Análisis crítico de los sistemas de evaluación de costo de calderas y propuesta de uno nuevo (página 2)

El índice presente y el índice al momento que se obtuvo el costo, son valores que permiten realizar cálculos para la estimación de costos en distintos períodos de tiempo.

Con esta modalidad de cálculo se logra de una manera rápida el costo de un generador de vapor que esté inmerso en una determinada inversión, permitiéndole al inversionista tener una idea de cuánto es que le puede costar la inversión de manera general con este tipo de equipamiento dentro de la misma. A continuación se presentan los pasos para aplicar el método:

• Calcular la potencia térmica (ec. 2.2) de la caldera en kW multiplicando el flujo másico por la entalpía del vapor.

Ptérmica = m· * h (2.2)

Donde:

Ptérmica-potencia térmica en kW

m·-flujo másico en kg/s

h- entalpía en kJ/kg

• Determinar el costo de compra en la figura 2-1 conociendo la potencia térmica en kW y la presión del vapor en kPa.

• Buscar en la revista de Chemical Engineering [17] el valor del índice presente y el valor del índice al momento que se obtuvo el costo, estos se encuentran en el capítulo que aborda todo lo relacionado con indicadores económicos para el diseño de plantas.

Para la selección de estos índices se tiene presente los años en que fueron tomados cada uno de ellos. En el caso del índice presente se toma el año 2014 y para el índice al momento que se obtuvo el costo el año 2013.

• Efectuar el procedimiento de cálculo del costo estimado según la ecuación 2.1.

Este método se aplicó a cuatro modelos de calderas pirotubulares (ver tabla 2.1) que se producen en la fábrica de calderas Alastor de la ciudad de La Habana, ya que los parámetros de funcionamiento de cada una de ellas permitieron que se le pudiera aplicar este método. Las demás calderas que ahí se fabrican tienen una potencia térmica y una presión de trabajo elevada, que impiden la aplicación de este método. La tabla 2.1 muestra los parámetros, y los valores que se tuvieron en cuenta para efectuar el cálculo del costo estimado de los generadores de vapor. Ver en los anexos A-1 y A-2, las dimensiones principales e imágenes (Anexo A-3) del modelo de las calderas fabricadas por Alastor.

Ejemplo de cálculo

En la tabla 2.2 se muestran los costos estimados, por medio del método Peters desarrollado en el epígrafe 2.2 y se compara con los costos de las calderas pirotubulares ofertados por Alastor.

La aplicación de este método presenta algunas ventajas y desventajas que se presentan a continuación:

Ventajas:

• Permite de una manera rápida estimar el costo de pequeños generadores de vapor que no excedan 1 t/h

• No hace falta tener una ficha de costo para aplicar esta metodología de trabajo

• Es fácil su ejecución, no se requiere de un personal que sea especialista en economía para poder aplicarlo.

Desventajas:

• Insuficiente precisión para los estudios pre-inversionista al dar una diferencia mayor del 30% con respecto a los costos reales de ofertas.

• Solo permite la estimación de costos de calderas de hasta 1 000 kW, que resultan pequeñas y que no satisfacen las necesidades en la mayoría de las instalaciones industriales y del sector terciario.

• Presión de trabajo restringida en un rango de 200 kPa a 1 135 kPa provocando que el método sea aplicable a las pequeñas calderas del sector terciario pero no al industrial.

Método del libro, diseño y economía de los procesos de ingeniería química del autor D. Gael Urlich.

Para lograr una mejor comprensión de este documento, al Método del libro Diseño y economía de los procesos de ingeniería química del autor D.Gael Urlich, se le denominará: Método Urlich.

Este método es muy similar al anterior ya que trabaja con índices de costos, y la fórmula para la determinación del costo de las calderas es igual, lo único que tiene de diferencia es que el costo original se determina mediante un conjunto de factores adicionales, estos son: temperatura, presión, y módulo simple. Este último factor forma parte de ?un conjunto de factores de corrección especiales para emplearlos con las tablas de costos, permitiendo así estimar el costo capital de cualquier equipamiento" [5]. Además para la determinación del costo de compra del equipo se utiliza una figura totalmente diferente a la que se utilizó en el método anterior. A continuación se aplicará este método a un grupo de calderas con el objetivo de valorar el nivel de aproximación que este tiene comparado con casos reales.

