e.1.1. Potencia térmica de convección en superficie desnuda: Denota la transferencia de calor pérdida por las paredes exteriores del caldero al medio ambiente, este calor es significante cuando una superficie no está aislada. ̇

(

)

̇

̇

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83

Carbajal Salas, Roland

e.1.2. Rendimiento promedio de la fibra de vidrio: Los fabricantes de aislamiento térmico de fibra de vidrio oscilan su rendimiento entre el 93% hasta el 97% y para efectos de cálculos se debe de trabajar con un el rendimiento promedio del 95% e.1.3. Potencia térmica de convección en superficie aislada: Es la transferencia de calor pérdida al medio ambiente, debida al rendimiento del aislante se oscila pérdidas entre el 3% hasta 7% del calor total perdido en superficie desnuda, utilizando como aislante a la fibra de vidrio. ̇

̇ ̇ ̇

e.1.4. Temperatura promedio entre el aislante: Es valor promedio de la temperatura interior de pared y la temperatura exterior de pared del caldero

e.1.5. Conductividad térmica de la fibra de vidrio: Para la fibra de vidrio se determina según la ecuación:

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e.1.6. Diámetro exterior del aislante: Es el diámetro expuesto al medio ambiente (

) ̇

e.1.7. Espesor de la fibra de vidrio: Es el espesor necesario para que la transferencia de calor sea mínima al medio ambiente.

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e.2. Pérdida de calor por convección en mejora: ( ̇ )

Dato:

Tenemos:

Remplazando: ( ̇ ) ( ̇ )

e.2.1. Porcentaje de pérdida por convección en mejora: ( ̇ ) ̇

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Carbajal Salas, Roland

Gal/ año, con R-6 en convección: ( ̇ ) ̇ ̇

̇

N.S/año, con R-6: ̇

[

]

[

]

[

]

Gal/ año, con G.N en convección: ( ̇ ) ̇ ̇

̇

N.S/año, con G.N: ̇

[

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]

87

Carbajal Salas, Roland

e.2.2. Beneficio con la implementación de cambio de aislamiento térmico de 2” a 4-1/2”:

f). Rendimiento mejorado de la caldera pirotubular APIN 400BHP

Calculo del calor total: ̇ ̇

̇ ̇

f.1. Pérdidas por gases residuales: ̇

̅̅̅̅ ̇

f.2. Pérdidas por convección:

̇

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f.3. Pérdidas por radiación: (

)

̇

f.4. Pérdida por hollín: ( (

̇

)

̇

) (

)

f.5. Pérdida por combustión incompleta: ( ̇ ) ̇ (

)

f.6. Pérdida por purgas:

̇ ̇

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89

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Rendimiento del caldero mejorado seria:

g). Beneficio neto:

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h). Ventajas al usar gas natural h.1. Ventajas ambientales El gas natural es uno de los combustibles más limpios comparados con los combustibles tradicionales, lo que facilita el cumplimiento de normas ambientales. Una de las grandes ventajas del gas natural respecto a otros combustibles, es la baja emisión de contaminantes en su combustión. Para entender mejor sobre las emisiones producidas por los combustibles se presenta el siguiente cuadro comparativo

Figura 3.11. Emisiones gaseosas de los diferentes combustibles

Cuadro resumen de efectos de distintos contaminantes sobre la salud de las personas y en el ambiente

Figura 3.12. Efectos de las emisiones gaseosas

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Estos son los niveles de emisiones gaseosas del caldero Apin de 400 BHP de la empresa Alicorp S.A.A- con lo que respecta PPM Nox;

Figura 3.13. Emisiones gaseosas – PPM Nox

Estos son los niveles de emisiones gaseosas del caldero Apin de 400 BHP de la empresa Alicorp S.A.A- con lo que respecta a PPM CO; % CO2 y % Exc. aire

Figura 3.14. Emisiones gaseosas – PPM CO; % CO2 y % Exc. aire

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Control diario de emisiones gaseosas con ayuda del equipo testo 301L

CONTROL DIARIO DE GASES-TESTO GASES DE EMISION Hora de analisis Tipo de combustible CO2max. : °C Chimenea % Oxygen. % CO2 ppm CO ppm Nox ppm No % exc Aire % EFF

