Trabajo Auditoria 09 (1)
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INDICE RESUMEN............................¡Error! Marcador no definido. I. INTRODUCCION................................................2 II. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO..................................3 III. OBJETIVOS.................................................3 OBJETIVOS GENERALES..........................................3 OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................3 IV. MARCO TEORICO.............................................3 V. HIPOTESIS...................................................4 VI. DISEÑO DEL PROYECTO.......................................4 ETAPA 1. CALDERA EN ESTUDIO..................................4 ETAPA 2. PROPIEDADES DEL COMBUSTIBLE A UTILIZAR..............4 ETAPA 3. PROCESO DE COMBUSTION DE LA CALDERA................4 ETAPA 4. DATOS Y PRUEBAS.....................................4 ETAPA 5. EVALUACION DE PERDIDAS ENERGETICAS..................4 ETAPA 6. IMPLEMENTACION DE MEDIDAS TECNOLOGICAS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA EFICIENCIA...............................4 VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................5 VIII.................................................REFERENCIAS 5
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INDICERESUMEN.......................................................................................¡Error! Marcador no definido.
I. INTRODUCCION....................................................................................................................2
II. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO...........................................................................................3
III. OBJETIVOS........................................................................................................................3
OBJETIVOS GENERALES............................................................................................................3
OBJETIVOS ESPECIFICOS...........................................................................................................3
IV. MARCO TEORICO..............................................................................................................3
V. HIPOTESIS.............................................................................................................................4
VI. DISEÑO DEL PROYECTO....................................................................................................4
ETAPA 1. CALDERA EN ESTUDIO...............................................................................................4
ETAPA 2. PROPIEDADES DEL COMBUSTIBLE A UTILIZAR..........................................................4
ETAPA 3. PROCESO DE COMBUSTION DE LA CALDERA............................................................4
ETAPA 4. DATOS Y PRUEBAS.....................................................................................................4
ETAPA 5. EVALUACION DE PERDIDAS ENERGETICAS................................................................4
ETAPA 6. IMPLEMENTACION DE MEDIDAS TECNOLOGICAS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA EFICIENCIA................................................................................................................................4
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...........................................................................5
VIII. REFERENCIAS....................................................................................................................5
I. INTRODUCCION
La empresa NS GUADALUPE S.A.C. es una empresa de la industria azucarera
que se dedica a la fabricación de azúcar, esta adquirió a mediados del año
2012 una planta ubicada en la calle Camino Real Nº S/N SEC. Guadalupe
(ALT. Km. 155 – antigua panamericana norte) en el distrito
de Végueta perteneciente a la provincia de Huaura en el departamento de
Lima, sin embargo por un tema económico la instalación de la planta estaba
ligada a una caldera de acuotubular tipo vertical de 700 BHP Marca Apin el cual
funciona con el combustible residual R 500.
El problema energético al que se enfrenta la empresa NS GUADALUPE S.A.C
para la producción de 10 Tn/H de vapor de agua, usando para ello combustible
residual R 500 el cual haciende a un gasto promedio aproximado de $ 93 600
dólares mensuales.
El proceso productivo del azúcar se inicia con la siembra de la caña de azúcar,
cultivos que sirven de materia prima y que contienen un alto contenido de
sacaros, la producción de azúcar propiamente dicha comienza con la molienda
de la caña, que permite extraer el jugo de la caña y separar el bagazo
El bagazo es el residuo que se obtiene al moler la caña en los molinos, y está
compuesto de agua, fibra, y sólidos solubles. El cual puede ser utilizado como
combustible natural para nuestro proyecto.
En base a todo esto y con el transcurrir de los años la empresa NS
GUADALUPE S.A.C. pudo recuperar parte de su inversión, lo suficiente como
realizar un proyecto de análisis energético y cambio de sistema de sistema de
combustión con Bagazo de caña que es el residió de la molienda de la caña y
por tal el gasto de este combustible seria mínimo.
II. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
El planteamiento se refiere a:
Recopilar información técnica y la experiencia en criterio de diseño de
combustión del Bagazo y su empleo en la Industrial.
Evaluar económicamente la factibilidad del proyecto mostrando las
ventajas que brinda la utilización del bagazo como combustible para la
producción de vapor de agua.
Analizar la eficiencia de la caldera y su relación con el diseño y el estado
técnico a la vez que esclarece las condiciones bajo las cuales pueden
hacerse algunas mejoras a la eficiencia térmica y la capacidad de éstas
dentro de un margen económico aceptable.
sacar el máximo beneficio de los recursos naturales del residuo de la
extracción de azúcar (BAGAZO), aprovechando sus potencialidades y
disponer de las posibilidades de uso en la generación de vapor.
III. OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
El objetivo del presente trabajo es hacer una conversión a Bagazo, de
una Caldera que trabaja el quemador con DIESEL-R 500.
La conversión se realiza sobre un análisis comparativo: Energético,
económico y técnico.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Demostrar la viabilidad de un cambio de sistema de combustible fósil
(Residual R 500) por uno de energía renovable basado en la biomasa
(Bagazo).
Comprender y manejar las consideraciones a tomar en cuenta para
evaluar un cambio de matriz energética a nivel de un equipo o unidad
generadora de potencia.
IV. MARCO TEORICO
La caña de azúcar ha sido sin lugar a dudas uno de los productos de mayor
importancia para el desarrollo comercial en el continente americano. El
azúcar se consume en todo el mundo, puesto que es una de las principales
fuentes de calorías en las dietas de todos los países.
Para la obtención de este producto este tiene que pasar por distintos
proceso dentro de los cuales uno de los más importantes es el consumo de
vapor saturado de agua para el funcionamiento de máquinas de vapor,
turbinas, y en el proceso de evaporación, cristalización, este vapor no se
podría generar sin el intercambio de calor producto de la combustión para lo
cual analizaremos el combustible bagazo de caña.
4.1 PROCESO DE PRODUCCION DEL AZUCAR
4.1.1 Labores de Campo y Cosecha
El proceso productivo se inicia con la preparación del terreno, etapa
previa de la siembra de la caña. Una vez la planta madura entre los
12 y 14 meses, las personas encargadas del área de cosecha se
disponen a cortarla y recogerla a través de alce mecánico y llevarla
hacia los patios de caña.
4.1.2 Patios de Caña
La caña que llega del campo se muestrea para determinar las
características de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de
impurezas. Luego se pesa en básculas y se conduce a los patios
donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las
mesas de lavado de caña para dirigirla a una banda conductora que
alimenta las picadoras.
Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores
accionados por turbinas, provistos de cuchillas giradoras que cortan
los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño más
uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos.
4.1.3 Molienda
La caña preparada por las picadoras llega a un tándem de molinos,
constituido cada uno de ellos por mazas metálicas y mediante
presión extrae el jugo de la caña. Cada molino está equipado con
una turbina de alta presión. En el recorrido de la caña por el molino
se agrega agua, generalmente caliente, para extraer al máximo la
cantidad de sacarosa que contiene el material fibroso. Éste proceso
de extracción es llamado maceración. es en este proceso que se
obtiene el Bagazo como residuo de la extracción del jugo y es
transportado de un molino a otro por conductores para finalmente ser
derivado a una bagacera.
4.1.4 Pesado de Jugos
El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en básculas con
celdas de carga para saber la cantidad de jugo sacarosa que entra en la
fábrica.
4.1.5 Clarificación
El jugo obtenido en la etapa de molienda es de carácter ácido (pH
aproximado: 5,2), éste se trata con lechada de cal, la cual eleva el pH
con el objetivo de minimizar las posibles pérdidas de sacarosa. La cal
también ayuda a precipitar impurezas orgánicas o inorgánicas que
vienen en el jugo y para aumentar o acelerar su poder coagulante, se
eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos
calentadores. La clarificación del jugo se dá por sedimentación; los
sólidos no azúcares se precipitan en forma de lodo llamado cachaza
y el jugo claro queda en la parte superior del tanque. Éste jugo
sobrante se envía a los evaporadores y la cachaza sedimentada que
todavía contiene sacarosa pasa a un proceso de filtración antes de
ser desechada al campo para el mejoramiento de los suelos pobres
en materia orgánica.
4.1.6 Evaporación
Aquí se comienza a evaporar el agua del jugo. El jugo claro que
posee casi la misma composición del jugo crudo extraído (con la
excepción de las impurezas eliminadas en la cachaza) se recibe en
los evaporadores con un porcentaje de sólidos solubles entre 10 y
12% y se obtiene una meladura o jarabe con una concentración
aproximada de sólidos solubles del 55 al 60%.
Éste proceso se da en evaporadores de múltiples efectos al vacío,
que consisten en una solución de celdas de ebullición dispuestas en
serie. El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta
el punto de ebullición. Al comenzar a ebullir se generan vapores los
cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto, logrando así
un menor punto de ebullición en cada evaporador. En el proceso de
evaporación se obtiene el jarabe o meladura. La meladura es
purificada en un clarificador. La operación es similar a la anterior para
clarificar el jugo filtrado.
4.1.7 Cristalización
La cristalización se realiza en los tachos, que son recipientes al vacío
de un solo efecto. El material resultante que contiene líquido (miel) y
cristales (azúcar) se denomina masa cocida. El trabajo de
cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de tres
cocimientos o templas para lograr la mayor concentración de
sacarosa.
4.1.8 Centrifugación
La masa pasa por las centrífugas, máquinas giratorias en las cuales
los cristales se separan del licor madre por medio de una masa
centrífuga aplicada a tambores rotatorios que contienen mallas
interiores. La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques
de almacenamiento para luego someterla a superiores evaporaciones
y cristalizaciones en los tachos. Al cabo de tres cristalizaciones
sucesivas se obtiene una miel final que se retira del proceso y se
comercializa como materia prima para la elaboración de alcoholes.
4.1.9 Secado
El azúcar húmedo se transporta por elevadores y bandas para
alimentar las secadoras que son elevadores rotatorios en los cuales
el azúcar se coloca en contacto con el aire caliente que entra en
contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad,
aproximadamente 0,05%, para evitar la formación de terrones.
4.1.10 Enfriamiento
El azúcar se seca con temperatura cercana a 60ºc, se pasa por los
enfriadores rotatorios inclinados que llevan el aire frío en
contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta
aproximadamente 40-45ºc para conducir al envase.
4.1.11 Envase
El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y
presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega
de producto terminado para su posterior venta y comercio.
4.1.12 Tipos de Azúcar
El azúcar se clasifica dependiendo de los procesos aplicados a la
extracción y el gusto del consumidor.
- Crudo, mascabado o morena: se produce en cristales de mayor
tamaño y conserva una película de melaza que envuelve cada cristal.
- Blanco directo y directo especial: se producen por procesos de
clarificación y su producción final se logra en una sola etapa de
clarificación.
4.1.13 Refinamiento
Se cristaliza dos veces con el fin de lograr su máxima pureza.
4.2CALDERAS DE AZUCARERAS
Sin calderas no se puede producir azúcar. Como se diseñan y fabrican con factores de seguridad apropiados a los parámetros elevados con que operan tienen una robustez considerable que contribuye a su prolongada vida útil, esto facilita, a la hora de reducir presupuestos, que los trabajos menos indispensable queden “para el próximo año” lo cual a la larga implica deterioro acumulado y perdida de eficiencia obligando a grandes reparaciones, o la baja de la caldera
Calderas de agua o acuotubulares.-
En este tipo de unidad, los productos de la combustión rodean a los
bancos de tubos y el agua circula por el interior de dichos tubos.
Manejan presiones de operación de 0-150 bares (0-2200 PSIG).
Caldera acuotubular con combustión central
EFICIENCIA:
En ocasiones se escucha una falsa consideración que asocia la habilidad de la
caldera para “soportar” malos tratos y sobrecarga con su eficiencia está. La
eficiencia “bruta” de una caldera se evalúa como:
Eficiencia bruta = (100 – pérdidas de calor) = 100 - (q2+q3+q4+q5+q6) en %
La eficiencia “neta” considera, las necesidades propias de la caldera: Eficiencia
neta = (100- pérdidas de calor – calor utilizada por la caldera) en %
La energía utilizada por la caldera es el equivalente en calor de la potencia de
ventiladores bombas de alimentación, conductores, alimentadores y cualquier
otro auxiliar.
