análisis termodinámico y propuesta de mejora de eficiencia de torre

Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
ANÁLISIS TERMODINÁMICO Y PROPUESTA DE MEJORA DE
EFICIENCIA DE TORRE DE ENFRIAMIENTO, EN EL ÁREA DE
COGENERACIÓN, INGENIO TULULÁ.
Alex Fernando Carías Mejía
Asesorado por el Ing. Edwin Estuardo Sarceño Zepeda.
Guatemala, mayo de 2010.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ANÁLISIS TERMODINÁMICO Y PROPUESTA DE MEJORA DE
EFICIENCIA DE TORRE DE ENFRIAMIENTO, EN EL ÁREA DE
COGENERACIÓN, INGENIO TULULÁ.
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR:
ALEX FERNANDO CARÍAS MEJÍA
ASERORADO POR EL ING. EDWIN ESTUARDO SARCEÑO ZEPEDA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO
GUATEMALA, MAYO DE 2010.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FALCULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO
Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I
Inga. Glenda Patricia Garcia Soria
VOCAL II
Inga. Alba Maritza Guerrero de López
VOCAL III
Ing. Miguel Ángel Dávila Calderón
VOCAL IV
Br. Luis Pedro Ortíz de León
VOCAL V
Br. Jose Alfredo Ortíz Herincx
SECRETARIO
Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO
Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
EXAMINADOR
Ing. Julio César Campos Paiz
EXAMINADOR
Ing. Edwin Estuardo Sarceño Zepeda
EXAMINADOR
Ing. Carlos Aníbal Chicojay Coloma
SECRETARIA
Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la universidad de San
Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación
titulado:
ANÁLISIS TERMODINÁMICO Y PROPUESTA DE MEJORA DE
EFICIENCIA DE TORRE DE ENFRIAMIENTO, EN EL ÁREA DE
COGENERACIÓN, INGENIO TULULÁ,
tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería
Mecánica, con fecha 18 de mayo de 2009.
ALEX FERNANDO CARIAS MEJIA.
ACTO QUE DEDICO A
DIOS
Por darme vida, sabiduría y salvación eterna, pongo
este logro a tus pies, gracias Señor por ser el
ingeniero de mi vida.
MIS PADRES
Marco Tulio Carías Gonzales y Eugenia Mejía Ariza,
porque todo lo que soy es gracias a ustedes, por su
apoyo, amor, comprensión y cuidados, este logro es
suyo también, los amo.
MIS HERMANOS
Lorena, Eugenia, Marco y Cesar, por acompañarme
en esta vida y hacerla cada día más feliz, que este
logro sea un ejemplo a seguir para ustedes, Dios les
ayude para alcanzar sus metas.
CUÑADO Y SOBRINO
Melvin y Josué, por las alegrías que cada día
compartimos, sonrisas que sólo ustedes pueden dar.
MI NOVIA
Tania Suceli Fuentes García, gracias mi amor por
compartir conmigo este logro, tu has estado conmigo
animándome en cada tramo en este esfuerzo, ahora
veremos sus frutos juntos.
MI FAMILIA
Son muchos pero siempre me ha demostrado cariño
y sobre todo unidad para todos los presentes y
ausentes que sean adelantado.
AMIGOS
Un amigo es un hermano que uno elige, cada vez
que se propongan una meta, luchen cada día por
alcanzarla con trabajo y constancia. Un fuerte abrazo
a todos los presentes y ausentes.
MI IGLESIA
Asambleas de Dios, por ser quien me instruye hacia
la vida eterna y me hace una mejor persona.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS
La que ha dado las herramientas
necesarias para ser un profesional al
servicio de mi país, gracias por todo, mi
alma máter.
AGRADECIMIENTO
Aprovecho esta oportunidad para agradecer al Ingenio Tululá, por darme la
oportunidad de desarrollar aquí el Ejercicio Profesional Supervisado, a la
División Industrial, en especial al área de Cogeneración, desde el Gerente hasta
el personal Operario, todos me han brindado amistad y compartido sus
conocimientos adquiridos en este ramo.
En especial al Ingeniero José Luis Palacios Villatoro, jefe de maquinaria,
gracias por sus conocimientos que ha compartido, por ser quien me apoyó y
asesoró en este trabajo, por sobre todo que ha sido un buen amigo, Dios le
bendiga.
A todos y cada uno de los que de una y otra forma participaron en este logro a
mi tío Carlos Armando Carías Gonzales, por darme la oportunidad de
demostrarte de lo que soy capaz.
A la Facultad de Ingeniería donde cada día forman más profesionales, adelante
en esta gran labor, donde no debemos olvidar que al final debemos devolver un
poco de lo que se nos ha dado, orgullosos de pertenecer a esta Facultad.
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
V
LISTA DE SÍMBOLOS
IX
GLOSARIO
XI
RESUMEN
XV
OBJETIVOS
XVII
INTRODUCCIÓN
XIX
1. GENERALIDADES INGENIO TULULA, S.A.
1.1. Misión, visión, ubicación y productos
1
1.2. Reseña histórica ingenio
2
1.3. Estructura Organizacional área de Cogeneración
3
2. FASE DE INVESTIGACIÓN.
2.1. Reseña de accidentes del edificio de cogeneración
5
2.2. Análisis de riesgos del edificio de cogeneración
6
2.3. Plan de evacuación del edificio de cogeneración
7
2.4. Propuesta de plano de ubicación de extintores
I
10
3. FASE TÉCNICO PROFESIONAL.
3.1. Centrales térmicas
11
3.2. Calderas acuotubulares
13
3.3. Turbogeneradores de vapor
15
3.4. Condensadores de vapor
19
3.5. Torre de enfriamiento.
3.5.1. Historia y evolución
25
3.5.2. Parámetros de diseño
27
3.5.3. Tipos de torre y componentes principales
29
3.5.4. Materiales de construcción
31
3.5.5. Mantenimiento
33
3.5.6. Tratamientos de agua
39
3.5.7. Carta Psicométrica
42
3.6. Generalidades de la caldera instalada.
3.6.1. Propiedades del vapor que genera
II
48
3.7. Generalidades del turbogenerador.
3.7.1. Propiedades del vapor del turbogenerador
49
3.7.2. Potencia generada
49
3.7.3. Vacio generado
50
3.8. Generalidades del condensador.
3.8.1. Cantidad de vapor condensado
50
3.8.2. Temperatura de agua de entrada
51
3.8.3. Temperatura de agua de salida
51
3.9. Generalidades de la torre de enfriamiento.
3.9.1. Cálculos de la carga térmica
53
3.9.2. Capacidad del caudal
56
3.9.3. Potencia del motor
60
3.9.4. Capacidad del ventilador
60
3.9.5. Tratamientos del agua
60
3.9.6. Capacidad de las bombas y cálculos
63
3.9.7. Análisis psicométrico de las condiciones del aire
64
3.9.8. Condiciones de agua de entrada
66
III
3.9.9. Condiciones del agua de salida
3.10.
66
Propuesta de mejora de eficiencia.
3.10.1.
Diseño de torre auxiliar
3.10.2.
Especificaciones técnicas del equipo (tipo de torre,
67
relleno, motor, ventilador, reductor, dimensiones
del equipo, lugar de instalación, caudal del agua a
enfriar)
68
3.10.3.
Condiciones a obtener en el agua de entrada
71
3.10.4.
Condiciones a obtener en el agua de salida
72
3.10.5.
Condiciones a mejorar en los equipos
73
3.10.6.
Plan de mantenimiento
82
3.10.7.
Presupuesto del proyecto
93
CONCLUCIONES
97
RECOMENDACIONES
99
BIBLIOGRAFÍA
101
ANEXOS
103
IV
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1.
Organigrama de personal división de cogeneración
2.
Propuesta de plano de extintores área de cogeneración
10
3.
Proceso de vapor en una central térmica
11
4.
Cogeneración Ingenio Tululá
12
5.
Caldera acuotubular
13
6.
Caldera acuotubular Ingenio Tululá
15
7.
Instalación de turbogenerador
16
8.
Área de turbogeneradores Ingenio Tululá
18
9.
Condensador de superficie Ingenio Tululá
20
10.
Sección de tubería en condensador de superficie
23
11.
Sección transversal torre de enfriamiento
26
12.
Curva de temperaturas de agua en torre de enfriamiento
28
13.
Torre de flujo a contracorriente
30
14.
Relleno de película
33
15.
Angulo de inclinación de las aspas
37
16.
Uniones estructurales
38
V
3
17.
Contaminación de estanque de torre de enfriamiento
42
18.
Carta psicométrica
45
19.
Partes carta psicrométrica
47
20.
Gráficas de bombas 3180
63
21.
Gráfica tabla psicrométrica
64
22.
Torre marley NC 8305
67
23.
Planos de torre marley NC 8305
69
24.
Diseño de torre auxiliar
70
25.
Gráficas ciclo Rankine
76
26.
Tareas mantenimiento programado
85
27.
Programa de inspección y mantenimiento
89
28.
Lista de comprobación para la inspección de mantenimiento
90
29.
Presupuesto.
93
VI
TABLAS
I.
Resumen de accidentes de área de cogeneración
II.
Especificaciones Torre Marley W400
52
III.
Tabla resumen turbogeneradores
56
IV.
Tabla de control de tratamientos de agua
60
V.
Tabla de índice Puckorius
61
VI.
Tabla codificación de agentes químicos
62
VII.
Tabla de dosificación
62
VIII.
Tabla de recopilación de datos psicométricos
65
IX.
Especificaciones Torre Marley NC8305
68
X.
Eficiencias térmicas
74
XI.
Tabla resumen de valores promedio del proceso
75
XII.
Tabla de entalpías en los diferentes estados
77
VII
5
VIII
LISTA DE SÍMBOLOS
η
Eficiencia
W neto
Trabajo neto
Q sum
Calor suministrado
WT
Trabajo realizado por la turbina
h
Entalpía
P
Presión
P abs
Presión absoluta
P atm
Presión atmosférica
P man
Presión manométrica
T
Temperatura
hg
Entalpía de vapor saturado
m
Flujo másico
UT
Energía producida por una turbina
UEG
Energía eléctrica producida por un generador
RV
Razón por kilovatio generado
Ø vap
Caudal de vapor
E.EG
Generación eléctrica del turbo generador condensing
gpm
Galones por minuto
IX
X
GLOSARIO
Alabe
Parte que compone el rotor de una turbina de vapor
en donde recibe el chorro de vapor y lo convierte en
energía mecánica.
Bagazo
Material sólido y fibroso residuo de la molienda de la
caña de azúcar.
Bomba
Dispositivo
empleado para
elevar, transferir o
comprimir líquidos y gases.
Caldera
Dispositivo
generador
de
vapor
para
un
fin
determinado.
Calor latente
Energía necesaria para cambiar de fase una
sustancia.
Calor sensible
Energía necesaria para elevar la temperatura del
líquido a vapor sin que exista cambio de fase.
XI
Ciclo Rankine
Consiste en un ciclo termodinámico cerrado que
consta de una caldera, una turbina, un condensador
y una bomba.
Co-generación
Procedimiento
mediante
el
cual
se
obtiene
simultáneamente energía eléctrica y energía térmica
útil.
Combustión
Proceso químico en el cual el carbono y el hidrógeno
del combustible, reaccionan con el oxigeno del aire,
liberando su energía térmica.
Condensado
Líquido formado cuando el vapor se enfría.
Corrosión
Desgaste de un material, con disminución de su
resistencia Mecánica.
Desairador
Equipo que sirve para eliminar los gases disueltos en
el agua para alimentación de calderas.
Evaporación
Es el paso de un líquido a estado de vapor, y sólo se
realiza en la superficie libre de un líquido.
XII
Ingenio
Planta agro industrial donde se procesa la
caña para producir azúcar y sus derivados.
Vapor húmedo
Es el que contiene minúsculas gotas de agua,
a tal punto de dar la apariencia blanca de
humo.
Vapor saturado
Es aquél que está en equilibrio con su fase
líquida
a
una
determinada
presión
y
temperatura.
Vapor seco
De aspecto invisible, es el que se genera con
cero
humedad,
debido
a
que
ha
sido
totalmente vaporizado.
Vapor sobrecalentado
Es el vapor que se encuentra a una
temperatura mayor que la de saturación a una
presión determinada.
Zafra
Nombre que se le asigna al periodo de
duración de la producción de azúcar y sus
derivados.
XIII
XIV
RESUMEN
El siguiente trabajo de investigación llevado a cabo por medio del
programa de EPS en el Ingenio Tululá, trata sobre el estudio y análisis
termodinámico de las condiciones de trabajo actuales de la torre de
enfriamiento, para luego poder presentar una propuesta de mejora de
eficiencia, la cual se encuentra ubicada en el área de cogeneración, dicha
empresa se dedica a la producción de azúcar para exportación y producción de
electricidad para consumo interno y venta al Mercado Mayorista.
Debido a que en un principio se diseño la torre para un consumo de
potencia, y producción de vapor, el ingenio al entrar en una fase de expansión
el equipo actual de la torre se vio afectado, con una mayor demanda, demanda
que no puede cumplir es por ello, que se tiene la necesidad de mejorar la
eficiencia de la torre, por medio de un equipo auxiliar, equipo con el cual la
empresa ya cuenta solo debe ser adecuado para la instalación actual.
La primera parte del mismo son generalidades de los equipos utilizados
en una planta termoeléctrica conceptos que deben conocerse para realizar el
análisis termodinámico de la torre de enfriamiento.
Posteriormente se encuentra la propuesta de mejora de eficiencia, la
cual se basa en la instalación de una torre auxiliar, que se unirá a la red de
enfriamiento de los condensadores utilizados en dicha área. Se detalla las
características y diseño de la torre auxiliar
instalación
al igual que la propuesta de
para mejoramiento de la eficiencia de operación de la torre de
enfriamiento actual, abarcando instalaciones, equipos.
XV
XVI
OBJETIVOS
GENERAL
Realizar un análisis termodinámico acerca de la forma actual de operación
de la torre de enfriamiento del área de Cogeneración, del Ingenio Tululá,
para luego dar una propuesta de mejora de eficiencia.
ESPECÍFICOS:
1. Diseñar un plan de evacuación, para el edificio de cogeneración del
Ingenio Tululá, basado en el análisis de riesgos del área.
2. Elaborar un análisis termodinámico para dar una propuesta de mejora
de eficiencia de la torre de enfriamiento utilizada en el proceso del área
de cogeneración.
3. Capacitar al personal encargado de la operación y mantenimiento de la
torre de enfriamiento con información directa sobre la eficiencia y los
beneficios que se obtienen.
XVII
XVIII
INTRODUCCIÓN
En nuestro país actualmente desarrollando nuevas industrias dentro de
sus fronteras hay que destacar la Industria Azucarera, la cual es fuente de
muchos empleos, en los Ingenios Azucareros hoy en día se dedican no solo a
extraer el jugo de la caña de azúcar para producir el azúcar a granel, pero
también se debe resaltar la gran importancia de generación eléctrica, utilizando
como combustible el bagazo de la caña, en el período de zafra, pudiendo
generar con combustible fósil como lo es el petróleo en tiempo fuera de zafra, a
lo que conocemos como Cogeneración.
Dentro de los diferentes procesos que se llevan a cabo en el área de
Cogeneración podemos clasificarlos como la Generación de Vapor, por medio
de calderas Acuotubulares, utilizando dicho vapor en los Turbogeneradores
para convertir la energía térmica en energía mecánica, luego en energía
eléctrica, la reutilización del vapor se hace por medio del condensador, en dicha
maquina se debe de tener una transferencia de calor, utilizando el agua como
medio para transportar el calor hacia la atmosfera posteriormente en una torre
de enfriamiento, para luego poder comenzar el ciclo de potencia de nuevo.
