factibilidad tecnica economica del cambio de petroleo residual n6 en caldera n5 de la empresa...

Factibilidad Técnica Económica del cambio de Petróleo Residual Nº6 por gas natural en la caldera Nº 5 de la empresa pesquera T.A.S.A. ubicada en el distrito de Razurí , departamento de La Libertad

Atoche Palza, Edson José Julio

PAGINA DEL JURADO

Título:

“Factibilidad Técnica, Económica del cambio de Petróleo Residual N°6 por

Gas Natural para la Caldera 05 de la Empresa Pesquera T.A.S.A ubicada en el

Distrito de Razuri, Departamento de La libertad”

Autor :

Atoche Palza Edson José Julio

Asesor :

Paredes Rosario , Raúl Rosalí

Atoche Palza Edson José Julio

Autor

Jurado de Tesis

Ing. Guayan Huaccha Elí

Presidente

Ing. Julca Verastegui, Luis Ing. Paredes Rosario,Raúl

Secretario Vocal



DEDICATORIA

A Dios, quien dimensiono todo el universo,

por haberse revelado a nosotros a través

de su creación desde tiempos milenarios,

inspirando así a los grandes hombres

de la ciencia; llamando su atención y así

poder cambiar la manera en como

satisfacemos nuestras necesidades.

A mis padres Julio Cesar Atoche

Aguirre y mi madre Sixtina Julia

Palza Carranza, por haber sido el

medio que Dios utilizó para traerme

a este mundo, en especial a mi

madre, Magister en Educación, por

haberme mostrado su apoyo

incondicional en estos 5 años de

estudios.

Al cuidado que las señoras: Rosa Aguirre

y Julia Carranza, que le dieron a sus esposos

Julio Atoche y José Palza para su óptimo

desarrollo en la industria metal mecánica

e instrumentación industrial, campos que

sirvieron como base de conocimientos

para su formación técnica y profesional;

conocimientos que fueron transmitidos

a través de los genes, de mis abuelos a

mis padres y de mis padres a mí.



AGRADECIMIENTOS

A Dios por haber sido buen Padre,

Por haberme permitido gozar

De su gracia en su providencia durante

Este tiempo de vida universitaria, por haber

Generado todas las oportunidades de trabajo

Y prácticas en la industria; permitiéndome así

Conocer tempranamente mi campo laboral.

Al tremendo amor de mi

madre la Sra. Sixtina Julia

Palza Carranza por haberme

brindado su apoyo moral y

fraternal durante toda mi

vida. Gracias madre mía,

eres un ejemplo de vida para

mí. Te amo mama.

Al Ingeniero Raúl Paredes por

Haberme ayudado en el desarrollo

De este tema y por haberme incentivado

A buscar la superación y diferencia

Profesional a través de la indagación

Y el esfuerzo constante.



PRESENTACION

El presente estudio se realizo para poder determinar la factibilidad del poder

cambiar el sistema de alimentación con petróleo residual 6 por el sistema de

alimentación de gas natural.

El propósito de este proyecto es poder sustituir el sistema de alimentación de

petróleo residual 6 para poder disminuir los costos de producción de vapor, no

dejando de lado el tema medioambiental.

El petróleo residual N°6 es un combustible pesado ya que resulta de la parte final

de la refinación del petróleo crudo y su combustión genera muchas cenizas.

Mientras que el Gas natural no genera cenizas, además de tener un elevado

poder calorífico inferior.

Por estas razones la empresa pesquera T.A.S.A. decidió brindarme los

parámetros técnicos de funcionamiento de la caldera N°5, para poder realizar el

estudio de la factibilidad técnica y económica.

Cabe mencionar que la distribución del gas natural en el Perú está ampliando sus

barreras, llegando a lugares fuera de los ductos de abastecimiento. Nos toca

aprovechar ese tipo de servicios para poder abastecer nuestra caldera. Y

disminuir costos y la contaminación ambiental producidas en nuestro Perú.



INDICE:

RESUMEN ABSTRAC CAPITULO I: INTRODUCCION 1.1 Selección del problema………………………….………………………………..9

2 Antecedentes……………………………………….…………………………..….10

2.1 Estudio técnico económico para la sustitución de petróleo residual 5, 6 y 500

por gas natural licuado en plantas

industriales……………………………………………………………………………10

2.2 Análisis técnico económico para cambiar el sistema de alimentación con

Petróleo R-6 por gas natural en secador industrial de harina de pescado de

contacto directo………………………………………………………………………10

2.3 Análisis comparativo del uso del Petróleo Residual N° 6 y gas natural como

combustibles en calderas

acuotubulares………………………………………………………………………...11

3 Formulación del problema………………………………………………………...12

4. Justificación……………..…………………………………………………………12

4.1 Justificación geográfica...………………………………………………….……13

4.2 Justificación medio ambiental…………………………………………………..13

4.3 Justificación económica…………………………………………………………13

4.4 Justificación tecnológica………………………………………………………...14

5 Objeticos…………………………………………………………………………….16

5.1 Objetivo general…………………………………………………………….…...16

5.2 Objetivos específicos……………………………………………………….…...16

6 Variables…………………………………………………………………………….17

6.1 Variables de entrada……………………………………………………..……...17

6.2 Variables de salida………………………………………………………………18

7 Diseño de la ejecución………………………………………………………..…...19

7.1 Tipo de Diseño…………………………………………………………………...19

7.2 Diseño de la investigación………………………………………….…………..19



7.3 Población…………………………………………………………………………19

7.4 Muestra……………………………………………………………………………20

7.5 Técnicas de recolección de datos……………………………………………..20

7.6 Procedimiento de recolección de datos……………………………………….20

CAPITULO II: MARCO CONCEPTUAL Y MARCO TEORICO 2.1 Marco conceptual……………………………………………………..………....22

2.1.1 Caldera……………………………………………………………..………......22

2.1.1.1 Caldera acuotubular………………………………………………………..23

2.1.2 Eficiencia y capacidad de carga……………………………………………..23

2.1.3 Eficiencia de la combustión……………………………..…….……………..23

2.1.4 Combustibles fósiles………………………………………………………….25

2.1.4.1 Clases de combustibles fósiles……………………………………………25

2.1.4.1.1 El Petróleo……………………………..………….………………….……25

2.1.4.1.2 El carbón…………………………………………………………………..26

2.1.4.1.3 El Gas Natural……………………………..………….…………………..27

2.1.5 La energía térmica…………………………………………………………….27

2.1.6 Petróleo Residual N°6………………………………………………………..28

2.1.7 Gas Natural…………………………………………………………………….29

2.2 Marco teórico……………………………………………………………………..30

2.2.1 Balance en una caldera……………………………………………………….30

2.2.2 Temperatura de la llama en la cámara de combustión……………………31

2.2.3 Eficiencia en la caldera……………………………………………………….32

2.2.4 Tuberías………………………………………………………………………...33

2.2.5 Ecuación de estado……………………………………………………………33

2.2.6 Espesor de un tanque sometido a presión………………………………….35

2.2.6.1 Dimensionamiento de las silletas para recipientes a presión…………..37

2.2.7 Masa en cordones de soldadura…………………………………………….39

2.2.8 Análisis Económico……………………………………………………………40

2.2.8.1 Valor actual neto (VAN)…………………………………………………….40

2.2.8.2 Tasa interna de retorno (TIR)………………………………………………41



CAPITULO III: RESULTADOS 3.1 Balance de la caldera usando petróleo residual N°6………………………...42

3.2 Balance de la caldera usando Gas Natural…………………………………...47

3.3 Eficiencia de la caldera con petróleo residual N°6 y Gas natural…………..51

3.4 Tanque de gas Natural………………………………………………………….55

3.4.1 Tanque esférico………………………………………………………………..56

3.4.2 Tanque cilíndrico con cabeza hemisférica………………………………….58

3.4.2 Calculo de las silletas…………………………………………………………64

3.5 Dimensionamiento de tuberías y caída de presión…………………………..69

3.6 Análisis económico………………………………………………………………72

3.6.1Costos por utilización de Petróleo Residual N°6…………………………...72

3.6.2 Costos por instalación de gas Natural………………………………………73

3.6.3 Cálculo del VAN……………………………………………………………….75

3.6.4 Cálculo del TIR………………………………………………………………...76

CAPITULO IV: DISCUSIONES………………………………………………….77

CAPITULO V: CONCLUSIONES………………………………………………78

CAPITULO VI: RECOMENDACIONES………………………………...........79

CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………….80

CAPITULO VIII: ANEXOS ……………………………………………………80



RESUMEN

La empresa pesquera T.A.S.A., que se dedica a la producción de alimentos de

consumo humano directo e indirecto, tiene dos producciones anuales, cada una

de ellas esta puede durar de 15 días a 2 meses todo depende de que tanto

pescado (anchoveta) haya en el litoral del puerto Malabrigo.

Para poder realizar el proceso de cocción y calentamiento se necesita una fuerte

suma de vapor, llegando a alcanzar; en su máxima capacidad de producción de

vapor, los 134372 kilogramos de vapor por hora. Se suple dicha necesidad con 7

calderas.

La caldera N°5 aporta a su máxima capacidad de carga 18000 kilogramos de

vapor. Para abastecer la caldera pirotubular de 1200 BHP con gas natural,

primero se realizo un balance energético, encontrando así su consumo real de

combustible.

Para que la factibilidad se pueda realizar se deben de igualar los parámetros de

funcionamiento principales: la temperatura de la llama en el hogar de la caldera:

1216 C, esta temperatura ayudara a determinar la relación aire combustible real

para el gas natural y en segunda instancia el coeficiente global de transferencia

de calor Kg. Una vez igualada la temperatura con el gas natural se procede a

encontrar el flujo másico real del gas natural.

El dimensionamiento de los tanques que almacenaran el gas natural deberá ser

cuidadosamente supervisado por los ensayos de líquidos penetrantes y partículas

magnéticas. Se obtuvieron unos tanques cilíndricos con cabezas hemisféricas de

1.8 metros de diámetro y 8 metros de longitud.

La regulación de presión es muy importante para nuestro caso, ya que tendremos

que disminuir la presión de 90 bares a 0.31 bar.