Las pérdidas de calor son:
q2: Calor con los gases de chimenea, depende del volumen y
temperatura de los gases. Cada 14-15°C de temperatura
indica la perdida aproximada de un punto de eficiencia con un
exceso de aire al horno alrededor de 1,3. Para reducir esta
pérdida se debe disminuir la humedad del combustible, las
entradas de aire a la caldera y la temperatura de los gases.
q3: La combustión incompleta desde el punto de vista químico,
es apenas una fracción de punto porcentual, depende del
diseño y la aerodinámica del horno en el movimiento de flujos
de gases y partículas para que cada átomo de combustible
pueda coincidir espacialmente con los átomos de oxigeno que
requiere para su oxidación completa.
q4: Una fracción del combustible se pierde por causas
mecánicas como derrames en la alimentación, extracción con
las cenizas o arrastrado con los gases, etc. Su valor puede
oscilar de 1,5 a 6 puntos porcentuales dependiente de la
operación y estado de la caldera. Se reduce al eliminar los
derrames en la alimentación, mejorar la combustión y la
extracción de ceniza.
q5: Es la pérdida de calor al ambiente que rodea la caldera ya
sea por radiación o convección, a través de las superficies o
“envoltura”. Su valor normalmente, en calderas selladas y
aisladas, es menor de 1%.
q6: Es la pérdida de calor asociada a la extracción de cenizas
o escorias calientes, esta se tiene en cuenta con contenido
gravimétrico de cenizas mayor a 10%
PROCESO DE COMBUSTION
Para hacer la conversión de un equipo que genera calor el principio teórico es
la combustión de los combustibles.
Principio de la Combustión:
Se entiende por combustión, la combinación química violenta del oxígeno (o
comburente), con determinados cuerpos llamados combustibles, que se
produce con notable desprendimiento de calor y formación de llama.
Para que se produzca la combustión, las 3 condiciones deben cumplirse:
- Una composición química (antes de producir la combustión tenemos
combustible y oxigeno)
- Que sea violenta
- Que produzca desprendimiento de calor (depende del tipo de combustibles)
Química de la Combustión:
La Reacción de combustión
- Reactivos: componentes antes de la reacción
- Productos; componentes después de la reacción
Ejemplo:
C3H8 + 7.325 (O2+3.76N2) = 3CO2 + 4 H2O + 2.325 O2 + 27.54N2
Los cálculos estequiométricos como:
- Volumen de oxígeno y aire teórico para la combustión
- Exceso de aire- Productos de combustión
- La relación aire-combustible
- Composición del gas
Son puntos para el diseño de hornos, calderas, etc.
Termodinámica de la combustión:
Se refiere al fenómeno físico-químico, relación aire-combustible, contenido
calorífico, composición de los gases de combustión, y la cinética de la
combustión (mezcla, geometría de la llama, ignición, propagación, estabilidad,)
Tipos de la combustión:
La relación aire – gas combustible (R)
R = Qa / Qg
Dónde:
Qa = Flujo de aire en m3 /h
Qg = Flujo de gas en m3 /h
Combustión estequiométrica
Es la cantidad mínima de aire necesario para la combustión completa de un
combustible (aire teórico).Combustión incompleta Combustible no es
completamente oxidado en el proceso de la combustión
Combustión real
Mayor cantidad de aire a la estequiometricamente requeridas.
Combustión adiabática
Cuando la reacción de oxidación del combustible está totalmente aislada, todo
el calor generado sirve para elevar la temperatura.
Condiciones para la Combustión
Para que un combustible arda con una llama auto sostenida se necesitan
ciertas condiciones termodinámicas y cinéticas las cuales dependen del
combustible y de la atmósfera donde se realiza la combustión.
Estas condiciones son:
Temperatura de inflamabilidad (temperatura más baja
provoca inflamación en la mezcla)
Límite de inflamabilidad (concentración de límite de mezcla)-
Temperatura de ignición (la temperatura más baja a la cual una reacción
de combustión auto sostiene)
Fenómeno de inestabilidad de la llama (velocidad de propagación)
Mecanismo del Proceso de la Combustión
Etapas en el proceso de combustión:
- Etapas de pre combustión
- Etapas de combustión propiamente dicha
- Etapas de post-combustión
Descripción de los mecanismos del proceso de combustión:
Atomización
Vaporización
Eliminación de humedad en los combustibles
Etapa de Ignición
Zona de reacción o llama
Eficiencia de la Combustión
Eficiencia =η= (Calor disponible)/ (Calor total)
Calor disponible generado en la combustión = Calor Total = Q = m x PCS
Calor disponible:
Q g = Q p
Dónde:
PCS = Poder calorífico superior
Qg = Calor ganado
Qp = Calor perdido
V. HIPOTESIS
Suponemos que el presente trabajo permita modificar técnica y
económicamente el tipo de combustible, así como evaluar y determinar la
eficiencia de una caldera de tubos de agua ubicada en una fábrica azucarera
que utiliza originalmente como combustible el R500, pueda funcionar con la
misma eficiencia utilizando bagazo de caña y de esta manera proporcionaría un
ahorro económico significativo ya que el combustible provendría de los
residuos de la extracción del jugo (Bagazo), considerando un periodo de
retorno de inversión para el cambio de combustible líquido diésel a combustible
sólido (Bagazo de caña) Natural es menor a un año.
VI. DISEÑO DEL PROYECTO
4.1. CALDERA EN ESTUDIO
UBICACIÓN
La caldera se encuentra ubicada dentro de las instalaciones de la
empresa NS GUADALUPE S.A.C. ubicado en la calle Camino Real Nº
S/N SEC. Guadalupe (ALT. Km. 155 – antigua panamericana norte)
en el distrito de Végueta perteneciente a la provincia de Huaura en el
departamento de Lima.
INDUSTRIA EN DONDE FUNCIONA
La caldera a estudiar produce vapor para el proceso de fabricación de
azúcar (Industria azucarera).
PROCESO DE OPERACIÓN Y PRODUCCION DE VAPOR
El agua que se introduce a la caldera es para ser convertida en vapor, y
es alimentada a la caldera por una bomba de alimentación. En las
calderas de vapor el agua absorbe calor hasta su punto de ebullición. Ya
convertida el agua en vapor, se acumula en la parte más alta de la
caldera, por la diferencia de densidad entre el vapor y el agua. El agua
se mueve dentro de la caldera estableciendo una circulación natural,
elevándose en cuanto entra en contacto con la superficie interna
caliente. Si se agrega una cantidad regular de agua dura a un sistema
de vapor habrá que liberarla de oxígeno, precipitados, sólidos en
suspensión, sustancias incrustantes ya que la presencia de estos
elementos contaminantes provocan incrustaciones, espumas o arrastre
de agua con el vapor que afectará desfavorablemente el funcionamiento
de la caldera.
Para obtener eficiencias altas, el agua de alimentación es sometida a
tratamiento químico para eliminar las impurezas. Estas impurezas son
expulsadas a intervalos o de manera continua por medio de los
dispositivos de purga.
