secadero de bagazo o economizador: análisis comparativo de su

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EEAOC - RIAT 1999 - Nº 76 - 1 Revista Industrial y Agrícola de Tucumán Tomo 76 (1-2): ; 1999 SECADERO DE BAGAZO O ECONOMIZADOR: ANÁLISIS COMPARATIVO DE SU INFLUENCIA EN EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO NETO DE UNA CALDERA BAGACERA* Dora Paz**, Gerónimo J. Cárdenas*** RESUMEN Se estudió mediante balances de masa y energía el rendimiento energético neto de una caldera bagacera acuotubular que produce 50 t/h de vapor a 22,3 ata y 350ºC, equipada con un calentador de aire de 1124 m2 de superficie. Se analizó posteriormente la influencia que tiene sobre el rendimiento de la caldera la incorporación de un secadero de bagazo o de un economizador como forma de recuperar el calor sensible de los gases. El economizador fue planteado para operar en serie con el calentador de aire, mientras que el secadero de bagazo se consideró funcionando en paralelo con el mismo. Los cálculos se realizaron usando la planilla EXCEL 7.0 de Microsoft con las ventajas de su herramienta SOLVER, que permite realizar optimizaciones lineales y no lineales sujetas a múltiples restricciones. Para calcular el rendimiento neto se tuvo en cuenta los diferentes consumos de energía en ventiladores y bombas en los sistemas considerados: Sistema 1) Caldera (Horno + Calentador de aire) Sistema 2) Caldera + Secador de bagazo. Sistema 3) Caldera + Economizador. Los resultados obtenidos muestran que los rendimientos netos conseguidos al incorporar el secadero de bagazo resultan superiores a los obtenidos cuando se agrega el economizador, siendo ambos mejores que los de la caldera original. SUMMARY Bagasse dryer or Economiser: Comparative analysis of its effects on the net energetic yield of a bagasse boiler. The net energetic yield of a bagasse aquotubular boiler was determined by solving mass and energy balances. The boiler produces 50 t/h of steam at 22,3 ata and 350 ºC, having an air pre-heater of 1124-m2 heating surface. The addition of a bagasse dryer or economiser to recover sensible heat from stack gases was studied. Its influence on the net energetic boiler yield was determined. The economiser operates in series with the air pre-heater, and in parallel with the bagasse dryer Microsoft EXCEL 7.0, and the advantages of its tool SOLVER, was used to solve the material and energy balances. Linear and non-linear optimisations under multiple constraints were carried out. Different energy consumption due to fans and pumps were taken into account to calculate the net energetic yield in the following systems: System 1) Oven + air heater. System 2) Oven + air heater + bagasse dryer. System 3) Oven + air heater + economiser. The net energetic yield obtained in system 2 (with bagasse dryer) is higher than that in system 3, being both values better than those shown by the original system 1. * Trabajo presentado en el VIII Congreso Argentino sobre Uso Racional de la Energía y Medio Ambiente (AAPURE). 5 y 6 Agosto de 1999. ** Ing.Qco. Investigador Ayudante A. *** Ing.Qco. Investigador Principal. Ingeniería y Proyectos Agroindustriales. EEAOC.

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EEAOC - RIAT 1999 - Nº 76 - 1

Revista Industrial y Agrícola de TucumánTomo 76 (1-2): ; 1999

SECADERO DE BAGAZO O ECONOMIZADOR: ANÁLISIS COMPARATIVO DE SU INFLUENCIA EN EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO NETO DE UNA