Este proyecto se aprueba y se sugiere pasar a la siguiente etapa de desarrollo

porque los indicadores financieros así lo indican. ( con 5 años)

TIR: 72%



ABSTRAC

The fishing company T.A.S.A. , dedicated to the production of food for human

consumption directly and indirectly, has two productions a year, each of them this

can last from 15 days to 2 months all depend on how much fish (anchovy) has in

the malabrigo coast port.

In order to make the process of cooking and heating needs a large sum of steam,

reaching, at its maximum steam capacity, the 134372 pounds of steam per hour. It

supplies this need with 7 boilers

The boiler No.5 brings to its maximum load capacity 18000 kg of steam.

To supply the 1200 BHP firetube boiler with natural gas, first performed an energy

balance, finding actual fuel consumption.

For the feasibility can be made should be to match the main operating parameters:

the temperature of the flame in the boiler furnace: 1216 C, this temperature help

determine actual air-fuel ratio for natural gas and in the second instance the

overall coefficient of heat transfer Kg once the temperature equalized natural gas

proceeds to find the actual mass flow of natural gas.

The sizing of the tanks that will store natural gas should be carefully monitored by

liquid penetrant testing and magnetic particle. Were obtained cylindrical tanks with

hemispherical heads of 1.8 meters in diameter and 8 feet long.

The pressure control is very important in our case, because we have to reduce the

pressure of 90 bar to 0.31 bar. This project is approved and suggests moving to

the next stage of development because financial indicators so indicate : (with 5

years)

VAN <5099322

TIR: 43%



CAPITULO I: INTRODUCCIÓN

1.1 Selección del problema:

La empresa pesquera TASA se encuentra ubicada en el distrito de Razuri;

provincia de Ascope; departamento de La Libertad, es una empresa líder del

sector pesquero dedicada a la extracción, transformación y comercialización de

recursos hidrobiológicos para consumo humano directo (aceite de pescado) e

indirecto (harina de pescado).

Actualmente tiene dos producciones anuales, la primera en el mes de abril y la

segunda en el mes de noviembre ya que desde el año 2009 el Ministerio de la

Producción (PRODUCE) estableció cuotas de pesca de anchoveta para la zona

Centro – Norte y Sur ascendentes a 2.5 millones de toneladas métricas, Este

sistema es recomendado por la FAO (Food and Agriculture Organization;

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación), el

Banco Mundial y diversas organizaciones ambientalistas. El PRODUCE fija una

cuota global para cada temporada, y las empresas nominan a las embarcaciones

que van a pescar la cuota.

Para una producción continua de 200 sacos de harina de pescado por hora

durante 30 días en el mes de abril y 30 días en el mes de noviembre (El tiempo de

la producción puede variar, ya que está en función a la reproducción de

anchoveta, y la pesca de ella). El requerimiento de vapor saturado necesario para

el proceso es de . Para suplir dicha necesidad en el proceso la empresa

cuenta con 7 calderas: 4 calderas pirotubulares de 800 BHP, 2 calderas

acuotubulares de 2180 BHP y 1 caldera acuotubular de 1200 BHP. Las calderas

pirotubulares deben ser accionadas una hora y media antes que inicie el proceso

para alcanzar los requerimientos del proceso mientras que las acuotubulares

deben ser accionadas veinte minutos antes del proceso para que puedan alcanzar

las condiciones de presión y temperatura siguientes:



El combustible utilizado en las 7 calderas es el petróleo Residual N°6. El petróleo

residual N° 6 es uno de los productos finales de la destilación del petróleo crudo,

por esta razón los gases residuales de combustión, con este combustible, son

unos de los más contaminantes en el sentido medioambiental alterando así la

salud de las personas y animales que lo respiran.

La utilización de petróleo residual N° 6 produce gastos altamente considerables

en comparación a la de otros combustibles fósiles.



2.-Antecedentes del problema:

2.1 En la tesis titulada “Estudio técnico económico para la sustitución de

petróleo residual 5, 6 y 500 por gas natural licuado en plantas industriales”

(Villanueva, 2009), estudió las pautas respecto a los beneficios económicos y

medioambientales del gas natural y la introducción del combustible Gas Natural

Licuado como substituto de los combustibles Industriales Líquidos en calderos

industriales.

Se determinarán los beneficios, ventajas, desventajas técnicas y económicas de

tal manera que en el presente trabajo se encuentre la información necesaria para

la toma de decisiones de las empresas que en la actualidad usan los

combustibles Industriales Líquidos y se pueda decidir su consumo en remplazo

del combustible Líquido tradicional por gas natural.

Conclusiones:

El gas natural con mayor densidad se presenta en forma de GNL, que confiere

mayor autonomía a las calderas y vehículos, ya que no requiere de depósitos

preparados para resistir altas presiones, pero tienen que estar equipados con un

importante aislamiento térmico para reducir la vaporización incontrolada del GNL.

Como se ha podido apreciar, el precio del combustible es el factor más importante

para la decisión de sustitución. EI precio máximo para la sustitución de los

combustibles Líquidos por gas estará en función de los volúmenes de combustible

que se consume, tiempos de operación y tipos de combustibles líquidos usados.

Además de las ventajas referidas al precio menor del gas, se tendrán ventajas

adicionales como es la facilidad de control, eliminación de requerimientos

adicionales de energía por precalentamientos, disminución y eliminación de los

requerimientos de vapor de atomización, mayor facilidad de manipulación,

períodos mayores de mantenimiento los cuales para una industria que opta a

cambiar su caldero el cambio puede generar buenos ahorros y ganancias.

2.2.- En la tesis titulada: “Análisis técnico económico para cambiar el sistema

de alimentación con Petróleo R-6 por gas natural en secador industrial de



harina de pescado de contacto directo”. Elaborada por Raúl Adolfo Peña

Guevarau y Roberto Carlos Carrión Caballero, publicada en el año 2010 se dijo

que la industria de harina de pesado es considerada como una de las actividades

económicas más importantes en países como Perú y chile en América del sur y

Dinamarca y Noruega en Europa. Perú es el líder mundial en exportaciones de

harina de pescado y aceite de pescado con una participación en este mercado del

50.69 %, seguido por Chile con el 30.82 %.

La harina de pescado es un polvo fino obtenido del cocinado, prensado, secado y

molido de la materia prima (anchoveta). Es una fuente de alimentación rica y con

un alto contenido en proteínas, que es usado como ingrediente en la elaboración

de alimentos balanceados para la avicultura, la acuicultura, la ganadería, y

animales de compañía.

En el Perú se han desarrollado dos tipos de tecnologías para la obtención de la

harina de pescado. Una de ellas utiliza el sistema de cocción y secado directo, en

el cual existe contacto entre la materia prima y el medio portador de energía

térmica el vapor saturado en los procesos de cocción y gases de combustión en

los procesos de secado. La otra es el sistema de contacto indirecto, el vapor

aporta energía térmica a las paredes de un cilindro huevo donde se encuentra el

queque.

Conclusiones:

Con el balance de masa y energía se determinaron los consumos para

ambos combustibles 571 Kg / h con R – 6 y 492 Kg/ h

Con el flujo másico de gas natural obtenido se determinaron los diámetros,

longitudes, presiones de trabajo necesarias para el transporte del gas

natural.

La inversión total del sistema de alimentación es de 92400 Nuevos soles.

Los cálculos financieros demuestran que el proyecto es viable ya que el

retorno de inversión tiene un periodo de 4 meses (Horas de Trabajo) y

genera un ahorro anual de 2 189 360 Nuevos soles.



2.3 En la Tesis Titulada: “Análisis comparativo del uso del Petróleo Residual

N° 6 y gas natural como combustibles en calderas acuotubulares” elaborada

por los señores Maguiña Palacios Paul Antony y Garcia Araujo Javier se

menciona que la crisis energética actual y sus consecuencias económicas en la

productividad industrial, nos abocan a pensar en el uso más eficiente de los

recursos con los que contamos para realizar nuestras actividades. Sabiendo que

las calderas son equipos de generación de vapor utilizados ampliamente y que de

ellos dependen muchos procesos, se evaluó y se comparó la eficiencia de

muchos procesos , se evaluó y se comparó la eficiencia de dos calderas

acuotubulares usando Petróleo residual N° 6 y gas natural.

Se pudo concluir diciendo que la caldera trabajando con Petróleo residual N° 6 es

más eficiente que trabajando con el gas natural.

Se concluye que existe diferencias en pérdidas de rendimiento entre la caldera

que trabaja con gas natural a diferente capacidad de carga:

50 % 100 %

Caldera que trabaja con Petróleo residual N° 6

13.04 14.03

Caldera que trabaja con Gas Natural

15.75 22.08

Tabla N°1: Perdidas en función a la capacidad de la caldera

Los resultados obtenidos por perdidas, nos indican que la caldera pierde grandes

porcentajes de calor por medio de los gases de combustión ya sea utilizando

Petróleo residual N° 6 o Gas Natural, cabe resaltar que para el Instituto de

Investigación tecnológica Industrial y de Normas técnicas del Perú, las pérdidas

de rendimiento por medio de los gases de combustión deben de estar entre los

rangos de 9 % y 12 %.

Lo que nos sorprendió en los resultados fue que la caldera utilizando gas natural

genere grandes pérdidas por radiación, se obtuvieron índices de porcentaje de



pérdidas muy elevadas en comparación con el rango permisible que se estableció

al comienzo del proyecto.

Por otra parte las pérdidas de rendimiento por inquemados y por purga fueron

bajas y dichas perdidas se encuentran dentro de los rangos establecidos por el

instituto de normas Técnicas del Perú. ( Inquemados : 2% , Purgas : 0.4% – 1 %)

Se llegó a la conclusión que el consumo del Petróleo residual N° 6 en la caldera

de estudio es menor a la del Gas Natural pero debido a su alto precio en el

mercado el Gas Natural es más rentable a pesar de que su consumo es mayor.

La caldera utilizando Petróleo residual N° 6 genera mayor producción de vapor

que la caldera utilizando Gas Natural.

3.- Formulación del problema:

¿Es factible Técnica y económica el cambio de Petróleo residual N°6 por gas

natural para la caldera 05 de la empresa pesquera T.A.S.A ubicada en el distrito

de Razuri, departamento de La Libertad?

