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Móódulo dulo NN°°2 2 SISTEMAS
SISTEMAS ENERGENERGÉÉTICOSTICOS
PARTE I
PARTE I
CENTRALES TERMICAS
PARTE I PARTE I CENTRALES TERMICAS CENTRALES TERMICAS
1.0 INTRODUCCI
1.0 INTRODUCCI
Ó
Ó
N
N
1.2.- Energía en la industria. LA ENERGÍA EN LA INDUSTRIA PERMITE PRODUCIR ALCANZAR ESTÁNDARES DE CALIDAD COMPETIR
¿QUE DEBERÍAMOS CONOCER?
• TIPOS DE ENERGÍA DISPONIBLES.
• FACTIBILIDAD DE UTILIZACIÓN.
• CÓMO SE CONTRATA.
• CUANTO CUESTA.
• QUE DISPONIBILIDAD TIENE Y TENDRÁ. • COSTOS ….”COM&E”.
• COMO SE DISTRIBUYE EN EL PROCESO.
• NIVEL DE CONSUMO UNITARIO.
• RENDIMIENTO DE CONVERSIÓN.
• COSTO UNIDAD ENERGÍA CONVERTIDA.
• OPCIONES DE OPTIMIZACIÓN.
1.2.- Situación energética nacional.
Distribución de consumos brutos de energías primarias
[ref. CNE, Balance 2005]
Chile importa dos tercios de la energía que consume.
98% Petróleo 75% Gas Natural 98% Carbón
Dependencia Energética
1.2.- Situación energética nacional. 0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Año Te ra ca lo rí as
PETRÓLEO CRUDO GAS NATURAL CARBÓN HIDROELECTRICIDAD (2) LEÑA Y OTROS (3)
Evolución Consumo Bruto Energías Primarias en Chile
[ref. CNE, Balance 2005]
Matriz Energética
1.2.- Situación energética nacional.
INDICE PRECIOS CIF, Enero 2000 = 100 [ref. Ministerio Minería y Energía 20.09.06]
Precios Históricos Combustibles Alternativos
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 01-0 1-03 21-0 2-03 24-0 3-03 21-0 4-03 26-0 5-03 30-0 6-03 28-0 7-03 08-0 9-03 27-1 0-03 22-1 2-03 26-0 1-04 22-0 3-04 26-0 4-04 31-0 5-04 12-0 7-04 20-0 9-04 18-1 0-04 29-1 1-04 27-1 2-04 31-0 1-05 28-0 2-05 04-0 4-05 16-0 5-05 04-0 7-05 08-0 8-05 12-0 9-05 17-1 0-05 21-1 1-05 26-1 2-05 30-0 1-06 06-0 3-06 10-0 4-06 15-0 5-06 19-0 6-06 27-0 7-06 31-0 8-06 05-1 0-06 U S $/ M M B tu Gas Licuado Diesel Fuel Oil N°5 Gas Natural (AC 03)
Evolución Precios Combustibles Industriales RM
[ref. Metrogas 2006]
Volatilidad De Precios
1.2.- Situación energética nacional. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 01/01 /2004 01/03 /2004 01/05 /2004 01/07 /2004 01/09 /2004 01/11 /2004 01/01 /2005 01/03 /2005 01/05 /2005 01/07 /2005 01/09 /2005 01/11 /2005 01/01 /2006 01/03 /2006 01/05 /2006 01/07 /2006 01/09 /2006 2004 2005 2006
Maintenance work on the Gasandes pipeline.
Evolución de Restricción de Gas Natural
[ref. Ministerio Minería y Energía 20.09.06]
Indisponibilidad Gas Natural
1.3.- Plan de uso eficiente energía.
1.4.- Prefactibilidad de oportunidades.
1.4.- Prefactibilidad de oportunidades.
Procesos Industriales en R.M.
[ref. JHG Ingeniería Junio 2006]
El 20 (%) del total corresponde a los principales consumidores industriales distribuidos en :
+ Calderas Vapor / Fluido Térmico : 776 (u)
1.4.- Comparación de costos de combustibles industriales.