CALDERA BAGACERA*

Dora Paz**, Gerónimo J. Cárdenas***

RESUMEN

Se estudió mediante balances de masa y energía el rendimiento energético neto de una caldera bagacera acuotubular que produce 50 t/h de vapor a 22,3 ata y 350ºC, equipada con un calentador de aire de 1124 m2 de superfi cie. Se analizó posteriormente la infl uencia que tiene sobre el rendimiento de la caldera la incorporación de un secadero de bagazo o de un economizador como forma de recuperar el calor sensible de los gases. El economizador fue planteado para operar en serie con el calentador de aire, mientras que el secadero de bagazo se consideró funcionando en paralelo con el mismo. Los cálculos se realizaron usando la planilla EXCEL 7.0 de Microsoft con las ventajas de su herramienta SOLVER, que permite realizar optimizaciones lineales y no lineales sujetas a múltiples restricciones. Para calcular el rendimiento neto se tuvo en cuenta los diferentes consumos de energía en ventiladores y bombas en los sistemas considerados:

Sistema 1) Caldera (Horno + Calentador de aire) Sistema 2) Caldera + Secador de bagazo.Sistema 3) Caldera + Economizador.

Los resultados obtenidos muestran que los rendimientos netos conseguidos al incorporar el secadero de bagazo resultan superiores a los obtenidos cuando se agrega el economizador, siendo ambos mejores que los de la caldera original.

SUMMARY

Bagasse dryer or Economiser: Comparative analysis of its effects on the net energetic yield of a bagasse boiler.

The net energetic yield of a bagasse aquotubular boiler was determined by solving mass and energy balances. The boiler produces 50 t/h of steam at 22,3 ata and 350 ºC, having an air pre-heater of 1124-m2 heating surface. The addition of a bagasse dryer or economiser to recover sensible heat from stack gases was studied. Its infl uence on the net energetic boiler yield was determined. The economiser operates in series with the air pre-heater, and in parallel with the bagasse dryer Microsoft EXCEL 7.0, and the advantages of its tool SOLVER, was used to solve the material and energy balances. Linear and non-linear optimisations under multiple constraints were carried out. Different energy consumption due to fans and pumps were taken into account to calculate the net energetic yield in the following systems:

System 1) Oven + air heater.System 2) Oven + air heater + bagasse dryer.System 3) Oven + air heater + economiser.

The net energetic yield obtained in system 2 (with bagasse dryer) is higher than that in system 3, being both values better than those shown by the original system 1.

* Trabajo presentado en el VIII Congreso Argentino sobre Uso Racional de la Energía y Medio Ambiente (AAPURE). 5 y 6 Agosto de 1999.

** Ing.Qco. Investigador Ayudante A. *** Ing.Qco. Investigador Principal. Ingeniería y Proyectos Agroindustriales. EEAOC.

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INTRODUCCION

En ingenios azucareros de Tucumán, existen cal-deras bagaceras que como único sistema de recuperación de calor poseen calentadores de aire en los que se usa como fl uido calefactor los gases a la salida del generador de vapor.

Esto es debido fundamentalmente a que se trata de modelos antiguos de calderas, cuyo reemplazo resulta honeroso y difícil de encarar en las condiciones actuales de la actividad azucarera mundial. Como resultado de esta situación estos equipos operan con rendimientos que son necesarios mejorar.

Es por ello conveniente estudiar un mejor apro-vechamiento de la capacidad calorífi ca del combustible empleado, sobre todo teniendo en cuenta que, en general, el bagazo que la fábrica dispone no es capaz de producir el vapor que los procesos actuales de elaboración de azúcar demandan, por lo que debe recurrirse a la quema de com-bustibles adicionales, en general gas natural o fuel-oil.

Un accesorio recuperador de calor tradicional para este tipo de calderas, es el economizador o calentador de agua de alimentación con el que ya vienen equipadas las calderas modernas.

Otro mecanismo que puede mejorar sensiblemente los rendimientos de los generadores de vapor que usan bagazo como combustible, es el presecado del mismo ya que generalmente ingresa al hogar con un contenido de humedad superior al 50% lo que hace que su Poder Calo-rífi co sea bajo.