Para estimar el costo de un generador de vapor mediante el empleo de los índices, se realiza utilizando la ecuación 2.1 presentada en el epígrafe 2.2.

Pasos para aplicar el método:

• Definir:

Capacidad de vapor en kg/s

Tipo de combustible: petróleo, gas o carbón Tipo de caldera: construida en sito o empacadas

• Obtener el costo de compra figura 2.3

• Definición de Fp, Ft y FBM

• Cálculo de costo original

Costo original = Costo de compra del equipo * FP * FT * FBM (2.2)

• Buscar el valor del índice presente y el valor del índice al momento que se obtuvo el costo, en la revista de Chemical Engineering [17] en el capítulo que trata sobre los indicadores económicos para el diseño de plantas

• Calcular el costo estimado.

La aplicación del método anterior presenta algunas ventajas y desventajas como son: Ventajas:

• Es aplicable para pequeñas calderas que trabajan con distintos tipos de combustibles estos son: carbón, aceite y gas

• Este método se puede aplicar a dos tipos de calderas, como son: las preconstruidas y las construidas.

Desventajas:

• No es aplicable a cualquier tipo de calderas sino a las que tengan un rango de temperatura de trabajo de 0 °C a 150 °C

• Este método no incluye la biomasa como combustible para las calderas.

Fig. 2.3. Costo de compra de caldera vs capacidad de vapor [5].

Resumen del método

El método anterior no se pudo aplicar a las calderas cubanas y extranjeras que fueron seleccionadas porque tienen una elevada temperatura de trabajo, esta oscila en un rango de 180 °C a 500 °C y la temperatura requerida para poder aplicar el método está en un rango de 0 °C a 150 °C.

Conclusiones parciales.

Los métodos que fueron consultados por la bibliografía seleccionada para estimar el costo de calderas arrojaron las siguientes conclusiones:

• El método Peters solo es aplicable a calderas pequeñas y no a calderas bagaceras.

• El método Urlich solo es aplicable a pequeñas calderas que tengan una temperatura de trabajo de 0 °C a 150 °C. En este método las calderas trabajan con tres tipos de combustibles: carbón, petróleo y gas por tanto no es aplicable a las calderas que trabajan con bagazo.

• Para los estudios inversionistas en centrales azucareros e industrias de procesos grandes y medianas, los métodos de Peters y Urlich no permiten hacer estimaciones de costos de calderas.

CAPÍTULO 3.

Propuesta de un nuevo sistema para la estimación del costo de calderas

• Introducción.

En el presente capítulo se hace una valoración de las consideraciones generales sobre los modelos matemáticos clasificados en modelo análogo, modelo simbólico, modelo dinámico, modelo estático, modelo determinístico y modelo estadístico. En el presente capítulo se realiza un estudio de las calderas pirotubulares y las acuotubulares bagaceras, para el último caso con cuatro tipos de hornos: pinhole, parrilla horizontal basculante, parrilla viajera y lecho fluidizado burbujeante. Al finalizar el capítulo se confeccionan los modelos para la estimación del costo de compra de las calderas y se realiza la comprobación de los mismos y por último se desarrolla un software para cálculos automatizados.

Consideraciones generales sobre modelos matemáticos.

Un modelo ?es una representación de la realidad que se elabora para facilitar su comprensión y estudio y que permite ver de forma sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen entre ellas" [18]. El empleo de un modelo es de gran utilidad en una investigación ya que mediante una forma organizada se puede ver cómo es que va evolucionando la misma, y a la vez permite predecir el comportamiento ante cualquier cambio que pueda surgir.

Un modelo se puede clasificar en modelo análogo, modelo simbólico, modelo dinámico, modelo estático, modelo determinístico y modelo estadístico [19]:

Modelos análogos

Son los modelos en los que una propiedad del sistema real se puede sustituir por una propiedad diferente que se comporta similar.

Modelos simbólicos

Son aquellos en los que se utiliza un conjunto de símbolos en lugar de una entidad física para representar la realidad.

Modelos dinámicos

La característica de estos modelos es el cambio que presentan las variables en función del tiempo.

Modelos estáticos

En este tipo de modelos no se maneja la variable tiempo, estos, representan a un sistema en un punto particular del tiempo; son ejemplos de programación lineal.