La caldera produce aproximadamente 10Tn/h a 150 psi
DESCRIPCION DE LA CALDERA
El generador de vapor que se tomará como base para este trabajo es el
perteneciente a la fábrica de azúcar NS GUADALUPE S.A.C. cuyos
datos técnicos son:
Marca : APIN
Capacidad : 700BHP
Tipo : Vertical Acuotubular
Pasos : 1
Numero de filas :12
Numero de columnas :54
Distancia de domo a domo :4.40 metros
Paso de entre tubos :2¾”
Cantidad de tubos : 648
Diámetro de tubos : Ø2.5”
Espesor de tubos : 1/8”
Diámetro del domo superior :1.2m
Diámetro del domo inferior :1cm
Longitud del cuerpo de los domos :6m
Presión de trabajo : 120 lbs/pulg2
Presión de diseño : 250 lbs/pulg2
Superficie calentada : 3500 p2
Vapor producido : 24150lbs/h
Combustible usado : Bunker 6 /residual 500
Numero de quemadores :2 unidades
Estado : operativo
4.2. PROPIEDADES DEL COMBUSTIBLE
4.2.1 COMBUSTIBLE UTILIZADO
Petróleo Industrial R 500
Se le conoce comercialmente así a este residual, porque su viscosidad
no debe exceder a los 500 SSF (Segundos Saybolt Furol), a la
temperatura de 122°F.La diferencia de este producto con el Petróleo
Industrial N°6 muy pequeña, y normalmente, sí se le adiciona un 5% de
Petróleo Diesel N°2 al Residual 500, podríamos obtener un combustible
con propiedades del Petróleo N°6.Este combustible se obtiene o se
prepara mezclando los residuales obtenidos delas diferentes
operaciones de refinación cuyas viscosidades son muy superiores a los
500 SSF a 122°F, y los destilados más ligeros, reduciendo de esta forma
su viscosidad hasta viscosidades menores o iguales a 500 SSF a 122°F
como lo indican las normas vigentes.
Aplicación Industrial
Siendo su aplicación netamente industrial, este residual es usado
ampliamente en los equipos de producción de energía (hornos y
calderos).Sus características principales son:
Su poder calorífico es mayor al Residual 6 en aproximadamente 6%,
a pesar que su precio es el de menor costo en el mercado.
Es necesario ser calentado en aproximadamente 5 – 10 °C más que
el Petróleo Industrial N°6, tanto para su bombeo y su atomización.
Sed debe tener cuidado en la operación de combustión al igual que el
Residual 6, ya que se tiene relativamente más impurezas que este
(aproximadamente 7%).
Propiedades Físicas
Operación de Manipuleo: Transporte y Almacenamiento
Los combustibles líquidos necesitan transportarse desde la planta de
ventas hacia el lugar de consumo, para luego almacenarlo, y
finalmente usarlo
Es cuando tenemos que pagar esta operación y a la vez se incrementa
el precio del combustible líquido. Por ultimo en esta operación se tiene
que tener cuidado por los problema de impacto ambiental en el
manipuleo y de seguridad como cualquier otro combustible .En el caso
del Bagazo no sucede esto, el combustible se encuentra en la misma
planta ya que pertenece parte del proceso.
4.2.2 COMBUSTIBLE PROPUESTO
EL BAGAZO DE LA CAÑA DE AZÚCAR
El bagazo final, o simplemente el bagazo, es el material sólido, fibroso,
que sale de la abertura trasera del último de los molinos de la batería,
después de la extracción del jugo.
Es el residuo de la molienda de la caña.
COMPOSICION FISICA
A pesar de la diversidad de las plantas de molienda y de las máquinas
empleadas para ella, la composición física del bagazo varía entre límites
bastantes estrechos. Su propiedad más importante, desde el punto de
vista de la producción del vapor, es su humedad. Cuando el trabajo de
los molinos es deficiente, el contenido de humedad del bagazo será de
aproximadamente el 50%, mientras que con un buen trabajo su conte-
nido será del 40%. Algunas fábricas de Hawaii y Formosa tienen
humedades del orden del 38%; estas cifras son excepcionales. Ya es
difícil, en un molino moderno, obtener humedades menores del 42%.
Los valores más frecuentes son:
w = 42-48%
w — humedad del bagazo,
En la práctica se puede usar:
w = 45%
Además del agua, el bagazo contiene:
Material insoluble, principalmente celulosa, y que constituye la fibra del
bagazo.
Sustancias en solución en el agua (evidentemente agua del jugo)
consistentes en azúcar e impurezas.
Estas sustancias en solución se presentan en pequeñas cantidades que van
del 2 al 5%. Si su proporción en peso se designa D%, la fibra será:
F = 100 - w - D = 47 a 56%
Siendo un valor frecuente:
F = 50%
F = fibra % bagazo.
CANTIDAD DE BAGAZO QUE SE OBTIENE DE LA CAÑA
Los valores extremos del contenido medio de fibra en la caña se
encuentran entre: f = 10 y f = 16%; pero generalmente caen entre el 12 y
el 14%.
La cantidad B de bagazo que se obtiene de 100 partes de caña puede
calcularse igualando el peso de la fibra que entra a los molinos con el
peso que sale:
100f= B x F
De donde:
B=100 f / F
F = fibra en el bagazo.
Se verá que la cantidad de bagazo varía entre el 24 y el 28% del peso
de la caña, aproximadamente 1/4.
De esta manera puede calcularse que la cantidad de bagazo que
puede esperarse de una tonelada de caña es de aproximadamente
250 kg.
PESO ESPECÍFICO APARENTE
El peso específico aparente del bagazo amontonado:
160 a 240 g/dm3 cuando se apila
80 a 120 g/dm3 cuando se deja suelto.
Este peso depende principalmente de su humedad, siendo el bagazo
más ligero cuando contiene menos agua.
Si la humedad es de w = 45%, el peso específico será:
d = 200 g/dm3 para el bagazo apilado
d = 120 g/dm3 para el bagazo seco.
ALMACENAMIENTO DEL BAGAZO
La densidad aparente del bagazo hace de éste un material muy
voluminoso. El almacenamiento del sobrante de bagazo de la fábrica
presenta, por esta razón, serios problemas.
Salvo en localidades muy secas, el bagazo no puede dejarse a la
intemperie porque se fermenta, se descompone y pierde gran parte de
su valor como combustible.
Sin embargo, puede conservarse así dándole la forma de un montón
cónico o piramidal cuya inclinación en la parte superior forme un ángulo
con la horizontal 30° (Fig. 368) y cuya parte superior se componga de
hojas de caña traslapadas como tejas y colocadas longitudinalmente en
la dirección de la pendiente, tal como los techos de las chozas de palma.
