Análisis Espectral de Eficiencia en Calderas Industriales

GASCO es una compañía fundada en 1856 y en su larga historia ha sido actor relevante de muchos cambios en la industria de la energía en Chile. Desde la lejana época del alumbrado público a gas, hasta la introducción del Gas Natural y Gas Licuado. Actualmente participa activamente en la industria chilena liderando el diseño e implementación de soluciones energéticas integrales, eficientes, seguras, limpias y rentables. Siendo un actor relevante en la transformación de la matriz de energía en Chile. Lo anterior se basa también en la permanente búsqueda y adaptación de tecnología para hacer los procesos industriales más óptimos y sostenibles para nuestros clientes. Su análisis espectral de eficiencia en calderas industriales es uno de muchos ejemplos, como la empresa aporta a una minería más sustentable y eficaz.

ANÁLISIS ESPECTRAL DE EFICIENCIA EN CALDERAS INDUSTRIALES

Sin duda un elemento clave en la gestión de energía de salas térmicas, tiene que ver con el manejo de la eficiencia en calderas y usualmente el termino apunta, a llevar a cabo mediciones relativamente sencillas en un determinado periodo de tiempo de la cantidad de agua que ingresa a la caldera
(q agua  ) la temperatura que esta tiene ( T° agua) y por otro lado medir el consumo de combustible del quemador de la caldera.(Q combustible  ). El cual convierte finalmente el agua en vapor.

Con estas mediciones, sumados a la entalpia del agua (h entalpia) y el poder calorífico (PCi combustible) entonces se procede a efectuar un cálculo como el siguiente.:

Desafortunadamente es habitual también, que este consumo de agua se suponga similar al que produce la caldera en términos de vapor saturado, dejando de lado, por ejemplo, las purgas de la caldera y otras perdidas. Esto por el costo que tiene medir directamente el vapor a la salida del equipo.

Lo anterior produce un conjunto de datos que finalmente estiman una especie de “foto” de la eficiencia de la caldera, que oscila normalmente en torno al 85% y en calderas muy buenas sobre el 90%. Todo esto resulta muy habitual para las personas que deben administrar estas plantas. Existe por otro lado la necesidad de determinar cómo se relaciona esta eficiencia con las variables que hacen que esta cifra no sea una constante durante largos periodos de producción. Lo que se obtiene finalmente es un perfil o curva de la eficiencia de la caldera el cual podría ser por ejemplo algo de este tipo.

Esto finalmente constituye un conjunto de datos en el dominio del tiempo y es posible decir que alguna función desconocida gobierna la forma de esta curva. La cual podría ser comparada en distintos periodos y obtener por ejemplo una serie de estadísticas muy útiles de la eficiencia o quizás el ordenamiento en percentiles y determinar por intervalos cuantas veces se produce un determinado nivel de eficiencia.

SERIES DE FOURIER.

Pero en el fondo parece ser, que existe una eficiencia base, que, si todas las variables de operación se sincronizan correctamente de alguna manera bien determinada, entonces la eficiencia toma un valor fundamental y el resto parece ser solo la suma de pequeñas alteraciones o simplemente “ruido”.

Una herramienta que probablemente pueda ayudar a estimar esto, corresponde a “Transformar” nuestra función en un dominio distinto, por ejemplo, el dominio de la frecuencia.

Si hacemos uso del concepto elaborado por el matemático francés Jean-Baptiste Fourier, en donde toda función puede ser construida de una manera conveniente a partir de una suma infinita de funciones trigonométricas.  Podremos reconfigurar la misma función de eficiencia, pero en el conveniente dominio de sus frecuencias.

Lo anterior es posiblemente una forma más útil de entender un perfil de eficiencias, puesto que se encuentra esta frecuencia fundamental, que, desde un punto de vista mecánico, es el valor base de eficiencia sumado a un conjunto de otros armónicos, que en su sumatoria describen el desempeño energético de una caldera.

De hecho, este perfil de frecuencias obtenido de un periodo de tiempo, puede ser comparado con otro perfil de otro periodo y entender si nuevos armónicos se han sumado a la función de eficiencia y cuales podrían ser específicamente estos, si existe una sensorización adecuada de todas las variables que intervienen en la operación de producción de vapor.

A lo anterior se suma otro elemento interesante y es que en el objetivo de determinar que variables de operación producen un efecto sobre la eficiencia, es preciso entender que frecuencia tiene y en qué tiempo se produce. Desafortunadamente obtener ambas cosas en simultáneo no es posible, pues una señal de alta frecuencia requiere de un corto tiempo de lectura, pero por otro lado una señal de baja frecuencia necesita un mayor tiempo de lectura.

Son estos temas los que nos apasionan en Gasco, siempre buscando la forma de dar un paso hacia adelante en el logro de eficiencias, haciendo que un conjunto complejo y abundante de datos pueda generar información simple y útil para que la gestión de la energía sea algo más fácil y productivo.

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