Combustible Leña Carbon bitum Carbon sub bituminoso Petróleo FO6 Petróleo FO5 Petróleo Diesel Gas Natural Gas Licuado
$/m3 $/ton $/ton $/m3 $/m3 $/m3 $/m3 $/l
3.000 110.000 77.000 199.000 229.000 305.000 235,0 265
Tasa cambio U$/m3 U$/ton U$/ton U$/m3 U$/m3 U$/m3 U$/m3 U$/l 510 5,88 215,69 150,98 390,20 449,02 598,04 0,46 0,52 Poder Calorífico kcal/kg @ 50%hbh kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg
PCI 1.950 6.200 4.200 9.600 9.900 10.200 11.635 11.400
PCS 2.100 6.500 4.450 10.050 10.450 10.800 12.792 12.300
Densidad kg/m3 kg/ton kg/ton kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/l
300 1.000 1.000 950 950 850 0,73 0,59
kcal/m3 kcal/ton kcal/ton kcal/m3 kcal/m3 kcal/m3 kcal/m3N
PCS comercial 630.000 6.500.000 4.450.000 9.547.500 9.927.500 9.180.000 9.300 7.257
9,3E-06 3,3E-05 3,4E-05 4,1E-05 4,5E-05 6,5E-05 5,0E-05 7,2E-05
2,4 8,4 8,6 10,3 11,4 16,4 12,5 18,0 0,8 2,9 2,9 3,5 3,9 5,6 4,3 6,2 Rel X/PD 14% 51% 52% 63% 69% 100% 76% 110% US$ct/kWh Precio Energía @ PCS Precio Comercial US$/MMBTU US$/kcal 3,968 MMBTU = 1.000.000 kcal
PARTE I PARTE I CENTRALES TERMICAS CENTRALES TERMICAS
2.0 CALDERAS
2.0 CALDERAS
James Watt`s - 1769 2.1.- Un poco de Historia
Locomóvil para trilla Canadá - 1905 2.1.- Un poco de Historia
Caldera marina - 1950 2.1.- Un poco de Historia
Calderas Industriales década actual 2.1.- Un poco de Historia
2.2.- Calderas, Definición
Caldera
Recipiente metálico en el que se genera vapor mediante la adición de calor.
Según D.S. Nº48/1984 MINSAL (artículo 3º):
Generador de vapor
Sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un líquido en vapor, a temperaturas y presión diferente a la
2.2.- Calderas, Definición
Diagrama Generador de Vapor
Hogar Manómetro Válvula principal Volumen agua Tubo de nivel Presostatos Control de Nivel Control conductividad 2°paso de gases 3°paso de gases
Válvula reguladora purga Válvula purga
Panel de Control Quemador Base Control de nivel de agua Visor de llama Tapa hombre Soportes Cuerpo de presión Entrada agua Purga Válvula de Vapor Separador de Agua Válvula Seguridad Tapa mano
2.4.- Calderas, Tipos
Tipo 3 2.4.- Calderas, Tipos
Tipo 4
Tipo X 2.4.- Calderas, Tipos
Pirotubulares (Fired-Tubes) Acuotubulares (Water-Tubes)
PRINCIPAL CLASIFICACIÓN GENÉRICA: “Según disposición de los fluidos”
2.6.- Calderas Pirotubulares
Vista Frontal
Típica caldera industrial del tipo compacta, horizontal, tres pasos de gases, fondo húmedo y quemador duo-block.
Vista Lateral
2.7.- Calderas Acuotubulares
Caldera compacta, configuración D 2.7.- Calderas Acuotubulares
2.8.- Calderas Mixtas
Caldera mixta (acuotubular – pirotubular), registros durante etapa de pruebas de inspección y certificación.
2.11.- Balance simple de energía, KPIe
CMe = ($C/CV) + [$E + $TA + $O&M + $Amb]/mv
E in = E out + E per
ηηηη
= E out / E in
ηηηη
x E in= E out
E in = mc x PC
E out = mv x (hv-he)
mv/mc = CV = (PC x ηηηη) / (hv – ha)
ηηηη
x mc x PC = mv x (hv-ha)
2.12.- Ejemplo de balance térmico
Cifra de vapor 15,0 kg steam/kg fuel
Consumo específico (masico) 0,07 kg fuel/kg steam
Densidad 0,85 kg/l
0,078 litros fuel/kg steam
0,078 m3fuel/ton steam
PETROLEO DIESEL
Consumo específico (volumétrico)
Ce = 46,6 (US$/ton vapor )
SI Precio PD = 598 US$/m3
Cifra de vapor 17,0 kg steam/kg fuel
Consumo específico (masico) 0,06 kg fuel/kg steam
Densidad 0,727 kg/m3N
0,081 m3 fuel/kg steam 80,913 m3fuel/ton steam GAS NATURAL
Consumo específico (volumétrico)
2.14.- Tarea N°1
Para el balance térmico con GN indicado, determine :
1.- Costo específico por consumo de combustible Ce, si el precio del Gas Natural es 15 US$/MMBTU
2.- Fracción de incremento del consumo de combustible Ce si el rendimiento térmico de la caldera disminuye en un 2,5 (%)
3.- Si la caldera de referencia opera de manera contínua durante 01 turno día, 52 semanas año, para una generación nominal máxima de vapor de 10 (t/h), estime el costo anual de generación de vapor. Indique y justifique los supuestos relevantes.
2.15.- Auditoría energética
LO QUE NO
SE MIDE :
NO EXISTE
PUEDE
NO SE
MEJORAR
NO SE
PUEDE
CONTROLAR
ηηηη RENDIMIENTOTs, O2, P, etc, VARIABLES TERMODINAMICAS mc, CONSUMO COMBUSTIBLE
mv, PRODUCCIÓN DE VAPOR $E, CONSUMOS ELÉCTRICOS