Es conveniente almacenarlo bajo techo. El ángulo de reposo del bagazo
es variable pero generalmente se encuentra entre 45 y 50°.
Para evitar la construcción de un edificio grande y costoso el bagazo
almacenado debe comprimirse para reducir su volumen.
USOS DEL BAGAZO
Además de su empleo como combustible, el exceso de bagazo puede ser
útil como:
Materia prima para la manufactura de planchas aislantes, no
combustibles, para la construcción.
Materia prima para la fabricación de pulpa de papel.
Materia prima para la manufactura de diversos solventes que se
emplean en la industria.
COMPOSICION QUIMICA DEL BAGAZO
La composición química del bagazo seco:
C = 47 %
H = 6.5%
O= 44 %
Cenizas € = 2.5%
100.0%
VALOR CALORIFICO DEL BAGAZO
El valor calorífico (V.C.) es la cantidad de calor que puede producirse por
la combustión de la unidad de peso del combustible en consideración.
Se distinguen dos valores caloríficos diferentes:
El valor calorífico superior:
Que es el producido por la combustión de un kilogramo de combustible,
a 0°C y a 760 mm de presión de mercurio; todos los productos de la
combustión se reducen a las mismas condiciones. El agua presente en
el combustible, así como el agua formada por la combustión del
hidrógeno presente se condensa en consecuencia.
El valor calorífico superior se determina fácilmente en el laboratorio, con
la ayuda de un calorímetro Mahler.
El valor calorífico inferior:
O valor calorífico neto, que supone, por el contrario, que el agua que se
forma en la combustión, así como el agua presente en el combustible,
permanece en estado de vapor.
El valor calorífico superior indica el calor que puede obtenerse
teóricamente del combustible; sin embargo, como en la práctica
industrial, no es posible reducir la temperatura de los productos de la
combustión hasta el punto de rocío, es el valor calorífico neto el que da
la indicación más precisa del calor que puede obtenerse realmente.
Es entonces este valor el que debe usarse en la práctica; sin embargo,
no existiendo ningún medio para determinarlo directamente, debe
calcularse.
En este cálculo existe cierta contradicción, ya que los gases de
combustión deben reducir a 0° y 760 mm, mientras que el agua no debe
condensarse. Por convención se opera sustrayendo del valor calorífico
superior, tantas veces 600 kcal, como kilogramos de hidrógeno hay en 1
kg de combustible.
En esta forma se supone que, en el valor calorífico superior, la
condensación toma lugar en las cercanías de 10°C a medida que se
enfría a 0°C.
Según la Fórmula:
r = 607 - (0.7 X 10°) = 600 kcal
Es además fácil de verificar, por el calor latente y los calores específicos
del vapor y el agua que, la temperatura a la cual la condensación (y en
sentido inverso la evaporación), tienen lugar, no tiene gran influencia en
el calor total liberado. Por este motivo se adopta una temperatura
cercana a 0°C, para simplificar los cálculos y para ocuparse más del
agua en estado líquido.
El valor calorífico neto de un combustible está dado, entonces, por la
siguiente fórmula:
V.C.N. = V.C.S. - 600E
E = peso del vapor de agua presente en los gases producidos por la
combustión de
1kg de combustible, expresado en kilogramos.
Por otro lado, la combustión del hidrógeno toma lugar de acuerdo con la
reacción:
H2 + O = H2O2g + 16g = 18g
El peso del agua formada es entonces igual a 9 veces el peso del
hidrógeno. Así se tiene, para un combustible seco:
E = 9H
H = peso del hidrógeno contenido en 1 kg de combustible.
De donde:
V.C.N. = V.C.S. - 5 400H
Esta ecuación se aplica únicamente al combustible seco. Para el
combustible húmedo es necesario tomar en cuenta el agua origi-
nalmente presente, a la que se suma el agua formada por la combustión.
Valor calorífico superior del bagazo seco.
A pesar de las diferencias que en apariencia tienen las diversas
variedades de caña, el valor calorífico superior del bagazo seco es
notablemente constante en todos los países y en todas las variedades
de caña.
Puede verse que no se cometerá un error de más del 2% dando como
un valor universal, al valor calorífico superior del bagazo seco, el
siguiente:
V.C.S. - 9 280 B.Th.U./lb = 4 600 kcal/kg
Valor calorífico neto del bagazo seco.
Acaba de verse que el bagazo seco contiene del 6 al 7% de hidrógeno y
se ha tomado como promedio el 6.5%.
Entonces el siguiente resultado:
V.C.N. = V.C.S. - (0.065 X 9 720) = 8 280 - 630 = 7 650 B.Th.U./lb
V.C.N. = 7 650 B.Th.U./lb = 4 250 kcal/kg
Valor calorífico neto del bagazo seco.
El valor calorífico del bagazo humedo es el que se usa en la practica ya que no solo tiene un valor calorífico nulo sino que absorbe el calor al evaporarse durante la combustión.
Esta dado por la formula
V.C.N = 4250 – 4850w Kcal/kg ………………..(1)
Donde
w = contenido de humedad del bagazo
4.3. PROCESO DE COMBUSTION DE LA CALDERA
4.3.1PROCESO DE COMBUSTION
La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se
combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2
gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una
reacción exotérmica que produce: calor al quemar, luz al arder.
Para que se produzca la combustión es necesario que estén presentes tres
elementos fundamentales:
Comburente: es la sustancia que se reduce. El comburente más
habitual es el oxígeno contenido en el aire atmosférico.
Combustible: la sustancia que se oxida, es decir, el elemento que se
quema. Los más habituales son C, H, O y a veces, N y S.
Temperatura de ignición: debe ser lo suficientemente elevada como
para producir el encendido.
Las reacciones químicas deben satisfacer unas condiciones para que tengan
lugar en el proceso de combustión:
Adecuada proporción entre combustible y comburente.
La mezcla de las dos sustancias debe ser uniforme.
La temperatura de ignición se establecerá y será monitorizada de
manera que el combustible continúe su ignición sin calor externo cuando
comience la combustión.
