Ingeniería Mecánica · 2006
Análisis energético de la sección generadora de vapor y el sistema de refrigeración para la producción de agua fría de la planta de Freskaleche S.A.
Este Documento tiene por objeto realizar un análisis energético de la sección generadora de vapor y el sistema de refrigeración para la producción de agua fría de la planta de la empresa FRESKALECHE S.A; en el cual se determina la capacidad instalada en ambos sistemas con el propósito de conocer la disponibilidad de energía que se tiene para la ejecución de los procesos productivos y procesos industriales que se llevan a cabo en la planta. El análisis energético realizado permite conocer la totalidad de los elementos que componen el sistema de vapor y el sistema de agua fría, así como el valor de la energía útil que se emplea en el desarrollo de los procesos dentro de la empresa, para finalmente determinar un índice de consumo de energía en la producción, el cual es una medida que indica si la capacidad instalada satisface los requerimientos del Proceso. Este análisis energético concluye con un plan de sugerencias para la optimización de los sistemas de vapor y agua fría, con el cual la empresa cuenta con un argumento para invertir en la compra e instalación de nuevos equipos o la ejecución de acciones de mejora para evitar las paradas no programadas y cumplir sin problemas con programación diaria de la producción.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 15
- 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 17
- 1.1 IDENTIFICACIÓNp. 17
- 1.2 PLANTEAMIENTOp. 18
- 1.2.1 DESCRIPCIÓNp. 18
- 1.2.2 FORMULACIÓNp. 19
- 1.3 ALCANCE DEL PROYECTOp. 19
- 2. ANALISIS ENERGETICO DEL SISTEMA DE VAPORp. 20
- 2.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE VAPORp. 20
- 2.1.1 SECCIÓN GENERADORA DE VAPORp. 66
- 2.1.2 LINEAS DE DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADOp. 24
- 2.1.3 EQUIPOS QUE UTILIZAN VAPOR EN LOS DISTINTOS PROCESOS DE LA EMPRESAp. 25
- 2.2 DETERMINACIÓN DE LA ENERGIA REQUERIDA POR EL SISTEMAp. 27
- 2.2.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS PROCESOS QUE REQUIEREN VAPORp. 27
- 2.2.1.1 Procesos Productivosp. 37
- 2.2.1.2 Procesos Industrialesp. 37
- 2.2.2 CÁLCULO DE LA ENERGÍA REQUERIDA POR LOS PROCESOSp. 31
- 2.2.2.1 Ejemplo de Cálculop. 35
- 2.2.3 RESUMEN DE NECESIDAD ENERGETICA EN LOS PROCESOSp. 37
- 2.3. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DEL SISTEMA DE VAPORp. 38
- 2.3.1 EFICIENCIA EN LA GENERACIÓN DEL VAPORp. 20
- 2.3.1.1 Metodologia para el Cálculo de la Eficiencia Térmica de las Calderasp. 40
- 2.3.1.2 Levantamiento de la Información Requerida para el Cálculop. 48
- 2.3.1.3 Cálculo de las Pérdidas de Energía en la Calderap. 55
- 2.3.1.4 Cálculo de la Eficiencia Térmica de las Calderasp. 63
- 2.3.2 EFICIENCIA EN LAS LINEAS DE DISTRIBUCION DEL VAPORp. 67
- 2.3.2.1 Metodología para el Cálculo del Calor Transferido en las Líneas de Vaporp. 68
- 2.3.2.2 Cálculo de las Perdidas de Calor en Tubería Aisladap. 71
- 2.3.2.3 Cálculo de las Perdidas de Calor en Tubería sin Aislarp. 78
- 2.3.2.4 Cálculo de la Eficiencia en las Lineas de Distribución de Vaporp. 79
- 2.3.3 EFICIENCIA DE LAS TRAMPAS DE VAPORp. 20
- 2.3.4 EFICIENCIA DEL SISTEMA DE VAPORp. 20
- 2.4. ÍNDICE DE CONSUMO ENERGETICO EN LA PRODUCCIONp. 86
- 3. PLAN DE SUGERENCIAS PARA MEJORAR EL SISTEMA DE VAPORp. 88
- PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA FRÍA DE FRESKALECHE S.Ap. 91
- 4.1 DESCRIPCION DEL SISTEMA DE PRODUCCION DE AGUA FRIAp. 93
- 4.2 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA SEGÚN LOS PROCESOSp. 92
- 4.2.1 CARGAS ENERGETICAS DEL SISTEMA DE PRODUCCION DE AGUA FRIAp. 100
- 4.2.1.1 Cálculo de Cargas Energeticas del Sistemap. 102
- 4.2.2 CARGA ENERGETICA EN LA DISTRIBUCION DEL AGUA FRÍAp. 106
- 4.2.3 CONSUMO DE AGUA FRÍA SEGÚN LOS PROCESOSp. 109
- 4.3 DISPONIBILIDAD DE AGUA FRIA DEL SISTEMAp. 111
- 4.4 COMPARACION ENTRE EL CONSUMO Y LA DISPONIBILIDAD DE AGUA FRIAp. 113
- PRODUCCION DE AGUA FRIAp. 115
- 4.5.1 METODOLOGIA PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DEL SISTEMAp. 118
- 4.5.2 CICLO REAL DE REFRIGERACIÓNp. 116
- 4.5.2.1 Levantamiento de la Informaciónp. 125
- 4.5.3 MASA DE REFRIGERANTE DEL SISTEMAp. 116
