Eficiencia energética en la industria

Combustión eficiente y ahorro energético en instalaciones industriales

La crisis económica de los últimos años ha impulsado en las empresas industriales una profunda revisión de su estructura de costes. Después reducir gastos superfluos, negociar con los
proveedores y revisar, incluso, la política de personal, las empresas industriales están empezando a apostar por la eficiencia energética como una importante baza para su competitividad.

Las instalaciones de combustión industrial son grandes consumidores de combustible y energía eléctrica. Este consumo, considerado hasta hace poco como un gasto fijo, tiene un potencial
de mejora muy importante y, por tanto, una interesante posibilidad de mejora de la competitividad industrial.

Los elementos de generación de energía debían ser fiables y garantizar un suministro de calor constante y adecuado a las necesidades de producción. La tecnología actual de combustión en quemadores industriales permite proponer técnicas de mejora con las cuales el grupo quemador y caldera cumpla tres requisitos básicos: elevado rendimiento, reducidas emisiones y fiabilidad de funcionamiento. Esta tecnología, combinada con un aprovechamiento de calor en aquellos puntos donde se desperdiciando o se tira a la atmósfera, puede suponer un elevado porcentaje de ahorro
junto con unos periodos de amortización relativamente cortos.

quemador industrial ahorro energéticoUn quemador industrial, en cualquier proceso de combustión (sea una caldera, un horno o cualquier proceso industrial) aporta aire y combustible y los mezcla de forma adecuada para su correcta combustión. El aire aportado siempre es superior al necesario para una combustión estequiométrica con el objetivo de evitar inquemados, emisiones peligrosas y reducción del rendimiento. Pero este exceso de aire implica pérdidas de energía en los humos de la combustión.

La sustitución de un quemador mecánico por un quemador industrial digital y la incorporación de tecnologías de ahorro a éste supondrán un aumento de la eficiencia y una mayor seguridad y fiabilidad de suministro para la empresa.

 

 

 

Quemador digital modulante

La tecnología evoluciona y, a día de hoy, es impensable adquirir un automóvil sin elevalunas eléctricos, aire acondicionado y un motor eficiente que permita ahorrar combustible. Lo mismo ocurre con los sistemas de combustión. Un quemador digital, frente a un mecánico aporta, entre otras, las siguientes ventajas:
• Menor tiempo de puesta en marcha y/o mantenimiento → ahorro costes.
• Mayor precisión en la dosificación aire-combustible → ahorro energético.
• Cada elemento de ajuste lleva un servomotor acoplado directamente con lo que se evitan holguras e histéresis mecánicas → mejor calidad en la combustión y ahorro energético.
• Doble microprocesador auto-vigilante → fiabilidad de funcionamiento.

Por otro lado, un quemador modulante, evitará continuos arranques y paradas de quemador. Estos arranques y paradas introducen aire frío en el hogar, necesitando más energía para calentar nuevamente hasta el punto de consigna.

Después del paro de un quemador, este realiza un proceso de “postbarrido” por seguridad, para limpiar la cámara de combustión de posibles gases inquemados. De la misma manera, antes de arrancar, realiza un proceso de “prebarrido”. Ambos procesos, como se ha indicado, introducen aire frío que reduce la temperatura de la caldera, horno o proceso. Si esta situación se repite de manera continuada, la cantidad de energía desperdiciada y, por tanto, el gasto energético aumentará de manera notable.

Es habitual observar instalaciones industriales con este tipo de funcionamiento en el que los quemadores están continuamente arrancando y parando. Un quemador digital modulante se encargará de modular la potencia que aporta para adecuarla al calor que demanda la instalación y evitar estos enfriamientos. La mera sustitución de un quemador mecánico de marchas por un quemador digital modulante supondrá reducir paradas y tendrá un ahorro de combustible que puede estimarse en torno a un 15%-20%.

Variación de velocidad

El ajuste de la cantidad de aire en un quemador industrial se realiza mediante un sistema de clapetas. Las clapetas dejarán pasar mayor o menor cantidad de aire en función de la potencia deseada. A potencias bajas el caudal de combustible aportado será bajo y las clapetas que permiten la entrada de aire estarán con una apertura mínima. En el otro extremo, a potencias altas, el caudal de combustible aportado será alto y las clapetas que permiten la entrada de aire estarán en máxima apertura. En ambos casos, no obstante, la velocidad de giro del motor será la misma y habrá muy poca diferencia en el consumo eléctrico.
esquema quemador industrial

Incorporando un variador de velocidad en el motor, adaptaremos la velocidad de giro del mismo a las necesidades de aire y aportaremos la cantidad necesaria con un considerable ahorro de energía eléctrica. Este ahorro de energía eléctrica se suma a una mayor precisión en la combustión y a una considerable reducción de ruido.

