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Se tiene una caldera de la marca Bosch, que tiene una demanda de 1500 kg/h de vapor saturado a una presión de 10 bar, así como un suministro de energía de 9〖x10〗^8 J, la caldera opera consumiendo diésel con un 12 % de aire en exceso para asegurar una combustión completa y eficiente.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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ÍNDICE Contenido ÍNDICE .............................................................................................................. 1 PROBLEMATICA .................................................................................................... 2
PROBLEMATICA Análisis de caso de una caldera de la Marca Bosch Se tiene una caldera de la marca Bosch, que tiene una demanda de 1500 kg/h de vapor saturado a una presión de 10 bar, así como un suministro de energía de 9 𝑥 108 J, la caldera opera consumiendo diésel con un 12 % de aire en exceso para asegurar una combustión completa y eficiente. De acuerdo a un informe técnico de la caldera antes mencionada, el fabricante recomienda operar la caldera en un rango de 96% a 98% de eficiencia térmica, sin embargo, en la caldera que se encuentra en operación se ha determinado que la eficiencia que es del 95 %, de acuerdo a un diagnóstico preliminar realizado por personal técnico especialista, se ha determinado que las causas potenciales son la formación de sales minerales en las paredes internas y la acumulación de hollín en las paredes externas de los tubos, teniendo como consecuencias una transferencia de calor de baja eficiencia, por tal motivo se ha recomendado que es necesario la elaboración de un programa de mantenimiento preventivo que incluya las actividades de limpieza de los tubos y el reemplazo de algunos otros elementos mecánicos que contribuya al incremento de la eficiencia térmica de la caldera. También se ha solicitado de parte de los técnicos especialistas la recopilación de algunos datos técnicos para poder establecer una base de información técnica que apoye al control del funcionamiento de la caldera, por lo cual se ha determinado que es necesario recabar la siguiente información.
cuánto aire está entrando para la combustión, y la presión y temperatura del vapor. Con estos datos, es más fácil monitorear la caldera, detectar problemas a tiempo y asegurarse de que todo está funcionando de manera eficiente y segura. OBJETIVOS Mejorar la eficiencia y el rendimiento de la caldera Bosch que está operando actualmente a un 95% de eficiencia, mientras que el fabricante recomienda un rango de 96% a 98%. Para lograr esto, se deben abordar y corregir las causas identificadas de la baja eficiencia, como la formación de sales minerales y la acumulación de hollín. La meta es restaurar la eficiencia térmica óptima mediante la implementación de un programa de mantenimiento preventivo, que incluirá la limpieza de los tubos y el reemplazo de componentes desgastados. Además, se busca recopilar datos técnicos esenciales para tener una base sólida de información sobre el funcionamiento de la caldera. Esto permitirá monitorear su desempeño de manera más efectiva, detectar problemas potenciales a tiempo y asegurar que la caldera opere de manera eficiente y segura. En resumen, el objetivo es maximizar la eficiencia de la caldera, reducir el consumo de combustible, minimizar los costos operativos y prolongar la vida útil del equipo.
Marco teórico
Análisis de los problemas de la caldera y soluciones propuestas
2. Evaluación de la eficiencia térmica según la Segunda Ley de la Termodinámica La Segunda Ley de la Termodinámica establece que ningún proceso puede ser 100% eficiente debido a las pérdidas inevitables en forma de calor al ambiente. Una eficiencia térmica del 95% es alta y técnicamente alcanzable para calderas bien diseñadas, como las de Bosch, siempre y cuando se cumplan las condiciones adecuadas de operación y mantenimiento. Esto implica que las pérdidas energéticas, como calor residual en los gases de escape y radiación, son minimizadas pero no eliminadas. Por lo tanto, la operación de la caldera con esta eficiencia es factible dentro de los límites prácticos establecidos por la termodinámica. 3. Requerimientos de combustible para suplir la demanda de vapor La caldera tiene una capacidad de producir 1500 kg/h de vapor saturado a 10 bar, y para generar esta cantidad de vapor requiere una cantidad específica de energía térmica. Dado que el combustible utilizado es diésel, y considerando su poder calorífico inferior, es posible calcular la cantidad necesaria de combustible, ajustando los resultados según la eficiencia actual de la caldera.
Estos cálculos permiten establecer la relación directa entre la cantidad de combustible consumido y la producción de vapor, información clave para el control y optimización del proceso.
4. Impacto económico de una disminución en la eficiencia térmica Si la eficiencia térmica de la caldera disminuye un 5% debido a factores como incrustaciones y hollín, será necesario consumir más combustible para mantener la producción de vapor requerida. Este aumento en el consumo de diésel se traduce directamente en un incremento en los costos operativos. Por ejemplo, si el costo promedio del diésel es de 22 MXN/litro22 , \text{MXN/litro} y se utiliza un volumen adicional debido a la pérdida de eficiencia, el impacto económico puede ser significativo. Además, el exceso de consumo también incrementa las emisiones de gases contaminantes, generando un efecto ambiental adverso y posibles sanciones regulatorias. Un análisis detallado de costos basado en datos reales de consumo y eficiencia es esencial para justificar la inversión en programas de mantenimiento preventivo. 5. Programa de mantenimiento preventivo para la caldera El programa preventivo recomendado para mantener o recuperar la eficiencia térmica de la caldera incluye las siguientes actividades organizadas por frecuencia: Mensuales: - Inspección visual de tubos y superficies para detectar acumulaciones de hollín o incrustaciones. - Verificación de los sistemas de combustión, incluyendo quemadores y entradas de aire. Trimestrales: - Limpieza interna de los tubos para eliminar incrustaciones minerales. - Limpieza externa de los tubos para remover hollín acumulado. - Revisión de juntas y empaques, reemplazando los componentes defectuosos. Semestrales: - Análisis de gases de combustión para verificar el exceso de aire y ajustar parámetros del quemador.
