Combustibles
Combustibles líquidos y gaseosos para una caldera:
La correcta selección del combustible que se va a utilizar en una caldera puede significar el ahorro o gasto de un monto relevante (normalmente un monto más grande que el costo de la caldera misma).
La disponibilidad y precio de los combustibles varía en cada región o país, pero Powermaster recomienda hacer un análisis cuidadoso de los combustibles disponibles y su costo real antes de adquirir una caldera.
Los combustibles más comunes al día de hoy y sus características generales son:
Gas Natural
El gas natural es una mezcla de gases que se extraen de la tierra normalmente cuando se extrae petróleo y es uno de los gases más comunes en la industria por su bajo costo, facilidad de uso y emisiones limpias.
Estado: Gaseoso
Acondicionamiento requerido: Regulación de presión, filtrado.
Tipo de suministro: Entubado
Composición química promedio (PEMEX): Metano CH4 (85 a 90%), Etano C2H6 (hasta el 9%) y otros gases como CO2 y N2.
Poder calorífico inferior (Hi) (PEMEX): 8,205 kcal/m3 (922 BTU/ft3)
Poder calorífico superior (Hs) (PEMEX): 9,104 kcal/m3 (1,024 BTU/ft3)
Descargue un DT&I (P&ID) de un tren típico de Gas Natural aquí.
Descargue una guía mecánica de instalación de una caldera de Gas Natural aquí.
Gas L.P.
El gas L.P. es una mezcla de gases Propano C3H8 y Butano C4H10 que mezclan en plantas de producción y es uno de los gases más comunes en la industria por su bajo costo, facilidad de uso y emisiones limpias.
Estado: Líquido
Acondicionamiento requerido: Evaporación, regulación de presión, filtrado.
Tipo de suministro: Pipa
Composición química promedio (PEMEX):Propano (30%) Butano (70%)
Poder calorífico inferior (Hi) (PEMEX): 11,000 kcal/kg (19,799 BTU/lb)
Poder calorífico superior (Hs) (PEMEX): 10,680 kcal/kg (21,445 BTU/lb)
Descargue un DT&I (P&ID) de un tren típico de Gas L.P. aquí.
Descargue una guía mecánica de instalación de una caldera de Gas L.P. aquí.
Diesel
El Diesel es un producto de la destilación del petróleo y es un combustible común en la industria por su facilidad de transporte, seguridad y bajo costo. El Diesel industrial no es lo mismo que el Diesel automotriz, el cual contiene aditivos para hacerlo más explosivo y no es apto para calderas.
Estado: Líquido
Acondicionamiento requerido: Regulación de presión, eliminación de aire, filtrado.
Tipo de suministro: Pipa
Composición química promedio (PEMEX):Carbono (84.6%), Hidrógeno (9.7%), Azufre (2.7%), Nitrógeno (1%), Agua (1.5%), Ceniza (0.5%)
Poder calorífico inferior (Hi) (PEMEX): 10,000 kcal/kg (18,000 BTU/lb)
Poder calorífico superior (Hs) (PEMEX): 10,680 kcal/kg (19,224 BTU/lb)
Densidad (PEMEX): 0.865 kg/l
Descargue un DT&I (P&ID) de un tren y equipos auxiliares típicos de Diesel aquí.
Descargue una guía mecánica de instalación de una caldera de Diesel aquí.
Combustóleo
El Combustóleo es un remanente de la destilación del petróleo y es un combustible común en la industria por su precio. El Combustóleo requiere de mucho acondicionamiento, es problemático y genera emisiones no deseables. Su uso está prohibido en muchos estados de México y U.S.A..
En México, este combustible no cumple con las especificaciones que publica PEMEX, por lo que no se puede quemar con atomización mecánica como en Europa.
Debido a que si hay paros en la demanda de vapor existe la posibilidad de que se enfríe y solidifique, se recomienda utilizar combustóleo únicamente se existen demandas de vapor continuas de 24 horas al día durante períodos prolongados.
