Sistema de Gestión Total Eficiente de Energía en el CAI "Pepito Tey"

El CAI " Pepito Tey " es el único que pertenece al Municipio de Cienfuegos, está ubicado en la carretera de Trinidad y tiene una norma potencial de molida de 215 000 @/día de caña.

En el momento de comenzar nuestro trabajo, se puede considerar la situación del CAI como inoperante termoenergétituación del CAI como inoperante termoenergéticamente por los siguientes motivos:

• Baja presión de vapor directo.
• Bajos niveles de generación de energía eléctrica en el turbogenerador.
• Alto consumo de energía eléctrica del SEN.
• Constantes paradas del proceso productivo.
• Alta presión del vapor de escape y sobrante a la atmósfera.
• No hay autoabastecimiento de combustible (bagazo), se consume combustible adicional (leña).
• A pesar de mantener un 5to tacho, no existe una correcta estrategia de operación en esta área, lo que provoca picos en el consumo de vapor.
• Bajo nivel de aprovechamiento del condensado ( todo el vapor vegetal y parte del condensado de vapor de escape se contamina).
• Baja preparación técnica de los operadores que provoca que usen estrategia de operación erróneas (temp. del pre-evaporador, calentadores etc).
• La planta de tratamiento de agua no da capacidad y no tiene calidad el agua para las calderas.

Por lo que se determinó implantar la tecnología en la Industria inicialmente.

LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE ESTE INGENIO SON LAS SIGUIENTES:

• Cuatro generadores de vapor EVELMi>Cuatro generadores de vapor EVELMAN de 20 ton/hr. ( 3 pueden producir vapor a 250 psig y 310 °C y una cuarta a 180 psig y 250 °C).
• Las cuchillas picadoras, la desmenuzadora y los molinos son movidos por turbinas de vapor SKODA. Hay que señalar que todas estas turbinas pueden trabajar a 250 psia y 310 °C.
• Un turbo-generador alemán VEB de 1500 kW.
• Cuatro máquinas de vapor que mueven bombas de mieles, magna ( trabajan a baja presión de vapor).
• Un pre-evaporador de 10 800 pcsc y un cuádruple efecto sin extracción de 28 000 pcsc, alimentado con vapor de escape.
• La estación de calentamiento y cinco tachos que pueden trabajar con vapor de escape o vapor procedente del pre-evaporador.
• 
• Cuatro centrífugas de 1ra y 2da y la misma cantidad de tercera.

En el CAI se utiliza la energía eléctrica, gasolina, leña, fuel-oil y el diesel como portadores energéticos externos y el bagazo como combustible para las calderas.

Del total de energía consumida por el CAI, el 78 % le corresponde a la energía eléctrica y al diesel.

De estos portadores, la industria es el mayor crtadores, la industria es el mayor consumo de energía eléctrica y esta representa un 63 %, un 30 % por el batey y un 7 % en los Centros de Acopio.

La estructura de consumo de Energía Eléctrica en la industria, los de mayor incidencia son las áreas de evaporación, Calentamiento y Concentración con un 28 %; centrífugas con un 25 %, generación de vapor con un 22 % y molinos con un 12 %.

ESTRUCTURA DE CONSUMO DEL VAPOR (DIRECTO)

Áreas

Tándem y Molinos ……….. 44.25 %

Planta Eléctrica ……………. 34.03 %

Fabricación y otros ……….. 21.72 %

SOBRECONSUMOS Y POTENCIALES DE AHORRO

Durante gran parte de la zafra se utilizó el esquema de evaporación de Quíntuple Efecto y no el de pre-evaporador con cuádruple efecto que era el esquema tradicional utilizado en este ingenio, realizamos un análisis de ambos ste ingenio, realizamos un análisis de ambos esquemas y los resultados fueron los siguientes:

ESQUEMA DE PRE-EVAPORADOR CON CUADRUPLE EFECTO.

El pre-evaporador consume 26.5 ton/h de vapor de escape y produce 24.8 ton/h de vapor vegetal que alcanza para alimentar dos tachos, calentadores primarios y se alimenta con vapor de escape el cuádruple efecto, dos tachos y el resto de los calentadores.

El consumo total de vapor de escape con esta variante de operación es 54.6 ton/h y no hay que pasar vapor por reductora.

El índice de consumo de vapor es de 530 kgv/tc molida.

ESQUEMA DE QUINTUPLE EFECTO

El pre-evaporador consume 44 ton/h de vapor de escape y produce 41.2 ton/h de vapor vegetal que alimentan todos los consumidores de proceso aunque hay necesidad de pasar vapor por reductora.

