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Medellín, 22 de febrero de 2005

No.20


cómo aprovechar mejor las ventajas comparativas del gas natural en procesos industriales

El advenimiento del gas natural en los últimos treinta años como nuevo vector energético en la economía mundial está abriendo nuevas oportunidades en la industria para incrementar la eficiencia energética de los procesos, mejorar su productividad y disminuir las emisiones contaminantes, en particular las de dióxido de carbono (CO2).  Frente a la posibilidad de las empresas de participar en los mecanismos de desarrollo limpio, sustituyendo combustibles con altas emisiones de CO2 por unidad de energía liberada (como los aceites combustibles y el carbón) por gas natural, se plantean opciones económicas complementarias.

La existencia de reservas importantes de gas natural en algunos países de América latina y la puesta en marcha de programas de masificación de este energético hacen pertinente examinar las formas más racionales de utilizarlo, para aprovechar sus ventajas comparativas con respecto a otros combustibles.

La preocupación por desarrollar tecnologías de conversión energética que aprovechan mejor las ventajas comparativas del gas natural ha motivado en los últimos diez años la aparición de varias innovaciones tecnológicas[2], cuya apropiación y adaptación a las particularidades de Colombia deben contribuir a un uso racional del gas natural.  

Generación descentralizada de calor

Los sistemas convencionales de generación de calor por medio de combustibles líquidos y carbón parten de una caldera centralizada, que al quemar el combustible y transferir el calor al agua produce vapor, que es distribuido a los diferentes procesos consumidores de calor, como se muestra en la figura 1.

Figura 1.  Sistema centralizado

Aunque una caldera convencional puede convertirse para operar con gas natural y continuar con un sistema centralizado de generación de calor, se pueden obtener mejores resultados con la implementación de un sistema descentralizado de calentamiento directo.

Un sistema descentralizado consiste en una red que suministra el combustible (gas natural) directamente a cada equipo de combustión del respectivo proceso.  Se trata de un sistema de calentamiento directo que sólo se acciona cuando el proceso lo requiera, como se representa en la figura 2.

Figura 2.  Sistema descentralizado

Existen tecnologías disponibles para la implementación de sistemas descentralizados, dependiendo del nivel de temperatura del proceso.

Para el calentamiento de agua (45°C a 100ºC) y de aire (70°C a 120ºC) requeridos en secado industrial, se pueden aplicar las siguientes tecnologías:

 

Análisis comparativo entre los sistemas centralizados y descentralizados de generación de calor  

Con la utilización del gas natural en sistemas centralizados para la generación de calor  se producen pérdidas debido a:

  • Deficiencia en la combustión. Por la pérdida de calor sensible y latente en los humos que salen de la caldera. Las pérdidas de calor latente están asociadas al calor latente de vaporización, que para el gas natural representa aproximadamente el 10% del poder calorífico superior.   

  • Pérdida de calor en los ductos de distribución de vapor. Debido a la diferencia de temperaturas entre el vapor y el medio circundante, a pesar del aislamiento de los tubos de distribución, ocurre una pérdida de calor por convección. Esta situación se agudiza si existen fugas. La pérdida de calor puede afectar la calidad de vapor producido.   

  • Por razones de no simultaneidad entre los procesos que consumen calor. En algunas ocasiones el sistema centralizado debe operar a carga parcial para adaptarse a la demanda de vapor, lo cual disminuye la eficiencia. 

La eficiencia global de un sistema centralizado, si se tienen en cuenta las pérdidas anteriormente descritas y en condiciones de variación de demanda, puede situarse entre el 50% y el 70%. [3]

El uso del gas natural en procesos de baja temperatura con sistemas descentralizados y aplicaciones directas de calor, con respecto a los sistemas convencionales, presenta las siguientes ventajas:

  • Al transferir el calor directamente al proceso se puede recuperar mayor cantidad de calor sensible, y en algunos casos latente, de los productos de combustión, obteniendo así mayores eficiencias.   

  • Como el calor se transfiere directamente a través de los gases de combustión, no se generan las pérdidas por convección, fugas y caídas de presión que ocurren con el vapor como fluido térmico a lo largo de una red.   

  • El mantenimiento de los equipos y ductos de transporte de vapor se eliminan con la implementación de sistemas descentralizados de calentamiento directo.   

  • La menor inercia térmica permite realizar arranques más rápidos. A diferencia de los sistemas centralizados no requieren estar siempre en funcionamiento; ellos pueden desconectarse cuando no se necesite momentáneamente el calor, logrando así mayor flexibilidad de operación, menores tiempos muertos y mayor rapidez de respuesta.   

  • Recibir el combustible por red permite utilizar el espacio anteriormente destinado al almacenamiento de combustibles líquidos y sólidos para otros fines y elimina el costo de inventario, pues se paga lo que se consume.   

  • Debido a que el tiempo de puesta a punto en el arranque es inferior al que requieren los sistemas centralizados, la mayor rapidez de respuesta y calentamiento, se obtiene un aumento de la capacidad de producción y por ende, mayor productividad.

Ahorro de combustible

La expresión que define el porcentaje de ahorro de combustible, cuando un proceso opera mediante un sistema centralizado de calentamiento de eficiencia global RC y se sustituye por uno descentralizado de eficiencia RD, es:

Ahorro% = 1 - ( RC  / RD )

 Por ejemplo, si el rendimiento de un sistema centralizado es del 60% y si se sustituye por un descentralizado de calentamiento directo con eficiencia del 90%, lo cual es alcanzable con las tecnologías anteriormente descritas, se obtiene un porcentaje de ahorro del 36%.

CONCLUSIONES

La sustitución de combustibles sólidos y líquidos por gas natural, siempre y cuando sea posible, es recomendable realizarla con tecnologías descentralizadas y de calentamiento directo, con ello se garantiza un mayor aprovechamiento de las ventajas comparativas de éste combustible.

La introducción de sistemas descentralizados de calentamiento directo mejora la eficiencia, genera mayor flexibilidad de operación y tiene efectos significativos sobre la productividad de los procesos.  

El desarrollo de tecnologías descentralizadas y de calentamiento directo en el país que sean adaptables a la escala económica y naturaleza de los procesos en pequeñas y medianas empresas, pueden permitir en Colombia la ampliación del mercado del gas natural en este importante segmento de la economía nacional, contribuyendo a mejorar su competitividad, productividad y generación de ingresos;además de permitir su participación en los mecanismos de desarrollo limpio, al sustituir combustibles con grandes emisiones de dióxido de carbono por gas natural.

GLOSARIO

Calor latente: Es el calor que es necesario adicionar o sustraer a una sustancia para que cambie su estado físico, sin variar a la temperatura.

Calor sensible: Es el calor que se emplea para variar la temperatura de un cuerpo, sin cambiar su estado físico.

Poder calorífico superior (PCS): Cantidad de calor liberado en el proceso de combustión cuando los productos de la combustión son enfriados hasta el punto que resulte condensado el vapor de agua que contiene.  Para el gas natural está entre 9300 Kcal/m3 y 10900 Kcal/m3[4].                                                                                  Volver


FUENTES

1. Andrés Amell Arrrieta: Coordinador del grupo de ciencia y tecnología del gas y uso racional de la energía.  Facultad de Ingeniería.  Universidad de Antioquia                           Volver

2. www.Gastechnology.com                                                                           Volver
3. Sedigas. Manual del gas y sus aplicaciones: Sectores primarios e industriales.     Volver
4. Gaspetro (Brasil)                                                                        Volver

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