En la figura se muestran los flujos dentro de la caldera. Las pérdidas de energía están asociadas a cada flujo. Las cenizas volantes en cada punto mostrado están directamente asociados a los flujos de gases de combustión. Los flujos del generador de vapor y calentador de aire presentan las irreversibilidades asociadas a la combustión en el horno y de igual forma a la transferencia de calor realizada en ambos
Representación esquemática de una caldera bagacera
Flujos y pérdidas a analizar
Flujo 1.Aire atmosférico 2.Bagazo 3.Aire de entrada al calentador de aire 4.Aire de entrada a la cámara de combustión
5.Gases de entrada al generador de vapor 5.1.Cenizas volantes 1 6.Gases de entradas a tolvas ceniceras 6.1.Cenizas volantes 1 7.Gases de entrada al calentador de aire 7.1.Cenizas volantes 2 8.Gases de entrada a separadores ciclónicos 8.1.Cenizas volantes 2 9.Gases a chimenea 9.1.Cenizas volantes 3 10.Agua de entrada al generador de vapor 11.Vapor sobrecalentado 12.Carbón no quemado 13.Calor perdido por convección 14.Cenizas retiradas de la cámara de convección 15.Cenizas retiradas en tolvas 16.Cenizas retiradas de ciclones 17.Perdidas incontroladas 18.Cámara de combustión 19.Generador de vapor 20.Calentador de aire
4.3.2 COMBUSTION DEL BAGAZO
COMPOSICION DEL AIRE SECO
% En peso %"En volumen
Oxigeno 23.15 20.84
Nitrógeno y gases inertes 76.85 79.16
REACCIONES DE LA COMBUSTION
Los elementos combustibles del bagazo son el carbono y el hidrógeno. Cuando
se queman dan:
C + O2 CO2 ; H2 + O H2O
En peso:
12 g + 32 g = 44 g 2 g + 16 g = 18 g
Es decir:
1 + 2.67 = 3.67 1 + 8 = 9
PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS GASEOSOS DE LA COMBUSTION
La Tabla siguiente da los principales componentes de los gases de la chimenea
junto con sus propiedades principales:
Peso
Molecular
Constante R
p.e.en kg/m3
a 0 / 760
v.e.en m3/kg a
0°/760
Calor específico medio bajo presión constante para el 0 - 100 0 - 1000
CO2 44 19.28 1 963 0.509 0.21 0.28H2 18 47.11 0.804 1 244 0.48 0.62
N2 28 30.20 1252 0.800 0.24 0.26
O2 32 26.50 1428 0.700 0.22 0.23
CO 28 30.29 1251 0.800 0.25 0.26
Aire 29 29.27 1203 0.773 0.24 0.25
COMBUSTION DEL BAGAZO SECO
La composición del bagazo y las proporciones dadas por las reacciones
permiten calcular la cantidad de oxígeno necesaria para la combustión:
(a) Oxígeno. Para quemar 1 kg de bagazo seco se necesita:
C 0.470 kg X 2.67 = 1.250 kg O2 = 0.875 m3 de oxígeno
H2 0.065 kg X 8 = 0.520 kg O2 = 0.364 m3 de oxígeno
En Total 1.770 kg 02 = 1.240 m3 de oxígeno
Como el bagazo contiene 0.440 kg 02 = 0.308 m3 de oxígeno
El aire debe proporcionar 1.330 kg 02 = 0.932 m! de oxígeno
(b) Nitrógeno. Este oxígeno arrastra con él:
1.330 X 7685 / 23.15 = 4.420 kg de nitrógeno = 3.536 m3 de nitrógeno
Por lo tanto, el peso total de aire necesario es: 5.750 kg de aire = 4.468 m3 de
aire; todos los volúmenes de oxígeno, nitrógeno y aire están calculados a 0o y
760 mm.
Dado que la composición del bagazo no es constante. Por lo tanto puede
decirse:
Peso total del aire necesario = 5.75 kg Volumen total del aire necesario =
4.47 m3 a 0°/760 mm
Nótese que la cantidad de agua que se forma es:
0.065 + 0.520 = 0.585 kg de agua = 0.728 m3 de agua de vapor
ETAPA 4. DATOS Y PRUEBAS
- FUENTE DE INFORMACION
Se recolecto tres variedades de bagazo de caña de azúcar:
Cenicaña Colombia, Mayagüez Colombia y Venezuela, almacenadas al aire libre, fueron colectadas por los mismos trabajadores del Ingenio Risaralda e inmediatamente introducidas en bolsas herméticas.
Posteriormente, fueron almacenadas en nevera por una semana
- INSTRUMENTACION
Nevera Súper Nórdico Estufa WTB binder Desecador Balanza analítica Metler Toledo AB204 Precisión ±0.0001 g Termómetro digital DOSTMANN electronic Serie P600 Bomba calorimétrica VEB Elektromotoronwerk Hartha/ Kreis Döbeln Alambre de ignición (ferro níquel calibre 32)
METODOLOGÍA 3.2.1. Determinación del porcentaje de humedad
De cada variedad de bagazo de caña de azúcar se almacenaron dos bolsas herméticas (ziploc resellables) grandes, es decir, 6 bolsas en total.
3.2.1.1. Determinación del porcentaje de humedad inicial En tres cápsulas de porcelana de tamaño pequeño, secas y taradas previamente, se adicionaron aproximadamente un gramo de bagazo de la misma variedad. Las muestras se secaron en estufa a 110 ºC por 3 horas. Terminado este tiempo, las muestras fueron sacadas de la estufa y se sometieron a enfriamiento en desecador. Se pesaron nuevamente las cápsulas (tres veces hasta obtener un valor constante), y por la diferencia de pesos se determinó el porcentaje de humedad.
3.2.1.2. Determinación de porcentajes de humedad en virtud del tiempo de secadoDe las muestras iniciales se tomaron aproximadamente 20 gramos. Se adicionaron en platos metálicos y se sometieron a calentamiento en la estufa por 30 min. a 70ºC. Una vez transcurridos los 30 minutos, los platos con la muestras fueron sacadas de la estufa, se mezclaron y se trasfirieron inmediatamente a bolsas herméticas pequeñas (ziplocresellables) y se dejaron enfriar en desecador. Se tomaron nuevamente tres cápsulas de porcelana de tamaño pequeño, seca y tarada previamente. Se adicionó un gramo de bagazo de la misma variedad a cada cápsula y se continuó con el procedimiento para determinar la humedad inicial. Seguidamente, las cápsulas con las muestras fueron sometidas a calentamiento en la estufa a 110ºC por 3 horas más.Transcurrido este tiempo, las cápsulas con la muestra fueron llevadas al desecador para evitar que el bagazo seco ganara nuevamente humedad. Finalmente, se pesaron las cápsulas con la muestra seca y se determinó la humedad por la diferencia de pesos. El mismo procedimiento se realizó para obtener muestras de la misma variedad de bagazo con diferente porcentaje de humedad, aumentando gradualmente el tiempo de calentamiento en estufa de la muestra inicial cada 30 minutos a 70 °C hasta llegar a 3 horas.