La industria utiliza grandes cantidades de agua para enfriar equipo y
procesos
de producción, por lo que es necesario conservar este recurso
potencialmente escaso recirculando la mayor parte posible para usarla
nuevamente, tanta veces como sea posible. Para lograr esto, es necesario un
sistema que permita el intercambio de calor de un líquido caliente hacia el agua
de enfriamiento, tratando que en el proceso exista una pérdida mínima de agua;
para ello es óptimo el uso de una torre de enfriamiento. Es primordial que las
torres de enfriamiento, trabajen de la manera más eficiente.
XIX
XX
1. GENERALIDADES DEL INGENIO TULULÁ, S.A.
1.1. Misión, visión, ubicación y productos
Misión
Satisfacemos los gustos más exigentes alrededor del mundo con los
rones añejos y otros productos, de la más alta calidad y excelencia, innovando
constantemente con un equipo comprometido a una rentabilidad y crecimiento
sostenido, con responsabilidad social.
Visión
Ser la organización líder en la elaboración y comercialización de los más
finos rones añejos y otros productos, para el mundo que disfruta de la
excelencia.
Ubicación
El Ingenio Tululá se encuentra ubicado en al Finca Tululá, en San
Andrés Villa Seca municipio de Retalhuleu. Sobre la carretera CA 2 del
Pacífico, a 4.5 kilómetros de la cabecera municipal de Cuyotenango
Suchitepéquez, sobre la carretera que conduce al Parcelamiento San José La
Máquina. Esta ubicado a 175 kilómetros de la ciudad capital de Guatemala.
Productos
Su comercialización principal es el azúcar de caña y miel invertida por
sus siglas en inglés HTM (High Total Molasses). Azúcar Crudo a Granel, se
comercializa al exterior del país, principalmente con Asia y Europa, por medio
de la Terminal EXPOGRANEL. HTM, se comercializa con la Destiladora de
Alcoholes y Rones DARSA. Se comercializa la venta de Energía Eléctrica con
la red nacional a través de AMM.
1
1.2. Reseña Histórica del Ingenio.
El ingenio Tululá es una empresa Agroindustrial guatemalteca nacida en
1,904 por iniciativa del señor Antonio Bouscayrol. Ubicado en la finca Tululá,
municipio de San Andrés Villa Seca en el departamento de Retalhuleu. El
ingenio Tululá en sus inicios produjo panela a través de trapiches de caña,
posteriormente, fue uno de los primeros en la producción de azúcar, lo que lo
hizo contribuir al crecimiento económico de nuestro país,
En el año 2005
Ingenio Tululá pasó a ser parte de la Industrias Licorera de Guatemala.
No existen antecedentes históricos documentados del Ingenio Tululá,
únicamente se cuenta con el testimonio de personas que han trabajado en la
empresa, lo que si se puede asegurar mediante información documentada
respecto al crecimiento productivo del ingenio, es que desde 1988 se han
venido dando innovaciones substanciales en todas sus divisiones, fomentado
cambios tecnológicos en los métodos de producción agrícola, industrial y
servicios. Fue en el año de 2001 cuando el ingenio inicia el proyecto de
cogeneración por medio de la biomasa del bagazo de la caña de azúcar,
buscando cada año la mejora continua de sus procesos.
2
1.3. Estructura organizacional área de Cogeneración.
La división de cogeneración cuenta con un Gerente de Cogeneración, de
manera vertical se divide en los siguientes jefaturas de áreas, Jefe de
Maquinaria, Jefe de Instrumentación, además se cuenta con un jefe de
Proyectos luego
se cuenta con 3 supervisores de Área de Maquinaria, 2
supervisores de Instrumentación, y luego se cuenta con el personal operativo
los mecánicos, auxiliares de mecánicos, electricistas, auxiliares de Electricistas,
Instrumentistas, auxiliares de Instrumentistas, soldadores y auxiliares de
soldadores, luego personal operativo de maquinaria y servicios, teniendo en
total alrededor de 40 empleados.
ORGANIGRAMA DE PERSONAL DIVISIÓN DE COGENERACIÓN.
Figura 1 Organigrama de personal división de cogeneración.
3
4
2. FASE DE INVESTIGACIÓN.
2.1. Reseña de accidentes del edifico de cogeneración.
El Ingenio Tululá en sus áreas operativas (Industrial, Agrícola, TMT), se
encuentra en un proceso de mejora continua en el tema de seguridad e higiene
ocupacional, dentro del cual el área de cogeneración no queda fuera de ello,
teniendo un departamento dentro del área industrial como encargado de velar
por el cumplimiento de normas de seguridad, todo el personal está consciente
de los riesgos que corre al laborar en el edificio de cogeneración, así como
también las obligaciones que cada uno tiene en utilización del equipo de
seguridad industrial que se les ha proporcionado.
A continuación se presenta una tabla de datos estadísticos de accidentes
ocurridos en el ingenio, datos que son procesados en el centro de salud el cual
es el encargado de atender cualquier tipo accidente que se de dentro del
ingenio, refiriendo los casos más graves a IGSS de Mazatenango, dependiendo
del estado del paciente.
Tabla I Resumen de Accidentes área de cogeneración.
RESUMEN DE ACCIDENTES EN ÁREA DE COGENERACIÓN
INGENIO TULULÁ DE ENERO A JUNIO DE 2009.
CASOS MENSUALES
TOTAL DE
16
96
CASOS
EN EL INGENIO
CASOS OCURRIDOS EN EL EDIFICIO
DE COGENERACIÓN.
5
4
CLASIFICANDOLOS
ACCIDENTES
CANTIDAD
DÍAS
CAUSA
PERDIDOS
Golpe con estructura
1
0
metálica.
Quemaduras provocadas
normas.
1
o
por tubería.
Golpe corto-contundente
Incumplimiento de
normas.
1
0
en el dedo pié derecho.
Golpe contuso en el dedo
Incumplimiento de
Incumplimiento de
normas.
1
0
mano izquierda.
Condición
insegura.
2.2. Análisis de riesgos del edificio de cogeneración.
En el ingenio Tululá debe existir un procedimiento de monitoreo y control
en riesgo para el programa de seguridad e higiene ocupacional. Este deberá ser
ejecutado por trabajadores de mandos medios, trabajadores de los servicios de
salud que se prestan en la empresa y trabajadores integrantes del comité de
seguridad e higiene. Este sistema de monitoreo tendrá por objetivo elaborar y
comunicar a los trabajadores, al comité y a la gerencia, los riesgos de trabajo
acaecidos e tiempo de zafra y tiempo de reparación, así como las causas que
los motivaron.
Las personas que desarrollen estos trabajos de monitoreo pertenecerán o
tendrán relación directa con el comité de seguridad e higiene ocupacional del
ingenio.
6
2.3. Propuesta de Plan de evacuación del edificio de cogeneración.
Siempre debe tomarse en consideración la posibilidad de que cunda el
pánico, evitar todo aquello que obstruya el paso (salidas angostas, secciones
estrechas o ángulos pronunciados en los corredores, escaleras con descansos
muy pequeños, espacios inadecuados al pie de las escaleras o frente a las
salidas). El transito libre de personas normales, una detrás de otra, requiere un
ancho de 55 cm, que la medida usualmente se emplea como unidad al estimar
el ancho de las salidas. El mínimo aceptable es un ancho de dos unidades. La
distancia máxima desde cualquier punto de un lugar o zona de trabajo, hasta la
salida más cercana, no debe exceder de:
Lugares de mucho riesgo
25 metros
Lugares de riesgo moderado o de poco riesgo
30 metros
Lugares de poco riesgo, con instalaciones de rociadores
45 metros.
El ancho mínimo de las escaleras debe ser de 1.10 metros, los peldaños
sin contar los rebordes, deben tener un acho no menor de 22.5 centímetros; la
altura de las contrahuellas no debe exceder de 20 cm. Todas las puertas de
salida deben abrirse hacia afuera. Luego de todas las recomendaciones
anteriores se deberá de tomar en cuenta para poder realizar la propuesta de
plan de evacuación, proponiendo el patio de parqueo de almacenes como lugar
de reunión.
PLAN DE EVACUACIÓN
De acuerdo a los estatutos de Industria Licorera Guatemalteca, siendo
parte el Ingenio Tululá en los cuales su principal función es resguardar la vida
humana, las acciones encaminadas a un plan de emergencia relacionado con
cualquier emergencia inesperadas dentro de las instalaciones de cogeneración
como:
7
 Accidentes Colectivos
 Derrames Químicos
 Incendios
 Temblor o Terremoto.
 Altas Tensiones de Energía Eléctrica.
Se deberá seguir los lineamientos del plan de evacuación siendo los
integrantes de la Brigada de Emergencia los primeros en movilizar al personal a
una zona segura.
PROPUESTA
Conjunto de actividades coordinadas por parte del comité de seguridad
industrial, encaminadas a la evacuación de todo el personal que se encuentre
dentro de las instalaciones de Cogeneración, Ingenio Tululá, en forma
ordenada y lo más segura que se pueda.
FORMA DE EVACUAR AL PERSONAL POR PARTE DE LA BRIGADA DE
EMERGENCIA
1. Sonar la alarma de evacuación.
2. Recomendar tranquilidad a todo el personal.
3. Indicar que se coloquen las manos en la nuca.
4. Salir caminando (nunca corriendo) de las instalaciones hacia el patio de
maniobras que será el parqueo del área de Almacenes.
5. El brigadista mostrará las rutas de evacuación más seguras al personal,
dependiendo del lugar donde se encuentren.
8
6. El brigadista debe cerciorarse de que no quede ninguna persona dentro de
las instalaciones, después de evacuado el personal.
7. Una vez en el patio de maniobras los brigadistas, contarán al personal para
cerciorarse de que todos hayan salido.
8. Todo el personal de la Planta debe obedecer al brigadista que le indica la
forma de salir y la ruta más segura para hacerlo.
NORMAS DE SEGURIDAD
- Cumplir con todas las reglas de seguridad y señales en todas las áreas
de la empresa.
-Aprender la forma correcta de efectuar el trabajo. En caso de duda,
preguntar a los Jefes inmediatos o encargados.
-Ejecutar todas las tareas de una forma segura y profesional, usando los
implementos personales y equipo de protección.
-Corregir y reportar inmediatamente a los Jefes inmediatos o encargados
las condiciones inseguras.
-Mantener orden y limpieza en toda la fábrica.
-No fumar y no beber en áreas de trabajo.
-Mantener libre los pasillos, salidas de tableros eléctricos.
-Todo personal se presenta debidamente uniformado.
-El orden de las áreas es responsabilidad de cada uno.
-Mantener libre de obstáculos los extinguidores
9
2.4. Propuesta de plano de ubicación de extintores.
Figura 2 Propuesta de plano de extintores en área de cogeneración.
10
3. FASE TÉCNICO PROFESIONAL
3.1. Centrales térmicas
Estas centrales emplean turbinas o máquinas de pistón, o ambas cosas a
la vez, no solamente como máquinas motrices, sino también para mover los
equipos auxiliares, tales como bombas, hogares mecánicos, ventiladores y
excitatrices. El vapor, el cual es conducido por medio de canalizaciones, se
produce en la caldera o calderas quemando el combustible en los hogares, los
cuales forman parte integrante de las propias calderas. Las máquinas motrices
de las centrales térmicas de vapor pueden trabajar sin condensador o con
condensador.
Cuando trabajan sin condensador el vapor de escape de la máquinas
motrices es descargado a la presión atmosférica o a presiones superiores a
está. En las centrales con condensadores las maquinas motrices descargan el
vapor en condensadores en el interior de los cuales la presión es inferior a la
atmosférica y en donde el vapor es transformado en agua. Las máquinas
motrices por sí solas no son capaces de extraer suficiente cantidad de energía
calorífica de la poseída por el vapor para convertirlo completamente en agua,
tanto si se trabaja con condensador como sin el. Las principales ventajas de
trabajar con condensador son la mayor cantidad de energía extraída de cada
kilogramo de vapor y la mayor cantidad de energía que puede producirse con
una máquina o turbina de tamaño determinado.
Figura 3 Proceso de vapor en una central térmica
Fuente www.uamerica.edu.co/tutorial/1intro_text_1_1.htm
11
Desde el almacén de combustibles hasta el panel de interruptores, en
cada etapa del proceso y en cada máquina, existen pérdidas térmicas y
mecánicas, las cuales reducen la cantidad de energía útil disponible. La energía
útil obtenida en centrales sin condensador es del 3 al 10 por ciento de la
contenida en el combustible, en el supuesto de que el vapor de escape se
descargue a la atmósfera.
Si el vapor de escape se utiliza para fines de
calefacción, el porcentaje de la energía del combustible utilizado para producir
energía y calefacción puede ser más elevado.
En las centrales con condensador el rendimiento total, o relación ente la
energía útil y la contenida en el combustible utilizado, se halla comprendido
entre 7 y 36
por ciento. En la actualidad se han obtenido los máximos
rendimientos únicamente en aquellas centrales construidas en forma apropiada
para poder conseguir la máxima utilización de la energía suministrada, otros
factores que influyen la consecución de un elevado rendimiento incluyen las
ventajas naturales (agua de refrigeración fría en grandes cantidades, etc.) y el
mantenimiento
rígido
funcionamiento.
La
de
las
construcción
condiciones
de
las
apropiadas
centrales
para
un
buen
térmicas
de
vapor
ultramodernas se basa en la producción de 1 kWh por cada 2335 Kcal
contenidas en el combustible consumido por kWh.
Figura 4 Cogeneración Ingenio Tululá S.A.
Fotografía tomada por el autor.
12
3.2. Calderas acuotubulares.
En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o
vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de
aquéllos, en contrastes con el tipo pirotubular. Las calderas acuotubulares son
las empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones
y rendimientos, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las
altas presiones son de tracción en vez de compresión, como ocurre en los
pirotubos. La limpieza de las calderas acuotubulares se lleva a cabo fácilmente
porque las escamas o incrustaciones se quitan sin dificultad utilizando un
dispositivo limpia tubos movidos con agua o aire. Los objetivos perseguidos al
construir una caldera cualquiera serán: coste reducido, formas simples de los
tubos, compacidad, accesibilidad, transmisión eficiente del calor, buena
circulación y elevada capacidad de producción de vapor.
Esta amplitud de miras ha dado como resultado muchos diseños y
modificaciones de la caldera acuotubular, tales como de tubos rectos, tubos
curvos, de un solo cuerpo cilíndrico, de varios cuerpos, de cuerpo cilíndrico
longitudinal y de un cuerpo transversal.
Figura 5 Caldera Acuotubular
Fuente diplomado Ingeniería Azucarera Cengicaña 2008.
13
Cuando en una caldera se reemplaza la circulación por gravedad por
circulación forzada, el diámetro de los tubos puede reducirse, el circuito de los
tubos puede alargarse, y disponerse a modo de serpentín continuo, formando el
revestimiento del hogar. De esta manera se mejora la transmisión del calor, el
espacio requerido se reduce al mínimo y los colectores y cuerpos cilíndricos
quedan suprimidos.
Los accesorios que generalmente llevan las calderas son: manómetros,
nivel de agua, regulador del agua de alimentación, válvulas de seguridad,
tapones fusibles, purgadores, sopladores de hollín, indicadores de tiro y
aparatos de control. Los niveles de agua se montan en la parte frontal del
cuerpo cilíndrico de la caldera, de forma que puedan verse desde el suelo. La
parte alta del nivel del agua se pone en comunicación con la cámara de vapor
del cuerpo cilíndrico de la caldera y el otro extremo con la de agua.
El nivel de agua va provisto de un dispositivo de alarma para denunciar
los niveles altos y bajos. El nivel de agua de la mayoría de las calderas de
acuotubos horizontales se mantiene de forma que el cuerpo cilíndrico quede
lleno hasta la mitad aproximadamente.
El nivel de agua se coloca normalmente en forma de que el tubo de vidrio
quede lleno hasta la mitad cuando el nivel del agua sea correcto. La misión del
regulador del agua de alimentación consiste en suministrar automáticamente a
la caldera la misma cantidad de agua que se transforma en vapor y, como
consecuencia, mantener casi constante el nivel del agua en la práctica se
utilizan varios tipos de reguladores, a saber: de palanca flotador, de termoexpansión, termo-hidráulico y neumático.