Caldero APIN

Parametros Norma Objetivo Residual 600 #6 < 20 16.7 < 250 < 380 < 8% < 8% < 350 < 600

9% - 14% < 1,150 < 265 < 265 10- 20 > 77

1

2

3

4

#6 16.7 240 7.2 10.96 10 220 210 18 84.9

#6 16.7 253 3.2 14.15 10 214 204 17 86.7

#6 16.7 270 2.9 14.39 13 207 197 15.2 86.1

5

#6 #6 16.7 16.7 259.5 280 3 4.8 14.31 12.87 6 4 204 224 194 213 15.8 28.1 86.6 84

6

8

9

10

11

12

13

14

15

#6 16.7 284.4 4.9 12.79 4 230 219 28.9 84.6

#6 16.7 290 3.1 14.23 4 216 206 16.4 85.2

#6 16.7 280.5 4.3 14 4 220 212 22.4 84.8

#6 16.7 294 2.8 14.47 4 217 207 14.6 85.4

#6 16.7 274.1 2.5 14.71 5 210 200 12.8 86.2

#6 16.7 290 2.9 14.39 12 213 203 15.2 84.6

#6 16.7 295 2.6 14.63 25 212 202 13.4 85.3

#6 16.7 278.3 3.8 13.16 18 215.1 211 18.2 83.5

#6 16.7 269.96 4.2 11.98 16 219 203 22.23 84.1

h.2. Ventajas económicas El gas natural es el combustible de menor precio y permite obtener Importantes ahorros en relación con otros combustibles.

MMBTU: Millones de BTU

Combustible Gasolina 95 Diesel Industrial - 6 3% S GLP Gas natural seco

Poder calorifico (BTU/ gal)

Precio US$/gal

Precio equivalente US$/MMBTU

123 456

9.01

26

131 036

9.23

24

143 150

6.5

17

97 083

3.7

13 9

1 000 Btu/pies3

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h.3. Ventajas operacionales  El gas natural está disponible en forma continua, no requiere tanques de almacenamiento disminuyendo los riesgos que ello implica y también los costos financieros.  No requiere preparación previa a su utilización, como por ejemplo, calentarlo, pulverizarlo o bombearlo como ocurre con el petróleo o el carbón.  Los equipos y quemadores de gas natural son fáciles de limpiar y conservar.  La combustión del gas natural puede finalizar instantáneamente tan pronto como cese la demanda de calor de los aparatos que lo utilizan, lo cual es muy adecuado para cargas variables e intermitentes.  La regulación automática es sencilla y de gran precisión, manteniendo constante la temperatura o la presión al variar la carga.  El rendimiento del gas natural en la combustión es superior al de otros combustibles.  Cada una de estas ventajas representa ahorros para la empresa. h.4. Ventajas en mantenimiento de equipos (quemadores)

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3.8.

ANALISIS FINANCIERO:

En la tabla 3.3. Se detallan las inversiones en activos fijos en mejora de la caldera APIN de 400BHP, de la empresa Alicorp –Trujillo. Tabla 3.3. Inversiones en activos fijos.

