PROYECTO FINAL TERMODINAMICA APLICADA

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TERMODINÁMICA APLICADA
Nombre: Ortiz Solano Esteban Patricio.
Gr: 1
Fecha:03/02/2020
IMPLEMENTACIÓN DE LA NORMA ISO 50001 EN LA EMPRESA EUROFISH
S.A.
1. Descripción de la empresa:
Tabla 1.
Empresa
Grupo
Empresarial
Actividad
Empresarial
EUROFISH S.A.
Sociedad Anónima.
Elaboración de productos de pescado: cocinado, filetes de
pescado, huevos de pescado, caviar y sustitutos del caviar.
Transmarina Arroyo Azul y Av. Hugo Mayo Montecristi Ecuador
Dirección
.
La empresa se dedica a la elaboración de conservas
provenientes del mar, cuenta con 21 flotas y una capacidad
de almacenamiento enfrío de 11000 TM. Cuenta con tres
secciones, obtención y transporte de la materia prima,
Descripción de la procesamiento y almacenamiento y la última que le
Empresa/Industri corresponde enlatado, etiquetado y comercialización del
a
producto.
Tabla 2.
Datos de contacto de las personas responsables
Teléfon
Nombre
o
E-mail
[email protected]
(05)
sh.com.ec
Persona de contacto Olmedo
257de la empresa
Zambrano. 8906
Esteban
0983678 [email protected]
Técnico Auditor
Ortiz.
624 pn.edu.ec
Cargo
Técnico de
planta.
Auditor
Tabla 3.
RÉGIMEN DE ACTIVIDAD
Número de Empleados
1200
Horas/Día Días/Semana Días/Año
Régimen de Funcionamiento
8
5
240
Capacidad Productiva de la Fábrica
Anual
45000 TM de atún
Productos Principales (procesos y materias primas)
Producto
Proceso*
Enlatados
1
En pouch
1
Precocidos y congelados
1
*El proceso será descrito en la siguiente sección.
Materia Prima
Pescado
Pescado
Pescado
1.1. Política Energética:
La política energética de EUROFISH S.A radica en el mejoramiento de su
desempeño energético en las diversas etapas que comprenden el
procesamiento industrial del pescado sobre todo en aquellas que se requiera un
consumo de energía mayor, así como en aquellos equipos en los que se pueda
obtener una eficiencia energética mayor con un consumo responsable de la
energía.
1.2.
Descripción del procesamiento industrial del pescado.
Figura 1. Procesamiento industrial del pescado. Fuente: Propia.
1.3.
Alcance:
Con base en lo establecido en la norma ISO 50001 , en la sección 3 Términos y
definiciones, el alcance lo establece la organización , por lo que después del
acercamiento con la empresa se estableció que el alcancé de la presente
implementación será en las etapas de cocción y esterilización del pescado ,
puesto que ellas representan la parte más crítica del proceso y las dos utilizan
de los equipos que tienen un mayor consumo de energía
(calderas
pirotubulares) [1]
1.4.
Límites:
Los procesos de cocción y esterilización se analizarán durante un día de
operación, el equipo del proceso analizado serán las calderas pirotubulares, y se
analizará solo la de mayor consumo.
2. Planificación Energética:
2.1. Distribución de la energía:
2.1.1. Procesos de Cocción y Esterilización.
Cocción:
Figura 2. Fuente :Propia,.
Esterilización:
Figura 3. Fuente: Propia.
2.1.2. Equipos:
Caldera:
Figura 4. Fuente: Propia.
2.2.
Variables que afectan el uso de la energía:
Considerando la definición de transferencia de exergía por calor:
(𝟏)𝑿𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 = (𝟏 −
𝑻𝒐
)∗𝑸
𝑻
Donde To es la temperatura ambiente, T es la temperatura de salida o sumidero
considerada para cualquier pérdida de calor, y Q es el calor perdido cuantificado
por la primera ley. [2]
Como se evidencia conforme T aumenta la exergía transferida por calor también
se incrementa, por lo que la temperatura final o alcanzada en el proceso será
una variable muy importante para cuantificar la energía perdida y su costo
asociado.
2.3. REVISIÓN ENERGÉTICA
2.3.1. Uso de la energía.
Tabla 4.