Control de 02 en continuo

Como se ha comentado en la introducción, el ajuste de un quemador se realiza, por seguridad de funcionamiento, con un exceso de aire. Este exceso de aire viene motivado por la cantidad variable de oxígeno que aportamos al quemador en función de las condiciones ambientales. No debemos olvidar que nuestro ajuste aporta un caudal de aire y un caudal de combustible pero el contenido de oxígeno del aire es variable.

Para hacernos una idea de la magnitud, una diferencia de tan solo 10K en la temperatura del aire hace que éste tenga un 0,5% menos de oxígeno. Para minimizar este exceso y quemar con seguridad podemos incorporar una sonda de oxígeno en la chimenea que controle en cada momento el exceso de oxígeno y actúe sobre la mezcla aire-combustible para ajustarla. De esta manera aportaremos la cantidad de aire necesaria, bajaremos la temperatura de los humos y, por lo tanto, mejoraremos el rendimiento de la instalación. Los ahorros pueden estimarse en torno a un 3% de combustible.

Aumentar la eficiencia después de aplicar las anteriormente citadas tecnologías aún es posible a través de un conjunto quemador-recuperador de placas para, así, introducir aire precalentado al quemador, aumentando el rendimiento técnico de la combustión.

En generadores de calor con temperaturas elevadas de humos, podemos aprovechar esta energía que estamos desperdiciando y convertirla en energía que aportaremos al aire comburente.

El concepto, muy sencillo técnicamente, tiene que ser ejecutado con seguridad y con los mejores materiales ya que, en el entorno industrial, la fiabilidad de suministro es crítica y una parada de la planta puede echar al traste todo el ahorro obtenido. Una vez más el ahorro energético no puede comprometer la seguridad, es más, debe aumentarla.

Recuperador de placas de acero inoxidable

Mediante un recuperador de placas en acero inoxidable robamos el calor a los humos de combustión, pudiendo aportar aire precalentado al quemador. Este método, con temperaturas de entrada de aire al quemador hasta 250ºC permite un aumento de la eficiencia de hasta un 10%.

Los materiales y la forma constructiva del recuperador deberán garantizar su durabilidad a lo largo del tiempo y la ausencia de problemas por posibles condensaciones:
• Material: acero inoxidable.
• Plegado doble de cantos para asegurar la hermeticidad.
• Perfiles ondulados entre láminas con muy baja perdida de carga. Esta baja pérdida de carga permitirá un ahorro adicional al reducir las necesidades de potencia del motoventilador del quemador.
• Resistencia a la diferencia de presión estática de hasta 5000 Pa.
• Carcasa concebida para un desmontaje fácil de los recuperadores en caso de limpieza.
• Dimensiones reducidas para permitir su manejo manual.
• Posibilidad de marcos con brida lista para su conexión a los conductos de humos.

Quemador disociado con aire precalentado

Para poder aprovechar el precalentamiento de aire que nos ofrece el recuperador de placas disponemos de quemadores disociados, con el motoventilador separado, preparados para soportar
estas elevadas temperaturas de entrada.

En la fabricación de estos quemadores tiene que tenerse en cuenta no sólo el correcto aislamiento de la carcasa del quemador sino, también, la adecuada refrigeración de los elementos
electrónicos del mismo.

Esta refrigeración se lleva a cabo con un pequeño motoventilador que aporta aire fresco a estos elementos y los protege de las altas temperaturas del aire comburente.

Conclusiones

El potencial de ahorro económico con el aporte de nuevas tecnologías de combustión y de aprovechamiento del calor de los humos en el ámbito industrial es un importante camino para mejorar la competitividad de las empresas.

Estas actuaciones deben realizarse siem- pre primando la fiabilidad de funcionamiento y con equipos de calidad que sean capaces de mantener el ahorro a lo largo del tiempo.

Pablo Garrido Otaola
Ingeniero industrial
Jefe de producto Weishaupt en Sedical

Artículo publicado en la Revista Energetica XXI http://www.energetica21.com/

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