3.2.1.3. Determinación de porcentajes de humedad mayores al porcentaje de humedad en la muestra inicial Se tomaron aproximadamente 5 gramos de bagazo de la misma variedad. Luego se distribuyeron en dos platos metálicos y mediante un atomizador, se agregaron 3 ml de agua a cada plato. Se juntaron las muestras y en un solo plato se revolvieron hasta mezclarse completamente. En tres cápsulas de porcelana tarada y seca previamente, se adicionaron 1 gramo de bagazo. El bagazo restante se guardó en bolsa hermética pequeña (ziploc resellable) y se rotuló como bagazo humedecido. Las cápsulas se sometieron a calentamiento por 3 horas a 110 ºC y se continuó igual que el procedimiento para determinar la humedad inicial. Cada uno de los procedimientos se realizó por triplicado para obtener una mejor reproducibilidad en los datos.
3.2.2. Determinación del Poder Calorífico Superior (PCS)
3.2.2.1. Calibración de la bomba calorimétrica
Se pesaron aproximadamente 0.5 g de ácido benzoico y 13 cm. de alambre de ignición del más fino. Se preparó una pastilla con la masa de ácido benzoico atravesando la pastilla con el alambre. Para ello se utilizó la prensa plastilladora poniendo especial cuidado en que la pastilla no quedara ni muy dura ni muy blanda, pues la sustancia puede saltar al quemarse y la combustión sería incompleta. El polvo debe prensarse con la fuerza suficiente para que la pastilla no se deforme al manipularse. Se procedió entonces a pesar la pastilla preparada. Se colocó la pastilla uniendo los terminales de los electrodos con el alambre de ignición.
Se limpiaron los terminales de los electrodos mediante la adición de 1 gota de ácido nítrico 6 molar en el punto donde hizo contacto el alambre de ignición con el electrodo y se comprobó la continuidad de la corriente con un tester.
Se introdujo la cabeza en el cuerpo de la bomba y se adentraron las arandelas de plástico en el cuerpo de la bomba hasta que estas quedaran al mismo nivel con el borde de la tapa para evitar que se escape el oxígeno.
Para la introducción de dicho gas, se conectó la bomba al cilindro de oxígeno con la válvula de salida de gas abierta.
Lentamente se abrió el cilindro de oxígeno y mediante el segundo manómetro, cuidadosamente, se reguló la inyección de oxígeno a la bomba (si se hace de forma abrupta puede esparcir la muestra) durante unos 60 segundos. Luego, se cerró la válvula de salida de gas manteniendo la llave del cilindro abierta para purgar la bomba. La llave del cilindro de gas se mantuvo abierta hasta que dejó de escucharse el sonido del gas que sale; esto indicó que la bomba se encontraba llena.
Se cerraron las llaves del cilindro de gas y el segundo manómetro.
Una vez realizada esta operación se desconectó la bomba del cilindro de oxígeno y se colocó el tapón de la válvula de entrada de gas rápidamente, primero con los dedos y luego con la llave, para asegurar que no se escapara el gas.
Se colocó la cabeza de la bomba en el calorímetro.
Se conectó el cable de unidad de ignición a uno de los tornillos de contacto del calorímetro y se instaló el termómetro digital sosteniéndolo con una pinza.
Se encendieron agitador, termómetro y cronómetro al mismo tiempo.
Se dejó estabilizar la temperatura por 10 minutos.
Transcurrido este tiempo, se oprimió el botón de ignición por 5 segundos y se tomó la temperatura inicial.
Se anotaron valores de la temperatura cada 30 segundos por 15 minutos (un aumento en la temperatura después de 2 minutos indicó que la combustión se llevó a cabo).
Después de estos 15 minutos, la cabeza de la bomba fue extraída y se colocó a un lado del calorímetro.
Manteniendo encendido el agitador, se continuó anotando la temperatura hasta dos minutos después y se tomó la temperatura final. Una vez terminado el paso anterior, se permitió la salida del gas de la combustión abriendo la válvulade salida de gas y se retiró la tapa de seguridad de la cabeza de la bomba. Se examinó el interior del cuerpo de la bomba para observar si se había producido hollín durante la combustión y de esta manera evidenciar si la combustión fue incompleta.
Por último, se pesaron los residuos del alambre de ignición sin quemar presentes en la bomba.
El procedimiento de calibración de la bomba calorimétrica se realizó 6 veces para así garantizar una excelente calibración, ya que de ello dependía la exactitud en las determinaciones realizadas posteriormente en la bomba.
3.2.2.2. Determinación del Poder Calorífico Superior (PCS) del bagazo de caña azúcar
Se pesaron aproximadamente 0.5 g de bagazo y 13 cm. de alambre de ignición del más fino. Se adicionaron las muestras directamente en un crisol para combustibles y se continuó con el mismo procedimiento para la calibración de la bomba calorimétrica.
- ANALISIS DE MUESTRAS
VALIDACIÓN DE RESULTADOS 4.3.1. Validación del porcentaje de humedad Porcentaje de humedad para validación de resultados de tres variedades de bagazo de caña de azúcar
Poder Calorífico Superior (PCS)
Para validación de resultados variedad Cenicaña Colombia
La Tabla expone un Poder Calorífico Superior (PCS) muy acorde al porcentaje de humedad. Este resultado se comparó con el valor obtenido por medio del programa estadístico (13246.9 J/g) y se observa claramente que el porcentaje de error es de 0.74%.
Poder Calorífico Superior (PCS) de la variedad Mayagüez Colombia
En la Tabla el valor obtenido también guarda concordancia con el porcentaje de humedad. El valor que arrojó el programa (16265.4 J/g) comparado con el obtenido experimentalmente, muestra un porcentaje de error de 0.38%.
Poder Calorífico Superior (PCS) de la variedad Venezuela
También y como al igual que en las dos variedades anteriores, se puede observar en la
que el valor obtenido para el Poder Calorífico Superior (PCS) va de acuerdo al porcentaje de humedad. En comparación con el valor arrojado (12382.1 J/g), el porcentaje de error fue de 0.26%.
La variedad de bagazo de caña de azúcar que presentó menor porcentaje de error fue entonces la variedad Venezuela, seguida de la variedad Mayagüez Colombia y la variedad Cenicaña Colombia respectivamente. Las tres variedades arrojaron unos porcentajes de error aceptables (no sobrepasaron el límite del 5 %) y por lo tanto, se puede considerar que la validación de los resultados obtenidos experimentalmente durante toda la investigación fue buena.