Modelos determinísticos

Los modelos determinísticos son aquellos que a cada valor de la variable independiente corresponde otro valor de la variable dependiente. En este se establecen las condiciones para que al ejecutar el experimento se determine el resultado.

Modelos estadísticos

Un modelo estadístico es una expresión simbólica en forma de igualdad o ecuación que se emplea en todos los diseños experimentales y en la regresión para indicar los diferentes factores que modifican la variable de respuesta.

De los tipos de modelos mencionados, se decidió aplicar el tipo estadístico para representar la relación entre el costo de una caldera y su potencia. La decisión de su empleo se basa en que lo que se posee son datos que relacionan la variable dependiente y la independiente que permiten modelar su relación estadísticamente.

Consideraciones sobre las calderas cuya estimación de precios será modelada.

El presente estudio se realizará para las calderas pirotubulares y las acuotubulares bagaceras, estas últimas con cuatro tipos de hornos: pinhole, parrilla horizontal basculante, parrilla viajera y lecho fluidizado burbujeante. El presente estudio se limita a estos casos por ser los más demandados en la actualidad en los estudios de oportunidad de carácter industrial.

Por su importancia, a continuación se presenta una breve descripción de cada tipo de horno [3].

Horno de parrilla pinhole

En la figura 3.1 se muestra la parrilla pinhole la cual está constituida por placas que se apoyan sobre el piso de agua, el cual se conforma de un soporte de tubos de agua que se convierten después en la pared de agua trasera. Las placas tienen huecos cónicos las cuales actúan como toberas para suministrar el aire primario, estas son fijadas a los tubos de agua mediante yugos atornillados. Esta se monta ligeramente inclinada y no tiene

movimiento. En este tipo de horno, la combustión ocurre una parte en suspensión y la otra sobre la parrilla. Las calderas que tienen este tipo de horno pueden ser medianas y grandes. La inversión es media sin pretensiones de alta eficiencia. Desde el punto de vista de la contaminación ambiental las exigencias son moderadas.

Fig. 3.1. Parrilla de horno pinhole.

Horno de parrilla horizontal basculante (HPHB)

El HPHB (ver fig. 3.2) es el tipo de horno más generalizado en las calderas actuales de la industria azucarera en Cuba. El mismo está compuesto por un dosificador alimentador que es el encargado de suministrar el bagazo al lanzador con el fin de introducirlo en el horno. El mismo cae sobre las parrillas de hierro fundido que están situadas sobre el "caballito". En la industria azucarera los caballitos son piezas que conforman la parrilla. El aire primario es suministrado por la parte inferior del horno y tiene como función adicional enfriar la parrilla. El aire secundario es suministrado mediante toberas situadas en la parte trasera del horno. En este tipo de parrilla la limpieza de la ceniza se efectúa mediante un pivoteo de los caballitos, esta cae hacia un depósito de recolección. Los hornos HPHB se emplean en calderas medianas y grandes, siendo la inversión media sin pretensiones de alta eficiencia. En este caso las exigencias son solo moderadas sobre la contaminación ambiental.

Fig. 3.2. Horno de semi-suspensión con parrilla horizontal basculante y distribuidor mecánico.

Horno de parrilla viajera

Este tipo de horno de parrilla viajera (ver fig. 3.3) se caracteriza por la forma de caer el combustible, la cual se realiza por un distribuidor hasta la cámara del horno. En este tipo de horno la parrilla se mueve de atrás hacia delante, permitiendo un tiempo de permanencia adecuado que facilite que cada tipo de partícula combustione, lográndose un mejor aprovechamiento del combustible suministrado. Las calderas que utilizan este tipo de horno son grandes y la inversión es de media a alta, sin pretensiones de alta eficiencia y moderadas exigencias sobre la contaminación ambiental.

Fig. 3.3 Horno de semi-suspensión con parrilla viajera Hornos de lecho fluidizado

El horno de lecho fluidizado se caracteriza por la intensa transferencia de calor en la cámara del horno a bajas temperaturas (800-900 °C), trayendo como beneficio que no se formen gases contaminantes que afectan al medio ambiente como los NOx. El lecho

fluidizado va pasando por un proceso de transformaciones (ver fig. 3.4) las cuales pueden ser: lecho fijo, lecho fluidizado, lecho fluidizado burbujeante y lecho circulante. De mayor interés para esta investigación es el horno de lecho fluidizado burbujeante, el cual se caracteriza por una velocidad del aire superior al valor de la del lecho fluidizado, esto provoca que las partículas muy finas sean arrastradas desde el momento de su entrada y sean capturadas y recirculadas. En el mismo las burbujas de aire se unen formando grandes huecos en el lecho de partículas sólidas [3].