El secadero de bagazo ha sido estudiado como mecanismo mejorador del rendimiento de calderas que lo emplean como combustible con resultados muy positivos (4, 8, 9), a pesar de lo cual, frente a la necesidad de agregar un sistema de recuperación a calderas que ya cuentan con intercambiadores de calor, tanto el presecado de bagazo como el economizador son alternativas posibles (6).

Lamentablemente el análisis de esta última alterna-tiva no ha sido estudiado en profundidad y en general la toma de decisión se ha efectuado en función de consideraciones generales más que en cálculos rigurosos.

Uno de los inconvenientes para poder efectuar los cálculos necesarios es la falta de datos experimentales con-fi ables sobre la performance de los secaderos de bagazo.

Afortunadamente la EEAOC calculó, construyó y puso en marcha satisfactoriamente un secadero de bagazo en transporte neumático que opera desde hace más de 10 años en un ingenio tucumano. Este equipo ha proporcionado una importante información experimental que ha dado lugar a varias publicaciones (2, 3, 10) y ha permitido contar con los datos necesarios para desarrollar el análisis de la opción secadero-economizador con la rigurosidad necesaria.

En el presente trabajo, mediante la resolución de balances de masa y energía, se calcula y analiza el funcio-namiento de una caldera bagacera equipada con calentador de aire, tanto cuando se le agrega un secadero de bagazo, como cuando se la equipa con un economizador. Se de-termina además la infl uencia que tiene la incorporación de estos recuperadores de calor sensible de los gases sobre el rendimiento neto de la caldera. Dicho rendimiento tiene en cuenta los diferentes consumos de energía requeridos en mecanismos accesorios como ventiladores y bombas.

MATERIALES Y METODOS

El equipo sobre el que se realizó el estudio fue una caldera bagacera acuotubular que produce 50 t/h de vapor a 22,3 ata y 350ºC, equipada con un calentador de aire que cuenta con 1331 tubos de 55,1mm de diámetro y 4877 mm de longitud que presentan un área transversal de 28,58 cm2

por tubo. El área total de intercambio de calor del calentador es de 1124 m2. La caldera opera actualmente con un factor de dilución del aire (l) de 2 y una temperatura de gases de chimenea de 220ºC. El aire ingresa al calentador a 30ºC y sale entre 160 y 170ºC, los gases de chimenea a su vez, se enfrian desde 311ºC hasta 220ºC. Para evitar problemas de corrosión en dicho calentador la temperatura de los gases de chimenea no debe ser inferior a 170ºC (4, 11), condición que se respetará en los sistemas que se analicen.

En la Figura 1 se ha esquematizado, además de la caldera original, la bomba de agua de alimentación (BA), el ventilador de tiro inducido (VTI) y el ventilador de tiro forzado (VTF) que la misma posee. Se indican también los datos operativos de esta caldera. Se evaluaron comparativamente tres sistemas:

Sistema 1) Horno + Calentador de aire (ICQ)Sistema 2) Horno + ICQ + Secador de bagazo

(en paralelo)Sistema 3) Horno + Economizador + ICQ (en

serie)El secadero de bagazo considerado para el cálculo,

corresponde a un equipo que trabaja en transporte neumá-tico, empleando para ello los gases del horno antes de su ingreso al calentador de aire, con el que opera en paralelo. La metodología de diseño, funcionamiento y evaluación ex-perimental de este tipo de secadero se encuentra descripto en trabajos anteriores(2, 3).

En el caso del economizador se lo consideró ope-rando en serie con el calentador de aire como es práctica usual en las calderas que cuentan con este recuperador de calor.

Los balances de masa y energía en cada sistema se realizaron usando la hoja de cálculo Microsoft EXCEL 7.0 que permite dibujar el esquema y resolver los balances en el mismo. El comando usado, SOLVER, es una macro automática que permite analizar 3 tipos de problemas de optimización: lineal, no lineal y de entero (12).

Los Parámetros de Solver son:1) Celda objetivo: es la celda donde se calcula

la función objetivo en la hoja y deberá por lo tanto contener una fórmula.