14
Figura 6 Caldera Acuotubular 250,000 lb/h Ingenio Tululá, S.A.
Fotografía tomada por el autor
La mayor parte de la transferencia de calor ocurre normalmente en el
tubo ascendente;
este proceso de calentamiento produce la evaporación de
una porción del agua. Los tubos ascendentes transportan entonces una mezcla
de vapor y agua que tiene una densidad menor que el agua de alimentación que
se introduce en el sistema por el domo superior. El agua de alimentación más
fría, fluye por gravedad hacia el colector de sedimentos por los conductos
descendentes y debido a la diferencia de densidades impulsa dentro formando.
El peso de la columna de agua fría se constituye así en una cabeza motriz.
Alcanzada la zona de transferencia de calor, el ciclo se inicia de nuevo.
3.3. Turbogeneradores de Vapor.
Puede decirse que las grandes conversiones del calor en energía
mecánica son efectuadas principalmente en este tipo de máquinas, dado que
poseen una alta eficiencia. Con excepción de la generada por la fuerza
hidráulica, la totalidad de la energía eléctrica que se consume hoy en día en
fábricas y hogares de todo el mundo, se produce mediantes estas ingeniosas y
altamente tecnificadas máquinas, si bien es cierto que algunos sistemas
autónomos, por razones de un bajo consumo relativo, utilizan para abastecerse
de energía eléctrica motores de combustión interna del tipo diesel o gasolina,
según las necesidades y las facilidades existentes.
15
Turbinas de Vapor
Existen cuatro tipos fundamentales de turbinas de vapor a saber:
1) De flujo de condensado simple.
2) De flujo de Condensado.
3) De extracción automática.
4) De no condensado.
Para una cierta necesidad de potencia, la de flujo condensado simple
requiere la menor cantidad de vapor. La de doble flujo de condensado permite
mayores velocidades y por ende, mayores potencias. Las de extracción
automática, logran combinar las mejores características de las de condensado
directo y aquéllas de no condensado, éstas automáticamente aportan el vapor
del proceso y aceptan el exceso de vapor a una cierta presión. Las de no
condensado o retro-presión son útiles en donde el vapor con que se cuenta cae
dentro de ciertos límites específicos. Cada turbina genera su propia
característica dependiendo del número de rotores, la presión y la temperatura
de trabajo, las velocidades posible de rotación según el material de que estén
hechos los elementos de la turbina que entran en contacto con el vapor; de
hecho, cada turbina genera una familia de curvas, puesto que a velocidades
diferentes rinde potencias de distintas magnitudes.
Figura 7 Instalación de Turbogenerador
Fuente H. Servers energía mediante vapor, aire o gas Editorial Reverté. 5ta. Edición.
16
Para una misma calidad de vapor a la entrada de la turbina en la medida
que se aumenta el número de rotores de una turbina, se incrementa la potencia
total, aunque la velocidad de aquélla decrece más entre más rotores
agreguemos. Este sistema
es parecido al fenómeno de la destilación
fraccionada. A mayor número de platos, más eficiente será la separación
líquido-líquido. Una turbina diseñada para trabajar con un solo rotor, tiene una
sola oportunidad para convertir el calor del vapor que la golpea en trabajo
mecánico. Con varios rotores estamos aumentando nuestra captación de calor y
por ello aumenta nuestra posibilidad de generar trabajo. Para un determinado
número de rotores, una mayor velocidad nos indica que el contenido de entalpía
introducido en el sistema mayor.
Para hacer una selección adecuada de una turbina es menester, primero,
basarnos en la cantidad de potencia requerida y en la calidad de vapor
disponible o considerar la alternativa de seleccionar al par, nuestro sistema
generador de vapor.
En este último caso al igual que en cualquier sistema de
ingeniería, habremos de tener en cuenta las posibilidades de un crecimiento
futuro. Como una guía en la selección de una turbina, habremos de estimar
primero el rango en que ésta va funcionar, es decir, la cantidad de vapor que
procesará a plena carga y cuando ésta varíe hasta su mínimo requerido. Así
podremos saber las presiones y temperaturas de trabajo para los diferentes
pasos.
Las turbinas de flujo simple con unidad de condensado requieren menos
vapor para una potencia dada que las de otros tipos. Estas expanden el vapor
desde una presión inicial hasta una presión menor que la atmósfera. Para
mantener el vacío a la salida de éstas, el vapor ingresa a un condensador,
donde se abate su volumen y esto permite retornar el condensado a la caldera.
17
Figura 8 Área de Turbogeneradores Ingenio Tululá, S.A
Fotografía tomada por el autor
Las turbinas que no cuentan con el sistema de condensador, descargan
el vapor a una presión menor que la atmosférica con un alto contenido de
energía térmica. Estos tipos de turbinas pueden resultar útiles ahí donde pueda
usarse este exceso de vapor en otro proceso.
Las turbinas de extracción permiten la salida de vapor en algún paso
intermedio de su expansión; esto es, antes de la salida final de la turbina. Se
utilizan en lugares donde existe algún proceso que requiera vapor de una
calidad intermedia, entre las calidades del vapor que alimente la turbina y el que
podamos encontrar a la salida de aquella. Hasta hace algunos años, las
turbinas de vapor eran prácticamente desconocidas en las fábricas de azúcar. A
la fecha, debido al progreso de la electrificación, se les encuentra cada vez más;
cualquier fábrica que no las emplee debe instalarlas si desea conservarse
moderna. Uno de los factores más determinantes para la selección de la misma
son las condiciones de vapor (presión de entrada y salida, temperatura de
entrada y salida), ya que de ello dependerá en gran parte el óptimo
aprovechamiento de la turbina. Es importante incluir entre los datos, los valores
18
mínimos y máximos posibles de los parámetros
citados. Otro factor
determinante es la potencia necesaria que debe de tener la turbina para
ejecutar el trabajo que se le asigne. Es importante recalcar que la potencia que
se va a solicitar debe ser lo más normal posible y no la que se necesite cubrir el
trabajo en las horas pico, pues como ya se indicó, esto es índice de ineficiencia.
Se necesita señalar si el acoplamiento va a ser directo a la máquina o si va a
llevar algún reductor de velocidad, a fin de tomar en cuenta el factor de servicio
el mismo.
3.4. Condensadores de Vapor.
Los condensadores de vapor son aparatos en los cuales se condensa el
vapor de escape procedente de máquinas y turbinas, y de donde el aire y otros
gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas
que pueden conseguirse empleando condensadores en las máquinas y turbinas
de vapor:
 Disminución de la presión de escape, con el consiguiente aumento
en energía utilizable.
 Recuperación del condensado para utilizarlo como agua de
alimentación para las calderas.
En las mayoría de las centrales productoras de vapor la recuperación del
condensado es muy importante, constituyendo una necesidad en la mayoría de
las aplicaciones marítimas. El agua de alimentación de las calderas tomadas de
lagos, ríos o mares, debe vaporizarse o tratarse apropiadamente antes de
introducirla en los generadores de vapor. Con la tendencia a hacer trabajar las
calderas a presión y temperaturas cada vez más elevadas, ha aumentado la
necesidad de aguas de alimentación puras, del tipo de superficie, los cuales
permiten recuperar el condensado.
19
Figura 9 Condensador de Superficie Ingenio Tululá, S. A
Fotografía tomada por el autor.
Existen ciertos aspectos prácticos, tales como la cantidad, temperatura,
elevación y calidad del agua de refrigeración, estos determinan en gran parte si
es factible instalar los condensadores. La condensación del vapor de agua en
un recinto cerrado produce un vacío parcial, debido a la gran disminución de
volumen experimentada por el vapor de baja presión. Un Kilogramo de vapor de
agua seco, a una presión absoluta de 1,033 kg cm 2 ocupa un volumen de 1,670
m3. Teóricamente si esta cantidad estuviese contenida en un recinto estanco
para el vapor, de una capacidad de 1,670 m3, a una presión absoluta de 1,033
kg/cm2, y si la condensación dentro del agua tuviese lugar a una temperatura de
61,1 oC el liquido ocuparía únicamente un volumen de 0,001 m 3, o sea 1/1644
del volumen interior del recinto.
El aumento de trabajo que es posible efectuar mediante el empleo de
condensadores. Las turbinas de vapor de agua son capaces de expansionar el
vapor hasta las mínimas presiones de escape alcanzables, debido a que son
20
máquinas de flujo constante y pueden tener grandes aberturas de escape (sin
válvulas) a cuyo través se descarga el vapor ya utilizado.
En cambio las máquinas de vapor son máquinas de flujo intermitente que
tienden a obligar a pasar el vapor expansionado a través de válvulas de escape
relativamente pequeñas. El grado de la reducción de los retornos fija el punto en
el cual las pérdidas por rozamientos en los cuerpos o cilindros necesariamente
grandes, más el trabajo de descargar el vapor de escape, exceden a las
ganancias derivadas de la baja presión de escape. La mínima presión absoluta
de escape práctica para la mayoría de las máquinas de vapor es de 152 a 203
mm de mercurio. En cambio, las turbinas pueden expansionar el vapor hasta
una presión absoluta de 25 mm de mercurio, o aún menos. En la práctica se
requiere una cierta cantidad de energía para evacuar el aire y los gases no
condensables que entran en el condensador y que no pueden eliminarse pro
condensación. Orígenes del aire que va a parar al condensador son las fugas
en los ejes de las turbinas, juntas, purgadores. El aire y los gases disueltos en el
agua procedente de fuentes naturales se desprenden de ella en el condensador
al estar sometidos a la baja presión que allí existe.
Tipos de Condensadores
En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores:

De Superficie.

De Chorro.
Los condenadores
de superficie proporcionan una baja presión de
escape y al mismo tiempo permiten recuperar el condensado.
21
Los condensadores de chorro solamente proporcionan una baja presión de
escape, pues el condensado se mezcla con el agua de refrigeración. En las
centrales equipadas con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse
condensadores de chorro, porque, aun prescindiendo de la pérdida del
condensado, el consumo de energía de las bombas de estos condensadores y
el costo inicial de las necesarias para evacuar el aire neutralizan los beneficios
conseguidos con el elevado vacío obtenido con este tipo de condensadores.
Un condensador de superficie consiste generalmente en un cilindro de hierro
colado, o de chapa de hierro, con una tapa porta-tubos en cada extremo, las
cuales unen entre sí una multitud de tubos que forman la superficie de
enfriamiento. El vapor de escape entra en el condensador por un orificio situado
en la parte superior de la envolvente, y el agua de refrigeración pasa por el
interior de los tubos. Cuando el condensador se emplea con una máquina de
émbolo, se adopta corrientemente la disposición inversa, es decir, el agua pasa
por fuera de los tubos y el vapor por el interior de los mismos.
Condensador de superficie.
En los condensadores de superficie se puede recuperar el condensado
porque no se mezcla con el agua de refrigeración. El vapor que hay que
condensar normalmente circula por fuera de los tubos, mientras que el agua de
enfriamiento, o circulante, pasa por el interior de los mismos. Estos se hace
principalmente porque el vapor limpio no ensucia la superficie externa de los
tubos, la cual es difícil de limpiar, el agua de refrigeración frecuentemente está
sucia y deja sedimento en el interior de los tubos.
22
El método usual de limpiarlos consiste en desmontar las tapas del
condensador y hacer pasar por dentro de los tubos cepillos de alambre movidos
por un motor eléctrico. Esta no es tan sencilla como puede parecer, porque un
condensador puede tener de mil a once mil tubos.
Figura 10 Sección de tubería en condensador de superficie Ingenio Tululá, S.A.
Fotografía tomada por el autor.
Los condensadores de superficie pueden ser de paso único, en los cuales el
agua circula en un solo sentido a través de todos los tubos, o de dos pasos, en
los cuales el agua circula en un sentido a través de la mitad de los tubos y
vuelve a través de los restantes. La mayoría de los grandes condensadores
están equipados con una bomba centrífuga para evacuar el condensado líquido,
y un eyector de aire de tipo de chorro para evacuar el aire y los gases. El
condensador de dos pasos se halla suspendido directamente en el fondo de la
turbina, no necesitándose ninguna junta de dilatación.
Soportes de muelle
ayudan a sost21ener el peso del condensador, y al mismo tiempo, permiten
cierto movimiento para compensar las dilataciones y contracciones. Las tuberías
de agua del condensador generalmente van provistas de juntas de dilatación de
23
caucho, debido a que solamente ha de soportar la baja presión del agua de
refrigeración. La bomba del condensador evacua el agua tan pronto como está
va cayendo en el pozo caliente. El condensador actúa de refrigerante en los
condensadores intermedio y posterior al ser bombeado al depósito de
almacenamiento o al calentador de baja presión. Un condensador de superficie
debe cumplir:
1. El vapor debe entrar en el condensador con la menor resistencia posible,
y la caída de presión a través del mismo deberá ser reducido a un
mínimo.
2. El aire (el cual es un cuerpo mal conductor del calor) debe evacuarse
rápidamente de las superficies transmisoras de calor.
3. El aire debe recogerse en puntos apropiados, prácticamente libre de
vapor de agua, y enfriado a una temperatura baja.
4. La evacuación del aire debe realizarse con un gasto mínimo de energía.
5. Asimismo debe rápidamente evacuarse el condensado de las superficies
transmisoras del calor y devolverse, libre de aire, a la caldera a la
máxima temperatura posible. El agua de refrigeración debe atravesar el
condensador con un rozamiento reducido, dejando un mínimo de
sedimentos, y con una absorción de calor máxima.
Los tubos de los condensadores generalmente son de latón rojo (85% de cobre,
15% de zinc), o de metal Muntz (60% de cobre, 40% de zinc) para agua pura, y
de latón Admiralty (70% de cobre, 29% de Zinc, 1% de estaño) para agua
salada, y aguas impuras de ríos. El diámetro exterior de los tubos varía de 15,8
a 25,4 mm, empleándose generalmente el No. 18 B.W.G., el cual tiene un
espesor de pared de 1,25 mm.
24
3.5. Torre de enfriamiento.
3.5.1. Historia y evolución.
Una gran mayoría de procesos requieren de algún medio de disipación
de calor para evitar problemas con materiales de construcción, o con el proceso
mismo. En un principio se utilizó el método llamado “once trough cooling” o
enfriamiento de un solo paso. Con este método, las fábricas tomaban agua de
un río o lago cercano, lo utilizaba para enfriar algo, y lo regresaban al río o lago.
Concentrar la construcción de fábricas en las riveras de ríos y lagos era
totalmente impráctico, además este método causaba aumento de temperatura
en los cuerpos de agua cercanos a las fábricas destruyendo el equilibrio
ecológico del área.
El siguiente paso fue la invención de lagos artificiales con mecanismos de
aspersión del agua de enfriamiento. Al lanzar el agua hacia arriba, se lograba
enfriarla por medio de evaporación tratando de aproximar la temperatura del
agua a la temperatura de bulbo húmedo del medio ambiente. Este método
aumentó considerablemente la eficiencia del proceso de enfriamiento pero
seguía presentado el problema de utilizar extensiones de tierra relativamente
grandes y por lo tanto caras. La creación de la primera torre de enfriamiento
solucionó el costo de tener un lago artificial. Al elevar el sistema de aspersión de
agua, se permitió que el agua interactuara con aire por un período mas largo de
tiempo antes de caer en el depósito de agua fría en el fondo de la torre. Sin
embargo, estas torres de tiro natural eran muy poco eficientes y necesitaban ser
de un gran tamaño.
Para mejorar la eficiencia de las torres se introdujeron dos nuevos elementos:
25
1. Ventiladores eléctricos para incrementar el flujo de aire dentro de la torre.
2. Rellenos interiores para aumentar la superficie expuesta de agua y por
ende, la cantidad de evaporación.