Fig. 3.4. Proceso de formación del lecho fluidizado.

Lecho fijo (a). Lecho fluidizado (b). Lecho fluidizado burbujeante (c). Lecho fluidizado circulante (d).

De acuerdo a lo mencionado anteriormente sobre las características propias que tiene cada tipo de calderas se procederá a explicar el modelo para la estimación del costo.

3.3.1 Modelos para la estimación del costo de compra de las calderas. Para la estimación del costo de las calderas se construirán varios modelos. Estos modelos responden a la forma general:

Cc = f(p, t, Dv, tipo de horno) (3.1)

En el caso de las calderas pirotubulares se dispone de datos de costo de calderas de diferentes producciones de vapor a diferentes presiones. En estas calderas el tipo de horno es siempre el mismo, por lo que puede no tenerse en cuenta, y el vapor es siempre saturado. Lo anterior permite agrupar las variables de presión y producción en una sola variable: potencia, y el modelo quedaría como:

Cc = f(potencia) (3.2)

En el caso de las calderas acuotubulares bagaceras se dispone de datos de costo de calderas con hornos pinhole o parrilla horizontal basculante (igual precio para ambos

casos) en función de pares de valores de presión y temperatura para diferentes producciones de vapor. En este caso el vapor es siempre sobrecalentado por lo que la variable potencia deberá tener en cuenta la presión, la temperatura y la producción de vapor. De hecho, la presión por su importancia se tendrá en cuenta de manera independiente y se construirá un modelo para cada uno de los cuatro valores cuyos datos se poseen. Los hornos de tipo parrilla viajera y de lecho fluidizado burbujeante se modelarán teniendo en cuenta el criterio de expertos [20, 21] que plantean que sus costos se incrementan, respecto al pinhole, en 1,14 % y 1,20 % respectivamente.

El modelo general quedará:

Cc = f(Potencia, Presión , tipo de horno) (3.3)

El ajuste para la actualización del costo al año corriente se efectúa por la ec. 2.1 que es la que utilizan S. Max Peters en el texto Plant Desing and Economics for Chemical Engineers y D.Gael Urlich en el de Diseño y economía de los procesos de ingeniería química. Una vez estimado el costo de compra de la caldera, el valor del índice presente (VIp) para el año de referencia que se desea analizar y el valor del índice al momento que se obtuvo el costo (VImc) para el año anterior al que se va a analizar se buscan en la

revista Chemical Engineering [4, 5, 17].

Información disponible para la construcción de los modelos de estimación del costo de compra de calderas.

En la construcción de los modelos para la estimación del costo de compra de las calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras se necesitan los principales parámetros de funcionamiento de cada una de ellas además del costo de oferta. En las tablas 3.1 y 3.2 se muestra una parte de los mismos para las calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras, respectivamente; el resto de las características se pueden observar en los Anexos A-1 y A-4. Esta información fue recopilada a partir de varias fuentes de información excepto la potencia térmica que se calcula mediante la multiplicación del flujo másico del vapor por la entalpía del mismo [20, 21].

Modelos de costo de compra gráfico y analítico.

Los gráficos que se muestran a continuación fueron realizados con la herramienta Microsoft Excel del Office 2010 para dos tipos de calderas: la pirotubular y la acuotubular bagacera. En ambos casos se grafica la potencia térmica vs. el costo de compra del equipo.

• Calderas pirotubulares

La figura 3.5 muestra una relación exponencial entre el costo de compra de la caldera pirotubular y la potencia térmica, la correlación entre ambos es positiva con un factor de correlación R2 de 0,90; este valor es adecuado de acuerdo a lo establecido en los gráficos de dispersión los cuales se encuentran entre 0,75 y 1. El gráfico que se encuentra en la figura antes mencionada se puede usar con fines de cálculo aproximado para estimar el costo de compra de una caldera entrando con la potencia térmica de la misma.

Figura 3.5. Gráfico de costo de compra de la caldera de vapor pirotubular vs potencia térmica.