INVERSIONES EN ACTIVOS FIJOS MEJORA CALDERA APIN ALICORP TRUJILLO

N°

1

2

3

4

5

6

7

Descripción

Und

Cambio de Combutible petróleo residual R-6 por gas natural Fabricación y montaje de estación de regulación primaria (dos ramles) Suministro medidor y corrector de presión y temeperatura Fabricación y montaje de red de distribución de media presión (tuberías y accesorios) Suministro válvulas de corte de suministro Fabricación y montaje de estación de regulación secundaria calderos 400 y 350 BHP Fabricar caseta de la ERPMP Evaluación de las camaras de combustión de los dos calderos Suministro, instalación y puesta en marcha de quemador GN/R6 caldera 400 BHP Suministro, instalación y puesta en marcha de quemador GN/R6 caldera 350 BHP Cambio de tubos de intercambio de calor en caldera Compra de tubos SCH-40 2-1/2" Servicio de instalación de 16 tubos a caldera Instalación de precalentador de aire por gases residuales, 50 kw Fabricación de precalentador de aire Servicio de instalación de precalentador de aire Sistema de ósmosis inversa Compra de equipo de osmosis Inversa de 3 m3 Servicio de instalación de equipo de osmosis inversa Automatización bucle de combustión Compra de equipo de control automático para control de combustión Servicio de instalación de equico de control de la combstión de caldero Capacitación del personal de operación Análisis de Riesgos y Plan de contingencia Procedimientos de puesta en marcha y operación de los quemadores Programación de inspecciones y mantenimiento (ERPMP, Red interna, ERSs, Quemadores, ósmosis inversa) Procedimientos de puesta en marcha y operación del sistema de tratamineto de agua por ósmosis inversa Cambio de aislamiento a caldera Apin de 400 BHP - Espesor 4-1/2" Suministro e instalación de de aislamiento termico para caldera Apin de

C. Unitario USA$

Total USA$

$203,900 $17,000 $7,000

1 2

$17,000 $3,500

1

$60,000

2

$750

2

$3,100

1 2

$5,100 $2,000

1

$56,000

1

$47,100

116 1

$100 $8,400

1 1

$30,000 $5,000

1 1

$35,000 $5,000

1 1 1

$16,000 $4,000 $5,000

$47,100 $20,000 $11,600 $8,400 $35,000 $30,000 $5,000 $40,000 $35,000 $5,000 $20,000 $16,000 $4,000 $5,000

1

$4,746

$4,746

$60,000 $1,500 $6,200 $5,100 $4,000 $56,000

$328,646

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Retorno operacional de la inversión: Tabla 3.4. Evaluación del VAN y TIR.

FLUJO DE FONDOS NETOS MEJORAMIENTO CALDERA APIN PLANTA ALICORP TRUJILLO Cálculo de TIR y VAN Años Flujo de Fondos Movimientos en el Periodo -Año Inversión -$328,646.00 Costo Inicial del Proyecto 1 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 2 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 3 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 4 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 5 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 6 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 7 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 8 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 9 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 10 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 11 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 12 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 13 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 14 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 15 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 16 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 17 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 18 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 19 $660,412.39 Beneficios Netos anuales 20 $660,412.39 Beneficios Netos anuales Total Ingresos $13,208,248 Tasa de Interés: 14.00% TIR 201% Tasa interna de Retorno VAN $ 4,045,351 Valor Actual Neto

Tabla 3.5. Calculo del VAN, TIR y PRI. C A L C UL O DE L P E RÍ ODO DE RE T ORN O DE L A IN V E RS ION , P RI VA(Io) -$328,646.00 VA(Bn) $ 4,044,951 VA(Io) + VA(Bn) 4,373,597.29 Número de años, N 20 PRI (Años)= (VA(Io)/(VA(Bn)/N) 1.50 PRI: PERIODO DE RETORNO DE LA INVERSION

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Diagrama de Gantt del proyecto de mejora

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CAPITULO IV CONCLUSIONES

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1.

Se concluye que las perdidas porcentuales de la caldera en estado actual son: por gases residuales (14.92%), por purgas (3.8%) por hollín (0.78%), combustión incompleta (1.10%) y por perdidas por convección (0.47%) por radiación (0.91%), obteniendo un rendimiento actual de 78%.

2.

Se concluye que para aumentar el rendimiento de la caldera se debe optar por el cambio de combustible R-6 a GN; instalar un pre-calentador de aire; la implementación de un control de combustión para regular la relación aire combustible e implementar un sistema de osmosis inversa.

3.

Se concluye que las pérdidas en mejora de esta tesis son: por gases residuales (7%), por purgas (0.19%), por radiación (0.9%), por hollín (0.29%), por combustión incompleta 0.6 % y por convección (0.28%)

4.

Se concluye que el rendimiento actual del caldero pirotubular Apin de 400 BHP, con la implementación de equipos de control automático, osmosis inversa, instalación de un precalentador y cambio de combustible, es de 90.55%

5.

Se concluye que la inversión para la mejora del rendimiento haciende a: $ 328 646.00

6.