2) Valor de la celda objetivo: se debe indicar una alternativa de optimización para la función objetivo: a) minimizar, b) maximizar, c) igualar a un valor fi jado por el usuario.

3) Celdas cambiantes: se conocen también como variables de decisión y son aquellas celdas que afectan al valor de la celda objetivo. Solver ajusta los valores de las celdas cambiantes hasta encontrar una solución, permitien-do fi jar hasta 200 celdas cambiantes.

4) Restricciones: pueden incluir límites máximos y mínimos para cualquier celda del modelo, incluyendo la celda objetivo y las celdas cambiantes. Por cada problema se pueden especifi car 2 restricciones para cada celda cam-biante (límite máximo y mínimo) y hasta 200 restricciones

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adicionales. El programa permite cargar las restricciones una por una, empleando las celdas donde se ha planteado cada restricción en la hoja, permitiendo además que de una manera simple se puedan eliminar, agregar o editar cada ecuación.

Una vez especifi cados todos los parámetros, el programa comienza su tarea. Cuando encuentra la solución al problema de balances de masa y energía planteado, devuelve los resultados del mismo, que satisfacen todas las restricciones impuestas al sistema.

RESULTADOS Y DISCUSION

En todos los sistemas considerados se tomaron como datos de entrada, además de los que se muestran en la Figura 1, los correspondientes a la combustión del bagazo y aire, en base a su composición estequiométrica (2, 7):

Caudal de aire [kg/h] = 5,76 .(1+w).l .BCaudal de gases [kg/h] = (5,76.(1+w).l+1) .Bcpaire [kcal/kgºC] = 0,24cpgases [kcal/kgºC] = 0,3cpbagazo [kcal/kgºC] = 0,42.(1-w)+wPCI bagazo [kcal/kg] = (4250-4850.w).(1-c)

Donde:w: humedad del bagazo quemado en la caldera,

en tanto por uno.l: factor de dilución del aire (aire empleado/ aire necesario para la combustión completa)B: caudal de bagazo quemado en el horno [Kg/h]cpaire : calor específi co del aire de combustión,

en [kcal/kgºC]cpgases : calor específi co de los gases de com-bustión, en [kcal/KgºC]cpbagazo : calor específi co del bagazo, en [kcal/kgºC]c: contenido de cenizas del bagazo, en tanto por

uno.En el sistema 1 (Horno + ICQ) se plantearon los

balances de materia y energía en el horno y en el calenta-dor de aire, generándose un sistema de cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas: Bagazo ingresado al Horno, Aire de combustión empleado, Gases de chimenea, Temperatura del aire caliente. Los resultados obtenidos en la resolución de las mismas están indicados en la Figura 2. Se observa que la temperatura del aire caliente calculada (161,78ºC) está dentro del rango de mediciones puntuales en fábrica de esa caldera (160º-170ºC).

Con datos aportados por técnicos del ingenio para la pérdida de carga en el circuito de gases, de aire y de agua, se determinaron las potencias requeridas por el VTI, el VTF y la BA, mostradas también en la Fig.2.

El rendimiento energético neto de la caldera se defi ne como:

Donde:vapor neto [kg/h]= vapor producido por la caldera menos el vapor equivalente a la energía eléctrica requerida para ventiladores y bombas.

Hv [kcal/kg]= Entalpía del vapor producido por la cal-dera.

iag [kcal/kg]= Entalpía del agua de alimentación.B [kg/h]= caudal de bagazo quemado en la caldera.PCI [kcal/kg] = Poder calorífi co inferior del bagazo.