Equipo
Energía Valor Unidad
Caldera 1 Eléctrica 56.72 kWh-Día
Proceso 1 Cocción- Esterilización Caldera Térmica 26.78 Gal/h
Proceso
Operación
Suministros energéticos en la caldera:
Tabla 5.
Suministro
Cantidad*
Unidad
Agua
5.85
M3/h
Electricidad
56.72
kWh
Combustible**
26.78
Gal/h
*Valores considerados para un día de 8 horas.
Costo
0.35
0.08
1.03
Unidad
$/M3
$/kWh
$/Gal
**El combustible utilizado es el Diesel N°2
2.3.2. Ecuaciones:
En la caldera la entrada de energía se produce por el poder calorífico del Diesel
N°2 y su flujo másico, la eficiencia de la caldera es de 0.8 por lo que se
aprovechará solo el 80% del calor de entrada para convertirse en calor útil y lo
demás serán las pérdidas. En la presente implementación se consideran las
pérdidas por convección , radiación , calor sensible de los gases y la combustión
incompleta, las dos últimas se encuentran estrechamente relacionadas con el
tipo de combustible que se utilice en el quemador , por lo que la empresa
manifestó que es un parámetro que no se podría cambiar pues el Diesel número
2 presenta múltiples ventajas , en especial económicas para no cambiarlo, por lo
que las pérdidas por convección y radiación son las que deberán ser reducidas
con la implementación de alguna mejora.
(2)𝑄𝑇 = 𝑚̇𝑓 ∗ 𝑃𝐶𝐼
Con la ecuación (2) se puede evaluar el calor total suministrado por el
combustible donde 𝑚̇𝑓 es el flujo másico del combustible y PCI es el poder
calorífico inferior, en la tabla que se presenta a continuación se encuentran los
datos de flujo másico del combustible y el poder calorífico inferior. [3]
La eficiencia de una caldera se define como sigue:
(3)%𝑛 =
𝑚̇𝑣 ∗ (ℎ2 − ℎ1 ) 𝑄𝑢
=
𝑚̇𝑓 ∗ 𝑃𝐶𝐼
𝑄𝑇
El calor total es la suma del calor útil más las pérdidas producidas, es decir:
(4)𝑄𝑇 = 𝑄𝑢 + 𝑄𝑃
Como se mencionó anteriormente las pérdidas se dividirán pérdidas por
radiación, por convección, por el calor sensible de los gases y por la combustión
incompleta. En general, las pérdidas por radiación y convección representan el
80% de todas las pérdidas por lo que se procederá a establecer la relación
matemática que permite cuantificarlas.
(5)𝑄𝑃 = 𝑄𝑟𝑎𝑑 + 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 + 𝑄𝐶𝐼 + 𝑄𝐺𝐶
(6)𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝑜 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) ∗ 𝐴
4 )
(7)𝑄𝑟𝑎𝑑 = 𝐴 ∗ 𝜖 ∗ 𝜎 ∗ (𝑇𝑠4 − 𝑇𝑎𝑙𝑟𝑑
Donde QCI es el calor perdido por la combustión incompleta y QGC es el calor
perdido por los gases de combustión.
Tabla 6.
Valor
Temperatura de agua de alimentación
28
Temperatura de vapor saturado para la esterilización. 150
Flujo másico del combustible
26.78
Poder Calorífico del combustible
45000
Coeficiente de convección del aire.
25
Temperatura ambiente.
25
Emisividad
0.3
Área
4.81
Presión al ingreso de la caldera
5
Presión a la salida de la caldera
50
2.3.3. Medición:
Unidad
°C
°C
Gal/h
kJ/kg
W/m2*K
°C
M2
bar
bar
Para la medición de las variables de Temperatura, presión y flujo másico se debe
utilizar una cámara termográfica, manómetros y caudalímetros, es importante
aclarar que muchos de los datos que se obtuvieron son requerimientos de trabajo
para que el pescado sea cocido y esterilizado adecuadamente cumpliendo con
los criterios de calidad establecidos.
2.3.4. Cálculos:
Determinación de las entalpías a la entrada y a la salida de la cadera para el
proceso de cocción y esterilización:
Figura 5. Fuente: Propia.
En la siguiente tabla se resumen los cálculos realizados para cada entrada y
salida de calor:
Tabla 7.
Calor Total de
entrada
Calor Útil
Pérdidas
por
convección
y
radiación
Pérdidas
por
combustión
incompleta y por
calor sensible de
los gases.