La implementación de estos componentes permitió aumentar y maximizar la
interacción del agua caliente con el aire entrando a la torre. Durante este
contacto extendido del agua con el aire se efectúa el enfriamiento por
evaporación. A más área de agua expuesta, mayor tiempo y mejor eficiencia de
interacción, se logró más enfriamiento del agua.
Figura 11 Sección Transversal Torre de enfriamiento.
Fuente Tesis Menchu I. Juan Francisco
26
3.5.2. Parámetros de diseño
Los parámetros para determinar el tamaño y diseño de las torres de
enfriamiento son:
1) El flujo del agua a enfriar
2) Temperatura del agua caliente de entrada
3) Temperatura del agua fría de salida
4) Temperatura de bulbo húmedo de entrada a la torre.
Existe una relación muy importante entre estos elementos. La diferencia entre
la temperatura del agua caliente y la temperatura de agua fría se le llama “El
Rango”. A la diferencia de temperatura del agua fría y la temperatura de bulbo
húmedo de entrada se le llama “El Acercamiento”. De estas dos últimas
relaciones, la que tiene un efecto mayor en la selección del tamaño de la torre
de enfriamiento es el acercamiento, mientras más grande el acercamiento más
grande tendrá que ser la torre de enfriamiento, ya que la función de la torre es la
de “acercar” la temperatura del agua fría lo mas posible a la temperatura del
bulbo húmedo de entrada. Si tomamos como analogía un resorte mecánico,
para poder comprimirlo se requiere de una fuerza que vaya creciendo conforme
se comprime el resorte. A más compresión, más fuerza requerida.
Por lo tanto, la temperatura de bulbo húmedo de entrada es el límite teórico al
que puede llegar la temperatura del agua fría. Para poder llegar a la
temperatura de bulbo húmedo se requeriría de una torre infinitamente grande
que efectuara una cantidad de trabajo infinita. El efecto en el tamaño de la torre
que causa una variación en el acercamiento no es lineal sino exponencial, por lo
que si se quiere crear un “colchón” de seguridad durante el diseño de la torre,
27
es mucho mejor hacerlo con la cantidad del flujo de agua y el rango si tienen un
efecto directo lineal en el tamaño de la torre. La temperatura de bulbo húmedo
de entrada, también llamada de diseño, es a veces diferente a la temperatura de
bulbo húmedo ambiental de la región geográfica donde estará instalada la torre.
Las razones para lo anterior son otras fuentes de calor cerca de la torre de
enfriamiento, como calderas, o la presencia contigua de otras torres de
enfriamiento, las cuales modificaran la humedad relativa y temperatura del
medio ambiente alrededor de ellas.
Además de los anteriores factores de
diseño, existen otros también importantes, entre ellos:
1) Zona sísmica para la construcción
2) Calidad del agua a enfriar
3) Medio ambiente alrededor de la torre
4) Otras fuentes de calor o humedad cerca de la torre.
Figura 12 Curva de temperaturas del agua en torre de enfriamiento
Fuente Manual de Torre de Enfriamiento W400 de la compañía Marley.
28
3.5.3. Tipos de torre y componentes principales
Existen dos tipos fundamentales de torres de enfriamiento:
1) Torres de flujo de aire cruzado en donde el aire entra por los lados de la
torre.
2) Torres de contra flujo en donde el aire entra por debajo de la torre.
Ambos tipos de torres pueden ser de tiro de aire natural, tiro inducido o tiro
forzado.
Los elementos o componentes principales de las torres de enfriamiento son:
1) La estructura de la torre
2) El relleno interior donde se incrementa la superficie expuesta del agua
aumentando su contacto con el aire
3) La cubierta de la torre
4) La plataforma de los ventiladores
5) Los ventiladores
6) El equipo mecánico para dar movimiento a los ventiladores
7) Los motores eléctricos
8) El sistema de distribución de agua
a. En torres de contraflujo, este es de tipo de baja presión con
toberas de aspersión
b. En torres de flujo cruzado, se usan depósitos superiores de agua
caliente con distribución de agua por gravedad.
29
9) El depósito de agua fría
10)La tubería de entrada y salida de agua.
En general las torres de
flujo cruzado son más fáciles de mantener
debido a sus espacios abiertos dentro de la torre. Ellas se prestan para hacer el
lavado mecánico del relleno más fácilmente que las de contraflujo. Además, el
sistema de distribución
es mucho más
simple ya que utiliza depósitos
superiores de agua caliente en vez de toberas de aspersión. El principal
problema de las torres de flujo cruzado es que en general son más grandes
debido a los espacios abiertos. Esta situación aumenta los costos de inversión
inicial. Por ende, estas torres tienden a ser más altas por lo que las bombas a
utilizar deben ser más potentes. Las torres de contra flujo tienden a ser mas
pequeñas y menos altas que la de flujo cruzado. Esto ayuda a reducir el costo
de inversión inicial en materiales y el gasto de operación, ya que las bombas no
requieren tanta potencia para llevar el agua hasta el sistema de distribución que
se encuentra dentro de la torre. Por otro lado, el relleno de las torres de contra
flujo es mas difícil de limpiar mecánicamente por lo que se requiere de un buen
control químico del agua. Asimismo para poder reparar una tobera de aspersión
bloqueada, es necesario entrar al interior de la torre.
Figura 13 Torre de flujo a contracorriente
Fuente Manual de Torre de Enfriamiento W400 de la compañía Marley.
30
3.5.4. Materiales de construcción
Los principales materiales de construcción de las torres de enfriamiento son:
1) Madera tratada con preservadores
2) Concreto
3) Acero galvanizado o con recubrimiento epóxico
4) Acero inoxidable
5) Plástico reforzado con fibra de vidrio
Dependiendo del tipo de aplicación y las características del medio
ambiente en el que se instalará la torre, todos estos materiales se utilizan en
mayor o menor grado. Aunque no es de gran popularidad en Latino América, la
madera ha proporcionado un excelente servicio en estructuras y cubiertas
otorgando una vida promedio de 25 años y ofreciendo un ahorro considerable
en la inversión inicial.
Tipos de rellenos
Las torres de enfriamiento utilizan rellenos con el propósito de
incrementar la cantidad de superficie de agua en contacto con el aire, así como
el tiempo de interacción entre ambos. De esta manera se intensifica la eficiencia
de transferencia de calor. A mayor eficiencia, mayor será la transferencia de
calor y la temperatura del agua fría será más cercana a la temperatura de bulbo
húmedo de entrada.
31
Relleno de Película:
Este relleno ha ganado popularidad debido a que permite exponer una
mayor superficie de agua por unidad de volumen de relleno reduciendo el
tamaño y por lo tanto el precio de la torre. El relleno de película puede ser
utilizado eficientemente en torres tanto de flujo cruzado como de contra flujo. La
manera como funciona es forzando el agua a fluir por hojas verticales de
material generalmente plástico, forzando la interacción aire/agua. En la mayoría
de los casos y debido a su mayor eficiencia, el relleno de película permite
obtener una cantidad dada de enfriamiento con una torre más pequeña que si
se utilizara relleno de salpique. Uno de los detalles críticos en el uso de relleno
de película, es que el sistema de distribución de agua debe asegurar una
distribución uniforme desde el principio. Si por alguna razón alguna región de la
superficie superior del relleno, no fuera mojada por el agua saliendo del sistema
de distribución, todo el volumen vertical proyectado por esta región no
efectuaría ningún tipo de intercambio de calor reduciendo marcadamente la
eficiencia térmica. Debido a que las hojas verticales se encuentran separadas
por un espacio relativamente pequeño, el relleno de película es muy fácil de
obstruir. Materia extraña, turbidez, la presencia de bacterias y algas disminuyen
la cantidad de aire que puede pasar a través del relleno, reduciendo por lo tanto
la eficiencia térmica de la torre.
En los rellenos de película, la inspección es bastante mas difícil por que
cuando un bloqueo se hace visible, es seguro que se ha convertido en algo
extremo. Este relleno no es apto para ser lavado mecánicamente. El
mantenimiento se hace por medio de agentes químicos para el tratamiento del
agua.
32
Figura 14 Relleno de película.
Fuente Manual de Torre de Enfriamiento W400 de la compañía Marley.
3.5.5. Mantenimiento
Arranque
Antes del arranque inicial de una torre de enfriamiento o después de largo
tiempo de paro, límpiela o inspecciónela con cuidado. Elimine todos los
desechos en el estanque recolector debajo de la torre.
Inspeccione todos los ventiladores y cerciórese de que los tonillos estén
apretados, que los ventiladores giren libres y que el espacio frente las puntas de
las aspas y el cilindro este correcta. Revise el eje de impulsión del ventilador
para comprobar que todos los tornillos estén en su lugar, los acoplamientos
flexibles o juntas universales estén en buenas condiciones y que los protectores
del eje estén colocados y bien sujetos.
El motor, el eje de impulsión y el reductor de velocidad deben estar
alineados. Compruebe que los reductores de velocidad estén llenos al nivel
correcto con aceite limpio del tipo especificado. Además, abra los respiraderos
en la parte superior del reductor y apriete los tornillos. Inspeccione la lubricación
de los motores. Apriete los tornillos de la carcaza y de anclaje del motor.
33
Inspeccione las boquillas, tuberías y canalones del sistema de distribución.
Instale las boquillas faltantes y elimine todas las fugas. Examine la estructura de
la torre y apriete los tornillos flojos. No apriete en exceso los tornillos, porque los
puede romper la madera cuando se hinche.
Elimine las fugas del estanque recolector, las fugas en los estanques
pequeños se detienen cuando se empapa la madera. En los de concreto,
examine las juntas de expansión en las paredes y el fondo. Compruebe que le
flotador para el agua de adición funcione libre y no tenga fugas por la válvula
cuando está cerrada. Vea que el derrame esté abierto y trabaje bien. Revise el
fondo del estanque para ver si el colador y la tapa (o las mallas de succión, si es
de concreto) estén bien instalados.
Ventiladores
Los ventiladores succionan el aire a lo largo de la torre y lo descargan en la
parte alta de la atmósfera. Inspeccione los ventiladores al arranque para ver que
giren libres. Es muy importante que los ventiladores giren en el sentido correcto.
Compruebe la potencia de entrada del motor. Si los motores no están cargados
al caballaje especificado, consulte al fabricante para establecer el paso de las
aspas de los ventiladores. Los reductores de velocidad suelen ser ruidosos en el
arranque inicial, pero se quita el ruido cuando se asientan los engranes. El
ruido en los reductores de velocidad que han trabajado algún tiempo, significa
desgaste excesivo.
34
Circulación del agua
Ajuste la válvula de flotador del estanque para mantener el nivel de agua de
5” a 6” debajo del relleno de madera. Mantenga, cuando menos 6” de agua en
los estanques de pino de California o de Acero. Abra o cierre las válvulas
necesarias, cebe y arranque las bombas. Ajuste el agua de circulación a la
cantidad de diseño de la torre. El volumen de agua se puede medir con el
medidor de orificio, con saetín, tubo Pitot o las curvas de comportamiento de las
bombas. Iguale la distribución del agua en todas las partes del la torre.
Operación
Mantenga el sistema de distribución, boquillas y estanque de la torre libres
de mugre, algas e incrustaciones. No haga funcionar los ventiladores con
impulsor de velocidad variable a más de la velocidad especificado. Los
estanques de concreto deben tener dobles mallas de succión, es decir, un grupo
de mallas frente al otro para que el agua pase por ambas. Al limpiar, primero
quite las mallas y coladores por los que pasa el agua. Compruebe el nivel de
aceite del reductor de engranes cada semana y agregue el aceite necesario.
Engrase los ejes de impulsión que tengan estrías o juntas universales con
graseras, una vez a la semana. Los ejes de impulsión con acoplamiento de
disco no necesitan lubricación. Compruebe el funcionamiento de la torre a
diario. Como la torre es parte de un sistema, su funcionamiento deficiente puede
ser síntoma de una falla en otro lugar del sistema.
La escala de enfriamiento se reduce con carga ligera de calor o con exceso
de agua; se aumenta con carga intensa de calor o agua insuficiente. Cuando un
35
condensador tiene muchas incrustaciones, se retarda la circulación del agua ya
aumenta la carga de bombeo.
Cuando la cantidad de agua esta incorrecta:
1. Compruebe la velocidad, presión y si hay bolsas de aire en la bomba.
2. Revise si el condensador tiene incrustaciones, aire o restricciones.
3. Examine si las tuberías tienen aire, válvulas parcialmente cerradas,
mugre o restricciones.
Mantenimiento Mecánico
Establezca un programa de mantenimiento mecánico periódico para el
equipo de las torres de enfriamiento. Lubrique los cojinetes de bolas (baleros)
de los motores con grasa resistente al agua a los intervalos especificados
El exceso o falta de grasa en los cojinetes de bolas, producirá su falla.
Examine el aislamiento de los motores cada año con un “megger”. Pinte los
devanados de los motores cada año con barniz aislante y la carcasa con pintura
anticorrosiva. Cambie el aceite de los reductores de velocidad cada 3,000 horas
o una vez al año, cuando menos. En la placa de identificación de los reductores
se indica el tipo de aceite.
El juego excesivo entre el piñón y la cremallera indica desgaste. El juego
longitudinal en el eje piñón o el juego lateral del eje del ventilador indican
desgaste de los cojinetes. Las fugas de aceite por el eje del piñón o el eje del
ventilador indican sellos gastados.
36
Pinte las aspas y cubos de los ventiladores con la frecuencia necesaria para
evitar la corrosión. La corrosión depende del agua utilizada en la torre y de la
contaminación atmosférica. Apriete las grapas de las aspas y los tornillos del
cubo y equilíbrelo si es necesario.
Figura 15 Ángulo de inclinación de las aspas ventilador.
Fuente Manual de Torre de Enfriamiento W400 de la compañía Marley.
Mantenimiento estructural
Limpie la basura, mugre, incrustaciones e insectos del sistema de
distribución. Repare o reemplace las partes dañadas o faltantes. Limpie y pinte
todos los metales que se puedan corroer. El pino de California no necesita
pintura para protección contra la intemperie. Apriete los tornillos flojos y deje
espacio para que se hinche la madera cuando se moje.
37
Limpie los eliminadores de brisado, porque la mugre reduce el flujo de aire.
Alinee los espaciadores de los eliminadores. Al instalar eliminadores, no deje
agujeros entre sus grupos, porque permiten brisado excesivo. Limpie todas las
tablillas de madera.
Figura 16 Uniones estructurales.
Fuente Manual de Torre de Enfriamiento W400 de la compañía Marley
Paro de la torre
Cuando pare la torre, en especial en invierno, vacié toda el agua para evitar
corrosión. Deje abierto el drenaje para que salga la lluvia. Haga funcionar los
ventiladores unos 5 minutos a la semana, para mantener lubricado el cojinete
superior del eje del ventilador. Proteja las partes metálicas contra la corrosión.
Haga el mantenimiento o las reparaciones mientras está parada la torre, si
es posible. Esto le permite hacer un trabajo más cuidadoso y no entorpece las
operaciones.
38
3.5.6. Tratamientos de agua.
Problemas de agua de enfriamiento
En todas las industrias, el agua es un fluido vital que debe reunir ciertas
condiciones mínimas como: estar libre de olor, turbidez, radioactividad, etc. En
el caso de agua de enfriamiento estas condiciones son más severas para
proteger el equipo que requiere de este enfriamiento, ya que el agua de baja
calidad produce incrustaciones, óxidos, y otros en los intercambiadores de calor.
La calidad del agua se mide en términos de sólidos de cualquier carácter que
estén disueltos en el agua, por lo general, estos sólidos se expresan en partes
por millón o en granos por galón, en el caso del agua potable debe tener un
limite recomendado de 500 ppm, además de estar libre de olor, turbidez y ser
bacteriológicamente segura.
