La eficiencia energética en tiempos de crisis

Autor: Jaime Quintriqueo. Encargado de Personas

Entre 18.000 y 75.000 litros de combustible al año (dependiendo si su planta funciona 1 turno o todo el día), es lo que perdemos por tener en nuestra planta a una trampa para vapor con un orificio de 7,5 milímetros (1 pulgada de diámetro nominal), fallando abierta.

Hasta $18 millones se podría ahorrar al año, sólo logrando bajar la presión de su vapor de 10 [barg] a 2 [barg], en un estanque calentador, para aumentar en 50 [ºC] la temperatura del agua.

Ejemplos como los anteriores son los que nos hacen pensar por le general ¿Qué estamos haciendo nosotros con nuestro vapor?.

El Vapor es agua en estado gaseoso. El Vapor Saturado es el vapor que está en un punto de equilibrio con su líquido, o que ya ha conseguido la máxima presión para la temperatura a la que se encuentra. Las propiedades que han hecho del vapor uno de los más importantes motores en la industria, son su relativamente sencilla forma de obtener, su capacidad de esterilización, su no toxicidad, y su limpieza, pero por sobre todo esto, se encuentra su alta capacidad de transportar energía, porque al fin y al cabo, el vapor, a ojos de la industria, no es otra cosa que un medio de transporte energético de alta eficiencia. Con el vapor, podemos literalmente transportar energía desde las calderas, hasta las más remotas máquinas de la planta, sin necesidad de bombas ni grandes artilugios.

La formación de vapor, se genera en las calderas de la empresa. Estos recipientes especialmente diseñados para generar vapor, requieren de una fuente de energía de gran capacidad para transformar el agua líquida en vapor (por lo general vapor saturado). Esta energía que le entregamos en la caldera es la que después el vapor transporta por las cañerías (o tuberías según como se le mire) hasta las máquinas para entregarlo en forma de calor o trabajo. Durante la entrega, el Vapor se transforma nuevamente en líquido, al que llamamos condensado, el cual debe ser evacuado de las máquinas. Este condensado a su vez tiene dos destinos posibles: o se reutiliza (como agua para la caldera) o se bota. En resumen éste es el Circuito de vapor.

Pero en cada etapa de este proceso (en la Generación, en la Distribución, en la Utilización y en el posible Retorno de condensado) el vapor debe ser cuidado para no desperdiciarlo. Porque la energía que le entregamos en la caldera deriva del combustible que usamos para generar los gases calientes que transformarán el líquido en vapor.

Todo se traduce en esto. En cuanto invertimos (o gastamos) en combustible para generar vapor.

En momentos de crisis, el ahorro de combustible es vital para poder sortear un mercado inmerso en dificultades financieras, donde a su vez los precios de los combustibles (y en general de todas las fuentes energéticas) se alzan cada vez más. Cada peso (o centavo si usted es de otro país) ahorrado implica un mejor uso de recursos de la empresa, reorientados a temas de mayor preponderancia para su mayor eficiencia. La idea es utilizar la cantidad de combustible lo más ajustada posible para generar el vapor estrictamente necesario para funcionar normalmente. Lamentablemente es aquí donde casi todos nos descuidamos.

Un sistema eficiente de vapor, es aquel que genera vapor para poder utilizarlo íntegramente en la máquina “cliente” que requiere su energía. Pero en la práctica, no todo el vapor generado se usa para este propósito. Una cantidad no despreciable se pierde en el camino desde la caldera a la máquina (durante la distribución), ya que el roce con las tuberías, el aislamiento insuficiente de las cañerías o la mala calidad del vapor (va húmedo), hacen que parte del vapor condense al interior de las líneas. Este líquido no solo ocupa espacio (que por sí mismo ya es un problema), sino que puede causar graves disturbios en las cercanías, formando ruido y destruyendo lo que tenga a su paso (Golpes de ariete). Estos problemas se suman al que nos reúne en este artículo… hemos usado una cantidad de nuestro valioso combustible para finalmente generar agua.