El consumo total de vapor de escape con esta variante de operación es 61 ton/h .

El índice de consumo de vapor es 592.2 kgv/tc molida.

Cuando se trabaja con el esquema de evaporación de Quíntuple Efecto hay un sobreconsumo de vapor de escape de 6.4 ton/h. Además este pre-evaporador que ahora actúa como primer vaso del múltiple efecto está diseñado para trabajar tanto por el cuerpo como por la calandria para un flujo de vapor de 30 ton/h, si pasan por el 44 ton/h hay un incpasan por el 44 ton/h hay un incremento de la velocidad del vapor a través del mismo, con un bajo aprovechamiento del calor disponible en el vapor de escape, esto provoca que la temperatura de los condensados sea excesivamente alta y haya cavitación en la bomba y en el sistema, este problema lo eliminan mezclando el condensado con agua fría.Por la parte de la calandria la evaporación tiene el mismo inconveniente, ahora el incremento de la velocidad provoca que haya arrastre en el vapor y por lo tanto los condensados dan contaminado y no se pueden aprovechar, además del problema que provoca esto en la operación de estos equipos ( erosión, vibraciones.)

Los arrastres en evaporadores sin separadores de arrastres pueden alcanzar hasta el 5 % de pérdidas indeterminadas.

El consumo específico de vapor por ton de caña molida es muy elevado si se habla de valores aceptables de ( 450 – 500 kgv/tc molida ) y se pueden lograr y de hecho ya se logran en otros países hasta 350 kgv/tc molida.

• ALTOS PARAMETROS DEL VAPOR DE ESCAPE.

Los parámetros del vapor de escape que alimentan el quíntuple efecto son elevados, alcanzándose temperaturas de jugo de (130 – 140 ) oC y en ocasiones superiores que para el PH de 6.6 como promedio provocó una pérdida de azúcar en la zafra pasada de 240 toneladas.

• LOS MOTORES PRIMARIOS NO TRABAJAN A LOS PARMARIOS NO TRABAJAN A LOS PARAMETROS NOMINALES DEL VAPOR DIRECTO.

Todos los motores primarios ( turbinas que mueven las cuchillas, desmenuzadora y molinos, así como el turbogenerador ) son de tercera generación, es decir están preparados para trabajar a 250 psig y 310º C y en esta zafra los parámetros del vapor directo fueron inferiores lo que provocó un incremento en los consumos específicos de vapor de estos equipos y por consiguiente un sobreconsumo de combustible.

CONSUMOS DE VAPOR

EQUIPOS Consumo. Cond. Actuales Consumo. Par. Nominales

Turbina Cuchillas 4.8 3.6

Turbina Desmenuz. 4.9 3.9

Turbina Molinos 1 y 2 6.1 5.1

Turbina Molinos 3,4 y 5 8.8 7.2

Turbogenerador (1200 kw) 23.6 19.3

Máquinas (Bombas) 6.3 6.3

Vapor por reductora 2.8 –

TOTAL 57.32 45.3

Por no trabajar a los parámetros nominales del vapor directo los motores primarios tienen un sobreconsumo de vapor de 12 ton/h lo que representan 6 ton/h de bagazo y 7967 ton de bagazo en la zafra.

Del gráfico de consumo específiN="JUSTIFY">Del gráfico de consumo específico de vapor por kw-h generado en el turbogenerador los valores oscilan entre 16 y 22 kgv/kw-h lo cual está muy por encima de los valores normales para este equipo ( 8-12 kgv/kw-h). Esto es debido a que no está trabajando a los parámetros nominales, En los demás motores primarios también es muy elevado.

Si se sustituyen las máquinas de vapor que mueven las bombas de mieles magma por motores eléctricos se pueden generar 700 kw más, aunque parte de esta energía se utilicen en estos motores.

• BAJA EFICIENCIA DE LOS GENERADORES DE VAPOR.

El Indice de generación de vapor nominal de estas calderas es 2.25 y ninguna alcanza este valor.

Cons. Vapor (ton/h) Bag.Cons.Act(ton/h). Bag. Cons. Nom. (ton/h)

G.V # 1 16.8 8.64 7.47

G.V # 2 20 9.8 8.89

G.V # 3 20 9.67 8.89

G.V # 4 20 9.64 8.89

TOTAL 76.8 37.74 34.13

El índice de generación de los generadores de vapor son 1.945, 2.0416, 2.07 y 2.076 respectivamente. Hay un sobreconsumo de bagazo de 3.6 ton/h lo que representa 4824.8 ton de bagazo en la zafra.

• PERDIDAS POR TUBERIAS SIN AISLAR O MAL AISLADAS.