Como se dijo anteriormente los requisitos de
calidad en el agua para procesos suelen ser más estrictos que las normas para
el agua potable, aunque esto hace que los costos aumenten en forma
considerable. Por lo tanto, la calidad del agua de enfriamiento que circula a
través del sistema evaporativo tiene un significante efecto en la eficiencia global
del sistema, tanto en el nivel de mantenimiento requerido como en la vida útil de
todos los componentes del equipo. Otro de los aspectos que se deben tomar en
cuenta son los económicos, ya que estos son muy importantes tanto en la
selección de los sistemas de enfriamiento como en los métodos de tratamiento
del mismo.
Efectos y tipos de impurezas
Los efectos y tipos de impurezas en el agua de alimentación, van desde
lo que son taponamientos, incrustaciones, oxidación, corrosión. En lo que a
tipos de impurezas se refiere están, sólidos en suspensión, microorganismos,
ensuciamiento, etc.
39
Incrustaciones
Las incrustaciones, generalmente, se ven en los intercambiadores de
calor, la mas común es el bicarbonato de calcio del agua, a temperaturas altas.
Los compuestos de magnesio y el sulfato de calcio rara vez causan
incrustaciones en los sistemas de enfriamiento; las incrustaciones varían según
las temperaturas, régimen de transferencia de calor, concentración de calcio,
magnesio, sílice, sulfatos, la alcalinidad y el ph. Para medir la tendencia a que
se precipita el carbonato de calcio del agua en condiciones dadas de contenido
de calcio, alcalinidad, ph, temperaturas y sólidos disueltos totales, se utiliza lo
que se conoce como el índice de Langelier.
Se pueden utilizar gráficas, monogramas y reglas de cálculo especiales
para hacer el cálculo de este índice, con rapidez, de cualquier suministro de
agua de la cual se tiene el análisis. Un índice positivo significa que el agua
tiene tendencia a depositar incrustaciones, mientras un índice negativo indica
disolución de incrustaciones y corrosión; el índice no mide la cantidad o rapidez
de las incrustaciones, esto sólo depende del contenido de carbonato o
bicarbonato de calcio.
Corrosión
Se conoce, así, a un ataque destructivo de los metales que puede ser, ya
sea de naturaleza química o electroquímica; la corrosión química directa sólo se
ejecuta en condiciones extraordinarias que comprenden un ambiente altamente
corrosivo o una elevada temperatura o ambas cosas. La mayoría de fenómenos
que comprende la corrosión de metales que contienen agua o están sumergidos
en ella o su corrosión en la atmosfera por película de humedad, son de
naturaleza electroquímica. Otros de los causantes de la corrosión es el oxígeno
gaseoso disuelto en el agua que reacciona con el hidrógeno atómico protector
40
que se encuentra sobre las zonas catódicas de
las superficies metálicas;
destruye la película de despolarización y permite que continúe la corrosión. La
velocidad de difusión del oxígeno disuelto hacia la superficie metálica y como
consecuencia, se produce un amplio ataque del oxígeno al nivel del agua o
cerca de él. En la mayoría de los problemas de corrosión, el oxígeno disuelto es
el que domina y muchos de ellos pueden resolverse por completo mediante la
Deareación del agua por medios mecánicos, térmicos o químicos. La corrosión
se puede estimular de diferentes maneras, por ejemplo porque los metales son
desiguales (ocasionan la corrosión de uno de ellos) atmosferas húmedas, otros
factores son gases ácidos en la atmósfera o compuesto de azufre de escoria,
coque, polvo de carbón, sales que se disocian para producir una reacción ácida
y oxígeno disuelto en la película de agua.
Ataque microbiológico
Este tipo de impureza es aquel que se produce por la acción de millones
de células vegetales diminutas que se multiplican y producen grandes masas de
plantas en un tiempo relativamente corto, éstas pueden producir algas, lamas,
etc. Estos microorganismos se aferran a superficies inaccesibles del sistema
haciendo difícil su remoción y, a la vez, atrapan materia orgánica e inorgánica
junto con basura y materiales formadores de incrustaciones. Esta formación de
microorganismos en las superficies producen una seria interferencia en la
eficiencia de los intercambiadores de calor. En el caso de una torre de
enfriamiento de madera se debe de tener un especial cuidado con el ataque
biológico por microorganismos que se alimentan de la madera, estos hongos
que destruyen la madera se reproducen por medio de esporas que están
contenidas en el aire y se depositan en la superficie de la madera. El ataque no
está restringido a un área en particular, pero, es más notorio en el área de
pulverización y ocurre tanto en la superficie como en el interior de la madera.
41
Ensuciamiento
Los sólidos suspendidos en el agua de enfriamiento también pueden
causar problemas al equipo. Ensuciamiento es el término que se utiliza para
describir la formación de depósitos en la superficie de transferencia de calor
causados por sólidos, normalmente suspendidos entran al sistema en un gran
número de formas: limo arenoso en el agua de recuperación, como partículas
que acarrea el aire que entra en la torre.
Figura 17 Contaminación de estanque de torre de enfriamiento.
Fotografía tomada por el autor.
Carta psicrométrica
El estado del aire atmosférico a una presión específica se establece por
completo mediante dos propiedades intensivas independientes. El resto de las
propiedades se calcula fácilmente a partir de las relaciones anteriores. El
dimensionamiento de un sistema común de acondicionamiento de aire implica
42
un gran número de esos cálculos. La forma de poder presentar todos estos
cálculos es mediante las cartas psicrométricas y se emplean en trabajos de
acondicionamiento de aire. Una carta psicrométrica para una presión de 1 atm
(101.325 kpa o 14.696 psia). Las características más importantes de la carta
psicrométrica se presentan en ella de la siguiente manera las temperaturas de
bulbo seco se muestran sobre el eje horizontal y la humedad especifica sobre el
eje vertical. En el extremo izquierdo de la carta hay una curva (llamada línea de
saturación) en lugar de una línea recta. Todos los estados de aire saturado se
localizan en esta curva. Por tanto, es también la curva del 100 % de humedad
relativa.
Las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante tienen una
apariencia descendente hacia la derecha. Las líneas de volumen específico
constante (en m3/kg de aire seco) parecen similares, salvo que son más
inclinadas. Las líneas de entalpía constante (en kJ/kg de aire seco) están casi
paralelas a las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante. Por
consiguiente las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante en algunas
gráficas se emplean como líneas de entalpía constante. Para aire saturado las
temperaturas de bulbo seco, de bulbo húmedo y de punto de rocío son idénticas
por tanto, en cualquier punto sobre la gráfica la temperatura de punto de rocío
del aire atmosférico se determina al dibujar una línea horizontal desde el punto
hasta la curva saturada. El valor de la temperatura en el punto de intersección
es la temperatura de punto de rocío.
La carta psicrométrica también es una valiosa ayuda en la visualización
de los procesos de acondicionamiento del aire. Un proceso de calentamiento o
enfriamiento ordinario, ampliamente utilizada en los procesos de cálculos de
torres de enfriamiento debido a que se puede visualizar de una forma rápida y
clara las propiedades del aire del medio donde se instalará la torre.
43
Temperatura de bulbo húmedo
Esta temperatura es la base para el diseño de una torre de enfriamiento,
es muy importante por que de ello depende el tamaño de la misma, ya que si
escogemos una temperatura de bulbo húmedo alto entonces obtendremos una
torre de un tamaño considerable, repercutiendo en la economía del diseño, por
otro lado, si escogemos una temperatura de bulbo húmedo demasiado baja, se
obtendrá una torre relativamente pequeña, teniendo como consecuencia la no
obtención de enfriamiento requerido.
Por eso es que debe realizarse un análisis exhaustivo de las condiciones
de operación y de la ubicación geográfica, esta temperatura de diseño,
normalmente, está cerca de la temperatura de bulbo húmedo máxima promedio
durante los meses de verano.
Generalmente, la temperaturas de bulbo húmedo, la de bulbo seco y la
humedad relativa están relacionadas entre sí, por medio de lo que se conoce
como carta psicrométrica, ya que al conocer dos datos se puede obtener la
tercera por medio de la carta; por ejemplo, si se conocieran la temperaturas de
bulbo húmedo y seco de un determinado lugar, se podría obtener la humedad
que contiene el aire de ese lugar al relacionarla en la carta psicrométrica. Estas
dos temperaturas se obtienen por medio de dos termómetros, uno que detecta
directamente la temperatura de bulbo seco y el otro que detecta la temperatura
de bulbo húmedo, este termómetro tiene un paño mojado en la punta. Mientras
mayor sea la humedad de un determinado lugar, entonces, las temperaturas
tienden a igualarse o sea que mientras mas seco es el aire que circula, mayor
será la diferencia de temperaturas.
Para que
una torre de enfriamiento
funcione, eficientemente, es importante tener una temperatura de bulbo húmedo
bajo, lo que indica que es una aire muy frío, humedad relativa baja o una
44
combinación de las dos. Por esto es que es conveniente tener un aire frío y no
un aire caliente. Como se mencionó, anteriormente, mientras más pequeña es
la aproximación, entonces, más alta va a ser la torre que se obtendrá, por lo que
se debe tener especial cuidado en la selección del mismo.
Temperatura de bulbo seco.
La temperatura de bulbo seco es la temperatura que se lee con un
termómetro ordinario, es la lectura que se obtiene sin ninguna limitación. Esta,
al igual que la temperatura de bulbo húmedo es necesaria para establecer el
contenido de humedad que tiene determinado lugar. En este caso, es necesario
establecer este contenido de humedad para tener un eficiente enfriamiento.
Figura 18 Carta Psicrométrica.
Fuente Termodinámica de Yunus Cengel, página 810.
45
Análisis Psicrométrico.
El análisis que se realiza en esta etapa es la determinación del
comportamiento del aire que pasa a través de la torre, este efecto se ilustra en
la figura; aquí el aire entra a las condiciones ambientales; punto A, absorbe
calor y masa (humedad) del agua y sale en una condición saturada; punto B,
(con cargas muy ligeras, la descarga del aire puede no ser saturada). La
cantidad de calor transferida del agua al aire es proporcional a la diferencia de
entalpias entre las condiciones de salida y entrada del aire (hB – hA) ya que las
líneas de entalpia corresponden casi, exactamente, a las líneas de temperatura
de bulbo húmedo, el cambio de entalpía del aire puede ser determinado
solamente por el cambio de temperaturas del bulbo húmedo del aire.
El vector AB que se muestra en la figura, puede ser separada en
componentes AC, que representa el calor sensible del aire (enfriamiento
sensible del agua) y en componentes CB, que representa el calor latente del
aire (enfriamiento latente del agua), si las condiciones de entrada del aire son
cambiadas al punto D, a la misma temperatura de bulbo húmedo, pero, con una
alta temperatura de bulbo seco, la transferencia total de calor permanece igual,
pero, las componentes latentes y sensibles son diferentes. AB representa el
enfriamiento sensible del agua por evaporación y también el calentamiento
sensible y latente del aire. Así, para la misma carga de enfriamiento de agua, la
cantidad de evaporación depende de la cantidad de calentamiento o
enfriamiento del aire.
Las proporciones de calor latente y sensible son
importantes de analiza en el agua de una torre de enfriamiento. La transferencia
de masa (evaporación) ocurre en la porción latente del proceso de transferencia
de calor y es proporcional al cambio en humedad específica. A causa de esto la
temperatura de bulbo seco del aire de entrada o de la humedad relativa afecta
la transferencia de calor latente a sensible, esto también afecta la velocidad de
evaporación. La velocidad de evaporación es bajo en le caso AB (WB – WA) a
46
causa de que el calor latente transferido (transferencia de masa) representa
una pequeña porción del total. La velocidad de evaporación de algunas
condiciones de diseño típico es, aproximadamente, el 1 % de la velocidad del
flujo del agua por cada 12.6
o
F o el equivalente a 7oF de rango en la
temperatura del agua.
Figura 19 Partes carta psicrométrica.
Fuente www.htca.us.es/materiales/perezdelama/
3.6. Generalidades de la caldera instalada.
Marca Combustión Engineering,q Fabricación No.19659, Clase Vu-40,
Spreader Stocker, Capacidad Máxima 350,000 lbs/hr, Presión de Diseño 950
psig, Presión de operación 850 psig, Temperatura de Vapor 750oF, la caldera
cuenta con una área de tubería entre domos de 14,775 pies2, el área de las
tuberías de paredes de agua es de 7,994 pies 2. Economizador con 4,980 Pies
2
de área, Calentador de aire tipo tubular, 23,071 pies2 aire frío con un pase,
aire caliente con dos pases. Desaireador Marca Worthington 300,000 lbs/hr,
máxima salida y 260,000 máxima entrada, con una temperatura promedio de
133o F, 15 Psig presión máxima de vapor, tiempo de almacenamiento de agua
47
10 minutos, un superheater con área de 4,477 pies2, domo superior de 66 ̋ de
diámetro, domo inferior de 42 ̋ de diámetro. Parilla Pin-Hole diseño CIASA
ancho 16´10", largo 18´8 ,̋ 4 alimentadores de bagazo frontales en Spreaders de
32 ̋ de ancho y 36 ̋ de diámetro. 4 alimentadores de Bagazo laterales de 28 ̋ de
ancho y 60 ̋ de diámetro. 4 quemadores de Bunker marca TODD, dos Wett
Scrubber Marca Ducon capacidad de entrada 90,500 ACFM a 405
o
F ,
o
capacidad de salida 69,900 ACFM a 147 F, agua requerida en la entrada a los
sprays 57-66 GPM a 30-40 Psig, agua de relleno 32- 51 gpm.
3.6.1. Propiedades del vapor que genera.
 Total de vapor que genera 250 klb/h.
 Flujo de vapor que genera 140 klb/h.
 Temperatura de vapor atemperado 745 oF.
 Temperatura de vapor a la salida de Super Heater 880 oF.
 Presión del domo 850 Psi.
 Vapor sobrecalentado.
3.7. Generalidades del turbogenerador.
Turbina de Turbogenerador Marca General Electric capacidad 12,500 kw,
3600 r.p.m. 16 etapas, presión de 850 Psig, temperatura 750 oF, presión de
escape 1.5 "Hg Abs, fabricada en 1962.
Generador Marca General Electric, ATB 2 Polos, 60 ciclos, enfriado por aire,
conectado para 11,5000 Voltios (12,000 V now), Excitación 250 Voltios 60 Kw,
48
1,625 KVA, Amperios del Estator 784, Amperios de campo 167, factor de
potencia 0.80.
Turbina marca Westinghouse capacidad 4,000 kw, AC Generator 5,000 KVA,
11,500 voltios (12,500 V now), 251 Amperios, 3 fases, 60 ciclos, 3600 RPM,
fabricada en 1942.
3.7.1. Propiedades del vapor del turbogenerador.
 Flujo de vapor del domo 130 klb/h.
 Presión de vapor entrada de turbina 850 Psig.
 Temperatura de vapor de entrada de turbina 730 oF.
 Presión de vapor de extracción de alta 175 psi.
 Temperatura de vapor de extracción de alta 460 oF.
 Presión de vapor de extracción de baja 12 Psi.
 Flujo de vapor de extracción de baja 40 klb/h.
3.7.2. Potencia generada.
 Potencia generada de turbogenerador 1 es de 9500 Kw a 11,000 kW.
 Potencia generada de turbogenerador 2 es de 3,500 Kw a 4,000 kW.
49
3.7.3. Vacio generado.
 Vacio generado para turbogenerador 1 se encuentra en el rango de 23.5
a 25.6 in de Hg
 Vacio generado para turbogenerador 2 se encuentra en el rango de 22.6
a 25.75 in de Hg
3.8. Generalidades del condensador.
Condensador 1, condensador de vapor de turbina marca Worthington
12,000 pies2, vapor condensado 120,000 lbs/hr, calor removido 950 Btu/ Lb,
presión absoluta 2.5 ̋ Hg, 12.7 pies de fricción a 10,400 GPM, dos pasos divido
en 3400 tubos de ¾. Eyector condensador Marca Worthington dos pases 261
lbs/hr de vapor condensado en el primer paso, 220 lbs/hr de vapor condensado
en el segundo paso. Mínimo de agua de enfriamiento 130 GPM a 80 oF.