El modelo analítico para estimar el costo de compra de una caldera pirotubular se efectúa mediante la siguiente ecuación:

Cc = 0,0186e0,0004*Pot (3.4)

Donde:

Cc- Costo de compra de la caldera expresado en MM USD.

Pot-Potencia térmica de la caldera expresada en kW.

• Calderas acuotubulares bagaceras.

La figura 3.6 muestra la relación entre costo de compra de calderas acuotubulares bagaceras que trabajan a distintos valores de presión, temperatura y potencia térmica.

Con fines de cálculos aproximados y rápidas estimaciones los gráficos que se encuentran en la figura mencionada, se pueden usar para estimar el costo de una caldera entrando con su potencia térmica, en este caso para dos tipos de hornos (pinhole y parrilla horizontal basculante), siempre y cuando la caldera trabaje en los rangos de presiones y temperaturas presentados en la gráfica. Para estimar el costo de las calderas antes mencionadas se emplea el procedimiento explicado en el epígrafe 3.3.1.

Potencia térmica en kW

Figura 3.6. Gráfico de costo de compra vs potencia térmica para calderas acuotubulares bagaceras.

En la tabla 3.3 se presentan las ecuaciones de ajuste de la curva correspondiente a las calderas acuotubulares bagaceras para los parámetros de operación empleados en la estimación del costo. Mientras que en la tabla 3.4 se presentan las ecuaciones de ajuste

obtenidas para las calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno de parrilla viajera y de lecho fluidizado burbujeante.

La tabla 3.4 presenta un grupo de ecuaciones, que mediante un rango de presión y temperatura correspondiente a cada una de ellas, se estimará el costo de compra de calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno de parrilla viajera, y de lecho fluidizado burbujeante.

Comprobación de los modelos.

Un modelo analítico no es más ?que una reproducción de puntos, rectas, planos, curvas, superficies en sistemas de coordenadas que a partir de las ecuaciones que lo representan permiten desarrollar estimaciones, y a la vez estudiar fenómenos de interés para todo el personal que desee efectuar una investigación determinada" [22].

Los valores que se utilizan para plotear los puntos que contribuyen al trazado de la curva (ver figura 3.5) permitieron obtener la ecuación 3.4 para estimar analíticamente el costo de compra para los casos de calderas pirotubulares referidos en la tabla 3.1.

• Comprobación del modelo para calderas pirotubulares.

Para la comprobación del modelo de las calderas pirotubulares no se dispone de otros valores que los empleados en la construcción del mismo, aunque esto no es lo más adecuado, se efectuará la comprobación con estos valores. Un ejemplo de cálculo se muestra a continuación para el caso CMS-C/220 del Anexo A-1.

Cc = 0,0186e0,0004*Pot

Cc = 0,0186 * e0,0004*169,62 Cc = 0,019905 MM USD

VIp CE = Cc * [VImc]

CE = 0,019905 * [567,3 = 0,019905 MM USD = 19 905 M USD 567, ]

En la tabla 3.5 se muestran los costos estimados, para el año 2013, por medio del modelo analítico desarrollado en el presente trabajo y se compara con los precios de calderas pirotubulares ofertados por Alastor del mismo año.

La aplicación del modelo analítico a las calderas pirotubulares arrojó como resultado, que ninguna sobrepasó el 30% del margen de precisión requerido para efectuar un estudio de oportunidad. Con lo dicho anteriormente se puede señalar que el modelo desarrollado (Ec. 3.4) permite estimar el costo de las calderas pirotubulares que se encuentren en un estudio pre-inversionista de industrias para un rango de presión de 9 a 12 bar, temperatura de hasta 184 °C y producción de vapor de 0,2 a 4 t/h.

• Comprobación del modelo para calderas acuotubulares bagaceras.

En este caso se dispone de ofertas de calderas con tipo de horno pinhole para los años 2010, 2012, 2013 y 2014 que no fueron utilizadas para la construcción de los modelos. Un resumen de las principales características de las mismas se presenta en la tabla 3.6 y un mayor número de datos se puede encontrar en el anexo A-5.

Fuente:

Casos 1 y 3: comunicación personal del Dr. C. Ángel Rubio González con el técnico Osvaldo González, especialista cubano residente en Venezuela.

Caso 2: comunicación personal del Dr. C. Ángel Rubio González con Ing. Quiroga especialista de la empresa Bio Caribe S.A de AZCUBA.