Asumiendo que la energía eléctrica necesaria para mover estos motores proviene de la planta eléctrica, y considerando un consumo específi co de vapor de la misma de 10,47 Kg/kWh, se determinó la cantidad de vapor equi-valente a esa energía, resultando un hneto de 64,60% para el sistema 1. En este caso el rendimiento neto para el horno y para el sistema (Horno + ICQ) es idéntico. Se analizó luego la incorporación de un secadero de bagazo en transporte neumático que opera en paralelo con parte de los gases calientes derivados antes del pre-calentador de aire, lo que constituye el sistema 2.

Quizás la ventaja más importante al incorporar un secadero, sea que la temperatura fi nal de los gases en el mismo pueda llegar hasta 70ºC comparada con los 150-200ºC a la salida de calentadores de aire y economizadores. En estos últimos la temperatura de rocío es mayor, lo que impide enfriar los gases más allá de esos valores por los problemas de corrosión localizada que ocasionan.

Para el calculo se decidió asumir la temperatura de salida de los gases del secadero en 100ºC y el factor de dilución del aire en la caldera en 1,7. Estos valores han sido determinados como normales experimentalmente en un secadero de igual tipo que funciona satisfactoriamente desde el año 1987 en un ingenio tucumano, secando bagazo entre 10 y 12 puntos de humedad (3).

En el caso del calentador de aire para evitar pro-blemas de corrosión se adoptó la temperatura de los gases a la salida del mismo en 170ºC.

Los balances de masa y energía planteados en el sistema 2 conforman un sistema de seis ecuaciones con seis incógnitas: la temperatura del aire caliente, la cantidad de gases derivados al secadero, el caudal de bagazo y aire ingresado al sistema, caudal total de gases producidos y la humedad de bagazo presecado. Como función objetivo del SOLVER se consideró que el área necesaria para la transferencia de calor sea igual al área del ICQ disponible (1124 m2).

Los resultados de los balances de materia y ener-gía del sistema 2 se muestran en la Figura 3, donde además se consignan las potencias requeridas por el VTI original de la caldera, el VTI adicional para el secadero y la BA. Derivando al secadero un 31,65% de los gases totales del horno a una temperatura de 311ºC, se consigue presecar el bagazo inicial desde 49% de humedad hasta 40%.

Se observa que el bagazo que ingresa al sistema 2 es menor que en el sistema 1 en un 14,9%, como así también el aire que disminuye en un 27,7%. La temperatura de los gases fi nales de chimenea resultantes de la mezcla de los gases provenientes del secadero y del ICQ es de 146,66ºC menor en un 33,3% con respecto al sistema 1.

Empleando programas de simulación y diseño de secaderos de bagazo en transporte neumático desarrolla-dos por la EEAOC (2), se determinaron las dimensiones y características del sistema de secado:Diámetro del Secadero: 1,47 m.Longitud del secadero: 13,3 m.Diámetro del ciclón: 2,5 m.Pérdida de carga en el ciclón: 100 mmc.a.Pérdida de carga en sistema de secado: 208,6 mmc.a.

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Potencia del VTI adicional (VTIsecadero): 70 HP Considerando los diferentes consumos de energía,

el rendimiento neto del horno en el sistema 2 resulta ser de 73,17% y para el sistema global 76,65%, es decir un 15,7% superior al rendimiento neto del sistema 1.

Como ultima opción se analizó el sistema 3 forma-do por la caldera original (Horno + ICQ) más la incorporación de un economizador, el cual opera en serie con el ICQ. Los gases del horno calientan primero el agua de alimentación a la caldera y luego el aire de combustión.

En este caso se planteó un sistema de cinco ecua-ciones con cinco incógnitas (temperatura de agua caliente, temperatura de aire caliente, caudal de bagazo, caudal de gases producidos y caudal de aire de combustión) que se resolvió siguiendo la misma metodología que en los siste-mas anteriores. Se mantuvo para el calculo igual área del ICQ que en los sistemas anteriores y se respetó la misma temperatura de los gases a la salida del calentador de aire (170ºC) para que los resultados puedan ser comparativos. Los resultados de estos balances se muestran en la Figura 4, donde también se consignan las potencias requeridas para ventiladores y bombas.

