Análisis de variables de operación y desempeño energético en una caldera pirotubular de una fábrica de alimentos enlatados

Resumen

En el presente estudio se realizó la evaluación operacional de un sistema de  

generación de vapor perteneciente a una fábrica de alimentos enlatados, con el propósito de determinar el comportamiento de las principales variables que afectan la eficiencia térmica de la caldera y el costo de producción de vapor. Para ello, se efectuó un monitoreo sistemático durante un período de 14 días, registrándose datos ocho veces por día. Posteriormente, la información obtenida fue procesada mediante análisis estadísticos y gráficos de control, con el fin de identificar tendencias operativas, estabilidad del sistema y condiciones de desempeño energético.

La planta cuenta con una caldera pirotubular de 750 BHP, con capacidad de producción de 21,450 lb/h de vapor saturado a 125 PSIA. El combustible utilizado es bunker C, con poder calorífico de 150,000 BTU/galón y un costo promedio de 2.00 USD/galón. El agua de alimentación ingresa a la caldera a 140°F, mientras que la purga representa el 1.80% en peso del vapor generado.

Asimismo, aproximadamente el 3% del vapor producido se pierde durante la distribución debido a fugas y requerimientos de mantenimiento.

El sistema de retorno de condensados presenta pérdidas térmicas importantes, debido a que la tubería no posee aislamiento y el tanque de retorno es abierto, además de encontrarse a una distancia considerable de los puntos de consumo por condiciones topográficas de la planta. Como consecuencia, el agua de reposición y la purga retornan al tanque de condensados a una temperatura aproximada de 75°F, incrementando el consumo energético requerido para la generación de vapor.

Durante la evaluación se analizaron diferentes condiciones de operación de los gases de combustión, considerando una temperatura ambiente de 80°F. Las mediciones mostraron cuatro escenarios característicos de temperatura de gases de chimenea y porcentaje de oxígeno residual: 3% de O₂ a 370°F, 7% de O₂ a 500°F, 11% de O₂ a 630°F y 15% de O₂ a 760°F. Estas condiciones permitieron estudiar el efecto del exceso de aire y de la temperatura de los gases sobre la eficiencia de combustión y el consumo de combustible.

Los resultados obtenidos evidenciaron variaciones significativas en el desempeño energético del sistema. El consumo de combustible durante el período evaluado osciló entre 180 y 300 galones por hora, dependiendo de las condiciones operativas consideradas. Asimismo, el costo de generación de 1,000 libras de vapor presentó fluctuaciones importantes, alcanzando valores entre 15 y 20 USD. Estos resultados demuestran la importancia del control y optimización de las variables de operación para mejorar la eficiencia energética y reducir los costos de producción en sistemas industriales de generación de vapor.

Palabras clave: Generación vapor; ahorro energía; calderas pirotubulares, balances de masa y energía, eficiencia térmica.