Estado: Sólido a temperatura ambiente, líquido a partir de aproximadamente 32°C.
Acondicionamiento requerido: Pre-calentamiento en dos etapas, regulación de presión, eliminación de aire, filtrado, medio atomizante (aire comprimido o vapor), piloto de Gas.
Tipo de suministro: Pipa
Composición química promedio (PEMEX): Carbono (83.04%), Hidrógeno (11.3%), Azufre (4.2%), Nitrógeno (0.4%), Oxígeno (0.46%), Ceniza (0.6%), Vanadio (246 ppm), Sodio (70 ppm), Níquel (37 ppm).
Poder calorífico inferior (Hi) (PEMEX): 9,583 kcal/kg (17,250 BTU/lb)
Poder calorífico superior (Hs) (PEMEX): 10,111 kcal/kg (18,200 BTU/lb)
Densidad (PEMEX): 0.982 kg/l
Descargue un DT&I (P&ID) de un tren y equipos auxiliares típicos de Combustóleo aquí.
Descargue un diagrama de los equipos necesarios para quemar Combustóleo aquí.
Descargue una guía mecánica de instalación de una caldera de Combustóleo aquí.
Biogás
El Biogás es un producto de la digestión de materia orgánica, típicamente aguas negras o residuo fecal de ganado. La composición química del biogás depende de la materia orgánica a partir de cual se produce y varía de digestor en digestor. Todos los biogases contienen H2S, el cual es altamente tóxico y corrosivo, por lo que requieren acondicionamiento para poderse quemar seguramente.
Estado: Gaseoso
Acondicionamiento requerido: Secuestro de H2S, secado, regulación de presión, filtrado.
Tipo de suministro: Digestor orgánico.
Composición química promedio: Variable.
Poder calorífico inferior (Hi): Variable.
Poder calorífico superior (Hs): Variable.
Cálculo de costo real por kilocaloría para selección de Combustible
El consumo de combustible de una caldera depende de la cantidad de energía que dicho combustible contenga, ya que el producto demandado por el cliente o proceso es energía (en forma de vapor o agua caliente).
Independientemente del tamaño de la caldera, el costo del combustible es un factor determinante para obtener grandes ahorros o gastos, pero su comparación con otros combustibles normalmente resulta confusa para los clientes ya que cada combustible se vende por diferente unidad de medida (litro, kilogramo, metro cúbico, etc.)
La manera más fácil de seleccionar el combustible adecuado para su caldera es obteniendo el costo real por kilocaloría de todos los combustibles y comparar éstos directamente.
El costo real por kilocaloría se obtiene de la siguiente manera:
$kal = $UM x 1,000 / Hi
En donde:
$kcal es el costo real por kilocaloría
$SUM es el costo por unidad de medida (costo del proveedor)
Hi es poder calorífico inferior del combustible (por la misma unidad de medida)
Ejemplo:
Se quiere evaluar si es más barato utilizar Gas L.P. o Diesel para una caldera. El proveedor de Gas L.P. vende el kilogramo en $12.42 y el proveedor de Diesel vende el litro en $12.05
Utilizando los poderes caloríficos inferiores de los combustibles (ver arriba), obtenemos el costo real por kilocaloría de cada uno de ellos:
Para el Gas LP tenemos:
$kcal - Gas LP = 12.42 $/kg x 1,000 / 11,000 kcal/kg = 1.12 $/1,000 kcal
Para el Diesel tenemos:
El Diesel tiene una densidad de 0.865 kg/l por lo que cada kg de Diesel cuesta:
12.05 $/l / 0.865 kg/l = 13.93 $/kg
$kcal - Diesel = 13.93 $/kg x 1,000 / 10,000 kcal/kg = 1.39 $/1,000 kcal
Comparando los dos costos reales por kilocaloría, es fácil ver que en este ejemplo el Gas LP resulta 20% más barato que el diesel.