Símbolo
QT
QU
Valor [MJ/h]
3831.75
QRAD-CONV
3026.79
643.97
Qotras
160.99
Como se puede apreciar las pérdidas por convección y radiación son las más
significativas , analizando este resultado con un balance exergético se tendría
que la exergía destruida es igual al calor perdido, por lo que se utiliza la ecuación
1 para calcular la exergía destruida. [4]
𝑿𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 = (𝟏 −
𝟐𝟗𝟖
𝑴𝑱
) ∗ 𝟔𝟒𝟑 [ ]
𝟒𝟐𝟑
𝒉
𝑴𝑱
]
𝒉
Considerando un costo de producción del vapor de 2$/107J se tiene que el
costo de la exergía destruida , es decir e la energía que no se convirtió en
trabajo es de:
𝑿̇𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 = 𝟏𝟗𝟎. 𝟎𝟏 [
190.01 ∗ 106 𝐽 2 $
$
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 =
∗ 7 = 38
ℎ
10 𝐽
ℎ
Considerando una jornada de 8 horas al día y 5 días a la semana se tiene que
anualmente se tiene un costo por pérdidas de:
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 72960
2.4.
$
𝑎ñ𝑜
Oportunidades para la mejora de desempeño energético.
La oportunidad de mejoramiento en el desempeño energético radica en la
disminución de las pérdidas por convección y radiación, por lo que se puede
optar por un aislamiento en la caldera con fibra de vidrio o cerámica, es
importante considerar que el espesor de aislamiento no debe superar el radio
crítico de aislamiento pues entonces dejará de cumplir con su objetivo. [5]
2.5. Resultados de la planificación:
2.5.1. Línea energética de base:
Estará enfocada en la sección de esterilización pues la temperatura de
esterilización es mayor que la de cocción, el periodo en la que se realizará cada
revisión será trimestral pues los balances de la cantidad de combustible utilizado
lo realizan trimestralmente.
2.5.2. Indicadores de desempeño energético:
En este caso al disminuir las pérdidas se aumenta la eficiencia de la caldera, es
decir se aprovecha más la energía del combustible, por lo que el indicador de
desempeño energético será la disminución de las pérdidas por convección y
radiación. Si es más bajo el calor perdido entonces el desempeño energético es
más alto.
2.5.3. Objetivos Energéticos:
Disminuir las pérdidas por convección y radiación en la caldera pirotubular.
2.5.4. Metas Energéticas:
Reducir las pérdidas por convección y radiación en un 30 % en el año 2020.
3. Planes de Acción:
Tabla 8.
Plan de Acción
Responsable
Plazo
Determinación de un
espesor de aislamiento
óptimo.
Implementación
del
espesor en la caldera
pirotubular de mayor
consumo.
Verificación
de
la
reducción
de
las
pérdidas por convección
y radiación *
Técnico
Mantenimiento
operaciones
Técnico
mantenimiento
operaciones
de Febrero-Marzo
y
Técnico
mantenimiento
operaciones
de Abril-Junio
y
de Marzo-Abril
y
*El método para la verificación de la reducción de las pérdidas consiste en
trimestralmente verificar que la temperatura superficial del aislante se encuentre
a temperatura ambiente de esta forma no habrá intercambio de calor entre el
ambiente y la caldera y por ende no se producirán los fenómenos de convección
y radiación.
3.1. Registros y Control:
El registro para la reducción de pérdidas por convección y radiación será el
siguiente:
Tabla 9.
Temperatura
[°C]
superficial Trimestre [meses]
Pérdidas
convección
radiación [MJ]
por
y
El control se lo realizará trimestralmente.
4. Referencias:
[1] Basu, P., Kefa, C., & Jestin, L. (2012). Boilers and burners: design and theory. Springer Science
& Business Media.
[2] Dukelow, S. G. (1986). The control of boilers.
[3] Jovanović, B., & Filipović, J. (2016). ISO 50001 standard-based energy management maturity
model–proposal and validation in industry. Journal of Cleaner Production, 112, 2744-2755.
[4] Kakaç, S. (Ed.). (1991). Boilers, evaporators, and condensers. John Wiley & Sons.
[5] Saidur, R., Ahamed, J. U., & Masjuki, H. H. (2010). Energy, exergy and economic analysis of
industrial boilers. Energy policy, 38(5), 2188-2197
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