En el diseño del economizador se asumió un co-efi ciente global de transmisión del calor (U) de 71,04 Kcal/(h.m2.ºC) (5), con el cual se obtuvo un área de transferencia igual a 270 m2, necesaria para satisfacer los requerimien-tos de calentar el agua desde 110ºC hasta 163,08ºC con gases calientes que se enfrian desde 311ºC hasta 244,5ºC. Siguiendo la metodología propuesta por Babcock (5) se dimensionó un economizador de 370 tubos alineados, con 10 pasos por el lado del agua y un paso del lado de los gases, con un espaciado entre tubos de 101,6 mm. El diámetro externo de los tubos es de 76,2 mm, el número de tubos por paso es 37 y la longitud de los tubos de 3,048 m. La pérdida de carga adicional por el lado de los gases se calculó en aproximadamente 21mmc.a., lo que equivale a una potencia adicional para el VTI de 21,8 HP (VTI2). La pérdida de carga por el lado del agua calculada resultó en un trabajo adicional para la bomba de agua de alimentación de 0,002 HP (BA2)

Para el cálculo del rendimiento neto se tuvo en cuenta los gastos adicionales de energía debidas al econo-mizador, obteniéndose un rendimiento neto de la caldera de 67,08% y 73,17 % para el sistema 3, ambos mayores que en el sistema 1, pero menores que en el sistema 2.

Los resultados obtenidos muestran que los ren-dimientos netos conseguidos al incorporar el secadero de bagazo resultan superiores a los obtenidos cuando se agrega el economizador, siendo ambos mejores que los de la caldera original.

En el Cuadro 1 se expone un análisis comparativo de lo que sucede en el Horno en los 3 sistemas considerados, con respecto al sistema original. En los tres sistemas la producción de vapor se fi jó en 50 t/h a 22,3 ata y 350ºC. Las variables más relevantes mostradas son: Bagazo que-mado, Aire de combustión, Temperatura del aire caliente, Temperatura del agua de ingreso al horno, Poder Calorífi co Inferior (PCI) del bagazo quemado, Rendimiento energético neto del horno.

Analizando el Cuadro 1 surge que el sistema 2 (Horno + ICQ + Secadero) presenta las mayores diminuciones en la cantidad de bagazo quemado y en el aire de combustión necesario con respecto al sistema original, lo que redunda en benefi cios operativos de la caldera. En el sistema 3 (Hor-no + Economizador + ICQ), se produce un incremento de 48,3% en la temperatura del agua de alimentación, mientras la temperatura del aire caliente sufre una disminución del 14,7%, con respecto al sistema 1. En el caso del sistema 2, el presecado del bagazo incrementa su PCI en 23,1% y el rendimiento energético neto del horno en 13,3% con res-pecto al sistema 1. Mientras que en el sistema 3 el aumento relativo del rendimiento neto del horno es de sólo 3,8%.

De este análisis de las variables operativas del horno de una caldera bagacera ya se puede observar la conve-niencia de la instalación de un secadero de bagazo frente a un economizador.

En el Cuadro 2 se resumen las variables más impor-tantes para cada sistema considerado en su conjunto: Gases totales de chimenea, bagazo ingresando al sistema, Tem-peratura de los gases fi nales de chimenea y Rendimiento neto del sistema.

Cuadro 1: Análisis comparativo de las principales variables en el Horno.

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Se observa que los gases totales de chimenea dismi-nuyen más (25,8%) con la incorporación de un secadero que en el caso del economizador (11,3%) al compararlo con el sistema 1. De igual modo el ahorro de bagazo ingresado al sistema es 14,9% en el sistema 2 y 11,3% en el sistema 3 respecto del sistema 1 (caldera original). El aumento del rendimiento neto es mayor en el sistema 2 (con secadero) en un 18,7% respecto al sistema original, mientras que en el sistema 3 (con economizador) este aumento alcanza al 13,3%.

