Download - Eficiencia Energetica en Calderas
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Perspectiva de la Eficiencia Energtica en
Calderas en el Sector Pesquero
Ingeniero Aldo Max Delgado Acevedo
Facultad de Ingenieria Quimica
Universidad Nacional de Ingenieria
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Antecedentes
D.S. N 019-97-MITINCI Reglamento para la
Proteccin Ambiental en la Industria
Manufacturera, se han venido desarrollando
diversos esfuerzos orientados a establecer
como meta final Limite Mximo Permisible
(LMP) para emisiones de fuentes industriales y
en particular fuentes de combustin como son
las calderas de vapor.
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Estudio de pre-factibilidad EficienciaEnergtica y Conversin de Calderas en la
Industria del Per. Que data de 1999 alevidenciarse que haba un potencial de reduccin
de emisiones de Gases de Efecto invernadero
(GEI), principalmente CO2, mediante la mejora de
la eficiencia energtica de calderas industriales a
travs de la optimizacin Al confirmarse que las
calderas industriales eran efectivamente una
fuente importante de emisiones contaminantes.
( Fuente EX-MITINCI)
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La Encuesta Nacional de Calderas se aplic enel ao 2000 (ENC-2000) y fue difundida a travs del
diario oficial El Peruano. Se obtuvieron respuesta de
unas 369 empresas de todo el pas.
Registrndose un total de 1147 calderas industriales y
de otros sectores, con una capacidad instalada de ms
de 567000 BHP.
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Estudio de Factibilidad para la Renovacin, Optimizacin yConversin de las Calderas Industriales (EFROCCI)
En base a la informacin de la ENC del 2000 - MITINCI y el
EX-CONAM, con el apoyo de la Corporacin Andina de
Fomento (CAF) y Cooperacin Tcnica Alemana (GTZ),
iniciaron el estudio de factibilidad, con la participacin por un
equipo de consultores locales bajo la orientacin y
asesoramiento tcnico del KO-INSTITUT (Institute for
Applied Ecology) de Alemania y la GTZ, habiendo sido
terminado en noviembre del 2002.
El estudio analiza las caractersticas tcnicas y operativas
de las calderas de vapor en el Per ; asimismo brinda una
evaluacin exhaustiva del potencial, costos y riesgos para la
mitigacin de GEI (gases de efecto invernadero),
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Diagnstico Industrial-sector calderos
El estudio fue realizado entre el ao 2002 y 2003,bajo un programa de adecuacin ambiental ejecutado por el
Ministerio de la Produccin y el EX-CONAM , con
financiamiento de USAID .Se realiza un diagnstico ambiental
del parque de calderas industriales a nivel nacional, permitiendo
conocer aspectos tales como el estado de la tecnologa;
consumos de combustibles por tipo; contaminantes
(caracterizacion) que producen las calderas; as como sus
caractersticas, cantidades y concentraciones; equipamiento y
mecanismos de control de contaminacin que aplican para la
Realidad Nacional e Industrial.
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El objetivo del estudio fue determinar los posibles valores de LMP(limites maximos permitidos) para las emisiones de chimenea de las calderas
industriales del Per, tomando como base la realidad encontrada en el DISC
(diagnostico industrial subsector calderas), la nueva era del gas natural, entre
otras consideraciones; de tal manera que la implementacin de dichos
LMP(limites maximos permitidos) resulten costo-efectivos para las empresas
industriales y stas inviertan a sus calderas en eco-eficientes con las medidas
que se propondrn para tal efecto.
El Diagnostico propone LMPs aplicables a las calderas convencionalesde tipo pirotubular y acuotubular del sector industrial nicamente, que queman
combustibles fsiles tales como: Residuales, Diesel, GLP, Bagazo y tambin
gas natural. Dichos LMPs podran ser aplicados tambin a calderas de
calentamiento de agua o aceite trmico que queman tpicamente Diesel,
Residual o GLP.
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Estrategias para el control de la contaminacin del aire para calderas industriales
Una estrategia de control de la contaminacin del aire se refiere
al plan estrategico que se debe adaptar para el sector industrial
abordando drasticamente y de forma definitiva los problemas de
contaminacin y para asegurar que las concentraciones de
contaminantes sean reducidas o mantenidas por debajo de un nivel
que se considera aceptable. Estas estrategias pueden ser a corto o
mediano plazo lo debe liderar PRODUCE (Ministerio de la
Produccion) , complementaria a una naciente AUTORIDAD
AUTONOMA DE COMPETITIVIDAD ENERGETICA INDUSTRIAL
1) Gestin de la calidad del aire- Indicar niveles de contaminacion optimos
2) Estndares de emisin-implementar mejor tecnologia de control
3) Costo-beneficio-cuantificar los costos por deterioro del medio ambiente
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Aspectos regulatorios sobre operacin de calderas industriales
En el Per existe el Reglamento de Seguridad Industrial (D.S.