Se detectaron la existencia de 59 m de tubería de vapor directo y 11m de tubería de vapor de espor directo y 11m de tubería de vapor de escape sin aislar lo que representan 134 ton de bagazo en la zafra.

INCORRECTA OPERACIÓN EN TACHOS Y CALENTADORES.

Hay que señalar que aunque se lleva un control escrito sobre la operación de los tachos no hay una estrategia establecida en esa área pues por lo general se descargan varios tachos a la vez, no trabajan todos los tachos y esto provoca picos en la demanda de vapor de escape lo que hace que se bote vapor a la atmósfera o se pase vapor por reductora, ambas situaciones extremadamente perjudiciales para el balance termoenergético del ingenio, lo cual no debe ocurrir en un esquema con cinco tachos en un ingenio de estas características.

Se detectó en varias ocasiones que no existía control de la temperatura a la salida de los calentadores que debe ser ligeramente superior a 100ºC y se detectaron temperaturas de (110 – 115) oC lo cual incrementa el consumo de vapor de escape innecesariamente.

• COMPORTAMIENTO DE LOS INDICES DE GENERACION Y CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA.

En estos índices aunque se logra una mejoría con respecto a las zafras anteriores, el de generación fue de 10.037 por 9.59 kw-h/tc molida y el índice de consumo de 16.8 por 18.29 kw-h/tc molida .

En el caso del índice de generación de energía eléctrica aunque tuvo ungía eléctrica aunque tuvo una ligera mejoría y fue mejor que el planificado este está muy lejos del valor medio de la provincia y la nación y mucho más de los países que van a la vanguardia en el mundo azucarero.

El índice de consumo esta en el rango aceptable para este tipo de ingenio.

En el gráfico se observa una fluctuación del índice de generación entre 2 y 14 kw-h/tc molida lo que da un potencial a aprovechar grande; este valor pudiera ser 14.56 kw-h/tc molida.

• COMPORTAMIENTO DE LOS INDICES DE CONSUMO ESPECIFICO DE VAPOR DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS.

Del gráfico de consumo específico de vapor por kw-h generado en el turbogenerador los valores oscilan entre 16 y 22 kgv/kw-h lo cual está muy por encima de los valores normales para este equipo ( 8-12 kgv/kw-h). Esto es debido a que no está trabajando a los parámetros nominales, En los demás motores primarios también es muy elevado.

• OTROS FACTORES QUE AFECTAN EL TRABAJO ESTABLE DE LA INDUSTRIA Y POR LO TANTO LA GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA Y EL SOBRANTE DE BAGAZO.

1. Inestabilidad de la molida.

2. Calidad de la materia prima.

3. Cantidad y temperatura del agua de imbibición.

4. Humedad y preparación del bagazo.

1. – INESTABILIDAD DE LA MOLIDA.

El factor más importante y que influye de forma directa en el déficit de bagazo lo constituye la inestabilidad de la molida ya que uno de los momentos en que más se consume bagazo en los centrales es en los arranques y paradas de este. En el central "Pepito Tey " este factor se comportó de forma muy inestable producto de la escasa fuerza de corte manual y mecanizada, falta de equipos agrícolas y las condiciones del tiempo.

El comportamiento de la molida durante la zafra fue como promedio 67.79 % es decir muy bajo, además hubo mucha inestabilidad en la molida horaria, el tiempo perdido promedio fue 23.61 % bastante elevado. La inestabilidad de la molida puede provocar un sobreconsumo de combustible de hasta el 30 % del bagazo disponible.

2. – CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA.

Dentro de los factores que influyen en la calidad de la materia prima tenemos:

• Cantidad de materias extrañas entradas a fábrica.
• Caña atrasada.

Hay que tener en cuenta que la cantidad de materias extrañas entradas a fábrica juegan un papel importante en el descenso del rendimiento del azúcar producida con relación a la caña molida, debido a que son materias que no poseen sacarosa rias que no poseen sacarosa y por lo tanto lejos de aportar azúcar, lo que hacen es extraer determinado % de este producto durante la molida en los tándem.

El % de caña atrasada es un indicador negativo en el proceso azucarero, tanto desde el punto de vista de producción de azúcar como del energético, ya que representa a la vez, pérdidas de azúcar, mayores volúmenes de mieles, aumento de la viscosidad de los productos manejados en la estación de tachos e influye considerablemente en el consumo de vapor.

Comportamiento de estos factores durante la zafra 99.

3. – CANTIDAD Y TEMPERATURA DEL AGUA DE IMBIBICIÓN.

Comportamiento del % de agua de imbibición durante la zafra 99.