En el Cuadro 3 se muestra una comparación del funcionamiento del horno entre los sistemas con secadero y economizador (sistemas 2 y 3).

Como resultado más relevante de esta comparación se puede remarcar que al quemar en la caldera un bagazo presecado al 40 % de humedad, se consigue aumentar su PCI en un 19%, disminuir un 22% el bagazo quemado en el horno y un 22,6 % el aire ingresado con respecto al sistema con economizador. Empleando el economizador, la temperatura del aire caliente disminuye en un 12% y la temperatura del agua caliente aumenta en un 48,3% respecto al sistema con secadero. El rendimiento neto del horno, en el sistema con secadero, es un 8,3% superior al del sistema con economizador.

En el Cuadro 4 se muestran los resultados compara-tivos entre los sistemas 2 y 3, considerando cada sistema en forma global.

Del análisis de los resultados del Cuadro 4, se observa que en el sistema con secadero los gases totales de chime-nea disminuyen un 19,52%, la temperatura de los mismos disminuye en un 15,92%, el ahorro de bagazo es de un

4,2%, y el rendimiento neto del sistema es 4,5% superior comparados con los valores obtenidos para el sistema con economizador.

Estos resultados muestran claramente los benefi cios energéticos que presenta el presecado de bagazo sobre el calentamiento del agua de alimentación a la caldera.

Como consecuencia del aumento del rendimiento neto del sistema con secador, frente al que posee economiza-dor (4,5%) es posible eliminar el empleo de combustibles adicionales (gas natural o fuel-oil), con las ventajas ecoló-gicas que ello implica y además mejorar la rentabilidad del proceso fabril.

Si se analizan las causas por las que el secado de bagazo mejora el rendimiento del conjunto, se tiene que el uso de este combustible con menor nivel de humedad requiere para su combustión también menores excesos de aire. La explicación de esto radica fundamentalmente en que la humedad de las partículas de bagazo alargan el período endotérmico del proceso de combustión y retardan la ignición del material fi broso. Además provocan que las partículas encendidas deban ceder calor para evaporar el agua que impregna al bagazo que ingresa al hogar, con lo que su propio proceso de liberación de calor se frena fuertemente, llegando a extinguirlo. Estas partículas deben esperar contar con condiciones de reignición, lo que a veces no se produce y provoca que puedan salir del hogar y llegar a la chimenea sin completar su combustión, con las consiguientes pérdidas de efi ciencia para el sistema y problemas ambientales conexos.

Por otro lado la expulsión de la humedad que se va evaporando desde las partículas de bagazo que ingresan

Cuadro 2: Análisis comparativo para cada sistema considerado en su conjunto.

Cuadro 3: Análisis comparativo del Horno en los sistemas 2 y 3.

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al horno, crean un centro de presión local que difi culta la penetración en esos lugares, del aire de combustión y hacen necesario incrementar masa y presión del aire inyectados para poder superar la barrera que opone el vapor de agua desprendido.

Esto explica lo difícil que resulta operar con excesos de aire razonables cuando se quema bagazo con altos niveles de humedad.

Estos son los principales factores que inciden en el proceso de combustión de materiales celulósicos húmedos, existiendo además otros considerados por Agrest (1), que permiten mensurar con mayor amplitud las desventajas de los altos niveles de humedad.

El empleo del economizador no hace sino aprovechar en otro equipo de intercambio térmico el calor sensible de los gases de chimenea, por lo que su empleo, si bien mejora el rendimiento del conjunto, no produce verdaderas modifi caciones del proceso de combustión como si lo hace el secado de bagazo.