N 42-F del 22-05-64) el que incluye en su Titulo Setimo -
Calderos de Vapor y Recipientes a Presin, una serie de
artculos relativos a condiciones generales de construccin,
identificacin, registro, operacin, conservacin e
inspeccion de calderas de vapor (se les denomina caldero),
entre los cuales destacan los siguientes:
Art. 471 - Los operarios a cargo del servicio y conservacin de loscalderos sern debidamente calificados y tendrn la experiencia,
conocimiento tcnico y calidades que requiere la naturaleza del trabajo a
realizar. La Direccin de Industrias y Electricidad podr observar la
capacidad e idoneidad de tales operarios.
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Conversin a gas natural en las calderas industriales
El uso gradual del Gas Natural en las calderas de Lima y Callao, en reemplazo del Residual
principalmente, traer consigo una serie de beneficios tales como:
Ms econmico que los combustibles lquidos (D-2, Residuales) y el GLP en trminos de
US$/MMBtu. As, el Gas natural es un 30% mas barato que el Residual-6 y un 70% mas barato
que el GLP.
Produce mejor combustin: menos CO (monoxido de carbono) y menor particulado.
Es menos contaminante del ambiente. Dado que el gas natural no contiene azufre, no producir
emisiones detectables de SO2; asimismo por su menor temperatura de llama producir menor
NOx.
Es menos agresivo en los equipos de combustin, debido a los menores depsitos de holln y
agentes altamente corrosivos. Reduciendo los trabajos y costos de mantenimiento. Mayor
eficiencia en el aprovechamiento de la energa. Finalmente se obtiene una reduccin de costo
operativos en planta
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ndices de eficiencia energtica
La eficiencia energtica de una caldera se define como la
relacin entre la cantidad de energa proveniente del
combustible que es absorbida por el agua y la energa total
liberada por el combustible entregado a la caldera. La eficiencia
energtica es un factor clave en la operacin de una caldera;
pues influye directamente.
En el consumo de combustible y en el nivel de emisiones que
generan durante su funcionamiento. Una caldera que trabaja con
una eficiencia energtica menor a la mxima posible, consumir
ms combustible para generar la misma cantidad de vapor y por
tanto emitir un mayor volumen de gases de combustin
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En el ao 2000, se haba logrado la institucionalizacin deesta actividad en el pas, mediante la promulgacin de la Ley
27345, Promocin del Uso Eficiente de la Energa, que en su
primer artculo seala que es de inters nacional la promocin
del Uso Eficiente de la Energa (UEE) e indica que sta debe
realizarse para alcanzar cuatro objetivos: asegurar el suministro
de energa, proteger al consumidor, fomentar la competitividad
de la economa nacional y reducir el impacto ambiental negativo
del uso y consumo de los energticos. Cuando seala que debe
ser considerada como un mecanismo para asegurar el
suministro de energa, se refiere a que la Eficiencia Energtica
debe verse como una fuente alternativa de provisin de energa
de bajo costo economico.
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Al referirse al impacto ambiental este se encuentra sustentado
en que toda mejora en la eficiencia energtica trae aparejada
una reduccin de las emisiones contaminantes de impacto
global y local. As mismo, la venta de los certificados de emisin,
al ser una opcin financiera, tambin se constituirn en un
incentivo para la implementacin de este tipo de programas.
Las actividades de Eficiencia Energtica han sido
institucionalizadas a travs de la Ley de Promocin del Uso
Eficiente de la Energa, Ley N 27345, y de su Reglamento,
DS. N 053-2007-EM. En este sentido desde el ao 2005 a la
actualidad se vienen desarrollando lneas de accin como son:
La Generacin de una Cultura de Eficiencia Energtica, a travs
de Campaas de sensibilizacin y capacitacin continua.
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PROGRAMA DE MONITOREO AMBIENTAL ENCALDEROS PARA LA EFICIENCIA ENERGETICA
Se entiende por un Programa de Monitoreo
Ambiental a las acciones de observacin, muestreo,
medicin y anlisis de datos tcnicos y ambientales,
que se toman para: definir las caractersticas del
medio o entorno, identificar los impactos
ambientales de las actividades del Sector
energetico, y conocer su variacin a travs del
tiempo y las medidas correctivas para implementar
un programa de eficiencia energetica en calderos
industriales sobre un diagnostico ambiental
preliminarmente.