Condensador 2, condensador de turbina marca Allis Chalmers 5,000 ft2,
dos pases, 1,344 tubos, eyector condensador marca Evactor Air Pump, presión
120 Psig, 90 oF.
3.8.1. Cantidad de vapor condensado.
Turbogenerador de 12,500 kW
 Vapor a condensar 79735 lbs/hr
Turbogenerador 4,000 kW
 Vapor a condensar 60,000 lbs/hr
50
Total de vapor a condesar:
 Total = Turbo 12.5 MW + Turbo de 4.0 MW
o Total = 79,735 lbs /hr + 60,000 lbs/ hr
o Total = 139,735 lbs /hr.
3.8.2. Temperatura de agua de Entrada.

El valor de rango de entrada es desde 102 0F hasta 109 0F, para
ambos condensadores.
3.8.3. Temperatura de agua de Salida.
 El valor de rango de salida es desde 121 0F hasta 128 0F para el
condensador 1.
 El valor de rango de salida es desde 119 0F hasta 122 0F para el
condensador 2.
51
3.9. Generalidades de la torre de enfriamiento
Tabla II Especificaciones Torre Marley W400
No.
Descripción
Tipo
1
Marca
Marley Industrial Wood
2
Modelo.
W456-4.0-2
5
Caudal.
16,000 gpm.
6
Temperatura agua de entrada.
100 0F
7
Temperatura agua de salida.
85 0F
8
Temperatura bulbo húmedo.
75 0F
9
Pérdida de agua de circulación
10
Material de construcción.
MADERA DOUGLAS FIR
11
Número de ventiladores.
2
12
Potencia del ventilador
13
Revoluciones por minuto
14
Número de celdas
15
Tipo de relleno
16
Marca del motor
17
Revoluciones del motor
18
Tensión del motor
0.0005 %
250 hp.
185 RPM
2
Película
Reliance Electric.
1785 rpm
460 V
52
19
Corriente del motor
143 A.
20
Número de phases
3
21
Frecuencia de trabajo
22
Tiro del ventilador
23
Relación del reductor
60 hz.
651,786 CFM a 0.735 ̋ agua
9.62 : 1
Tres bombas Marca Gould´s Modelo 3180 XL 16X16-19, 8,000 GPM, 86 % de
eficiencia, 907 RPM, 116.3 RPM, Motor 125 Hp, 1750 RPM, transmisión de
potencia por medio de 5 fajas en V tipo C, ratio 1.93:1
3.9.1. Carga térmica.
En este caso las condiciones
para el análisis psicométrico son las
siguientes:
Entrada:
 Temperatura Bulbo seco
86 0F
 Temperatura Bulbo húmedo
75 0F

62 %
Humedad Relativa
Cada uno de estos datos fueron obtenidos luego de hacer varias lecturas en el
campo de estudio en el Ingenio de los meses de febrero a julio del presente
año.
53
Salida:
 Temperatura Bulbo seco
106 0F
 Humedad Relativa
100 %
Aquí por la cantidad de humedad que absorbe el aire que entra a la torre, ésta
sale en una condición de aire saturado, por lo que, su humedad relativa es del
100%.
De la carta psicométrica, se deduce que:
H1 (TWB1 Y TDB1) =
127 Granos/lb de aire seco
H2 (HR2 Y TDB2) =
380 Granos/lb de aire seco
=
H2 – H1
H
=
380 – 127
H
=
253 Granos/lb de aire seco.
Humedad Agregada
Entalpia de la humedad agregada Hw
Hw
=
2.35 Btu/lb de aire seco.
Entalpia de aire de entrada h1:
H1
=
40.5 Btu/lb de aire seco.
54
Entalpia del aire de Salida h2:
H2
=
Calor disipado
=
h2 – h1 – Hw
Calor disipado
=
108 – 40.5 – 2.35
q
=
108 Btu/lb de aire seco.
65.15 Btu/lb de aire seco.
Volumen específico (v) del aire a la entrada:
v
=
14.10 ft3/lb de aire seco.
Calor total disipado Q:
Q
=
(q * q ʹ) / v
qʹ
=
flujo de aire necesario, es igual a 2271598
Este cálculo se hará posteriormente.
55
ft3/ min.
Q
=
(65.15) (2271598) / 14.1
Q
=
10.49 E 06 Btu / min
3.9.2. Capacidad del caudal.
Datos obtenidos con equipo en plena marcha.
Tabla III Resumen Turbogeneradores
DATOS
TURBO 12.5 MW
TURBO 4.0 MW
FLUJO (lb/hr)
91,510
83,410
POTENCIA (kW)
11,530
4,153
VACÍO “ Hg
23.5
22.02
TEMP. ENTRADA (0F)
109.75
108.84
TEMP. SALIDA (0F)
128.56
124.14
Calculando calor extraído:
Turbo 12.5 MW:
91510 lb/hr * 950 Btu/lb
gpm
=
=
86 934, 500 Btu/hr.
Calor removido en Btu/hr
Rise * 500
56
gpm
=
86 934 500 Btu/hr .
(128.56 – 109.75) 500
gpm
=
9243 gpm.
Turbo 4.0 MW:
83410 lb/hr * 950 Btu/lb
Gpm
=
=
79 239,500 Btu/hr.
Calor removido en Btu/hr
Rise * 500
Gpm =
79 239 500 Btu/hr .
(124.14 – 108.84) 500
Gpm =
10,358 gpm.
TOTAL DEL CAUDAL
TOTAL
=
9243 gpm. + 10,358 gpm.
=
19,601 gpm.
FLUJO DE AIRE:
19,601 g/ min * 3.785 lt /1 g
T1
=
119 0 F
=
74,190 lt / min.
=
48.33 0 C
57
T2
=
103 0 F
0
=
39.44 0 C
TWB =
76
F
=
24.44 0 C
TDB =
93 0 F
=
33.88 0 C
INTERVALO
:
T1 – T2
INTERVALO
:
48.33 – 39.44
=
8.89 0 C
15 0 C
ACERCAMIENTO :
T2 – TWB
ACECAMIENTO
:
39.44 – 24.44
=
LÍQUIDO
L
=
d
994
kg / m3
Donde:
:
d =
Q
*
L
=
Q (l/min) (0.001 m3/l) (994 kg / m3)
L
=
Q
GAS
Donde: d1
=
*
(0.994 kg / m3)
:
q
*
d1
1.146 kg / m3
58
G
=
q (m3 / min ) (1.146 kg/m3)
L/G =
(Q * 0.994 ) /
L/G =
Q/ q*
q
=
(q * 1.146)
0.867
Q
*
Pero si q = 74,190
l/min.
q
*
=
74,190
FLUJO DE AIRE
=
ÁREA NECESARIA
=
1
0.867
0.867
64,333 m3 / min
=
64,333 m3 / min.
=
2271598 ft3 / min.
=
FLUJO DE AIRE
=
153
AIRE
Velocidad de aire
m / min.
Área necesaria
=
64,333 / 153
Área necesaria
=
420 m2
59
/
VELOCIDAD
DE
3.9.3
Potencia del motor
Potencia del motor de cada uno de los ventiladores = 125 hp
Potencia total = ventilador 1 + ventilador 2
Potencia total = 125 hp + 125 hp
Potencia total = 250 hp
3.9.4 Capacidad del ventilador.
Capacidad de cada uno de los ventiladores = 651786 cfm.
3.9.5 Tratamientos del Agua.
Con ayuda del departamento de Laboratorio Químico del Ingenio Tululá, se
logró realizar pruebas del agua utilizada en la torre de enfriamiento.
CONTROL FÍSICO QUÍMICO
Tabla IV Control de Tratamiento de agua.
Análisis
Sólidos disueltos totales en
Unidad
Rango
mg/L ppm
Menor de 500
Conductividad
msiemens / mmhos
Menor de 850
Alcalinidad Total
CaCO3 mg/L
Menor de 500
Dureza de Carbonato
CaCO3 mg/L
Menor de 250
Dureza Total
Ca y Mg mg/L
Menor de 250
mg/L
60
pH
Unidad
7.8 – 8.8 (8.3)
Sílice
SiO2 mg/L
Menor de 150
Índice de Sílice y Magnesio
Menor
de
20,000
Índice de Estabilidad
5.5 - 6.5
Puckorius
Ingrediente Activo
Fosfonato mg/L
4–6
Dispérsante de Sales y lodos
Polímero mg/L
0.5 – 1.5
Residual de Alguicida
Amonio Cuaternario
30 – 200
mg/L
Cloro
Cl2 mg/L
0.1 – 0.4
Cobre
Cu ppb
Menor 40
Hierro total
Fe2+3+ ppm
Menor de 0.1
Turbiedad
FAU
Menor de 10
1.5 – 2.5
Ciclos de Concentración
Tabla V Índice de Puckorius
Interpretación
3.0
Peligroso
4.0
5.0 5.5
5.8
6.0
6.5
7.8
Severo Moderado Suave Estable Muy ligero
INCRUSTANTE
ESTABLE
61
8.5
9.0 10.0 12.0
moderado fuerte
CORROSIVO
muy fuerte
AGENTES QUÍMICOS UTILIZADOS PARA EL TRATAMIENTO AGUA EN
LA TORRE DE ENFRIAMIENTO COGENERACIÓN INGENIO TULULÁ
Tabla VI Codificación de agentes químicos
KT – 2175
Anti incrustante, anti corrosivo, dispersante de sales (sílice)
y
lodos
KT – 850
Algicida - Biocida no oxidante
AG 494
Biocida oxidante clorado (Microbicida y Control de la
Microbiota)
Nota: El KT-2175 ha sido reforzado con más polímero acondicionador de
sílice y lodos.
Tabla VII Dosificación
Nombre
Descripción
KT - 2175 Anti Incrustante
Dosis Diaria
Residual ppm
Frecuencia
11 Galones
5 – 10
Continuo por
Anti Corrosivo
bombeo
Dispersanté
KT - 850
Biocida no
3.5 Galones
50 – 100
oxidante
AG 494
Biocida Oxidante
De Choque a purga
cerrada 3 horas
6.5 galones
Clorado
0.2 – 0.4
Continuo por
bombeo
Nota: Es de suma importancia que durante la aplicación de choque del KT-850
cierren la válvula de purga continua y que tenga una retención de 3 horas.
62
3.9.6 Capacidad de las bombas
El equipo que se tiene instalado es:
 Tres bombas marca Gould´s Modelo 3180 XL 16X16-19
 Cada una con una capacidad de 8,000 gpm
 86% de eficiencia
 907 rpm
 Motor de 125 hp, 1750 rpm.
 Transmisión de potencia por medio de 5 fajas en V tipo C, ratio de 1.93:1
Figura 20 Gráfica de bombas Gould´s Modelo 3180
Fuente Manual de bombas Gould´s 3180
Según lo especificado en la gráfica, la capacidad de las bombas todavía se
encuentra dentro del rango aun cuando entre las tres deben de bombear 19,601
gpm.
63
3.9.7 Análisis Psicrométrico de las condiciones del aire.
Figura 21 Tabla Psicrométrica
64
TABLA DE RECOPILACIÓN DE DATOS
TEMP. BULBO SECO O F
TEMP. BULBO HUMEDO O F
% HUMEDAD RELATIVA
SALIDA TURBO 1 O F
O
ENTRADA TURBO 1
ENTRADA TURBO 2
SALIDA TURBO 2 OF
VACIO TURBO 1 “de HG
VACIO TURBO 2 “ de Hg
01/04
84
74
61
98.5
110.3
98.3
109.4
26
22.3
07/04
90
73
44
108.3
125.5
107.8
123.1
23.7
21.8
15/04
92
74
42
100.1
112.2
101.9
104.3
26.3
25.8
16/04
82
72
60
101.7
120.4
100.1
116.3
24.8
24.2
17/04
90
75
52
106.3
120.7
105.6
118.6
24.6
23.6
20/04
93
75
40
105.2
119.5
104.9
115.3
25.4
24.9
28/04
94
76
42
105.6
117.6
105.3
115.1
25.2
24.2
29/04
95
76
42
105.2
118.1
104.7
116.1
24.9
23.5
30/04
79
73
72
103.7
115.6
103.3
113.2
25.7
24.1
04/05
97
77
40
107.1
120.5
106.9
120.6
24.6
22.4
05/05
85
77
69
102.2
112.7
101.7
112.7
24.8
24.7
O
F
F
FECHA
Tabla VIII Resumen de datos psicrométricos
65
06/05
83
78
78
104.9
116.7
104.5
116.1
25.4
23.9
07/05
79
77
90
100.7
108.9
100.4
110.5
26.6
22.1
08/05
83
75
68
101.9
116.2
101.4
116.9
25.8
23.7
11/05
93
78
48
102.7
114.8
102.3
111.5
26.1
25.3
12/05
91
79
58
103.9
112.7
102.7
112.1
26.2
25.4
PRO-
88.1
75.6
56.6
103.6
116.4
103.2
114.5
25.4
23.8
MEDIO
3.9.8 Condiciones de agua de entrada.
El agua de entrada a la torre luego de hacer el intercambio de calor en el
condensador, llega con una temperatura promedio de 120 0F.
3.9.9 Condiciones de agua de salida.
El agua de salida de la torre de enfriamiento luego de haberle extraído el calor
adquirido es de 106 0F.
66
3.10 Propuesta de mejora de eficiencia
3.10.1
Diseño de torre auxiliar.
Dentro de las diferentes formas de mejoras de eficiencia de una torre de
enfriamiento se debe de considerar la instalación de una celda más, la cual
daría un área mayor de transmisión de calor, en este caso particular la empresa
cuenta con una torre más pequeña, pero que podría utilizarse y con ello mejorar
la eficiencia de la actual instalación. El diseño básico se debe de instalar una
torre Marca Marley del tipo NC8305, la cual se encuentra en otra instalación, se
deberá diseñar en un área cercana a la instalación de la actual torre Marley
W400, utilizando la misma tubería que alimenta con agua caliente a la actual
torre, esta alimentaria la torre nueva y la tubería de salida de esta se depositaria
en el estanque de donde
se toma el agua que será utilizada en los
condensadores para ello se deberá de conocer las especificaciones técnicas de
la misma,
y luego determinar las mejoras que tendrán en el sistema
de
enfriamiento de agua de proceso de Cogeneración, para con ello mejorar la
eficiencia de la torre actual y todo el sistema.
Figura 22 Torre Marley NC 8305
67
Fuente Manual de Torre NC 8305 compañía Marley.
3.10.2 Especificaciones técnicas del equipo.
Tabla IX Especificaciones Torre Marley NC8305
No.
DESCRIPCIÓN
TIPO
1
Marca
Marley Industrial Wood
2
Modelo
NC 8305 J -1
3
Peso
4
Dimensiones
5
Caudal
6
Temperatura de agua entrada.
120 0F
7
Temperatura de agua de salida.
90 0F
8
Temperatura de bulbo húmedo
76 0F
9
Perdida de agua de circulación
0.0005 %
10
Material de construcción
Acero Galvanizado
11
Número de ventiladores
2
12
Potencia del ventilador
40 Hp cada uno
13
Número de celdas
14
Tipo de relleno
Película
15
Marca de motor
Marathon Electric
8840 kg
10.91 *18.75*12.99*11.16 ft.
3000 gpm
2
68
16
Modelo de motor
2V8324TTFP
17
Tensión de motor
230/460
18
Corriente de motor
92/46
19
Número de phases
3
20
Frecuencia de trabajo
60 hz
Figura 23 Planos de Torre NC8305.
Vista Planta de torre NC 8305.
Vista Lateral de Torre NC8305.
69
Figura 24 Diseño de torre auxiliar
Fuente Manual torre Marley NC 8305.