4.- Justificación:

4.1 Justificación Geográfica:

La compañía SK Energy de la República de Corea invertirá 482 millones 628 mil

dólares en los trabajos que realizará para explorar la existencia de yacimientos de

hidrocarburos (petróleo y/o gas natural) en el mar del norte de Perú, informó el

Ministerio de Energía y Minas (MEM).

La directora de la Dirección General de Asuntos Ambientales Energéticos

(DGAAE) del MEM, Iris Cárdenas, mencionó que según el Estudio de Impacto

Ambiental (EIA) presentado por la empresa coreana, los trabajos se realizarán en

el área que forma parte del Lote Z-46.



El Lote Z-46 se encuentra ubicado en el zócalo continental, frente a la costa de

las Provincias de Chiclayo y Lambayeque del Departamento de Lambayeque;

Chepen, Pacasmayo y Ascope del Departamento de La Libertad.

Imagen N° 1: Lote Z-46 (aproximadamente a 100 Km de la empresa T.A.S.A.)

4.2 Justificación medio ambiental:

Los análisis de gases de combustión informan que se está cumpliendo con los

LMP (Límites máximos permisibles). Pero aunque se cumplan con las normas, el

medio ambiente sigue contaminándose continuamente y produciendo ciertos

cambios climáticos en el planeta tierra y alterando la salud de las personas que

habitamos en ella.

Lo que se busca en este estudio es tratar de demostrar que se puede disminuir al

mínimo las emisiones de gases contaminantes y principales agentes involucrados

en las alteraciones de la salud humana.

4.3 Justificación Económica:

El precio del petróleo Brent ha superado los US$ 100/barril. Nadie sabe a ciencia

cierta cuál será la evolución futura de los precios, pero las “adivinanzas

científicas” dicen que lo más probable es que los precios se mantengan altos en

los próximos 3 a 5 años, debido al aumento de la demanda, las restricciones de

oferta y los problemas geopolíticos.



El gas natural es mucho más barato que el petróleo porque existe una

“desconexión” entre los precios de ambos (1). Así, cuando el precio del gas está

en US$ 4/MMBTU (que es el precio, hoy, del Henry Hub de EEUU) el precio del

petróleo debería estar en US$ 24/barril. Pero sucede que, hoy, el precio del

petróleo está en US$ 100/barril.

Esto quiere decir que el precio del gas es la cuarta parte del precio del petróleo.

Dicho de otro modo, el ahorro por sustitución energética de gas por petróleo es

enorme. Si esto es así, y lo es, ¿no deberíamos estar propiciando la sustitución

masiva de petróleo por gas en todo el Perú, llevándolo, por ejemplo, al sur del

país –nuestra región más pobre– mediante el gasoducto andino? De esa manera,

el petróleo caro no repercutiría en el alza de la gasolina y, por tanto, en la

inflación. Pero hoy sucede lo inverso. Se está exportando el gas de Camisea, que

es nuestro pasaporte a la no-dependencia del petróleo caro importado, en lugar

de satisfacer la demanda interna. El proyecto Camisea ha sido bueno para el

país, pero fue desnaturalizado en los últimos años de Toledo cuando se

cometieron delitos para cambiar los contratos y permitir la exportación, lo que ha

continuado con este gobierno. En el Siglo XXI la energía seguirá siendo, quizá

más que antes, un insumo estratégico para el desarrollo sostenible (siempre y

cuando se cumpla con la licencia ambiental y la licencia social). Por eso, es

indispensable cambiar, ya, la actual “política” energética (Humberto

Campodónico, presidente de Petroperu)

Tomando en cuenta la siguiente tabla proporcionada por la empresa Productos

Térmicos S.A notaremos la gran diferencia económica que existe entre el Petróleo

Residual N°6 y el gas natural:



Combustibles Para Calderas y Quemadores

Tipos de Combustibles

Tipo de Consumidor

Consumo por mes -

Precio incluido IGV –

Densidad -

P. Calorífico S.

GN (D) Gran Industria

Más de 300.00

4,34 0.0007 -

R -6 - - 10.23 0.960 149704

Tabla N°2: precios de combustibles (equipos térmicos 2011)

4.4 Justificación tecnológica:

El Perú actualmente depende en un 65% de petróleo importado, siendo solo el

35% restante de origen nacional. En el 2010 la importación de petróleo y

derivados ascendió a US$ 4,063 millones, presionando negativamente la balanza

comercial.

Además, no hay perspectivas creíbles que permitan aumentar su producción en el

corto plazo. Existen planes de perenco para explotar el petróleo pesado de la

Selva Norte en la frontera con Ecuador. Pero, a pesar de los anuncios muchos de

ellos triunfalistas la realidad que tenemos es esa: planes, que en el mejor de los

casos demandarían 4 a 5 años para materializarse. Por eso la alternativa

energética más importante en el corto plazo es el gas natural, pues sustituye a los

derivados del petróleo en la producción de electricidad, en las fábricas, en los

hogares y, sobre todo, en el consumo automotor. Veamos:

En el Perú se consumieron 62 millones de barriles (MMB) de petróleo en el

2009, en sus diferentes derivados: gasolinas, diesel, GLP, residuales y

asfalto, entre otros.

El consumo de GLP de 12 MMB proviene en casi un 100% de Camisea.

Por tanto, allí hay ya un aporte importante a la producción nacional.

Desde el 2005 en adelante, el gas de Camisea representa cerca del 33%

del consumo total de energía en el país. El consumo es de 310 millones de

pies cúbicos diarios, lo que equivale a 20 MMB por año. Esta cantidad es

adicional, ojo, a los 62 MMB de consumo de petróleo. Si consideramos que

el 100% del consumo de gas sustituye al petróleo (en realidad el porcentaje

es algo menor), con un precio de US$ 80/barril, vemos que los 22 MMB



equivalen a US$ 1,760 millones. Cifra nada despreciable, ¿no es cierto?

(Humberto Campodónico, presidente de Petroperu)

La importancia de poder utilizar los recursos naturales que se encuentran en

nuestro suelo no solo abre la posibilidad de poder depender de ellos en cierto

porcentaje sino también de poder eliminar esa dependencia del extranjero y más

aún poder abastecer a otros países e incluso países de los cuales antes

dependíamos con fuentes de energía limpias .

A lo largo y ancho de todo el territorio peruano encontramos una serie de

actividades que la empresa Perú Petro S.A. viene realizando con el propósito de

instalar posos de excavación de gas natural.

A continuación se muestran los diferentes lotes donde se espera, después de

hacer los respectivos estudios, poder encontrar reservas de gas natural de hasta

50 años:

COMPAÑÍA OPERADORA

LOTE UBICACION FECHA DE SUPSCRIPCIO

N

AREA DEL LOTE - HA

KEI (PERU Z-38) PTY LTD

Z- 38 TUMBES, TALARA

12-abr-2007 487,545.511

SAVIA PERU S.A. Z- 45 TALARA, SECHURA

21-nov-2007 1,092,048.347

SK ENERGY Z- 46 TRUJILLO 21-nov-2007 1,134,547.763

SAVIA PERU S.A. Z- 48 SALAVERRY 21-nov-2007 720,106.442

SAVIA PERU S.A. Z- 49 SALAVERRY 21-nov-2007 676,096.600

SAVIA PERU S.A. Z- 51 LIMA 16-jul-2010 874,877.488

SAVIA PERU S.A. Z- 35 SALAVERRY, TRUJILLO

20-sep-2005 1,550,001.081

SAVIA PERU S.A. Z- 36 SALAVERRY 14-jul-2006 999,995.388

Tabla N° 3: Posos de exploración (PERUPETRO S.A.)



5.- Objetivos:

5.1 Objetivo general:

Determinar la Factibilidad Técnica Económica del cambio de Petróleo Residual N°

6 por Gas Natural en la caldera 05 de la Empresa Pesquera T.A.S.A. ubicada en

el distrito de Razuri, departamento La Libertad.

5.2 Objetivos Específicos:

1. Desarrollar el balance térmico de la caldera para determinar el

consumo de combustible y aire para Petróleo Residual N° 6 y gas

natural.

2. Determinar los parámetros que definirán técnicamente si es factible

o no el cambio de petróleo residual N°6 por gas natural: temperatura

de la llama en la cámara de combustión de la caldera, coeficiente de

transferencia de calor y flujo másico de los gases de combustión.

3. Dimensionar las tuberías, tanque de alimentación y accesorios

principales para el sistema de alimentación de gas natural.

4. Determinar el tiempo de retorno de la inversión en equipos y

accesorios para el sistema de alimentación de gas natural.

5. Determinar el ahorro anual utilizando gas natural



6.-Variables:

6.1 Variables de entrada:

Variable

Definición

Conceptual

Definición

Operacional

Indicadores

Escala de

Medición

Flujo Másico

del Vapor –

salida de la

caldera

Aquel gas que

se puede

condensar por

presurización

a temperatura

constante o

por

enfriamiento a

presión

constante.

Medio de

Transporte de la

energía térmica

para el proceso

de secado en la

pesquera.

Presión

El Manómetro

que se encuentra

en la caldera

(Mpa, Mega

pascales)

Temperatura

El termómetro

que se encuentra

en la caldera (°C,

grados

centígrados)

Flujo Másico

del agua –

entrada de la

caldera

Agua para el

cambio de

estado,

liquido –

vapor

Agua tratada

para el cambio

de estado

Presión

El Manómetro

que se encuentra

en la caldera

(Mpa, Mega

pascales)

Temperatura

El termómetro

que se encuentra

en la caldera (°C,

grados

centígrados)

Potencia

térmica de la

caldera

Trabajo por

unidad de

tiempo

Energía térmica

que puede ser

transferida al

vapor.

Potencia

térmica

Fecha técnica de

la caldera. (BHP)

Temperatura

de los gases

de

combustión

Magnitud

escalar

relacionada

con un

sistema

termodinámic

o

Temperatura de

los gases de

combustión

Temperatura

Análisis de

caldera – hoja de

datos

Precio del

Petróleo

Residual Nº6

Combustible

obtenido de

los residuos

de la

refinación del

petróleo crudo

Combustible

con el cual

operan las

calderas

N.S.

(Nuevos

soles)

Indagación en

cuadros de

producción.



Precio del

gas natural

Combustible

obtenido por

la

descomposici

ón animal.

Combustible a

utilizar en las

calderas

N.S.