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No existen procedimientos universales para el diseo de los
Programas de Monitoreo ambiental para el mejoramiento
energetico. Cada programa debe elaborarse especficamente
para cada situacin. Hay que recordar, que el Monitoreo es un
instrumento para mantener un diagnstico actualizado de una
situacin ambiental especfica, para disear intervenciones, si es
necesario. En este sentido, se debe asegurar la obtencin de
muestras representativas, seleccionando adecuadamente los
puntos de muestreo, recoleccion de datos energeticos,
parmetros y la frecuencia de recoleccin. Cabe mencionar, que
el muestreo es una parte esencial de la evaluacin ambiental
global, ya que hace posible interpretar adecuadamente los
resultados analticos; es imprescindible realizarlo en la forma
ms correcta posible.
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En el diseo del Programa de Monitoreo se debe considerar:
Objetivos generales y especificos
Actividad de la empresa
Etapas del proceso industrial
Parmetros a medir de los equipos energeticos (calderos)
Toma de muestras y su frecuencia, Mediciones in situ
Seleccin de los mtodos analticos (electronicos)
Evaluacin de posibles errores
Determinacin del tiempo requerido
Informacin para la interpretacin y reporte de los resultados.
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Actividades de muestreo energetico ambiental yMediciones in situLas mediciones in situ en los puntos de emisin, se llevan a cabo mediante
equipos que se montan en las mismas chimeneas de las calderas. Los
equipos para el anlisis de SO2, NOx y CO estn basados en el infrarrojo,
ultravioleta, espectrofotometra y electroqumico. El analizador de combustin
permite analizar la eficiencia de combustin y los parmetros ambientales que
se emiten a la atmsfera.
Medicin de la velocidad y flujo de gasesEl medidor de velocidad de salida de gases consta de un medidor con
conectores de plstico, escala de lectura en El caudal ser medido en forma
indirecta a travs del registro de velocidades. Con la seccin de la chimenea
se establecer el caudal correspondiente.
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Mediciones Energeticas
En la parte correspondiente a mediciones, se tratan de
aspectos bsicos de instrumentacin como las mediciones
que son requeridas para realizar evaluaciones, la forma de
realizarlas y mtodos alternativos para el caso de que no se
cuente con los instrumentos necesarios o con la posibilidad
de tomar la medicin.
Esta sustentada bajo cdigos de pruebas de potencia de laAmerican Society of Mechanical Engineers (ASME PTC 4.1) ;
este fue tomado como referencia para el clculo de la
eficiencia en generadores de vapor, utilizando los mtodos
de prdidas, de entradas y salidas (Directo).
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MEDICIONES Y PRUEBAS DE COMBUSTION EN
CALDEROS INDUSTRIALES
La medicin en un diagnostico energtico, es una etapa que,
mediante la instrumentacin adecuada, experiencia, buen
criterio, programacin, anlisis, coordinacin y planeacin
apropiadas, permite dar seguimiento al flujo y distribucin de
energa en sus procesos de transformacin y establecer un
balance en cada etapa y en cualquier tiempo.. Para la medicin,
se parte del conocimiento de los parmetros que intervienen en
cada etapa de transformacin energetica, de los efectos que
el cambio produce en ellos .La calidad del diagnstico
energtico, y por lo tanto la efectividad de las medidas que se
recomienden, depender de la precisin, exactitud, forma y
condiciones en que las mediciones sean tomadas.
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En trminos generales, reducir las emisiones de partculas entre un 65a 73% es tecnolgicamente viable introduciendo algn dispositivo de
retencin de partculas como ciclones, lavadores de gases entre otros
metodos:
Reducir la Opacidad de gases a valores de ndice de Bacharach = 3 o 4
es totalmente factible slo con medidas de ajuste de combustin en los
quemadores de las calderas (para garantizar esta medida debe incluirse
propuesta de tecnologia avanzada ) lo cual es incluso parte del
mantenimiento y buena operacin de una caldera. En el caso del NOx, reducir
un 25% las emisiones tambin es muy probable tecnolgicamente.
Combustin con bajo exceso de aire : hasta 35% de reduccin
Uso de quemadores de bajo Nox : 35% a 60% de reduccin
Conversin a gas natural : hasta 79% de reduccin
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Combustin con bajo exceso de aire
Consiste en mantener un flujo de aire y combustible en el quemador
hasta conseguir un nivel de oxgeno de 3 a 4% en el gas de chimenea, sin
que se produzcan demasiado CO y partculas. Se consigue una reduccin de
hasta 10% de las emisiones de Nox. En el caso de calderas medianas y
pequeas es adecuado controlar el exceso de aire con los sistemas
electronicos-automatizacion) e incluimos ademas, las calderas grandes (en
especial las calderas pirotubulares > 500 BHP) se puede mejorar el sistema
mediante un controlador electronico con un PLc.