CONCLUSIONES

La comparación entre sí de los 3 sistemas ana-lizados:

Sistema 1) Horno + Calentador de aire (ICQ)Sistema 2) Horno + ICQ + Secador de bagazo (en paralelo)Sistema 3) Horno + Economizador + ICQ (en serie)

al considerar en todos la misma producción de vapor de 50 t/h a 22,3 ata y 350ºC, arroja las siguientes conclusiones:

• El sistema 2 posee una disminución mayor en la cantidad de bagazo quemado como así también en la cantidad de aire de combustión necesario con respecto al sistema original, lo que da como resultado mayores benefi cios operativos en la caldera. El presecado del bagazo incrementa el PCI del mismo por lo que el rendimiento energético neto del horno es mayor con respecto al sistema 1. Se observa también en este sistema que los gases totales de chimenea disminuyen más con la incorporación de un secadero que en el caso del economizador.• En el sistema 3 se obtiene un incremento en la temperatura del agua de alimentación, mientras la temperatura del aire caliente sufre una disminución, lo que conlleva también a un aumento positivo en el rendimiento neto del horno, con respecto al sistema 1.

CUADRO 4: Análisis comparativo entre los sistemas 2 y 3, considerado cada uno globalmente.

• El aumento del rendimiento neto es mayor en el sistema con secadero en un 18,7% respecto al sistema original, mientras que en el sistema con economizador este aumen-to alcanza al 13,3%. El aumento del rendimiento neto del sistema 2 con respecto al 3, es de 4,5%.

Del análisis de las variables operativas del horno de una caldera bagacera, se puede deducir la conveniencia de instalar un secadero de bagazo frente a un economizador. El aumento del rendimiento neto del sistema con secadero respecto al sistema con economizador, mejora además las condiciones ambientales al disminuir el caudal de gases de chimenea.

AGRADECIMIENTO

Se agradece a la becaria Ing. Carolina E. Ortega por su colaboración en la búsqueda bibliográfi ca y en la con-fección de las fi guras.

LITERATURA CITADA

1.- Agrest, J. 1973. Seminario sobre “Combustible de ba-gazo y Saneamiento ambiental”. IV Congreso Argentino de Saneamiento. Tucumán. Agosto,: 29-30.2.- Aralde, L.E.; D. Paz de Vázquez; G.J. Cárdenas. 1992. Metodología de cálculo de un secadero de bagazo en trans-porte neumático. Rev Ind. y Agr. de Tucumán. Argentina. 69 (1-2). 71-79.3.- Aralde, L.E.; D. Paz de Vázquez; G.J. Cárdenas. 1993. Análisis del funcionamiento de un prototipo para secado de bagazo. Revista Industrial y Agrícola de Tucumán. Argenti-na. Tomo 70 (1-2). 7-14.4.- Arrascaeta, A. ;P. Friedman. 1984. Bagasse Drying: past, present and future. Int. Sugar Journal. 86 (1021): 3-6. 5.- Babcock & Wilcox. 1992. STEAM. 40th Ed. Pag:21-14.6.- Cárdenas, G.J.; D. Paz.1996. El balance exergético como herramienta de análisis para la selección de sistemas de recuperación de calor de una caldera bagacera. Rev. Ind. y Agr. de Tucumán. Argentina. 73 (1-2): 13-19.7.- Hugot E. 1977. Manual da Engenharia Açucareira. Edi-tora Mestre Jou. Sao Paulo. II. 960.8.- Paz de Vázquez, D.; L.E. Aralde; G.J. Cárdenas. 1989. Secadero de bagazo. Avance Agroindustrial. 9. 36: 23-25.9.- Paz de Vázquez, D.; G.J. Cárdenas. 1987. Bagazo como combustible: algunas formas de mejorar su aprovechamien-to. Avance Agroindustrial. 8. 30: 23-27. 10.- Paz de Vázquez, D.; E.D. Feilbogen; G.J. Cárdenas;

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FIGURA 1: Esquema de la caldera original

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FIGURA 3:Resultados de los balances de masa y energía en el sistema 2.

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Trabajo presentado para su publicación el 20 de Setiembre de 1999.