(Nuevos

soles)

OSINERGMIN

Superficie de

calentamient

o

Superficie de

los tubos en el

interior de la

caldera

Superficie que

permite la

transferencia de

calor entre los

gases de

combustión y el

vapor

Metros

cuadrados

Medición manual

Área para

montaje de

tanques y

compresor

- -

Metros

cuadrados

Medición manual

Precios por

accesorios

montados

- -

N.S.

(Nuevos

soles)

Catálogos de

fabricantes –

empresas

distribuidoras de

Gas Natural

Tabla N° 4: variables de entrada



6.2 Variables de Salida:

Variable

Definición

conceptual

Definición

Operacional

Indicadores Escala de Medición

Flujo Másico del

combustible

(Petróleo N°6 y gas

natural)

Masa por

unidad de

tiempo

Masa que

participa en

la

combustión

en menor

porcentaje.

Calor

especifico Tablas

Poder

Calorífico

Hallado por formulas

Temperatura Termómetro

Flujo Másico de

Aire para gas

natural y Petróleo

N°6

Masa por

unidad de

tiempo

Masa que

participa en

la

combustión

en mayor

porcentaje.

Calor

especifico Tablas

Temperatura Pirómetro

Temperatura de la

llama en la cámara

de combustión

para petróleo

residual N°6 y gas

natural.

Magnitud

escalar

relacionada

con la energía

interna de un

sistema

termodinámico

Temperatura

máxima que

puede

alcanzar la

llama en el

hogar de la

caldera.


Coeficiente de

transferencia de

calor

Energía en

forma de calor

que puede

ganar una

determinada

área

Energía que

gana el área

de

calentamiento

de la caldera


Dimensionamiento

de las

Tuberías(espesores

y accesorios)

- -

Espesor de la

tubería

(metros)


Dimensionamiento

del tanque de

almacenamiento

de Gas Natural.

Contenedor de

algún producto

Contenedor

del Gas

natural

-

Hallado por formulas –

catálogos de fabricantes.

Ahorro económico

para petróleo N°6

y gas natural

Es la

diferencia

entre el ingreso

disponible y el

consumo

efectuado

Diferencia

entre el

consumo con

Petróleo N°6

y gas natural.

VAN

TIR

Análisis

costo

/Beneficio

Formulas del VAN, TIR, Costo/beneficio

Tabla N° 5: variables de salida



7.- Diseño de la Ejecución:

7.1 Tipo de Diseño:

Este tipo de estudio es aplicativo.

7.2 Diseño de la Investigación:

Describiremos el comportamiento del petróleo Residual Nº 6 en la caldera

Nº5 y también del gas natural. El diseño es descriptivo comparativo.

7.3 Población:

Calderas que se encuentran funcionando actualmente en T.A.S.A.

Tipo de caldera Numero de calderas Potencia (BHP)

Pirotubular 4 800

Acuotubular 1 1200

Acuotubular 2 2180

Tabla N°6: calderas de la empresa

7.4 Muestra:

Estudiaremos solo una caldera: la acuotubular Nº 5, ya que la empresa

pesquera T.A.S.A. cuenta con 1 caldera de 1200 BHP.

7.5 Técnica de recolección de Datos:

Se recolectaron los datos de la caldera mediante una entrevista con el jefe

de mantenimiento el Ing. Wilson Torres y el Señor José Ullon Asencio,

calderero de la empresa, realizada el día 4 de Octubre del 2012 de 3:00 pm

a 6:30 pm, la recolección de datos no se pudo haber efectuado sin su

ayuda. Se revisaron y analizaron documentos de control de funcionamiento

de la caldera.



7.6 Procedimiento de recolección de datos:

Los informes Técnicos de las calderas proporcionaron a esta investigación

información de suma importancia como:

El consumo de combustible

Potencia térmica de la Caldera

Producción de la empresa

Tiempo de funcionamiento de la caldera

Se realizaron las conversaciones correspondientes con el personal técnico

y el jefe de mantenimiento de la empresa.

Para la obtención de las variables de salida se procederá de la siguiente

manera:



Esquema 1: Diagrama de flujo del proyecto

VISITA TÉCNICA A LA

EMPRESA T.A.S.A –

PLANTA DE VAPOR

CONOCER LOS PARAMETROS

DEL PETROLEO N°6

APLICAR BALANCE

ENERGETICO

APLICAR BALANCE

ENERGETICO

INSPECCION DE LA FICHA

TECNICA DE LA CALDERA

MEDIR LA TEMPERATURA

Y PRESION DELVAPOR

(SALIDA Y ENTRADA)

CONOCER LOS PARAMETROS DEL GAS

NATURAL

CONSUMO REAL

DE GAS NATURAL

TANQUE ESFERICO

DISCUSIÓN Y

RESULTADOS

ALMACENAMIENTO DE

GAS NATURAL

TANQUE CILINDRICO –

TAPA ESFERICA

Selección del

quemador de

gas

SELECCIÓN DE ACCESORIOS,TUBERIAS

NATURAL

CALCULOS

ECONOMICOS Y

FINACINEROS

PARÁMETROS DE

FUNCIONAMIENTO

DE LA CALDERA CON

R - 6



CAPITULO II: MARCO CONVEPTUAL Y MARCO TEORICO:

2.1. MARCO CONCELTUAL:

2.1.1 Caldera:

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para

generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor

a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se

calienta y cambia su fase.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor

procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía

utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de

intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase.

Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con

acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de

agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para

aplicaciones como:

Esterilización era común encontrar calderas en los hospitales, las

cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico;

también en los comedores, con capacidad industrial, se genera

vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos

en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de

esterilización).

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es

parte fundamental de las centrales termoeléctricas.



Imagen 1: Caldera Pirotubular

2.1.1.1. Caldera Acuotubular:

Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por

tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las

centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su

salida y tienen gran capacidad de generación.

Imagen 2: Calor de que circula en una caldera Acuotubular

2.1.2.- Eficiencia y capacidad de carga de caldera:

La eficiencia de una caldera está definida por el calor que aprovecha el

agua en el domo para su cambio de estado y alcanzar sus parámetros de

presión y temperatura entre el calor que es suministrado por el combustible

y el aire que ingresan a la caldera.



La capacidad de carga es variante y está en función al ingreso de la mezcla

de aire y combustible a la caldera. También se le conoce como llama baja,

media, alta.

Si ingresa mayor combustible de lo normal a la caldera los gases de

combustión en la chimenea serán altos, esto significa que el vapor esta

absorbiendo poco calor por convección, a diferencia de un ingreso de

combustible promedio; esto mantendrá los gases de combustión a una

temperatura promedio adecuada, indicando que hay buena transferencia

de calor.

2.1.3. Eficiencia en la combustión:

La caldera es sólo parte de una instalación. Es tan importante como tener

el quemador que responda a la carga y mantenga la correcta proporción de

combustible / aire. Éste es un tema muy amplio y si hay cualquier duda se

debe consultar a los proveedores de calderas y equipos de combustión.

Las mayores pérdidas en una caldera se detectarán en los gases calientes

descargados por la chimenea. Si la combustión es buena, habrá sólo una

pequeña cantidad de exceso de aire. Los gases dela combustión

contendrán un porcentaje relativamente grande de dióxido de carbono y

sólo una cantidad pequeña de oxígeno. También, si las superficies

caloríficas están limpias, se extraerá un porcentaje alto de calor y la

temperatura de los gases de la combustión será baja. Si la combustión es

pobre, con mucho exceso de aire, entonces aumentará el peso de los

gases de la combustión que contendrán un porcentaje reducido de dióxido

de carbono y la cantidad superior de oxígeno. Si la velocidad de

combustión es alta o las superficies caloríficas están sucias, no será

posible extraer un porcentaje alto de calor y la temperatura de los gases de

la combustión aumentará. La medida del dióxido de carbono o oxígeno en

los gases de combustión, junto con la temperatura, permite calcular las

pérdidas de los gases de combustión. Éste es el método normal de

supervisar eficazmente la caldera y debe hacerse correctamente y con

frecuencia bajo todas las condiciones de carga de la caldera. Una planta



grande normalmente justificará una medición y control en continuo para

aumentar la eficacia. La caldera está para proporcionar vapor seco de

buena calidad a la presión correcta. Puede haber un momento breve

mientras se consigue una buena eficacia de la combustión en que pueda

haber un suministro de vapor que contenga bastante agua productos de

tratamiento de agua.

Las calderas están diseñadas para trabajar a presiones relativamente altas.

Esto significa que se desprenderán pequeñas burbujas de vapor a la

superficie del agua que proporcionarán vapor seco rebuena calidad. Si se

permite que caiga la presión, por cualquier razón, entonces el tamaño de

las burbujas aumentará y se producirán turbulencias y arrastres. Por esta

razón, las calderas deben trabajar a la presión correcta. Un método

adicional de eficacia para las calderas se realiza con el uso de un

economizador. Un economizador es un dispositivo que supone en el punto

donde se descargan a atmósfera los gases calientes de la caldera. Ya que

estos gases están todavía calientes, se pueden utilizar para calentar el

agua de alimentación que entra en la caldera, pasando el agua de

alimentación a través del economizador antes de que alcance la caldera.

Los economizadores no son convenientes para las calderas con controles

del nivel todo-nada.

Imagen 3: Economizar en una caldera



2.1.4. Combustibles fósiles:

O Energía fósil ;Es aquella que procede de la biomasa obtenida hace

millones de años y que ha sufrido grandes procesos de transformación

hasta la formación de sustancias de gran contenido energético como

el carbón, el petróleo, o el gas natural, etc. No es un tipo de energía

renovable, por lo tanto se incluye entre las energías fósiles.

La mayor parte de la energía empleada actualmente en el mundo proviene

de los combustibles fósiles. Se utilizan en el transporte, para generar

electricidad, para calentar ambientes, para cocinar, etc.

2.1.4.1 Clases de combustibles fósiles:

Los combustibles fósiles son tres: petróleo, carbón y gas natural, y

se formaron hace millones de años, a partir de restos orgánicos de

plantas y animales muertos. Durante miles de años de evolución del

planeta, los restos de seres que lo poblaron en sus distintas etapas

se fueron depositando en el fondo de mares, lagos y otros cuerpos

de agua. Allí fueron cubiertos por capa tras capa de sedimento.