Otros dispositivos de alta tecnologia (posicionador diferencial, sensor de
oxgeno, etc.), que regulan el flujo de aire y combustible en todo el rango de
modulacin del quemador posicionando automticamente la vlvula de
combustible y damper de aire.
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MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGETICA
CALOR PERDIDO EN PURGAS DE CALDERO
Automatizacin de purgas.
PERDIDAS DE ENERGIA EN CALDEROS
Optimizacin de la combustin.
Reducir el porcentaje de exceso de aire.
Precalentamiento del combustible (R-500).
Sustitucin por quemadores de bajo exceso de aire .
Instalacin de equipos de recuperacin de calor: precalentador
Sustitucin de generador de vapor mas eficiente.
(sistemas inteligentes de automatizacion)
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INSTRUMENTACION Y CONTROL INTELIGENTE
Calibracin o modernizacin de los instrumentos de control de la caldera.
Automatizacin del sistema de control (control distribuido o control remoto).
Dotar con analizadores de gases de combustion ON-LINE.
Correccin por Oxgeno (MEDIDOR INSTALADO EN LA CALDERA).
PLANEACION DE LA OPERACIN DE UN CALDERO
Repartir la carga eficientemente entre generadores de vapor y en el tiempo.
Administracin de la carga de la caldera.
CONTABILIDAD Y COSTOS ENERGETICOS
Establecer los costos de produccin de vapor (COSTO DE VAPOR US$).
Determinar el consumo especfico de combustible.(COSTOS)
Determinar eficiencia de operacin de la caldera ( OPTIMIZAR)
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ALCANCES FINALES SOBRE EL TEMA
IMPLEMENTACION DE SISTEMA INTELIGENTES EN LA CALDERA
(SISTEMA DE AUTOMATIZACION DEL CALDERO-100%)
a) Automatizacion del quemador Operacin
b) Purga automatica con controlador electronico
c) Medidor de gases de combustion ON-LINE
d) Medidor de flujo de vapor
e) Control automatico del ingreso de agua al caldero
f) Medidor de oxigeno
g) Instalacion de Quemador modulante
h) Sistema integrado de gestion de costos (PLC+SOFTWARE)
unificando las acciones de operacines energeticas del caldero
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ACCEDER A CALDERAS CON ALTA TECNOLOGIA E INTEGRADO PARA
EL MEJORAMIENTO DE LA PERFORMANCE DE OPERACIN DEL
CALDERO EN BENEFICIO DE LA OPTIMIZACION DE COSTOS DE
PRODUCCION EN EL SECTOR INDUSTRIAL.
ACCEDER A CALDEROS CON ALTA TECNOLOGIA DE BAJO COSTO
ECONOMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL IMPACTO AMBIENTAL
IMPULSAR LA RENOVACION DE CALDEROS DE ALTA EFICIENCIA A
NIVEL INDUSTRIAL QUE EL ESTADO PERUANO ESTABLESCA UN
PROGRAMA INTEGRAL DE CAMBIO TECNOLOGICO BAJO LA
MODALIDAD INVERSION X REDUCCION POR IMPUESTO A LA RENTA .
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DISEAR Y EJECUTAR UN PLAN MAESTRO PARA EL DIAGNOSTICO
INTEGRAL PARA EL MEJORAMIENTO ENERGETICO INDUSTRIAL, QUE
TENDRA COMO PRIMERA FASE EL SECTOR PESQUERO POR SER
UNOS DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES CON ALTO CONSUMO DE
ENERGIA ,ESTAS MEDIDAS IMPULSARAN LA COMPETITIVIDAD.
DENTRO DE LOS ALCANCES DE ESTA PROPUESTA SERA EJECUTAR
ACCIONES DE MEDICIONES Y EVALUACION ENERGETICAS EN LA
PLANTAS PESQUERAS EN TODO EL LITORAL,. PARA TENER UN
DIAGNOSTICO REAL QUE DEBE SER PROMOVIDO Y LIDERADO POR
PRODUCE.
AUSPICIAR LA ALIANZA ESTRATEGICA ENTRE PRODUCE-
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA (FACULTAD DE INGENIERIA
QUIMICA), UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA (EAP DE INGENIERIA
DE LA ENERGIA,COLEGIO DE INGENIEROS (COMIT DE CALDERAS)
PARA LLEVAR ACCIONES CONJUNTAS DE MEJORAS ENERGETICAS EN
EL SECTOR PESQUERO.
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AGRADECIMIENTO:
DIRECCION GENERAL DE SOSTENIBILIDAD PESQUERA
VICEMINISTERIO DE PESQUERIA
MINISTERIO DE LA PRODUCCION-PRODUCE
OCTUBRE -2013