Una buena aislación térmica (con materiales como lana mineral, fibras sintéticas y otras), es aquella que sólo permite un escape de energía al ambiente de un 5 a un 15% de la energía que lleva el vapor. ¿por qué no un 0%?. Porque la aislación perfecta se logra sólo con un espesor de aislante infinito (y no creo que tengamos tanto espacio en las plantas para esto). Además los costos del material aislante llega a un punto ser mayor que el ahorro conseguido, llegando así a un equilibrio en la inversión. Esto unido a un adecuado dimensionamiento de las líneas en el proceso de diseño, ayudan a conseguir un ahorro considerable en el consumo de combustible (comparado con un escenario sin estas precauciones).

Las propiedades del Vapor saturado, el más utilizado en la industria general, hacen que para cada valor de Temperatura exista asociada una única presión del vapor y un único juego de variables de energía y volumen. Esto permite un control adecuado y relativamente sencillo de sus propiedades, ya que controlando la presión o la temperatura, se logra controlar todo el resto de sus propiedades. De estas la que más nos ayuda, es la entalpía (una forma de expresar la energía) que lleva el vapor saturado. La entalpía de evaporación (la diferencia entre la que lleva el vapor como un todo, y la que le queda al condensado cuando ya entregó su “cargamento”), es la que nos importa. Esta entalpía de evaporación, es la energía que el vapor entrega a la máquina, la que nos es útil. Lamentablemente este valor va decreciendo a medida que aumenta la presión y temperatura, siendo a mayores presiones, de menor valor. Como lo que nos importa entregar en la máquina es energía (y no Temperatura como algunos podrían pensar… pero este es tema para otro artículo), el hecho de enviar vapor a alta presión (que sale así desde las calderas), nos provoca un sentimiento encontrado por tener que ocuparlo en estas condiciones y ello implica ser más ineficientes. Pero si existiese una forma de Disminuir la presión antes de entrar a la máquina, entonces podríamos aprovechar toda la energía posible del vapor.

Me explico. Si pudiésemos ocupar vapor que lleva más energía por cada kilogramo de él, necesitaríamos menos cantidad de vapor, que si usáramos vapor que lleva menos energía por unidad de kilogramo.

Veámoslo así: si tengo Vapor que entrega 2.000 kiloJoules (una unidad energética, de símbolo [kJ]), por cada kilogramo de vapor (logrado con vapor saturado a una presión de 10 [barg]), y tuviese la necesidad de entregar a la máquina 2.000.000 de kiloJoules totales (consumo de una marmita de mediana capacidad), entonces necesitaría 1.000 kilogramos de vapor (resultado de 2.000.000 [kJ]/ 2.000 [kJ/kg]).

Pero si contara con vapor que entrega 2.163 kiloJoules por cada unidad de masa (eso es Vapor saturado a una presión de 2 [barg]), entonces sólo requeriría de 920 kilogramos de vapor para abastecer a la misma máquina (2.000.000 [kJ]/ 2.163 [kJ/kg] = 920 [kg]). Ahorraría 80 kilogramos de vapor al trabajar con vapor de baja presión (2 [barg]), en vez de trabajar con vapor a alta presión (10 [barg]).

Tal vez suene a poco, pero si indicamos que el consumo energético de esta máquina es por cada hora de funcionamiento, y funciona 8 horas diarias, durante todos los días del año, entonces estamos hablando de una máquina que está activa 2.920 horas al año (8x365), y si en cada hora ahorramos antes 80 kilogramos, en un año ahorraríamos ¡233.600 [kg] de vapor (233 toneladas al año)!. Una cantidad no despreciable. Transformemos esto en dinero. Si el costo actual para generar vapor es de aproximadamente $30 por cada kilogramo (un valor promedio optimista en estos días), al año ahorraríamos un total de $7.008.000… da para pensar.

La pregunta es ¿existe alguna manera de bajar la presión del vapor?, la respuesta… Sí y desde hace más de medio siglo que se utilizan Válvulas reductoras o reguladoras de presión para realizar esto… pero hay que saber usarla y cuidarla. El retorno de la inversión de un cuadro de regulación de presión (que es el nombre formal de esta solución), se encuentra entre los 3 y los 5 meses, dependiendo de las características del circuito.

Inversión… no costo. Eso es lo que debemos empezar a darnos cuenta cada vez que estamos ante este dilema.

¿Y las pérdidas en la famosa trampa para vapor mencionada en la primera parte de este artículo?... bueno, eso quedará para nuestro próximo encuentro.