Fueron necesarios millones de años para que las reacciones

químicas de descomposición y la presión ejercida por el peso de

esas capas transformasen a esos restos orgánicos en gas, petróleo

o carbón.

Los combustibles fósiles son recursos no renovables ya que no se

reponen por procesos biológicos como por ejemplo la madera. En

algún momento, se acabarán, y tal vez sea necesario disponer de

millones de años de una evolución y descomposición similar para

que vuelvan a aparecer.

2.4.4.1.1 El Petróleo: El petróleo es un líquido oleoso

compuesto de carbono e hidrógeno en distintas proporciones.

Se encuentra en profundidades que varían entre los 600 y los

5.000 metros. Este recurso ha sido usado por el ser humano

http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa

http://es.wikipedia.org/wiki/Contenido_energ%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovable

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovable

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad


http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_no_renovable

http://es.wikipedia.org/wiki/Madera

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno



desde la Antigüedad: los egipcios usaban petróleo en la

conservación de las momias, y los romanos,

de combustible para el alumbrado.

El petróleo y sus derivados tienen múltiples y variadas

aplicaciones. Además de ser un combustible de primer orden,

también constituye una materia prima fundamental en la

industria, pues a partir del petróleo se pueden elaborar fibras,

caucho artificial, plásticos, jabones, asfalto, tintas de imprenta,

caucho para la fabricación de neumáticos y un sin número de

productos que abarcan casi todos los productos del campo.

Imagen 4: Proceso de extracción del petróleo

2.4.4.1.2 El carbón:

Es un mineral que se formó a partir de los restos vegetales

prehistóricos, principalmente de los helechos arborescentes.

Esos restos sepultados por el fango y bajo los efectos del

calor, la presión y la falta de oxígeno, tomaron la estructura

mineral que hoy presentan.

http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_antigua

http://es.wikipedia.org/wiki/Egipcio

http://es.wikipedia.org/wiki/Momia

http://es.wikipedia.org/wiki/Antigua_Roma

http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible

http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno



La importancia del carbón radica en su poder energético

como combustible y en el hecho de constituir la materia prima

fundamental en la elaboración de infinidad de artículos. Las

primeras máquinas de vapor, como barcos, trenes y

maquinaria industrial se movieron gracias a la energía que

suministraba a este material. Posteriormente fue desplazado

por el petróleo; sin embargo, hoy en día el carbón parece

recuperar su posición privilegiada, pues éste es materia

prima para la elaboración de plástico, colorantes, perfumes y

aceites.

Imagen 5: Parte del proceso de extracción del carbón

2.4.4.1.3 Gas Natural:

El gas natural está compuesto principalmente por metano, un

compuesto químico hecho de átomos de carbono e hidrógeno.

Se encuentra bajo tierra, habitualmente en compañía

de petróleo. Se extrae mediante tuberías, y se almacena

directamente en grandes contenedores de aluminio. Luego se

distribuye a los usuarios a través de gasoductos. Como

es inodoro e incoloro, al extraerlo se mezcla con una

sustancia que le da un fuerte y desagradable olor. De este

modo, las personas pueden darse cuenta de que existe una

filtración o escape de gas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible

http://es.wikipedia.org/wiki/Barco

http://es.wikipedia.org/wiki/Trenes

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_prima

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_prima


http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno


http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Gasoducto

http://es.wikipedia.org/wiki/Inodoro

http://es.wikipedia.org/wiki/Incoloro



Imagen 6: Estado en el que normalmente se encuentra el gas natural

2.1.5. La energía térmica:

Es la parte de energía interna de un sistema que es el total de la

energía cinética presente como el resultado de los movimientos

aleatorios de átomos y moléculas. En términos simplificados, la

energía térmica es aquella que produce calor y ésta se genera a

causa del choques inelásticos de las partículas que constituyen la

materia.

Imagen 7: Ciclo Rankine



2.1.6. Petróleo Residual N° 6:

Es una combinación de hidrocarburos con mayor número de carbonos en

su mayor parte .Se obtiene a través de una destilación directa. Es un

derivado poco inflamable a condiciones típicas ambientales, es altamente

toxico, irrita la piel.

Normalmente se utiliza como combustible en calderas acuotubulares y

pirotubulares, en hornos industriales diseñados para la cocción de pescado

(anchoveta en nuestro litoral Liberteño), en motores y otros tipos de

máquinas que pueden encontrarse en la industria.

Se utilizan quemadores especiales (atomizadores) para su combustión ya

que es difícil de vaporizarlo porque posee alta viscosidad.

Por su considerable contenido de azufre, el uso de este combustible es

restringido ya que el azufre tiene un alto poder corrosivo.

Propiedades Físicas:

Algunas de las propiedades físicas de este combustible como la densidad y

la viscosidad están en función a su composición química, el peso molecular

elevado de los hidrocarburos constituyentes hace que la densidad y la

viscosidad sean muy elevadas.

Principales propiedades físicas del Petróleo Residual N°6:

Propiedad Física Cantidad / unidad de medida

Densidad ( )

Viscosidad

Temperatura de almacenamiento

Poder calorífico Inferior (PCI)

Tabla N°7: propiedades del R-6



2.1.7. Gas natural:

El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no

renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en

yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo (acumulación

de plancton marino) o en depósitos de carbón. Aunque su composición

varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto

principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar

el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del

Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno , helio y

mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-

asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de . Como fuentes

adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos

de hidratos de metano que, según estimaciones, pueden suponer una

reserva energética muy superiores a las actuales de gas natural.

Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos

orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de

tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas,

plantas de procesado de basuras, de desechos orgánicos animales, etc.).

El gas obtenido así se llama biogás.

Algunos de los gases que forman parte del gas natural cuando es extraído

se separan de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno

o .) o porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su

distribución debido a su alto punto de ebullición. Si el gas fuese

criogénicamente licuado para su almacenamiento, el dióxido de carbono

(CO2) solidificaría interfiriendo con el proceso criogénico. El CO2 puede ser

determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o ASTM D 1945.

El propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el

gas natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar

accidentes durante la combustión del gas natural. El vapor de agua

también se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a



la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que

pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de azufre son eliminados

hasta niveles muy bajos para evitar corrosión y olores perniciosos, así

como para reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia ácida.

La detección y la medición de H2S se pueden realizar con los métodos

ASTM D2385 o ASTM D 2725.

Para uso doméstico, al igual que al butano, se le añaden trazas de

compuestos de la familia del mercaptano entre ellos el metil-mercaptano,

para que sea fácil detectar una fuga de gas y evitar su ignición espontánea.

Imagen 8: Producción de Gas natural mundial



2.2. MARCO TEORICO:

2.2.1 Balance Energético en una caldera:

La energía que aporta el combustible y el aire al vapor .Para nuestra

caldera el balance energético será el siguiente:

…ecuación 1

Dónde:

2.2.2 Temperatura de la llama en la cámara de combustión:

La temperatura que alcanza la llama en la combustión es de suma

importancia en la factibilidad técnica del cambio de combustibles, ya

que en este caso se deberá de mantener constante para petróleo

residual 6 como para Gas natural.

Se calcula de la siguiente manera:



…ecuación 2

Dónde:

2.2.3. Eficiencia de la caldera:

La eficiencia de la caldera para petróleo residual se ha obtenido del

estudio que se le realizo a la caldera, pero para poder hallar la

eficiencia con Gas Natural utilizaremos la siguiente fórmula:

…ecuación 3



Dónde:

Calor por pérdidas constantes:

… ecuación 4

Dónde:

Calor por pérdidas variables:

… ecuación 5

Dónde:



2.2.4. Tuberías:

Es un conducto diseñado para el transporte de diversos fluidos

líquidos y fluidos gaseosos. Se suele elaborar con materiales muy

diversos como acero y polietileno, dependiendo de su

posicionamiento y del fluido que transportan.

Para poder dimensionar las tuberías de gas natural se utilizan

las siguientes expresiones:

Flujo másico:

… ecuación 6

Dónde:

Calculamos el número de Reynolds:

… ecuación 7

Dónde:



Si se cumple la siguiente expresión: para ,

entonces podemos determinar el factor de fricción:

… ecuación 8

Dónde:

Ecuación de Darcy:

… ecuación 9



2.2.5 Ecuación de estado:

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión,

el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal

es:

… ecuación 10

Donde:



2.2.6 Espesor de un tanque sometido a presión:

Para poder determinar el espesor requerido en un tanque cilíndrico

sometido a presión utilizaremos la siguiente expresión:

… ecuación 11

Imagen 9: Espesor de un recipiente a presión cilíndrico

Dónde:



Para poder determinar el espesor requerido en un tanque esférico

sometido a presión utilizaremos la siguiente expresión:

… ecuación 12

Imagen 10: Espesor de un recipiente a presión esférico

Dónde:



2.2.6.1 Dimensionamiento de silletas para recipientes a presión:

Imagen 11: Medidas de la silleta

2.2.6.1.1. Placa de desgaste:

La longitud de la placa de desgaste es determinada por la

longitud del arco que esta posee, para calcular este arco se

tiene la siguiente expresión:

... ecuación 13

= Angulo central de la placa de desgaste grados

= Diámetro externo del recipiente

= Longitud de la placa de desgaste

Para hallar : Los valores de están en un rango de 120 a 180 grados:



2.2.6.1.2. Alma de la silleta:

La longitud del alma de la silleta, (C) está determinada por la

cuerda que forma el ángulo central de la silleta, ( ) con la

circunferencia de la placa de desgaste.

La altura (Z), debe ser tal que comprenda la sumatoria de la

altura del arco del alma, más la altura del (área efectiva

máxima), comprendida por (R/3), más un adicional de

seguridad, si el recipiente lo requiere.

Para realizar el arco del alma se hará con el radio, (Ra), este

comprende el radio exterior del recipiente más el espesor

nominal de la placa de desgaste.

Teniendo entonces:

C (ancho):

… ecuación 14

Dónde:



El :

… ecuación 15

Z (alto):

… ecuación 16

Dónde:

2.2.7 Masa en cordones de soldadura:

… ecuación 17

Dónde:

… ecuación 18



… ecuación 19

… ecuación 20

… ecuación 21

2.2.8 Análisis Económico:

En un proyecto económico es muy importante analizar la

posible rentabilidad del proyecto y sobre todo si es viable o

no. Cuando se realiza un proyecto hay que invertir un capital y

se espera obtener una rentabilidad a lo largo de los años.