Por todo lo anterior, se puede afirmar que a menor porcentaje de humedad mayor Poder Calorífico Superior (PCS).
ETAPA 5. EVALUACION DE PERDIDAS ENERGETICAS
- BALANCE DE VAPOR
Se establecerá el balance de vapor de la fábrica. En seguida se calculará de tal forma que se encontrara una fórmula general, sin llegar a ecuaciones largas y complicadas, reduciéndose todas las cifras al trabajo de una tonelada de caña por hora. De esta manera es fácil repetir los cálculos en cualquier caso real que pueda presentarse, reemplazando los valores adoptados en el ejemplo por las cifras rea les y calculando las cantidades de vapor por el nuevo tonelaje horario.El cálculo se hará para el caso en que se emplea la termocompresión.
BALANCE DE VAPORCálculos numéricos.
Trabajo de la fábrica 15 T.C.H.
Producción de vapor
Fibra en la caña 13%Peso del bagazo 250 kg/T.C.Humedad en el bagazo 45%Exceso de aire en los hornos 50%Temperatura de los gases a la entrada de la chimenea 180°CPresión de las calderas 2.5 Mpa manométricos
Temperatura de sobrecalentamiento del vapor vivo 350°CTemperatura del agua en el tanque de alimentación 90°CCoeficientes característicos del rendimiento de la
Producción α = 0.99β = 0.95ŋ_=. 0.95
Consumo de vapor
Peso del jugo mezclado por tonelada de caña 1 000 kg/T.C.
Brix del jugo claro 12
Brix de la meladura 60
Peso del jugo primario 1 100 kg/T.C.
Peso del jugo secundario 550 kg/T.C.
Temperatura del jugo primario después de la mezcla 50oC
Temperatura del jugo secundario después de la mezcla 50oC
Vapor tomado del tercer cuerpo P3= 20 kg/T.C.
Vapor tomado del segundo cuerpo P2= 30 kg/T.C.
Vapor tomado del primer cuerpo P1= 40 kg/T.C.
Cantidad de vapor aspirada por el termo-compresor y= 200 kg/T.C.
Temperatura de los jugos primario y secundario a la salida del calentamiento, con vapor del evaporador 93oC
Temperatura de calentamiento de los jugos primario y secundario con vapor de escape 105oC
Contrapresión 550 g/cm- manométricos
Vacío 64 cm
CALCULO
Cantidad de calor que se puede obtener del bagazo (Qc)
El calor entregado por el bagazo está representado por la expresión
Qc = Valor calorífico neto x Flujo másico = V.C.N x m Bagazo
El valor calorífico del bagazo húmedo lo obtenemos de la ecuación (1).
Entonces
Qc = (4250 – 4850w) x m Bagazo
Entonces la cantidad de calor entregado por el bagazo sera
Qc = 2 070 kcal x m Bagazo
Cantidad de calor que se pierde en la chimenea (QH)
El calor perdido que se pierde en la chimenea está representado por la expresión
QH = calor sensible x Flujo másico = qs x m Bagazo
A partir de los pesos de los componentes de los gases de la combustión
N2 q N2 = 4.42 (1 - w) x 0.250 t
O2 q O2 = 1.33 (1 - w) x 0.218 t
H2O q H2O = (0.585 (1 - w) + w) x 0.499 t
NO2 q NO2 = 1.72 (1 - w) x 0.215 t
Sumando y simplificando se obtiene la pérdida total del calor sensible
qs ¿ t (1−w )(1.4 R+ 0.501−w
−0.12)
Donde:
m = Flujo masico
w = % de humedad
R = Relación entre el peso del aire empleado y el peso teórico necesario
t = Temperatura de los gases finales
Entonces
La pérdida del calor sensible en los gases de la combustión (qs) es:
qs = 180 X (1 - 0.45) (1.4 X 1.5 + 0.5/0.55 – 0.12 = 286 kcal
Entonces la cantidad de calor que se pierde en la chimenea será:
QH= 286 kcal x m Bagazo
Cantidad de calor que se pierde por solidos no quemados (Qis)
El bagazo es un combustible eficiente el cual de forma práctica experimental se
encuentra en el orden de 1%, muy pocas veces es superior a esta cantidad a menos
que se arrastre pedazos relativamente grandes de bagazo
Cantidad de calor que se pierde por radiación (Qr)
La cantidad de calor que se pierde esta entre los 10% a 5% de acuerdo con el
aislamiento que tenga la caldera, en nuestro caso tenemos una caldera bien aislada
por lo que la perdida es del 5% del total.
Cantidad de calor que se pierde por combustión incompleta (Qig)
Esta varía entre los 1% a 20% esta puede mejorar con baja humedad de bagazo, poco
exceso de aire y temperatura del horno elevada, en nuestro caso el tipo de bagazo esta
por debajo del 50% de humedad, y nuestro horno estará por ensima de los 900 oC por
lo que la perdida es del 10% del total
Cantidad de calor que se pierde por las purgas (Qp)
Esta varía entre los 1% a 3% y está en función del caudal de las purgas y la entalpia del
agua, en nuestro caso alcanza al 1,5%
Calor ganado por el agua
Q agua = m agua (h Vapor saturado – h agua de alimentación)
La planta de azúcar tiene una demanda de vapor de agua igual a 10Tn / h , además que el vapor está a 2.5 Mpa a una temperatura de 350 oC y el agua de alimentación está a 90 oC.
Entonces
m agua = 10 Tn/h = 2.777778 Kg/s
De tablas
h Vapor saturado = 3126.2 Kj / Kg
h agua de alimentación = 380 Kj / Kg
Q agua = 2.777778 x (3126.2 - 380) = 7628.3 Kw
Además por la ley de conservación de la energía calor ganado es igual al calor perdido
Entonces
Q agua = (Qc - QH) (1 - Qis) (1- Qr) (1- Qig) (1 - Qp)
Q agua = (2 070 kcal - 286 kcal) 0.99 x 0.95 x 0.95 x 0.985 x m Bagazo
7628.3 Kw = (6569.09 Kj/Kg) x m Bagazo
Entonces
m Bagazo =1.6124 Kg/s = 4.18 Tn / h
Volumen de la cámara de combustión
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El combustible que se debe optar a usar es el Gas Natural debido que está disponible en el Perú y a un costo ventajoso, lo cual puede ayudar a las empresas a ser competitivas.
hjk
VIII. REFERENCIAS
NOTA: PLANTEAR UN OBJETIVO ESPECIFICO POR CADA INTEGRANTE Y GUARDARA RELACION CON LA CONCLUSION QUE LE CORRESPONDE.