Las torres multicelda, previstas para funcionar como una unidad común,
están unidas por canales de acero entre los depósitos de recolección. Estos
canales igualan el nivel de agua operativo entre los depósitos y también
permiten un paso de flujo de las celdas no dotadas de salidas o válvulas de
reposición, a menudo eliminando la necesidad de especificar una salida y una
válvula de reposición para cada celda de una instalación multicelda, las válvulas
de flujo son para succiones laterales o salidas inferiores sin filtro de impurezas.
Si cada celda está dotada de una salida, las succiones laterales pueden ser
utilizadas en celdas finales de torres multicelda, pero no en celda en
instalaciones de tres o más celdas, utilice el sumidero con depresión o la salida
inferior de celda interiores.
La mejor elección para una torre utilizada con un
tanque de almacenamiento interior o remoto o en un depósito de agua fría de
hormigón es generalmente una salida inferior.
70
Una torre dotada de succión lateral puede instalarse en un bloque de
hormigón plano si se especifica también un drenaje lateral y un rebosadero. Con
este tipo de sistema, el agua fluye desde un tanque interno, a través del sistema
de carga y vuelve a la torre, donde se enfría. El agua enfriada fluye por acción
de la gravedad desde la torre al tanque ubicado en un lugar caliente, al
momento de apagar el equipo, toda el agua expuesta se drena hacia el tanque,
donde no se congelará, la cantidad de agua necesaria para operar el sistema
correctamente depende del tamaño de la torre y m 3/h, y del volumen de agua en
el sistema de tuberías que va hacia y desde la torre. Debe seleccionar un
tanque que sea lo suficientemente grande para contener los volúmenes
combinados, más un nivel suficiente para mantener una succión anegada en su
bomba. Controle el agua de reposición según el nivel donde el tanque se
estabiliza durante el funcionamiento.
3.10.3 Condiciones a obtener en el agua de entrada.
Dentro del proyecto se tiene contemplado el que utilizando la misma tubería que
se tiene instalada en la torre de enfriamiento que se encuentra en
funcionamiento, se puede acoplar la tubería de entrada que se dirija hacia la
torre auxiliar, la cual tendrá una temperatura promedio de 120 oF.
Como ya se ha especificado las condiciones de agua de torre principal no se
volverá a mencionar en este punto.
71
3.10.4 Condiciones a obtener en el agua de salida.
El agua de salida de la torre será depositada en el estanque de la torre de
enfriamiento Marley W400 este mismo tendrá la función de mesclar las dos
corrientes de agua que llegan de la torre NC 8305 y la de la actual torre, en la
torre NC se tendrá un rango de 30 0F con lo que la temperatura del agua a la
salida será de 90 0F. Con lo cual al mezclarse con la del agua de W400 cuyo
valor es de 106 0F divididos todo el caudal de la siguiente manera:
W400
= 13000 gpm
NC8305 = 6000 gpm
TOTAL = 19000 gpm
Porcentajes
W400 = 68 % DEL CAUDAL TOTAL
NC8305 = 32 % DEL CAUDAL TOTAL
Temperaturas
W400 = 106 0F
NC8305 = 90 0F
TEMPERATURA PROMEDIO 101 0F
72
3.10.5 Condiciones a mejorar en los equipos.
Al llevar a cabo la prueba de comportamiento del sistema es indispensable
seguir
ciertas normas antes de empezar la misma, con el fin de que los
resultados sean lo más exactos que se puedan, inicialmente se necesita hacer
un estudio de la instalación, para poder conocer los equipos y ubicar donde
están colocados los instrumentos de medición.
Para el registro de los datos se va a utilizar un sistema de monitoreo por
computadora, de tal manera que se obtenga el promedio de los datos en una
determinada cantidad de tiempo y así obtener información más precisa del
sistema.
El trabajo realizado por la turbina de vapor se considera también como una
diferencia de entalpías, sin embargo, como a esta se le extraen fracciones del
flujo de vapor para calentar el agua de alimentación de la caldera y otros usos
en el área de fabricación, el trabajo que efectúa deberá considerar también esta
condición.
El calor suministrado al sistema por unidad de masa se puede definir como la
diferencia de entalpías a la entrada y salida del generador de vapor, a presión
constante.
qsum = hsal – hent
Según la Comisión Nacional de la Electricidad en México, la eficiencia térmica
del sistema de cogeneración con turbina de vapor, es el 52% como se puede
observar en la siguiente tabla. Se observa además que este sistema es el que
ofrece un mayor aprovechamiento del vapor sobre otros sistemas, y por
consiguiente, una generación eléctrica más elevada.
73
Tabla X Eficiencias térmicas
Tecnología de
cogeneración
Turbina de vapor
Turbina de gas sin postcombustión.
Turbina de gas con postcombustión.
Ciclo combinado
Motor reciprocante
(aprovechando calor de
gases de combustión y
calor del sistema de
enfriamiento)
Motor reciprocante
(aprovechando calor de
gases de combustión y
calor del sistema de
enfriamiento)
Microturbina
Eficiencia
Eficiencia
Eléctrica
(%)
33
38
Térmica
(%)
52
47
38
42
57
40
33
30
40
20
30
50
Fuente www.conae.gob.mx/wb/CONAE
Obtención de Datos para prueba
Para el desarrollo de la prueba se obtuvieron los siguientes datos promedio en
un reporte efectuado desde el sistema de monitoreo por computadora que
maneja la información del comportamiento del ciclo de vapor.
Generación eléctrica
10,800 Kwh
Caudal de Vapor
132.7 klb/h
74
TABLA DE RECOPILACIÓN DE DATOS
Tabla XI Resumen de valores promedio del proceso.
PARÁMETRO
CALDERA No. 5
Total de Vapor
Flujo de domo caldera 5
Temperatura de vapor salida s.h.
Presión del domo
Nivel del domo
Temperatura de vapor atemperado
Temp. agua de bomba de inyección.
Temp. de agua entrada a domo (luego del economizador).
TURBOGENERADOR 12 MW.
Flujo de vapor del domo
Presión de vapor entrada de turbina.
Temp. De vapor de entrada de turbina
Presión del vapor de extracción 175 psi.
Presión del vapor de extracción 12 psi.
Temp. De vapor de extracción de 175 psi.
Flujo de vapor de extracción de 12 psi.
Potencia generada
Vacío
Temp. de vacío (termómetro cola de turbina).
Control de nivel tanque de condensado.
Temperatura agua fría de torre de enfriamiento
Temperatura 1 agua caliente hacia torre.
Temperatura 2 agua caliente hacia torre.
TURBOGENERADOR 4 MW.
Flujo de vapor de entrada
Presión de vapor de entrada.
Temperatura de vapor de entrada
Potencia generada
Vacío
Control de nivel de tanque de condensado
Temperatura de agua fría.
Temperatura de agua caliente.
75
VALOR
206 klb/h
132.7 klb/h
809 0F
860 psi
-3.39 in H2O
746 0F
245 0F
406 0F
132 klb/h
850 0F
733 0F
178 psi
17.1 psi
465 0F
51 klb/h
10800 Kwh
-24.2 in Hg
130 0F
0.1 in H2O
108 0F
122 0F
121 0F
75 klb/h
220 psi
460 0F
3900 Kwh
-22.2 in Hg
-1.5 in H2O
122 0F
108 0F
La presión absoluta en el condensador es igual a la suma de la presión
manométrica medida en el condensador y la presión atmosférica medida, por lo
que se tiene:
Pabs = Patm + P man
Pabs = 29.52 – 24.2 = 5.32 in Hg
Con los datos que se tomaron en la prueba en los siguientes puntos se
encuentran los valores del volumen específico y la entalpía en las tablas
correspondientes al estado del vapor en cada punto.
Figura 25 Gráficas ciclo Rankine.
Fuente www.uamerica.edu.co/tutorial/1intro_text_1_1.htm
Punto 1 a 2 Compresión en la bomba
Punto 2 a 3 Adición de calor a presión constante en la caldera.
Punto 3 a 4 Expansión isoentrópica en la turbina
Punto 4 a 1 Rechazo de calor a presión constante en el condensador.
76
Volumen específico y entalpías en cada punto.
Tabla XII Entalpías en los diferentes estados del proceso.
UBICACIÓN
TEMPERATURA 0F
PRESIÓN psia
ENTALPÍA Btu/lbm
Punto 1 Entrada a
100 0F
10 psia
161.3 Btu/lbm
245 0F
900 psia
526.6 Btu/lbm
733 0F
864.7 psia
1358.2 Btu/lbm
130 0F
2.61 psia
1117.8 Btu/lbm
Bomba
Punto 2 Entrada a
Caldera
Punto 3 Entrada a
Turbina
Punto 4 Entrada a
Condensador
Razón por kilovatio
Está dado por la cantidad de kilovatios que se generan por cada libra de vapor
que se produce en la caldera, para este desarrollo, la cantidad de trabajo que
realiza la turbina es:
W = hent - hsal
W = 1358.2 – 1117.8
W = 240.4 Btu/lbm
77
Energía producida por la turbina está dada por
UT = W x ø vap
UT = 240.4 Btu/lbm x 132,000 lbm/h
UT = 31.7328 X 106 Btu/h
En función de la energía producida por la turbina se puede calcular la energía
eléctrica en el generador, según la relación;
1Kw = 3412 Btu
Por lo tanto, la energía eléctrica producida en el generador es igual a
UEG = UT / 3412
UEG = 31.73 X 106 / 3412
UEG = 9300 kWh
Entonces, la razón de vapor por kilovatio generado va a estar dada como el
cociente entre el flujo de vapor que se expansiona en la turbina y la energía
eléctrica que se produce con esta cantidad de vapor.
RV =
ø vap / E.EG
RV = 132000 / 9300
RV = 14.19 lb vap / kW
78
Análisis de resultados
Razón de libras de vapor consumidas por Kilovatio generado antes de la
implementación de la torre de enfriamiento NC 8305.
RV antes = 14.19 lb vapor/ kW.
Razón de libras de vapor consumidas por Kilovatio generado después de
la implementación de la torre de enfriamiento, tomando como dato a mejorar la
temperatura del agua de enfriamiento del condensador logrando bajar 5 grados
a la misma, teniendo con ello la reducción de la temperatura dentro del
condensador mejorando de la misma manera el vacio producido por el cambio
de estado en el agua, logrando un dato de 125 0F en el condensador se tendria
una razón de libras de vapor consumidas por Kilovatio generado después de la
implemetación de la torre de enfriamiento NC 8305.
RVdespués = 14.06 lb vapor / kW
Ahorro de libras de vapor por kilovatio.
RVahorro = RVantes – Rvdespués
RVahorro = 14.19 – 14.06
RVahorro = 0.13 lb vapor / kW
79
Ahorro en producción de Electricidad
Tomando como datos la última producción de electricidad que corresponde a la
zafra 2008-2009 se obtiene:
Producción de Electricidad para el Ingenio 19922560 kWh
Producción de Electricidad para la venta 38628310.9 kWh
Total de producción 58550870.9 kWh
Para obtener el total de libras de vapor que se ahorrarian si se instalara la
nueva torre NC 8305 sera:
Total de Libras de vapor = RVahorro X Total de producción
Total de libras de vapor = 0.13 lbvapor/kW X 58550870.9 kW
Total de libras de vapor = 7611613.2 lb vapor
Dado que se podría generar la misma cantidad de kWh pero con menos libras
de vapor que es lo que se ha calculado, ahora se procedera a calcular cuantos
kWh se podría generar con estas libras de vapor.
Cantidad de kWh = Libras de vapor / RV
Cantidad de kWh = 7611613.2 Lbvapor / 14.06 lb vapor / kW
Cantidad de kWh = 541366.52 kWh.
80
Si se considera que el costo de kWh es de US$ 0.1 alrededor de Q. 0.8362
según taza de cambio actual, el total de los kWh producidos será de:
Total de kWh = Cantidad de kWh X Costo de kWh
Total de kWh = 541366.52 X Q. 0.8362
Total de kWh = Q. 452701.51
Tiempo de recuperación de inversión
Teniendo el dato que más adelante se ampliara acerca del costo del proyecto se
podra establecer el tiempo de recuperación de inversion:
Costo de proyecto = Q. 288203
Costo de ganancia con el ahorro = Q. 452701
Tiempo de recuperación de inversion = 288203 / 452701 = 0.63
Tiempo de trabajo en Ingenio = 8 meses durante el año
Tiempo de recuperación= 5 meses de trabajo
81
3.10.6 Plan de Mantenimiento
Mantenimiento de la Unidad
Desconecte siempre la alimentación eléctrica del motor del ventilador de la torre
antes de realizar cualquier inspección que pueda implicar el contacto físico con
el equipamiento mecánico o eléctrico de la torre. Bloquee y coloque una
etiqueta de advertencia en cualquier interruptor eléctrico para evitar que otros
conecten nuevamente la alimentación. El personal de servicio debe usar equipo
y vestimenta de protección personal apropiados.
El equipamiento con buen mantenimiento da los mejores resultados en su
funcionamiento con el menor costo de mantenimiento. Se recomienda una
programación de inspecciones regulares para garantizar un funcionamiento
efectivo y seguro de la torre de enfriamiento. Utilice la programación propuesta
para obtener siempre un comportamiento bueno con el menor mantenimiento de
la torre.
Sistema de Distribución de Agua Caliente
Mantenga limpio y libre de arena, suciedad, algas e incrustaciones el sistema de
distribución de agua caliente, las algas y las incrustaciones pueden obstruir las
toberas, los eliminadores, el surtidor así como pueden acumularse en el
equipamiento alimentado, reduciendo de esta forma su rendimiento.
Estructura de la Torre
Mantenga apretados los pernos de la estructura, preste particular atención a
los pernos de los soportes del equipamiento mecánico. Evite que la corrosión
se presente en la estructura metálica.
82
Eje Motriz
Verifique la alineación del eje motriz y el estado de los acoplamientos cada seis
meses.
Motor Eléctrico
Lubrique cada motor y dele mantenimiento de acuerdo con las instrucciones del
fabricante. Si es necesario realizar algún trabajo de reparación.
Lubrique cada motor y dele mantenimiento de acuerdo con las instrucciones del
fabricante. Si es necesario realizar algún trabajo de reparación. Los motores
son de tipo trifásicos, con ventilación exterior; como todos los equipos, estos
motores requieren de un mantenimiento adecuado para garantizar una
operación favorable un programa de mantenimiento es basado en tres
lineamentos:
1. Limpieza
2. Inspección periódica
3. Inspección o cambio de piezas.
1. Limpieza
Este aspecto es el más importante, es uno de los problemas más perjudiciales
en la vida de los motores eléctricos. La suciedad en éstos puede provocar
cortos circuitos y calentamiento dentro del devanado, perjudicando el
recubrimiento o barniz que cubre el devanado. Es por ello que se debe limpiar
exteriormente la carcasa, las aspas, el ventilador de enfriamiento, y el cobertor
de la misma para mantenerlo con una temperatura adecuada.
83
2. Inspección periódica
Los motores eléctricos necesitan que se revisen a intervalos regulares,
aproximadamente cada 500 horas de operación o cada 3 meses, según sea
necesidad.
Es necesario mantener el motor limpio y las aberturas para
ventilación
despejadas, en cada inspección se deberán efectuar los siguientes pasos
a. Revisar si el motor está limpio, verificar si el interior y el exterior
del motor se encuentra libres de suciedad, aceite, grasa, agua,
etc.
Puede haber acumulación de bagazo, polvo, etc., lo que
provocará bloqueo de la ventilación del motor. Si el motor no
está debidamente ventilado, puede haber recalentamiento, que
puede provocar la falla prematura del motor.
b. Revisar
todos los conectores eléctricos para asegurar que
estén bien apretados.
3. Inspección o cambio de piezas internas
El procedimiento que se
debe seguir para realizar un mantenimiento
preventivo para este tipo de motor eléctrico se describe a continuación.