Esta rentabilidad debe ser mayor al menos que una inversión

con poco riesgo (letras del Estado, o depósitos en entidades

financieras solventes). De lo contrario es más sencillo invertir

el dinero en dichos productos con bajo riesgo en lugar de

dedicar tiempo y esfuerzo a la creación empresarial.

Dos parámetros muy usados a la hora de calcular la viabilidad

de un proyecto son el VAN (Valor Actual Neto) y el TIR (Tasa

Interna de Retorno):



2.2.8.1 Valor Actual Neto (VAN):

Para su cálculo se requiere predeterminar una TASA DE

DESCUENTO que representa el “costo de oportunidad” del

capital.

… ecuación 22

Dónde:

Utilidad

TIR: Tasa Interna de retorno. (14%)

: Inversión Inicial

n :Vida Útil Del Proyecto

VAN> 0; se recomienda pasar a la siguiente etapa del proyecto

VAN = 0; es indiferente realizar la inversión

VAN < 0; se recomienda desecharlo o postergarlo

2.2.8.2 Tasa Interna De Retorno (TIR)

Es una tasa porcentual que indica la rentabilidad promedio

anual que genera el capital que permanece invertido en el

proyecto.

Representa el máximo costo que el inversionista podría pagar

por el capital prestado.

La expresión del TIR es parecida a la del VAN, con la

diferencia que el VAN es cero:



… ecuación 23

Dónde:

Utilidad

TIR: Tasa Interna de retorno. (14%)

: Inversión Inicial

n :Vida Útil Del Proyecto



CAPITULO III: RESULTADOS

3.1 Balance energético y cálculo del flujo másico de combustible y aire

utilizado en la caldera N°5 usando petróleo residual N° 6:

Caldera N°5

Marca Apín

Modelo 12.M.OBR 4026

Serie 1047

Potencia 1200 BHP

Año de Fabricación 1974

Superficie de calentamiento

Material de tubos ASTM A178GR

Dimensiones de tubos Ø2" x 6096 mm de largo

Vapor Vapor Saturado Temperatura de Salida Presión de Salida

Combustible

Petróleo Residual N°6 (Bunker) Temperatura de Ingreso

Consumo

PCI

Quemador Coen 1531-2

Ventilador de Tiro Forzado

Tipo Centrifugo

Numero de paletas

RPM

Caudal

Tabla 8: Ficha Técnica de la caldera N°5



3.1.1 Hallamos el PCI del petróleo residual N° 6:

Participación másica Promedio:

Elemento participante Porcentaje (en base 100)

Tabla 9: Porcentaje de componentes del petróleo Residual N°6

Aplicamos la ecuación de Dulong para hallar el poder calorífico inferior del

Petróleo residual Nº6:

3.1.2 El calor especifico a presión constante del petróleo residual N° 6:

3.1.3 La temperatura a la cual ingresa el petróleo residual N°6 a la

caldera:

.



3.1.4 La temperatura a la que ingresa el aire:

3.1.5 El calor especifico a presión constante:

.

3.1.6 El calor especifico a presión constante de los gases de

combustión:

3.1.7 Flujo másico de aire aportado por el ventilador de tiro forzado:

De las fichas técnicas tenemos que el ventilador aporta

.

Podemos hallar el flujo másico de aire que ingresa a la caldera:

Densidad del aire a =

Ahora realizamos el balance de la caldera para poder determinar el flujo

másico de combustible con petróleo residual Nº 6:



Combustible utilizado en la caldera N°5:

kilogramos Galones

1 segundo 0.35 0.0898

1 hora 1260 323.3

1 día 30240 7759.2

1 semana 211680 54314.4

2 semanas 423360 108628.8

1 mes 846720 217257.6

2 meses 1693440 434515.2

Tabla 10: Combustible utilizado en la caldera en kilogramos y Galones Americanos.

3.1.8 Relación aire – combustible ( ):

3.1.9 Relación gases de combustión – combustible ( ):



3.1.10 Temperatura de la llama en la cámara de combustión de la

caldera :

3.1.11 Calculo del coeficiente de transferencia de calor ( :

Calculo de la temperatura media logarítmica ( :



Calculo del Área de calentamiento en la caldera:

Imagen 12: Distribución de tubos en la caldera

Balance en el área de calentamiento:

Una vez obtenidos los dos parámetros anteriores podremos realizar

el balance en la caldera para poder hallar el coeficiente de

transferencia de calor.

Ahora realizamos el balance:



Imagen 13: caldera Nº5 con sus principales parámetros de funcionamiento (no a escala)

3.2 Balance energético y cálculo del flujo másico y de aire utilizado en la

caldera N°6 con Gas Natural:

3.2.1 Hayamos el PCI del Gas Natural:

Componentes principales del Gas Natural de Camisea:

% de metano 88.22

% de Etano 10.81

Tabla 11: gas natural de Camisea (OSINERMING)

Tomamos los datos del gas natural de Camisea:



3.2.2 Balance estequiometrico: para poder hallar la masa de aire que

participa en la combustión de 100 de gas natural :

Hidrocarburo Gaseoso m(masa) M(moles) n

88.22 16 5.01

10.81 30 0.36

Tabla 12: porcentaje de hidrocarburos, numero de moles y masa molecular.

Combustión Perfecta:

5.01 +0.36 + 11.28 = 5.73 +11.1 + 42.42

Combustión completa:

5.01 +0.36 +11.28*1.2 =5.73 +11.1 +51 +

Hallamos la masa de aire:

11.281.23.76142



- Masa de aire necesaria para la combustión de 100 kg de gas

natural

3.2.3 Relación Aire - Combustible

3.2.4 Realizamos el balance energético de la caldera para hallar el flujo

másico del combustible :

19.48*1.007*23

Este flujo másico es ideal ya que no se ha considerado la eficiencia de la

caldera; además se está asumiendo una relación aire – combustible

teórica, como veremos más adelante.

3.2.5 Relación gases de combustión – combustible ( ):

También está relación es ideal.



3.2.6 Temperatura de la llama en la cámara de combustión con gas

natural en la caldera ( ):

Nota: La temperatura antes hallada la describiremos como una

temperatura teórica, ya que: en primer lugar, el ladrillo refractario resiste

hasta una temperatura máxima de: y en segundo lugar la

temperatura de fusión del acero es aproximadamente de .

(Este último dato es tomado del horno eléctrico de montado

en la planta siderúrgica Sider Perú)

3.2.7 Hallamos la (real) con la temperatura de la llama en la

cámara de combustión :



Nota: Igualamos a la ecuación porque es esa la temperatura que

debe de alcanzar el gas natural en la cámara de combustión para que

pueda mantener sus parámetros de funcionamiento por ejemplo:

coeficiente de transferencia de calor .

3.2.8 Balance de la caldera con la relación aire

combustible real ( :

*1.007*23

Nota: Este flujo másico de combustible también es teórico ya que no

hemos considerado la eficiencia de la caldera.



3.3 Hallando la eficiencia de la caldera con Petróleo Residual N°6 y

Gas Natural y consumo real del flujo másico del Gas Natural:

3.3.1 Eficiencia de la caldera con Petróleo Residual N°6:

La eficiencia de la caldera N°5 la obtenemos del reporte técnico de análisis

de combustión elaborado por la empresa Termodinámica S.A. el día 13 de

Julio del 2012. La caldera está trabajando con una eficiencia del 86 %.

Con el dato antes mencionado podremos hallar las perdidas constantes de

la caldera:

Primero obtenemos el flujo másico de los gases de combustión :

Después obtenemos la entalpia de los gases de combustión :

Remplazamos en la fórmula:



Con los datos antes obtenidos podemos hallar el calor perdido

constantemente :

+0.0617)

3.3.2 Eficiencia de la caldera con Gas Natural:

Hallamos el calor perdido variable ( ):

Flujo másico de los gases de combustión :

La entalpia de los gases de combustión :



Remplazamos para hallar el calor perdido variable ( ):

Ahora podemos hallar la eficiencia real de la caldera utilizando Gas Natural:

3.3.3 Balance Energético en la caldera para hallar el consumo

real de Gas Natural:

3.3.4 Ventilador de tiro forzado: Ahora comprobaremos si el

ventilador de tiro forzado cumple con los nuevos requerimientos para

el accionamiento y funcionamiento de la caldera N°5 con gas natural.



Comprobamos entonces que el ventilador de tiro forzado cumple con

los nuevos requerimientos de la caldera.

3.3.5 Calculo del coeficiente global de transferencia de calor:

Asumiremos una temperatura de los gases de combustión de 180

grados centígrados.

Primero hallaremos la temperatura media logarítmica ( :

Balance en el área de calentamiento:

Una vez obtenidos los dos parámetros anteriores podremos realizar

el balance en la caldera para poder hallar el coeficiente de

transferencia de calor.



Ahora realizamos el balance:

Nota: vemos como el coeficiente global de transferencia de calor

aumenta a comparación con R-6.

Tabla 13: Coeficientes globales de transferencia de calor



3.3.6 Selección del quemador de gas natural y de la válvula

reguladora de presión:

3.3.6.1 Quemador de Gas Natural:

Para poder seleccionar el quemador dual tendremos que hallar la

potencia térmica instalada en la caldera:

Después vamos a las fichas técnicas de la empresa Eurocombustion

y seleccionamos el quemador en función a la carga térmica:

Imagen 14: curvas de funcionamiento de los quemadores de gas natural

Presión vs Potencia térmica

Seleccionaremos el quemador dual Multicalor 1200.1 con codigo

GRSIL 630.

Necesitamos asegurarnos que la presión de entrada al quemador de

Gas natural sea de 12mbar o 1200 Pa.



3.3.6.2 Selección de las válvulas reguladoras de presión:

Hallamos el coeficiente de válvula : primera válvula

Para disminuir la presión de 90 bar (9000000 Pa) a 40 bar (4000000

Pa) usaremos la siguiente válvula:

Entonces seleccionamos la siguiente válvula:

Imagen 15: Ficha técnica de la primera válvula reguladora de presión.