Caso 4: comunicación personal del Dr. C. Ángel Rubio González con el consultor cubano residente en EE.UU Félix Pérez Eguzquiza.

Caso 5: Dr. C. Ángel Rubio González.

En el siguiente ejemplo de cálculo se presenta la metodología empleada para estimar el costo de compra (Cc) de las calderas acuotubulares bagaceras y tipo de horno pinhole para temperatura 380 °C y presión de 40 bar correspondiente al caso #1 de la tabla 3.6.

Cc = 1 * 7,958e2E-06*Pot (3.5)

Cc = 1 * 7,958e2E-06*86502,48 Cc = 9,46 MM USD

Donde:

????- Costo de compra de la caldera de vapor en MM USD.

1- Constante que le corresponde al tipo de horno, ver epígrafe 3.2.1.

Pot- Potencia térmica en kW, esta se busca en la tabla 3.2.

La ecuación 2.1 se emplea para calcular el costo estimado de la caldera. El valor del índice presente (VIp) que se utiliza para efectuar el cálculo es el del año 2014 y el del índice al momento que se obtuvo el costo (VImc) es el del año 2013. Estos se obtuvieron de la revista Chemical Engineering, en el capítulo que aborda los indicadores económicos para el diseño de plantas [17].

VIp CE = Cc * [VImc]

CE-Costo estimado en MM USD.

CE = 9,46 * [578,9 = 9,65 MM USD567, ]

El costo estimado total según el modelo analítico para una caldera acuotubular bagacera con tipo de horno pinhole en el año 2014 es de 9,65 MM USD.

En la tabla 3.7 se establece una comparación de los precios de calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinhole, ofertadas por las mismas fuentes presentadas en la tabla 3.6. La comparación se realizará mediante un modelo analítico que permite estimar el costo de compra de calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinhole. Este modelo da como resultado el costo de compra de las calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinhole para el año 2013 teniendo en cuenta que las calderas que se utilizaron como base en la construcción del gráfico fueron de ese año. Con el costo de compra obtenido se lleva al año de oferta de la caldera, empleando la ec. 2.1.

En la tabla 3.7 se puede apreciar que el modelo analítico desarrollado es factible para estimar el costo de calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinhole, para el año 2013 como base. La comparación con los años de ofertas de las calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinhole, que se encuentran en la tabla 3.6, reflejan como resultado un margen de error que está en un rango de -6% a -32 % trayendo como consecuencias que exista solamente una caldera que esté fuera del margen de precisión requerido para implementar un estudio de oportunidad que es de un 30%.

La aplicación de dichos modelos gráfico y analítico a las calderas antes mencionadas permite estimar el costo por un método sencillo, y rápido facilitando la utilización de estos modelos en los estudios pre-inversionistas de carácter industrial.

La desventaja que presenta los modelos gráfico y analítico desarrollados en esta investigación para ambos tipos de calderas, es que están limitados al rango de potencia térmica y costo de compra empleados para el desarrollo de dichos modelos.

Software para cálculos automatizados.

Para la estimación del costo de las calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras se efectuará mediante el software Manager assister of energy Project, confeccionado por el ingeniero Yaniel García Lovella en colaboración con el autor. El software brinda la posibilidad de introducir los principales parámetros de funcionamiento de una caldera de vapor, como son: la presión (p), la temperatura (t), y la producción de vapor (Dv). Con la introducción de los datos antes mencionados, el personal encargado de realizar estudios pre-inversionistas de carácter industrial, puede estimar el costo de las calderas antes mencionadas. El mismo contribuye de una manera rápida y sencilla a minimizar el tiempo necesario para efectuar los cálculos de estimación de costo de una caldera.

Descripción del software.

El software cuenta con una estructura de trabajo, que se muestra a continuación en el siguiente diagrama:

Figura 3.7. Diagrama de bloque de la secuencia operacional del software.

La estimación del costo de calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras se efectúa mediante el software Cost manager assister of energy project, permitiendo establecer comparaciones de costos de ofertas de calderas que se muestran en las tablas 3.1 para el caso de las pirotubulares, y la 3.6 para el caso de las acuotubulares bagaceras.

Para comenzar el trabajo con el software se procede a la secuencia de comandos mostrada en la figura 3.8.