Se concluye que el retorno operacional de la inversión para mejorar el rendimiento de la caldera APIN de 400 BHP de la planta Alicorp Trujillo es de 1.5 años

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CAPITULO V RECOMENDACIONES

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1. Se recomienda mejorar el plan de mantenimiento preventivo de todos los componentes de la caldera pirotubular de 400 BHP, así mismo hacer uso de las herramientas predictivas para detectar fallas prematuras en los equipos; e implementar el mantenimiento autónomo para mejorar la disponibilidad.

2. Se recomienda realizar las inversiones necesarias para obtener el aumento del rendimiento de la caldera, así como los beneficios económicos 3. Es necesario capacitar al personal de operación de calderas y mantenimiento, en los temas que se indican: - Análisis de Riesgos y Plan de contingencia con el uso del gas natural - Procedimientos de puesta en marcha y operación de los quemadores - Programación de inspecciones y mantenimiento (ERPMP, Red interna, ERS, Quemadores, ósmosis inversa) - Procedimientos de puesta en marcha y operación del sistema de tratamiento de agua por ósmosis inversa 4. Afinar el diagrama de Gantt en función de las particularidades tecnológicas, técnicas de los sistemas a ser instalados.

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CAPITULO VI REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[ ] Cengel, Yunus A. 2007. Trasferencia de Calor y Masa. Tercera. Mexico : Litrografica Ingramex , 2007. págs. 355-390. 978-970-10-6173-2.

[ ] 2013. Indecopi. Normas Técnicas Peruanas. [En línea] 18 de Febrero de 2013. [Citado el: 20 de Febreo de 2013.] http://www.indecopi.gob.pe/. [ ] Martinez, Jose Francisco Arnau y Jacobi, Alberto Broatch. 2010. Ejercicios Resuelvos de Maquinas Termicas. Primera. Valencia : Universitat Politecnica , 2010. pág. 239. 978-84-8363-591-9. [ ] Rafael, Beltran Pulido. 2008. Conversion Termica de Energia. Primera. Bogota : Universidad de los Andes, Facultad de Ingeniería, 2008. págs. 15-37. 978958-695-385-6. [ ] .Wark, Kenneth y Richards., Donald E. 2001. Termodinamica. Sexta. Madrid : Concepcion Fernandez Madrid., 2001. págs. 607 -673. 84-481-2829-x. [ ] wikipedia. 2013. Diagrama de Sankey . [En línea] Wikimedia Commons , 7 de Abril de 2013. [Citado el: 20 de Marzo de 2013.] https://es.wikipedia.org.

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ANEXOS

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A.1 Informe de ensayo - petróleo industrial N°6 – Petroperú.

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A.2 Análisis de gases - Equipo Testo 300L

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A.3 Tabla. Propiedades de los gases calientes.

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A.4 Tabla. Propiedades del aire.

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A.5 Tabla. Propiedades del agua

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A.6 Tabla. Propiedades del vapor

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A.7 Reporte de tratamiento de aguas de alimentación para la caldera

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A.8 Tabla. Límites de concentración de sólidos en calderas

presión (lbs/pulg2) 0 - 300 301 - 450 451 - 600 601 - 750 751 - 900 901 - 1 000 1 001 - 1 500 1 501 - 2 000 >2 001

Alcalinidad Sólidos totales Total (ppm) (ppm) 3 500 700 3 000 600 2 500 500 2 000 400 1 500 300 1 250 250 1 000 200 750 150 500 100

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Sólidos suspendidos (ppm) 360 250 150 100 60 40 20 10 5

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A.9 Foto: caldera Apin de 400 BHP de la planta Alicorp – Trujillo.

A.10 Foto: toma de muestra de gases residuales con equipo analizador de gases

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A.11 Foto: muestra la parte frontal de la caldera Apin durante mantenimiento

A.12 Foto: muestra los tubos de fuego de la caldera Apin

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A.13 Foto: mantenimiento programado – limpieza de tubos de fuego

A.14 Foto: muestra el hollin dentro de los tubos de fuego

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A.15 Foto: se toma las dimensiones de la camara de combustión

A.16 Foto: muestra la parte posterior de la caldera - purga de forndo

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A.17. Cotización de setvicio de aislamiento térmico de caldera

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