Los reguladores de la

Serie EZH y EZHSO son reguladores

precisos accionados por piloto, con

presión equilibrada y asiento flexible.

Están diseñados para usos en sistemas

de distribución de gran capacidad y

suministros de plantas energéticas.

Proporcionan un funcionamiento

uniforme y fiable, cierre y larga

vida útil.

Imagen 16: Válvula reguladora de presión EZHSO

En las fichas técnicas encontramos esta válvulas con bridas de 1 a 8

pulgadas de diámetro de entrada y salida.

Ya dimensionada la primera válvula reguladora de presión podemos

seleccionar la segunda válvula reguladora de presión:

Hallamos el coeficiente de válvula : segunda válvula

Para disminuir la presión de 40 bar (4000000 Pa) a 0.012 bar (1200

Pa) utilizaremos la siguiente válvula reguladora de presión:



Imagen 17: Ficha técnica de la segunda válvula reguladora de presión.

El regulador Tipo 99 es ideal para

sistemas que requieren un control

de la presión preciso y una respuesta

rápida. Las aplicaciones típicas

incluyen suministro

de combustible a

calderas industriales,

motores a gas, hornos,

estufas, quemadores

industriales y secadoras.

Imagen 18: Válvula reguladora de presión Tipo 99

En las fichas técnicas encontramos esta válvula con bridas de 2

pulgadas de diámetro de entrada y salida.



3.4 Dimensionamiento del tanque de almacenamiento de Gas natural:

En primer lugar debemos saber que hay dos formas de almacenar Gas

natural comprimido:

Tanques esféricos

Tanques cilíndricos con cabezas hemisféricas.

También se debe de conocer las facilidades de los materiales en el

mercado.

En segundo lugar debemos de tener en cuenta el tiempo en horas de

funcionamiento de la caldera alimentada por gas natural.

Tiempo Masa de combustible (Gas Natural)

1 h 813.6 Kg

2 h 1627.2 Kg

4 h 3254.4 Kg

8 h 6508.8 Kg

12 h 9763.2 Kg

1 día 19526.4 Kg

2 días 39052.8 Kg

3 días 58579.2 Kg

Tabla 14: masa de combustible almacenando en función al tiempo

En tercer lugar debemos de tener en cuenta la presión a la que

deberá estar almacenado el Gas natural:

Si utilizamos una presión elevada (15MPa - 25 MPa) podremos

comprimir la mayor masa posible en un volumen literalmente

pequeño. Esto aumentara el tiempo de abastecimiento a la caldera

con gas natural.

Si utilizamos una presión pequeña (5MPa - 10 MPa) podremos

comprimir menor masa y con mayor volumen.



En cuarto lugar necesitamos conocer un parámetro importante del

Gas Natural: (constante del gas natural):

Si es un solo Gas:

Si son Varios Gases:

Para nuestro caso utilizaremos una presión de 8 MPa

(Manométricos).

3.4.1 Caso 1: Dimensionamiento de tanques esféricos:

Asumiremos un espesor de plancha:

Utilizaremos un acero aleado con



Ahora calcularemos el volumen de gas natural almacenado en un

recipiente a presión esférico:

Masa contenida en recipiente esférico de

Numero de tanques en función al consumo másico de la caldera y

entregas de gas natural:

Asumiendo un Área requerida por norma: (3 metros de alejamiento al

siguiente tanque)

Imagen 20: Área del tanque de gas natural

ÁREA DEL

TANQUE DE

GAS NATURAL

7 m

7 m



Masa de Gas Natural # de

tanques

Área

necesaria

Tempo de funcionamiento de la

caldera con Gas Natural

813.6 Kg 1 1 hora

1627.2 Kg 1 2 horas

3254.4 Kg 2 4 horas

6508.8 Kg 3 8 horas

9760.8 Kg 5 12 horas

19521.6 Kg 10 1 día

39043.2 Kg 19 2 días

58564.8 Kg 29 3 días

Tabla 15: Requerimientos de tanques esféricos

3.4.2 Caso 2: Dimensionamiento de tanques cilíndricos con cabezas

hemisféricas:

Utilizaremos un acero aleado con

Asumiremos un diámetro:

Ya que una plancha con ese espesor no se fabrica, seleccionaremos

una plancha con espesor de

Ahora calcularemos el volumen de gas natural almacenado en un

recipiente a presión cilíndrico con cabezas hemisféricas:

Usaremos un :



Masa contenida en recipiente esférico de

Numero de tanques en función al consumo másico de la caldera y

entregas de gas natural:

Asumiendo: Área requerida por tanque según norma (3 metros de

alejamiento al siguiente tanque):

Imagen 21: Área del tanque de gas natural

AREA DEL TANQUE

DE GAS NATURAL

11 m

3.8 m



Masa de Gas Natural # de

tanques

Área

necesaria

Tempo de funcionamiento de la

caldera con Gas Natural

813.4 Kg 1 1 hora

1626.8 Kg 2 2 horas

3253.6 Kg 2 4 horas

4068 Kg 3 5 horas

4881.6 Kg 3 6 horas

6508.8 Kg 4 8 horas

9763.2 Kg 7 12 horas

19526.4 Kg 12 1 día

39052.8 Kg 26 2 días

58579.2 Kg 38 3 días

Tabla N° 16: Requerimientos de tanques cilíndricos con cabezas hemisféricas.

Se diseñaran y se montaran tanques cilíndricos con cabezas hemisféricas

para suministrar gas natural a la caldera durante horas.

3.4.3 Calculo del número de planchas a utilizar para la

construcción del tanque:

Dimensiones de la plancha a utilizar:

Plancha de acero A 612 de 7230*2400*5/8”

Imagen 22: dimensiones de plancha ASTM A612

PLANCHA ACERO ASTM

A612

7.23 m

2.4 m



Área total:

Planchas para cilindro:

Imagen 23: Cotas en milímetros (no a escala)

Nota:

Planchas necesarias para la construcción del cilindro:

3 planchas A612 de 7230*2400*5/8”

Longitud a soldar: 20.114 metros por tanque



Planchas para esfera:

Imagen 24: Cotas en milímetros (no a escala)

Nota:

Planchas necesarias para la construcción de la esfera:

1 plancha A 612 de 7230*2400*5/8”

No se considera la soldadura ya que estará cotizado

dentro del servicio de embutido:

3.4.4 Calculo del peso del tanque:

3.4.4.1 Cálculo del peso del tanque sin Gas Natural:

Peso del tanque sin Gas Natural:



6.4.4.2) Cálculo de soldadura:

Calculamos el área del triángulo:

Calculamos el área restante del cordón de soldadura:

Área total:

Calculamos el volumen de soldadura:



Calculamos la masa de soldadura:

Ahora calculamos la masa real de la soldadura a utilizar:

De soldadura

6.4.4.3) Cálculo del peso del tanque con Gas Natural:

Peso del tanque con Gas Natural:



6.4.3) Calculo de las silletas en el tanque:

6.4.3.1) Diagrama de cuerpo libre del tanque de Gas Natural:

Imagen 25: Diagrama de cuerpo Libre del tanque

6.4.3.2) Dimensionamiento de las silletas:

Figura 26: Principales parámetros de diseño de las silletas del tanque con cabeza

hemisférica



Dimensionamos la placa de desgaste del tanque:

Hallamos A:

Asumimos:

Ahora reemplazamos:

Asumiremos:

Imagen 27: dimensiones de la placa de desgaste



Dimensionamos el alma de la placa base:

Hallamos C (ancho):

Hallamos el :

Hallamos Z (alto):



Imagen 28: dimensionamiento de silleta

Dimensionamos la placa base:

Para el ancho de la base asumiremos la mitad del ancho de la

plancha de desgaste:

Imagen 29: Placa base

Ya que hay retazos de las planchas cortadas para los

tanques, fabricaremos las silletas del sobrante.



Con el volumen antes hallado calculamos la soldadura a

utilizar en la construcción de las silletas:

3.5 Dimensionamiento de tuberías de gas natural y caída de

presión:

3.5.1 Primer tramo (tanque de almacenamiento a válvula

reguladora de presión):

La norma técnica peruana indica que la velocidad máxima en las

tuberías de gas natural no deberán exceder los .

La norma técnica peruana referida a instalaciones de gas natural no

establece una velocidad específica por tramos.




Es factible utilizar la siguiente formula ya que ella se cumple

para :

Hallamos las pérdidas de presión:

Se acepta esta pérdida de presión ya que es menor al 5% de la

presión de salida del tanque de almacenamiento de gas natural:



5% de 9000000 Pa = 450000 Pa

Seleccionamos la tubería Según la Norma ASTM A53:

Hemos seleccionado una tubería SCH 40 con espesor de 6.55 mm y

diámetro interior de 5”.

Imagen 30: Ficha Técnica de la tubería

3.5.2 Segundo Tramos (válvula reguladora de presión 1 a

válvula reguladora de presión 2):







para :


Se acepta esta pérdida de presión ya que es menor al 5% de la

presión de salida de la primera regulación de presión:

5% de 4000000 Pa = 200000 Pa


Hemos seleccionado una tubería SCH 40 con espesor de 5.49 mm y

diámetro interior de 3”.




3.5.2 Tercer Tramo (válvula reguladora de presión 2 a quemador

de gas natural):





para :




En este tramo se procede a determinar la presión de salida de

la válvula reguladora de presión, la regulación estará en

función a la presión que se pierde en el tramo más la presión

de ingreso al quemador:


Hemos seleccionado una tubería SCH 40 con espesor de

5.49 mm y diámetro interior 3”




3.6. Análisis Económico:

3.6.1 Costos por utilización de R-6:

Costos producidos en la caldera en 5 años de funcionamiento

2009 2010 2011 2012 2013

Horas de producción anuales

1,344 1,300 1,230 1,300 1,344

Consumo de R-6 (galones)

434,515.2 420,290 397,659 420,290 434,515.2

Costo unitario de R-6($/gal)

3 2.6 3 2.8 2.5

Costo total por combustible

1’303,545.6 1’092,754 1’192,977 1’176,812 1’086,288

Costos por mantenimiento($)

5,800 6,500 7,000 6,800 5,900

Costos por gastos de Energía Eléctrica($)

300 200 250 200 300

Gastos totales($) 1’309,645.2 1’099,454 1’200,227 1’183,812 1’092,488

Tabla 17: costos por utilización de petróleo R-6

Costos Totales de la producción en 5 años de la caldera N 5 con

R-6:

Costos Totales

Costo Total($) Costo Total(N.S.)