Una vez que se activa el comando de cálculo de costos se realizan los siguientes pasos:

• Selección del tipo de caldera (tubos de fuego y tubos de agua) y el origen de la misma, figura 3.9.

• Selección de la opción que permite activar los parámetros potencia y presión y producción de vapor con los cuales el usuario desee trabajar, figuras 3.10 y 3.11.

• Sí se selecciona la potencia, se activa la casilla correspondiente a esta, y se le introduce la potencia térmica de la caldera que se desea estimar el costo, figura 3.9.

• Introducir el valor de índice al año que se desea estimar el costo de la caldera.

• Se obtiene resultado de costo estimado de la caldera.

• En el caso de tener los parámetros de presión y producción de vapor se activan las casillas correspondientes a estos y se sustituyen en ellas, figura 3.11.



Figura 3.11. Selección de la opción que permite activar el parámetro presión y producción de vapor.





Para el caso de las calderas acuotubulares bagaceras el procedimiento de trabajo es el mismo, lo único que tiene adicionalmente es el tipo de horno de dichas calderas y la introducción de la entalpía del vapor.

Verificaciones de los costos obtenidos por el software.

La aplicación del software a las calderas pirotubulares que se presentan en la tabla 3.1 y a las acuotubulares bagaceras que se muestran en la tabla 3.6, permite realizar la estimación del costo de calderas de manera sencilla y rápida, lo cual permite establecer una comparación con los costos de oferta. Los resultados se muestran en la tabla 3.8 (calderas pirotubulares) y tabla 3.9 (calderas acuotubulares).

En la tabla 3.8 se puede apreciar que el software utilizado para estimar el costo de calderas pirotubulares es aplicable al cálculo deseado, derivando que para las siete calderas empleadas en el estudio, la totalidad cumplen con el margen de precisión requerido para efectuar un estudio de oportunidad (30%). En el caso de las calderas pirotubulares el software presenta limitantes en cuanto a los principales parámetros de funcionamiento de la caldera que impiden aplicarlo, el mismo se puede emplear para el rango de presión de 9 a 12 bar, temperatura de 0 a 184 °C y producción de vapor de 0,2 a 4 t/h.



La aplicación del software a las calderas acuotubulares bagaceras con tipo de horno pinole, que se encuentran en la tabla 3.9, permite estimar el costo de estas calderas y así establecer una comparación con los costos de las ofertas de las calderas que se presentan en la tabla 3.6, obteniéndose como resultado un margen de error entre -6 a – 27%. Los resultados obtenidos se encuentran dentro del margen de precisión requerido en un estudio de oportunidad (30%), no existiendo así inconvenientes que impidan el uso del software en este tipo de estudio.

3.8 Conclusiones parciales.

• Los modelos gráfico y analítico permiten obtener de manera rápida y sencilla el costo de las calderas pirotubulares y acuotublares bagaceras empleando la potencia térmica de las mismas.

• El modelo analítico desarrollado para la estimación del costo de las calderas pirotubulares presenta un margen de precisión entre -20 a 15% que está dentro del requerido para la implementación de estudios pre-inversionistas de carácter industrial.

• Al aplicar el modelo analítico a las calderas acuotubulares bagaceras con una presión de 82 bar, temperatura de 540 °C y 200 t/h de vapor, existió un margen de error con respecto a los costos de ofertas que supera en casi un 2% al requerido para los estudios pre-inversionistas de carácter industrial.

• Los modelos gráfico y analítico presentan como limitante que la potencia térmica debe estar dentro del rango empleado para la construcción del modelo, de 170 a 3 095 kW para calderas pirotubulares y de 85 281 a 286 469 kW para calderas acuotubulares bagaceras.

• La aplicación del software desarrollado para la estimación del costo de calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras permite hacer rápidas estimaciones, siendo este una herramienta de trabajo para todo aquel personal encargado de efectuar estudios pre- inversionistas de carácter industrial.

Conclusiones

• Las normativas existentes en Cuba para los procesos inversionistas señalan que para efectuar las estimaciones de costo, de manera general, estas tienen que cumplir con un margen de precisión requerido por los estudios pre-inversionistas que se estén efectuando: para un estudio de oportunidad debe ser como máximo de un 30%, para un estudio de pre-factibilidad de un 20% y para un estudio de factibilidad de un 10%.