Se utiliza una cantidad de agua de imbibición muy elevada 21.6 % caña, lo cual favorece la extracción de azúcar pero empeora el balance energético , lo cual no es recomendable para las condiciones del ingenio.

4. – HUMEDAD Y PREPARACION DEL BAGAZO.

El comportamiento deGN="JUSTIFY">El comportamiento del % de humedad del bagazo durante la zafra fue como promedio 49.678 %, es decir, valores que se consideran elevados. La humedad del bagazo está estrechamente relacionada con la cantidad de agua de imbibición que se utiliza y el trabajo de los molinos, lo que afecta el nivel de bagazo sobrante en los generadores de vapor ( al incrementar 1% la humedad del bagazo puede representar una disminución del calor de combustión del orden del 2 %). Estos valores son superiores incluso a otras zafras.

COMPORTAMIENTO DE LOS INDICES DEL CAI

COMPARANDO LAS ZAFRAS DEL 98 y el 99.

ZAFRA 1998.

ECONOMICOS.

Costo de Producción 7355.7 miles de pesos.

Producción 13427 ton de azúcar.

Costo/ton azúc. 547.87 $/ton az.

Costo/ton azúc.(descontando la venta de miel ) 511.77 $/ton az.

Costo/$ prod. 2.28 $/$prod.

Costo/$ prod. (descontando la venta miel ) 2.13 $/$prod.

ENERGETICOS.

Costo energía/producción 53.84 $/ton az.

Costo energía/costo total 9.83 %

ZAFRA 1999.

Costo de Producción 5927.5 miles de pesos.

Producción 14875 ton de azúcar.

Costo/ton azúc. 398.48 $/ton az.

Costo/ton azúc.(descontando la venta de miel ) 372.63 $/ton az.

Costo/$ prod. 1.miel ) 372.63 $/ton az.

Costo/$ prod. 1.67 $/$prod.

Costo/$ prod. (descontando la venta miel ) 1.55 $/$prod.

ENERGETICOS.

Costo energía/producción 40.15 $/ton az.

Costo energía/costo total 10.07 %

CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES.

2. Por baja eficiencia en la combustión en los generadores de vapor se pueden ahorrar 4 224.8 ton bagazo/zafra.
3. Por aislamiento térmico en las líneas de vapor directo y vapor de escape 134 ton bagazo/zafra.
4. Pérdidas por trabajar el sistema de vapor a más presión de 250 psia a 220 psia se pierden 1 967.7 ton bagazo/zafra.
5. Se utilizaron en la zafra 41 593 ton bagazo de lo cual no se aprovecharon. 12325 toneladas de bagazo en la zafra lo que representa el 29.6 % de todo el bagazo utilizado. Esto representa 2071.4 t.c.c con un valor de $ 236142.85
6. Por el fenómeno de inversión de sacarosa en los evaporadores debido a las altas temperaturas del vapor de escape se perdieron en la zafra 240 toneladas de azúcar que representan una pérdida de 57600 dóllares.
7. Por trabajar el esquema de evaporación de Quíntuple efecto y no como Pre-evaporador con Cuádruple efecto como estaba antes hay un sobreconsumo de vapor de escape de 6.4 ton/h.
8. Se utiliza una cant ton/h.
9. Se utiliza una cantidad de agua de imbibición muy elevada 21.6 % caña, lo cual favorece la extracción de azúcar pero empeora el balance energético del ingenio, lo cual no es recomendable para las condiciones del ingenio.
10. Extender la aplicación del PROYECTO a otras áreas del CAI pues el consumo de otros portadores energéticos tienen una representación importante en el balance energético total del mismo. Diesel (38 %), fuel-oil (11 %) y están fuera de la industria.
11. Independizar el Batey de la Industria pues a pesar de conocerse el consumo del mismo no se determina que cantidad se consume en cada horario y puede afectar a la industria.
12. Realizar las mediciones a los motores eléctricos para la próxima zafra, lo cual no pudo realizarse, y que representa un potencial de ahorro considerable.
13. Mantener la molida horaria lo mas estable posible, considerado este factor como el mas importante en el balance energético del Ingenio.
14. Trabajar con una sola línea de presión de vapor directo y a los parámetros nominales de los motores primarios ( 250 psig y 310 oC) con lo cual se logra un ahorro considerable de combustible.
15. Mantener un riguroso control de la operación, fundamentalmente en los procesos de calentamiento, evaporación, cocción.
16. Controlar la calidad del agua de alimentar calderas, mas aún con la elevación de los parámetde los parámetros de vapor, y que no cumple con los requisitos establecidos.

Msc.Felix González Pérez.