19/1/10

Sustitucion de combustibles

SUSTITUCION DE COMBUSTIBLES.

INTRODUCCIÓN.

En el pasado se ponía poca atención, en general, a la conservación y uso eficiente de la energía, esto debido al costo relativamente bajo del combustible, esta situación ha cambiado. Los costos de la energía seguirán aumentando y dado que han llegado a ser un gasto muy significativo, es necesario mantenerlos a un nivel mínimo.

El combustóleo y el gas natural son los combustibles más utilizados por fapsa a partir de 1999 año en que se incorpora el gas natural. En un principio el uso del gas natural brindaba mayores beneficios ya que aunado a la obtención de una combustión más limpia se contaba con una producción más económica del vapor. A partir del año 2000 el gas natural sufre un incremento en su precio inesperado de aproximadamente 186%, motivo por el cual fapsa decide alternar los combustibles a fin de poder obtener una generación de vapor lo más económicamente posible que le permita ser una empresa altamente competitiva.

Para fines prácticos, una de las ecuaciones más utilizadas para seleccionar el tipo de combustible más factible es:

Generación calorífica = Consumo de combustible x poder calorífico inferior del combustible.

Sin embargo, ésta no toma en cuenta la eficiencia en la generación del vapor ni el uso de aditivos para mejorar la combustión entre otras variables. De ahí surge la necesidad de contar con una metodología automatizada mediante un programa de cómputo que incorpore las variables más importantes para determinar el consumo del combustible seleccionado


JUSTIFICACIÓN.

La importancia y prioridad que el país ha dado al ahorro de energía primaria y eléctrica así como a la mitigación del impacto ambiental han hecho del concepto optimización energética un compromiso nacional de interés económico, ecológico y cultural.

El interés del propietario de una instalación de generación de vapor será mayor en la medida en que lo sean las reducciones en la facturación de combustibles y energía eléctrica, el abatimiento de las emisiones contaminantes y el consumo de agua, la disponibilidad de mayor capacidad de generación y el incremento de la vida útil del equipo instalado.

El presente trabajo pretende ser una vía para enfrentar el encarecimiento en los costos de los energéticos, mismos que se traducirán en beneficios directos para la empresa.

GENERALIDADES.

La industria de la refinación en nuestro país presenta distintos retos, entre los que se encuentra la creciente demanda en los productos derivados del petróleo vinculada al desarrollo económico del país; el compromiso en el cuidado del medio ambiente a través de la elaboración de combustibles cada vez más limpios que logren reducir el número de emisiones contaminantes a la atmósfera.

Según datos de la Secretaría de energía, en el periodo 2006 – 2016 se tendrá una disminución de aproximadamente 210,000 barriles de combustóleo diarios básicamente originado por el desplazamiento de este energético por gas natural.

Por definición un generador de vapor es una serie de dispositivos que aprovechando el poder calorífico de un combustible produce vapor. Por tanto dentro de la caldera se lleva a cabo la quema de un combustible, la cual es una reacción química exotérmica acompañada de un incremento sustancial en la temperatura.

De manera preliminar la apariencia de la flama en el quemador es una buena indicación de las condiciones en que se realiza la combustión en el hogar. Normalmente se utilizan términos como “viva”, “brillante” o de “alta turbulencia” para definir una buena flama con combustibles líquidos como el combustéleo, y una flama “casi invisible, azul en su base y un color tendiendo a salmón” en el resto de la flama es característico en una buena flama con gas natural.

Para realizar un análisis termoeconómico del combustóleo y gas natural utilizado en calderas, y que involucre el mayor número de variables posibles se requiere realizar un programa de cómputo que permita realizar los cálculos de una manera rápida. Las variables que a juicio propio inciden mayormente en el consumo de combustibles son las siguientes:

Tabla.
En la tabla podemos observar que son muy similares los costos al utilizar el programa y la fórmula, sin embargo en el caso del combustóleo el costo de generación del vapor es mayor al utilizar la fórmula ya que ésta está referenciada al consumo de gas natural y al tener éste una menor eficiencia el consumo de combustóleo es mayor, de manera similar pasa con el gas natural pero de manera inversa ya que éste está referenciado al combustóleo.

Gráfica de exceso de aire vs combustóleo.
Aquí podemos observar que el gas natural presenta una pendiente mayor a la del combustóleo por lo que se deduce que el gas se ve más afectado al incrementar el exceso de aire que el combustóleo. Lo anterior se debe a que al incrementar el exceso de aire se aumenta la cantidad de masa de aire existente en el proceso de combustión, misma que se debe llevar hasta la temperatura de combustión, necesitando para ello más energía, que es tomada de la energía liberada por el combustible.

Gráfica Eficiencia vs Temperatura de gases de combustión en la chimenea.
Se observa que existe una disminución de aproximadamente el 1% para el combustóleo y gas natural respectivamente por cada 20ºC de incremento en la temperatura de los gases de combustión en la chimenea, concordando con la “regla de dedo” que dice que se puede incrementar en uno por ciento la eficiencia por cada reducción de 22ºC de los gases en la chimenea. Esta disminución en la eficiencia se debe a que al salir los gases de combustión más calientes aportando la misma cantidad de energía al vapor, llevan consigo más energía, misma que fue suministrada por el combustible.

Gráfica consumo de combustible vs temperatura agua de alimentación.
En ésta se aprecia un decremento en el consumo muy similar tanto para el combustóleo como para el gas natural y se estima en aproximadamente 1.75% por cada 10ºC de aumento en la temperatura del agua de alimentación. Esto se debe a que al llegar el agua con mayor temperatura la diferencia de entalpia entre ésta y el vapor saturado es menor para una misma presión de operación que si ésta llegara a menor temperatura.

Eficiencia vs temperatura agua de alimentación.
Los resultados de esta gráfica son muy interesantes, puesto que si en la gráfica anterior observamos que el consumo de combustible decrece al incrementarse la temperatura del agua de alimentación se esperaría que la eficiencia se incrementase al incrementarse la temperatura del agua, sin embargo permanece casi constante. Se estima que por cada 6ºC de incremento en la temperatura del agua de alimentación se obtiene un incremento del uno por ciento en la eficiencia, sin embargo ese incremento esta determinado por la instalación de un economizador lo que sugiere una disminución en la temperatura de la chimenea, y para nuestro caso ese incremento se lleva a cabo en el deareador que se un dispositivo auxiliar externo a la caldera y no en el economizador.

Los resultados obtenidos los podemos explicar de la siguiente manera:
La eficiencia esta calculada de manera directa, donde el numerador esta formado por el consumo de combustible multiplicado por la diferencia entre la entalpia del vapor a la salida de la caldera y la entalpia del agua de alimentación, por lo que al incrementarse la temperatura del agua de alimentación disminuye el numerador. Por otra parte el denominador esta formado por el consumo de combustible por el poder calorífico superior del mismo, y al incrementarse la temperatura del agua de alimentación disminuye el consumo de combustible, por ende disminuye el denominador, por lo tanto disminuyen tanto el numerador como el denominador lo que hace que la eficiencia prácticamente no se altere.

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