Antes de desarmarlo se necesita hacer una prueba inicial, es decir, se
debe de meguear para verificar la resistencia del aislamiento, y además se
debe de rotar el eje del motor para verificar el estado de los cojinetes.
Después de haber realizado lo anterior, se procede a limpiar la carcaza y
desarmar ventilador y la rejilla.
84
Figura 26 Tareas de mantenimiento programado
85
Tiro inducido
En las torres de enfriamiento todas las partes que lo componen son de total
importancia, pero las piezas que están en movimiento como la transmisión y los
ventiladores son sin duda los más importantes; éstas partes deben de estar en
un cien por ciento de sus condiciones, debido a que el trabajo de este conjunto
dependerá de una correcta transferencia de calor al aire que estos inducen
dentro del sistema de enfriamiento.
Transmisión
El sistema de transmisión se compone de dos partes muy importantes, eje de
transmisión el cual transmite el movimiento del motor y el reductor, el cual
recibe y transforma un movimiento giratorio a una velocidad adecuada del
ventilador.
Reductor
La función principal de este equipo, es reducir la velocidad del motor eléctrico a
una velocidad adecuada para el correcto funcionamiento del ventilador, efectuar
el cambio de dirección entre los ejes y además debe de proporcionar el apoyo
adecuado al ventilador.
En este caso el mantenimiento de éste se refiere a los siguientes aspectos:
a) Revisar el nivel de lubricante del reductor (sin duda este es el aspecto
que más se debe de cumplir, debido a que las partes internas de los
reductores están bañados de aceite y no podrían trabajar en seco
porque sufrirían desgaste).
b) Debido a que el reductor es una de las piezas de la torre de enfriamiento
que está en contacto directo con el aire cálido y húmedo que sale del
equipo, se debe de observar el estado de la pintura de la carcaza, si es
86
deficiente retocarla nuevamente con una pintura que resista las
condiciones a que está expuesto el reductor. Se debe de considerar
también el estado de los tornillos, si prestan oxidación, untar anti-seize.
Barra de Transmisión
Esta parte es utilizada para prolongar el eje del motor, debido a que éste se
encuentra fuera de la corriente de aire húmedo de la torre.
Esta barra esta diseñada para recibir poco mantenimiento, el cual consiste en:
a) Limpieza general del eje.
b) Reapriete de tornillos de unión.
c) Revisión de copling flexible. Esta parte del eje está compuesta por
tornillos que hacen la función de balancear el eje. Es importante revisar
esta parte, ya que tiene un componente de caucho y regularmente éste
se agrieta y pierde las características para las que fue diseñado.
Ventilador.
Los ventiladores que están instalados en la torre de enfriamiento son de tipo
hélice, éste tipo predominan en la industria de las torres de enfriamiento, debido
a su habilidad de mover inmensas cantidades de aire a presiones relativamente
bajas.
Este tipo de ventilador es fabricado de fibra de vidrio y está diseñado para
resistir las inclemencias que hay dentro de la torre de enfriamiento. El
mantenimiento para este componente podría ser:
a) Se debe de limpiar cada aspa del ventilador, ya que éste no debe de
tener ningún tipo de suciedad, es decir, no debe de tener incrustado
87
ningún tipo de alga o sales que se hallan formado por exceso de químico
o por una mala operación directamente.
b) Se debe revisar el ángulo de cada aspa del ventilador.
c) Inspeccione las superficies de las aspas de los ventiladores cada seis
meses.
d) Se debe de retorquear cada uno de los pernos y tuercas que sujetan las
aspas del ventilador con el torque
respectivo, según el tornillo que
utilizan.
Geareducer
Verifique semanal y mensualmente el aceite.
Pintura
Limpie periódicamente y de ser necesario, retoque cualquier pintura astillada o
dañada para evitar la corrosión.
Estanque colector de agua fría
Inspeccione ocasionalmente el estanque colector en busca de grietas, fugas y
desconchados. Repare lo que sea necesario. Mantenga un índice Langelier
positivo en su agua circulante, pueden aparecer fugas menores en los
estanques de madera cuando se comienza con un estanque seco, pero estas
desaparecen generalmente después que la madera se empapa. Inspeccione
los estanques de acero para detectar señales de corrosión. Retoque la pintura
si es necesario.
Mantenga las salidas de agua fría limpias y libres de
desechos. Los controles del agua de reposición y de circulación deben operar
libremente y mantener la cantidad deseada de agua en el sistema.
88
PROGRAMA DE INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO
D
D
3
Inspeccione las uniones y tornillos.
S
S
S
S
4
Lubrique.
5
Verifique los sellos de aceite.
M
6
Compruebe el nivel de aceite.
W
7
Compruebe ausencia de agua en el aceite.
M
8
Cambio de aceite.
S
9
Verifique las aspas del ventilador.
10
Verifique el nivel del agua.
11
Verifique que no existan fugas.
12
Inspeccione la condición general.
S
S
13
Apriete los pernos que están sueltos.
S
14
Limpie.
15
16
Escaleras y puertas.
D
Estructura ventilador.
D
Estructura de la torre.
Verifique que no hay ruidos y vibraciones extrañas.
Sistema de Distribución.
2
Reductor
Inspeccione para ver si hay obstrucciones.
Eje Impulsor y guardas.
1
Motor
DESCRIPCIÓN
Ventilador
No.
Estanque de agua Fría.
Figura 27 Programa de mantenimiento
S
S
S
Y
S
W
R
S
D
W
M
S
S
S
Y
S
S
S
S
R
R
R
R
Retoque la pintura.
R
R
R
R
Balanceó de piezas.
R
S
R
R
D
W
M
Q
S
Diariamente
Semanal
Mensual
Trimestral
Semestralmente Anualmente
89
Y
R
Según se requiera.
Figura 28 Lista de comprobación de mantenimiento.
LISTA DE COMPROBACIÓN PARA LA INSPECCIÓN
Fecha
de
inspección
_________________
Realizada
por
_______________________________________
Propietario
_________________________________
Ubicación
________________________________
Fabricante de la Torre.____________________
Modelo No.
____________
No. de Serie
_______
Área de Empresa Servido por la Torre _______________________________________________
Funcionamiento:
Continuo ____
Condiciones de Diseño:
Intermitente
____
0
Estacional _____
0
HW ____ F
CW ____ F
0
WB ____ F
Cantidad de Celdas de Ventilador ________________________
ESTRUCTURA
1
Material de Recubrimiento _____________
Material de la Estructura _______________
Material del piso de Torre ______________
Material del estanque de agua fría ________
SISTEMA DE DISTRIBUCÓN DE AGUA
Material de la tubería de Entrada ________
Material del Colector de Entrada ________
Material del Brazo Rama ______________
Toberas, ø de orificio _____ in.
SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Surtidor _________________________
Soportes del surtidor _______________
90
2
3
Comentarios
Q __ GPM
Comentarios:
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
LISTA DE COMPROBACIÓN PARA LA INSPECCIÓN.
Condición:
1 – Buena
2 – Mantenerla Vigilada
3 - Necesita atención inmediatamente.
EQUIPO MECÁNICO
Unidades de accionamiento por reductor
Fabricante _________________ Modelo ________________ Relación _______________
Nivel de Aceite: Lleno ________________ Añadir Inmediatamente ________________
Bajo, verificar de Nuevo pronto ________
1
2
3
Comentarios
Aceite tipo: ___________________
Sellos __________________________
Juego Axial ______________________
Juego del eje del ventilador _________
Ruido Inusual
No _______ Si ______
Acción requerida _________________
EJES MOTRICES
Fabricante _______ Material __________
VENTILADORES
Fabricante ______________________________
Paso fijo _______
Diámetro ______________________________
Cantidad de Aspas ____________________
91
Paso Ajustable ______
1
2
3
Comentarios
Material de las aspas ______________
Material de cubierta ______________
Accesorios del conjunto central _______
Holgura de la punta ___ "min ____" máx.
Nivel de vibración _________________
Altura del cilindro del ventilador
Material soporte del equipamiento mec.
Líneas de drenaje reductor.
Visor de vidrio del nivel de aceite.
Interruptores límite de vibración.
Válvulas de reposición.
Otros componentes.
Fábrica del Motor _______________________.
Datos de la placa: KW __________ RPM __________ FASES _________ HZ_______ VOLTS ______
Corriente a plena Carga ____________ Carcasa ____________ S.F. _________
Última Lubricación, Fecha _______________
Tipo de Lubricante _______________________
¿Algún ruido inusual?
No ___
Si ___
Acción requerida _____________
¿Alguna vibración Inusual?
No ___
Si ___
Acción requerida _____________
¿Acumulación Inusual de calor?
No ___
Si ___
Acción requerida _____________
Nota. 1 Buen estado
2 Mantener controlado
92
3 Necesita Mantenimiento.
3.10.7 Presupuesto del proyecto.
Figura 29 Presupuesto.
CANTIDAD
DESCRIPCIÓN
COSTO
COSTO
UNITARIO
TOTAL
Traslado de Santa Lucía hacia Ingenio Tululá
Q. 43,000
Mano de obra
2
Mecánicos
Q. 65
Q. 5,200
2
Soldadores
Q. 56
Q. 4,480
1
Electricistas
Q. 55
Q. 2,200
10
Auxiliares de Mecánico, Soldadores Q. 47
Q. 21,150
y Electricista
Materiales
20
Cilindros con oxígeno
Q.152
Q. 3,040
10
Cilindros con Acetileno
Q. 447
Q. 4,470
350
Sacos de Cemento Gris
Q. 45.50
Q 15,925
250
Hierro corrugado 3/8"" X 20'
Q. 19.45
Q. 4,868.30
20
Disco 1/8X7/8X9 P/Cortar Hierro
Q. 16.60
Q. 332
50
Electrodo 7018 3/32”
Q 7.95
Q. 398.7
8
Costanera de hierro 1/16x2x6x20´
Q. 208.35
Q 1,667.48
93
50
Electrodo 6011 1/8”
Q. 8.38
Q 441.9
20
Angulares de hierro 1/8 X 1-1/2X20‟
Q. 131.99
Q. 2,639.9
20
Flange Ced. 40 de 8 “ soldable
Q. 235.45
Q. 4,709
150
Arena blanca
Q. 75.88
Q. 11,382.5
4
Viga
I
de1/4X3/8X4X12X20' Q. 2,748
Q. 10,992
(W12X19)
6
Hierro U de 6 X 2 X 5/16
Q. 1,518.75
Q. 9,112.5
6
Lámina de hierro negro 1/8X6X20
Q. 2,591.25
Q. 15,547.5
10
Pintura anticorrosiva plateada
Q. 368.94
Q. 3,689.42
20
Electrodo 6013 3/32
Q. 8.64
Q. 170.8
600
Cable THW # 6
Q. 6.75
Q. 4055.4
10
Tubo Ced. 40 de 6X20‟ sin costura
Q. 1,911.54
Q.19,115.45
12
Codo Ced. 40 de 8 a 90 soldable
Q. 937.5
Q. 11,250
12
Tubo Ced. 20 de 8 X 20„ con costura
Q. 2,857.14
Q. 34,285.7
100
Libras de alambre de amarre
Q. 3.94
Q. 394
175
Hierro corrugado de 5/8 X 20´
Q. 64.28
Q. 11,250
100
Hierro corrugado de ½ “ X 20´
Q. 33.83
Q. 3,383.93
2
Válvula de compuerta 8” 125 psi Q. 10,330.36
C/flange Vast/sal
94
Q.20,660.72
12
Lámina
rombo
J-48
de
12mm Q. 1,062.5
Q. 12,750
X4´X8´
25
Angular de hierro ¼ X 2 X 20´
Q. 225.66
Q.5,641.73
TOTAL Q.288,203.03
95
96
CONCLUSIONES
1.
Conforme el vapor se condensa, ocurre una súbita reducción de volumen
creando un vacío de 26 pulgadas de Hg, que aumenta en un 5 % la
condensación se beneficia en generar 541366 kWh
la producción de
energía eléctrica.
2.
La torre de enfriamiento W400 que actualmente trabaja es insuficiente
para enfriar el agua que utiliza el condensador del área de Cogeneración,
ya que el caudal para el cual fue diseñada era de 16,000 gpm se tiene un
exceso de 3,600 gpm, actualmente circula un caudal de 19,600 gpm con
base en el análisis termodinámico efectuado.
3.
Al utilizar la torre de enfriamiento NC8305 dentro de la red de enfriamiento
actual, la temperatura del agua se reduciría de 106 0 F a 1010 F.
4.
Al utilizar la torre de enfriamiento NC8305 dentro de la red de
enfriamiento,
la temperatura del vapor dentro del condensador se
reduciría de 130 0F a
5.
125 0F
La razón de libras de vapor consumidas por kilovatio generado disminuye
con la operación de la torre de enfriamiento NC8305 operando dentro del
proceso, de un valor estimado de 14.19 libras de vapor/kW a 14.06 libras
de Vapor/kW que sugiere un aumento en la eficiencia del ciclo.
6.
El tiempo de recuperación de la inversión en el proyecto de montaje e
instalación de la torre NC8305 se establece en 5 meses de trabajo.
97
98
RECOMENDACIONES
A la Gerencia de Cogeneración
1. Eliminar la construcción cercana a la torre de enfriamiento W400, que
anteriormente era utilizada como báscula, ya que esta reduce un 30%
la succión de aire fresco hacia la torre de enfriamiento.
A la Jefatura de Seguridad Industrial
2. Crear un plan de evacuación para el edificio de Cogeneración, debido
a los diferentes riesgos que existen en esta área.
3. Cada uno de los trabajadores debe saber como actuar en caso de
emergencia, para ello deberán de conocer el plan así como las
medidas a tomar.
Los supervisores de división de cogeneración
4. Crear un programa de capacitación bien orientado para que el personal
que opera la torre de enfriamiento, adquiera las bases técnicas para
optimizar el funcionamiento de los equipos.
A los operadores de torre de enfriamiento.
5. Poner énfasis en el tratamiento químico que se le da al agua de
alimentación, y bajo ninguna circunstancia interrumpir la dosificación
de los agentes químicos, por medio de estos se reducirá las
99
incrustaciones y corrosión en los equipos, así como crecimientos de
bacterias.
6. Brindar una limpieza profunda a presión a los paneles inferiores de la
torre, ya que la suciedad acumulada disminuye considerablemente el
contacto entre el aire y el agua, provocando una mala transferencia de
calor.
100
BIBLIOGRAFÍA
1. Elonka, Steve Equipos industriales, 3ra. edición, Editorial McGraw Hill.
2. H. Servers, E. Degler, C. Miles
Energía mediante vapor, aire o gas,
Editorial Reverté. 5ta. Edición.
3. Hugot, E.
Manual para ingenieros azucareros, 7ma. Impresión,
Editorial Continental 1984.
4. Manual de torre Marley.
Manual de torre de enfriamiento W400 de la
compañía Marley.
5. Manual de torre Marley.
Manual de torre de enfriamiento NC8305 de
la compañía Marley.
6. Marks Manual del ingeniero mecánico. 5ta. edición en español,
Editorial McGraw Hill.
7. Menchu I. Juan Francisco. Diseño de una torre de enfriamiento para un
turbogenerador de 7.5 Mw en el Ingenio La Unión. Trabajo de
graduación de ingeniero mecánico de la universidad de San
Carlos de Guatemala.
101
8. Palacios V. José Luis.
Programa general de seguridad e higiene
ocupacional en áreas operativas del Ingenio Tululá. Trabajo de
graduación de ingeniero mecánico-industrial de la universidad de
San Carlos de Guatemala.
9. Yunus Cengel, Michael Boles.
Termodinámica. Editorial McGraw Hill,
4ta. edición.
102
ANEXOS
Torre Marley W400 fotografía tomada por el autor.
Torre Marley NC8305 Fotografía tomada por el autor.
103
ESPECIFICACIONES TECNICAS TORRE MARLEY NC 8305
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
TABLAS DE PROPIEDADES DEL AGUA
116
117
118