- 4.5.3.1 Cálculo de la Eficiencia Volumetrica de los Compresoresp. 130
- 4.5.3.2 Cálculo de la Masa de Refrigerante del Sistemap. 135
- 4.5.4 CALOR ENTREGADO POR LOS COMPRESORES AL SISTEMAp. 116
- 4.5.4.1 Eficiencia Mecánica de los Compresoresp. 138
- 4.5.5 CALOR ELIMINADO EN LOS CONDENSADORES EVAPORATIVOSp. 116
- DE AGUA FRÍAp. 141
- 4.6. ÍNDICE DE CONSUMO ENERGETICO EN LA PRODUCCIÓNp. 144
- REFRIGERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA FRÍAp. 146
- CONCLUSIONESp. 149
- BIBLIOGRAFÍAp. 150
- ANEXOSp. 151
- Figura 1. Diagrama del Flujo de Calor del Sistema de Vaporp. 21
- Figura 2. Diagrama del Sistema de Vapor de Freskaleche S.Ap. 22
- Figura 3. Esquema de Distribución del Sistema de Vapor de Freskaleche S.Ap. 26
- Figura 4. Balance de Energía en un Intercambiador de Calorp. 32
- Figura 5. Flujo de Vapor a través de Tuberíap. 34
- Figura 6. Intercambio de Calor en el Esterilizadorp. 35
- Figura 7. Formas de Energía en una Caldera Pirotubularp. 42
- Figura 8. Flujo de Calor a través de Tuberíap. 68
- de Vaporp. 21
- Banco de Hielop. 94
- Freskaleche S.Ap. 13
- Figura 12. Proceso de Intercambio de Calorp. 102
- de Agua Fría de la Empresa Freskaleche S.Ap. 117
- Figura 14. Ciclo de un compresor ideal (P vs. V)p. 121
- Figura 15. Ciclo de un compresor real (P vs. V)p. 121
- de Freskalechep. 129
- Tabla 1. Equipos que componen la Sección Generadora de Vaporp. 23
- Tabla 2. Datos de las Calderas Pirotubularesp. 24
- Tabla 3. Balance Global de Consumo de Vapor en la Plantap. 37
- Tabla 4. Ubicación de los Puntos de Lectura de las Variables de las Calderasp. 49
- Tabla 5. Instrumentos de Medición Utilizados en la Prueba de las Calderasp. 50
- Tabla 6. Datos Obtenidos de las Pruebas de Operación de las Calderasp. 54
- Tabla 7. Análisis Molar y Másico de los Productos de la Combustiónp. 58
- Tabla 8. Proporción de Calor Perdido en formas no Calculadasp. 62
- Tabla 9. Eficiencia Térmica de las Calderas Pirotubularesp. 64
- Tabla 10. Datos de Tubería Aislada para transporte de Vaporp. 67
- Tabla 11. Datos de la Tubería Aislada del Ejemplo de Calculop. 71
- Tabla 12. Diámetros de Tubería del Sistema de Vaporp. 71
- Aisladap. 76
- Tabla 14. Calor Total Perdido en Tubería Aisladap. 77
- Aislarp. 79
- Tabla 16. Calor Total Perdido en Tubería sin Aislarp. 79
- Tabla 17. Cuadro Resumen de la Eficiencia del Sistema de Trampeop. 84
- Tabla 18. Equipos del Sistema de Refrigeraciónp. 95
- Tabla 19. Equipos Auxiliares del Sistema de Refrigeraciónp. 96
- Tabla 20. Equipos Auxiliares del Sistema de Producción de Agua Fríap. 97
- Enfriamientop. 148
- Tabla 22. Resumen de Cargas Energéticas según los Procesosp. 106
- Tabla 23. Variables Para el Calculo del Calor Ganado en Tuberíap. 108
- Agua Fríap. 108
- Tabla 25. Calor Ganado en las Tuberías de Transporte de Agua Fríap. 109
- Tabla 26. Caudal de Agua Fría a Suministrar en cada Proceso de la Plantap. 111
- Tabla 27. Equipos del Sistema de Bombeo de Agua Fríap. 112
- Tabla 28. Resumen de Caudal Real Disponible por Áreap. 113
- Tabla 29. Comparación Global entre Consumo y Disponibilidad de Agua Fríap. 114
- Tabla 30. Mediciones Directas sobre el Sistemap. 127
- Tabla 31. Desviaciones del Ciclo Ideal de Refrigeraciónp. 128
- Diagramap. 128
- Tabla 33. Eficiencia Volumétrica a diferentes Presiones de Admisiónp. 134
- Tabla 34. Eficiencia Volumétrica a diferentes Presiones de Salidap. 134
- Admisiónp. 122
- Tabla 36. Calor Entregado al Sistema por los Compresoresp. 138
- Tabla 37. Calor Eliminado del Sistema por los Condensadores Evaporativosp. 140
- Evaporaciónp. 145
- Condensaciónp. 140
- Tabla 40. Carga Térmica Máxima del Sistemap. 144
- Tabla 41. Capacidad del Sistema vs. Tevp. 145
- ANEXO 1. PROPIEDADES DEL AGUA SATURADA: TABLA DE PRESIÒNp. 152
- COMBUSTIBLES A 298 K Y 1 ATMp. 153
- ABSOLUTA DEL CO2 COMO GAS IDEAL*p. 154
- ABSOLUTA DEL CO COMO GAS IDEALp. 155
- ABSOLUTA DEL H2O COMO GAS IDEALp. 157
- ABSOLUTA DEL H2 COMO GAS IDEALp. 157
- ABSOLUTA DEL O2 COMO GAS IDEALp. 158
- ABSOLUTA DEL N2 COMO GAS IDEALp. 159
- ANEXO 9. TABLA DE AMONÍACO SATURADOp. 160
- ANEXO 10. TABLA DE AMONÍACO SOBRECALENTADOp. 162
- ANEXO 11. CURVAS DE OPERACIÓN DE BOMBAS IHMp. 165
- SISTEMA DE REFRIGERACIÒNp. 167