2009 1’309,645.6 3’470,560.84 2010 1’099,454 2’913,553.1 2011 1’200,227 3’180,601.55 2012 1’183,812 3’137,101.8 2013 1’092,488 2’895,093.2

Tabla 18: Costos en dólares y en nuevos soles



3.6.2 Costos por Instalación de equipos para la instalación de

Gas natural:

Costos de la instalación de de Gas Natural

Precio Total

Ingenieria Basica

$6,000.00

Ingenieria de Detalle

$22,000.00

Cantidad Unidad Precio Unitario Precio Total

Gas Natural para pruebas durante 1 mes - - - $ 450,886.00

Tanque con cabeza hemiesferica 6 - $ 35000 $ 210,000.00

Quemador R1200.1 1 - $25,000.00 $25,000.00

Valvulas reductoras de presion EZH 1 - $ 10,000.00 $ 10,000.00

Valvulas ON/OFF 4 - $1,000.00 $4,000.00

Tuberias 5" cedula 40 120 m $19.167 $2,300.00

Tuberias 3" cedula 40 40 m $15.83 $635.00

Soldadura AWS E 6011 30 Kg $5.67 $170.1

Soldadura AWS E 10018 85 Kg $45.00 $3,825.00

Transporte de material - - - $ 5,000.00

Pago del Personal - - - $ 10,000.00

Pago del Supervisor - - - $ 6,000.00

Pago de servicios(agua,luz,telefono) - - - $ 1000

Ensayo de tintes penetrantes - - - $ 500.00

Ensayo de particulas magneticas - - - $ 1,000.00

Radiografia - - - $ 2,500.00

Ultrasonido - - - $ 5,000.00

Otros - - - $2500

Costos Totales ($) 765,816.00

Costos Totales (Nuevos soles) 2029412

Tabla 19: Costos de la instalación de la planta de almacenamiento de gas natural



Costos Por abastecimiento de Gas Natural:

Costos por abastecimiento de Gas Natural

2014 2015 2016 2017 2018

Horas de funcionamiento

1344 1300 1230 1300 1344

BTU 1.95E+14 1.89E+14 1.78E+14 1.89E+14 1.95E+14

$/MBTU 3.2 3.3 3.4 3.5 3.2

Costo por hora 464 478.5 493 507.5 464

Costo Total($) 623,616 622,050 606,390 659,750 623,750

Costo total(N.S.) 1’652,582 1’648,432.5 1’606,933.5 1’748,337.5 1650,582.4

Tabla 20: costos por abastecimiento de gas natural



3.6.3 Cálculo del VAN: Primero realizamos un esquema del flujo de caja,

asumiendo que el proyecto durara 5 años con un interés de 14 %:

Imagen 33: flujo de caja



6.6.3) Calculo del TIR:

TIR = 72 %



CAPITULO V: DISCUSIÒNES

Se demostró técnicamente que el cambio de petróleo residual 6 es factible ya que

se logran alcanzar el principal parámetro de funcionamiento, la temperatura de la

llama en la cámara de combustión con el gas natural y logrando superar la

eficiencia y el coeficiente global de transferencia de calor.

Un punto importante a discutir es la forma de almacenar el gas natural.

Por una parte tenemos nuestros cilindros de 1.8 metros de diámetro con una

longitud de 8 metros, que técnicamente analizados es factible su producción por

las facilidades que tenemos en nuestros alrededores, encontrar maquinas de

rolado para plancha de 5/8” de espesor no es difícil de encontrar. Ahora bien, si

no es difícil encontrar lugares que ofrezcan el servicio de rolado, es difícil

encontrar un lugar donde brinden el servicio de conformado (embutido) para la

cabeza hemisférica. Lugares como Lima ofrecen ese tipo de servicios. Pero en

Trujillo Nassi adquirió una maquina embutidora india que nos facilitara ese

proceso.

Por otra parte se calculo un tanque esférico de aproximadamente 6 a 7 metros de

diámetro, técnicamente es muchísimo mejor almacenar hidrocarburos gaseosos

en tanques esféricos que en tanques cilíndricos con cabezas hemiesfericas

porque las moléculas de carbono e hidrogeno se adaptan mejor a la configuración

esférica. Pero el problema radica en la construcción del tanque.

Al sustituir el suministro del petróleo residual 6 se retirarían los siguientes

accesorios: bomba de petróleo, calentador eléctrico, atomizador, válvulas y

tuberías. Accesorios que no se desecharían.

Los retazos sobrantes de la 4ta plancha serán utilizados para la fabricación de las

silletas, plancha de desgaste y plancha de soporte.



CAPITULO VI: CONCLUSIONES

Se ejecuto el análisis técnico de los parámetros de entrada y funcionamiento de

la caldera N°5 con petróleo residual N°6 para poder igualarlos a los parámetros de

entrada con el gas natural a la caldera y obtener los mismo parámetros de

funcionamiento, ya que la alteración de alguno de ellos podría ocasionar algún

tipo de desperfecto en el funcionamiento de la caldera.

Para que la caldera pueda alcanzar una presión de 120 PSI se necesita con R-6

0.35 Kg/s de este combustible para alcanzar una temperatura en la cámara de

combustión de 1216 grados centígrados.

Para que la caldera pueda alcanzar los 1216 grados centígrados necesitamos un

flujo másico de 0.226 Kg/s y una relación de aire combustible 32.88. Si la relación

de aire combustible es menor de 24 la llama, teóricamente alcanzaría más de

1500 grados centígrados.

Se dimensionaron los recipientes a presión, que se fabricaran con una plancha de

acero A 612 (acero tratado con temple y revenido para mejorar sus propiedades

mecánicas), de diámetro interior de 1.8 metros y de longitud de 8 metros de largo.

Se almacenaran 1533.3 Kg de gas natural comprimido a una presión

manométrica de 8 Mpa por cada tanque, se montaran 6 tanques con las

características antes mencionadas. No se encontraron problemas con el área

efectiva para el montaje de los tanques ya que la empresa cuenta tiene de 400 a

300 metros cuadrados libres.

Las tuberías de 5 pulgadas estarán entre la válvula reguladora de presión y los

tanques, ellas irán al nivel del suelo y al costado de la pared.

Podemos observar claramente, en los costos de operación por hora el cambio: 1

hora con R6 es $ 810 y 1 hora con Gas natural es de $ 503.



Económicamente se comprueba que el gas natural es muy económico a

diferencia del petróleo residual 6, nuestros parámetros financieros indican que si

es factible realizar el proyecto:

TIR = 72 %



CAPITULO VII RECOMENDACIONES

Concientizar a la inversión en gas natural en calderas alimentadas por petróleo

residual N°6 de las pesqueras, ya que el costo por consumo de petróleo es muy

pequeño a comparación de las ganancias en la producción de harina de pescado

y aceite de pescado como alguien algún día dijo : es solo un arañazo.

Queda por demostrar con instrumentos de medición la temperatura de los gases

de combustión en la caldera una vez instalado el sistema de abastecimiento con

gas natural. El instrumento que servirá para la medición será un pirómetro.

Se sugiere realizar la factibilidad técnica económica con las calderas pirotubulares

ya que ellas tienen un consumo meno de combustible.

Realizar un proyecto de cogeneración de energía eléctrica para la planta

pesquera ya que el gas natural se convertirá en una fuente de energía muy

pedida en los próximos años.

Aprovechar la explotación del futuro pozo del lote Z-46. Dimensionar un sistema

de alimentación por ductos para las 7 calderas (alómenos para las 5 primeras ya

que ellas siempre entran en funcionamiento en la producción, las calderas 6 y 7

están para suplir una demanda muy elevada de vapor).

Realizar una auditoría al área de vapor de la pesquera ya que se han encontrado

purgas en mal funcionamiento.

Realizar una inspección para supervisar la calidad del mantenimiento de las

calderas.



CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Araujo, Paul Antony Maguiña Palacios y Javier Garcia. 2009. Analisis comparativo del uso del

Petroleo Residual Nº6 y gas natural como combustibles en calderas acuotubulares. Trujillo : s.n.,

2009.

Caballero, Raul Adolfo Peña Guerau y Roberto Carlos Carrion. 2010. Analisis tecnico economico

para cambiar el sistema de alimentacion con Petroleo R-6 por gas natural en secador industrial de

harina de pescado de contacto directo. Trujillo : s.n., 2010.

Cesar, Plasencia. 2012. Curso : Seminario de actualizacion II (Soldadura). Trujillo : s.n., 2012.

Esteban, Guerrero Silva Eduardo. 2012. FACTIBILIDAD DE CONVERTIR BROZA DE ESPARRAGO A

BIOGAS EN BIODIGESTORES PARA DISMINUIR EL CONSUMO DEL COMBUSTIBLE RESIDUAL6 - R6 EN

CALDERAS EN LA EMPRESA DANPER- TRUJILLO. Trujillo : s.n., 2012.

Gas natural Seco : estacion de servicio para venta al publico de gas natural vehicular. Peruana,

Norma tecnica. 2007. Lima : s.n., 2007.

Huaccha, Eli Guayan. 2010. Curso : Termodinamica. Trujillo : s.n., 2010.

Megyesy, Eugene F. 1997. MANUAL DE RECIPIENTES A PRESION. Mexico D.C. : Limusa - Noriega

Editores, 1997.

Raul, Paredes Rosario. 2012. Curso de Sistemas Energeticos. Trujillo : s.n., 2012.

—. 2011. Cursos : Maquinas termicas. Trujillo : s.n., 2011.

Seccion VIII : recipientes sometidos a presion. ASTM.

Villanueva, Javier lindolf Alvarado. 2009. Estudio tecnico Economico para la sustitucion de

petroleo residual 5,6,5 por gas natural licuado en plantas industriales. Lima, Universidad Nacional

de Ingenieria. Lima : s.n., 2009. pág. 139.



CAPITULO VIII: ANEXOS

factibilidad tecnica economica del cambio de petroleo residual n6 en caldera n5 de la empresa...

Documents