• El estudio bibliográfico permitió identificar que las metodologías existentes para estimación de costos de calderas tienen limitantes que impiden estimar el costo de las calderas necesarias en muchos procesos inversionistas: el método Peters solo es aplicable a calderas pequeñas y no a calderas bagaceras y el método Urlich solo es aplicable a pequeñas calderas que tengan temperatura de trabajo entre 0 – 150 °C y no puede ser empleado para calderas que trabajan con bagazo.

• La metodología confeccionada para estimar el costo de calderas pirotublares y acuotubulares bagaceras a través de los modelos gráfico y analítico permite resolver las limitantes existentes en los modelos consultados por el estudio bibliográfico realizado.

• La aplicación del software desarrollado, en base los modelos que se proponen, para la estimación del costo de calderas pirotubulares y acuotubulares bagaceras permite hacer rápidas estimaciones, siendo este una herramienta de trabajo para todo aquel personal encargado de efectuar estudios pre-inversionistas de carácter industrial.

Recomendaciones

• Ampliar la información relacionada al costo de las calderas pirotubulares y acuotubulares para aumentar el número de casos que permita obtener un modelo que se ajuste mejor a la variedad de tipos de calderas acuotubulares disponibles en el mercado.

• Reducir las limitantes que presenta el software respecto a presión, temperatura y potencia térmica para que el mismo sea aplicable a una gama mayor de calderas.

Referencias bibliográficas

• Consejo de Ministros, Decreto No 5 Reglamento del proceso inversionista 1977, Ministerio de Justicia: La Habana.

• Consejo de Ministros, Decreto Ley 327 REGLAMENTO DEL PROCESO INVERSIONISTA 2015, Ministerio de Justicia: La Habana. p. 27-59.

• Rubio González, Á., Generadores de vapor funcionamiento y explotación. 2000. p. 170.

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• Urlich, G.D., Diseño y economía de los procesos de ingeniería química. 1986, México Mc Graw Hill. p. 312.

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ANEXOS

Anexo A-1



Tabla. Dimensiones de las calderas fabricadas en Alastor que fueron seleccionadas para aplicarle el método del Peters.





Caldera pirotubular cubana, a) Vista lateral, b) Vista frontal [3]. 1 Salida de vapor 2 Entrada de agua 3 Extracción de fondo

4 Válvula de seguridad 5 Salida de gases 6 Pizarra de control

Anexo A-4



Continuación Anexo A-4

Fuente de información: Información general de la empresa CALDEMA de Brasil facilitada al Prof. Electo Silva, de la Universidad Federal de Itajubá, Brasil.

Pensamiento

Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica:

la voluntad.

Albert Einstein.

Dedicatoria

Dedico este trabajo de diploma, en especial a mi familia, que me ha guiado siempre por el camino del bien.

Agradecimientos

A mis padres, por darme en todo momento su amor y consejos.

A mi única hermana que siempre ha estado pendiente de mí en todo momento. A mi sobrinito Lusian por su cariño.

A todos mis compañeros del aula y albergue.

En especial quiero agradecer a dos grandes amigos míos que siempre estuvieron en los momentos buenos y malos a mi lado estos son: Lizet Rodríguez Machín y Yosbel Giraldo Hernández Hernández.

A mis amigos del cuarto: Oscarito, Markel y Noelvis.

A mi tutor: Ángel Rubio González por guiarme y corregirme en todo momento.

Al profesor Inocencio Raúl Sánchez Machado por haberme solicitado información valiosa para el primer capítulo de mi tesis.

A mi amigo Yaniel García Lovella que gracias a él se pudo culminar el capítulo III. Al profesor Oscar Cruz Fonticiella por haberme enseñado a hallar el costo de calderas.

A todos mis profesores por brindarme sus conocimientos y darme una correcta formación para mi futuro como profesional.

A la Revolución, por darme la oportunidad y posibilidad de ser un profesional.

A todos muchas gracias.

Agradecimientos

Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en mecánica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.



Facultad de Ingeniería Mecánica

Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales

Trabajo de Diploma

Título: Análisis crítico de los sistemas de evaluación de costo de calderas y propuesta de uno nuevo para estudios de oportunidad.



Tutor: Dr.C.Ángel Rubio González

Santa Clara Curso: 2014-2015

"Año 57 de la Revolución"

 

 

 

Autor:

Jorge Luis Marrero García.

Partes: 1, 2