Aprovechamiento de energía térmica por medio de combustión de gas natural

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo diseñar el banco de tubos para aprovechar los gases que se pierde en el ambiente por el quemador de alta velocidad en la empresa Industrias Emu S.A. La Industrias Emu S.A es una empresa dedicada a la fabricación de químicos para la agro industria, uno de sus productos principales es el sulfato de cobre Penta hidratado. Este es obtenido mediante un reactor con capacidad para 10m^3 donde se adicionan 5m^3 de agua, cobre y ácido sulfúrico, esta reacción se calienta por medio de un serpentín y un quemador de alta velocidad que se demora 3.5 horas en calentar la reacción de 26ºc a 85ºc, al obtener esta temperatura, se sostiene la reacción a esta temperatura en un promedio de 9 horas para la obtención del sulfato de cobre. El quemador de alta velocidad consume 20.29 m^3/h de gas natural y los gases del quemador salen por la chimenea a 350 ºc en promedio, con estos gases de salida del quemador se busca diseñar un banco de tubos para realizar el calentamiento de 5 m^3 de agua para ahorrar en consumo de gas natural, reduciendo así las 3.5 horas de precalentamiento de la reacción. Este trabajo toma las mediciones de las variables como temperatura de los gases de combustión, velocidad de los gases de combustión -entregada por la turbina del quemador de alta velocidad-, diámetro y material de la tubería, así como la distancia entre la chimenea y la ubicación del banco de tubos. Con estos datos se procede a definir la configuración del banco de tubos a partir del diámetro, longitud y números los tubos. Teniendo en cuenta los anteriores datos se procede a realizar los cálculos correspondientes para encontrar la energía que se puede aprovechar del banco de tubos para el calentamiento del agua y el ahorro de combustible en la reacción del cobre penta hidratado al subir el agua caliente. En este orden de ideas, de la configuración del banco de tubos escalonado se obtuvo como resultado un aprovechamiento de energía de 70.10 kW para calentar 5 m^3 el agua hasta 90ºc, lo cual le permitirá a la empresa obtener un ahorro en el precalentamiento de la reacción de 3.5 horas, reflejado en ahorro de combustible. Así pues, se concluye que el diseño del dispositivo es eficiente por su configuración y aporta muchos beneficios al proceso de la empresa, alguno de ellos es el ahorro de combustible 71.015 m^3/h por reacción de sulfato de cobre Penta hidratado y el ahorro del consumo del gas por las 3.5 horas = 20.29 m^3/h * 1324$ * 3.5 h = $ 94.023,86 por reacción montada, al mes se realizan 20 reacciones, lo que al mes se traduce en un ahorro de =$94.023,86 * 20 = $1.880.477, 20, al año = $ 1.880.477,20 * 12 = $ 22.565.726,40.