Estudio para el diseño optimo en la etapa de traspaso de energía térmica

Nombre completo  

Daniel Eduardo Molina Moreno

RUT

17.867.206-1

Carrera                  

Ingeniería Civil Industrial

Año ingreso

2019

Dirección            

Calama

Ciudad

Calama

Fono

Celular

+56 9 3180 8554

E-mail

Daniel.molina@uaconcagua.cl

Fecha de Inscripción

15 de Septiembre de 2022

Nombre completo  

Katerine López Avendaño

RUT

16.003.047-k

Carrera                  

Ingeniería Civil Industrial

Año ingreso

2019

Dirección            

Calama

Ciudad

Calama

Fono

Celular

+56 9 5647 8001

E-mail

Katerine.lopez@uaconcagua.cl

Fecha de Inscripción

15 de Septiembre de 2022

En la actualidad, la tecnología utilizada en la ingeniería industrial crece de forma exponencial. Lamentablemente, la energía térmica en procesos industriales producida por calderas no son parte de este crecimiento y no se consideran factores importantes como la obtención de la modulación de la combustión y la eficiencia térmica y con esto obtener beneficios que, definitivamente estabilizaría la operación y evitaría las caídas de temperatura en horas de alta demanda de vapor en un proceso industrial.

El estudio a desarrollar se concentra en el campo de los Procesos Industriales, específicamente en procesos de Refinación Electrolítica, pero con un enfoque en la energía térmica utilizad en este proceso.^[a]

Estudio para el diseño optimo en la etapa de traspaso de energía térmica

 ^[d][e]en los intercambiadores de calor del proceso de Refinación Electrolítica

en Refinería Nº2 de Codelco Chuquicamata.^[f]

En división Chuquicamata de Codelco, la Refinación Electrolítica es la última etapa del proceso productivo del cobre sulfatado. El objetivo de esta etapa es lograr cátodos de 99,99% de pureza para su comercialización. Para esto se utiliza, en las celdas de Refinación Electrolítica, un mineral líquido constituido principalmente por ácido sulfúrico y sulfato de cobre, denominado Electrolito, que con la temperatura adecuada provoca que las partículas de cobre se traspasen del Ánodo al Cátodo. Dicha temperatura se mantiene en su estado óptimo utilizando intercambiadores de calor que operan con vapor proveniente de calderas, las que trabajan con la potencia necesaria para lograr la temperatura adecuada en el electrolito y alcanzar el objetivo.

Actualmente, el resultado del proceso de traspaso de energía térmica en los intercambiadores de calor se ve afectado por condiciones que provocan la pérdida de temperatura y la condensación prematura en las líneas de vapor del circuito térmico, tales como: la falta de evacuación eficiente de condensado, el estado de la aislación térmica de las líneas, filtraciones en las uniones de empaquetaduras, válvulas y otros. Esto contribuye a que las calderas aumenten su potencia y producción de vapor, para compensar lo perdido en temperatura y así lograr los objetivos del proceso, generando aumento de los costos de producción y el uso ineficiente de recursos.

Este estudio busca detectar los factores y agentes que afectan a la efectividad del proceso y optimizar la etapa de generación y traspaso de vapor a través de energía térmica generada por la caldera, para un uso eficiente de la misma, automatizando el proceso para una reutilización del agua (retorno del condensado) y evitando la pérdida de temperatura durante el trayecto, logrando aumentar la eficiencia del proceso de refinación electrolítica del cobre en su etapa de traspaso de energía calorífica desde caldera por todo el circuito térmico hacia los intercambiadores de calor^[g].

[pic 2]

Diagrama de proceso 

Traspaso de energía térmica en los intercambiadores de calor

Objetivo (s) General (es)

• Diseñar y Evaluar una propuesta de valor y optimización de traspaso de energía térmica en los intercambiadores de calor que afectan los resultados del proceso, a través de la Identificación de condiciones, factores y agentes presentes, orientado al tratamiento de la evacuación de condensado de las líneas de vapor, y obtener un uso eficiente de los recursos (agua, combustible, energía).^[h][i]

Objetivo (s) Específico (s)

1. Mejorar la distribución de vapor generado por las calderas en todo el circuito térmico hacia el intercambiador de calor.
2. Aumentar la eficiencia térmica en el proceso de calentamiento de las calderas ^[j][k][l][m]
3. Lograr el uso eficiente del agua producto de la reutilización de condensado.
4. Generar diseño y propuesta de automatización en la evacuación de condensado de agua.

Potenciales de éxito:

• Necesidad de la compañía de reducir costos en los procesos de su planta.
• Optimización de tiempos de ejecución.
• Reutilización de recursos escasos como el agua.
• Disminución de costos por el uso de combustible.

Obstáculos:

• Resistencia al cambio y/o no capacitación del personal para aplicar nuevas metodologías.
• Desinterés de personal de planta en aportar para una investigación sin antecedentes.

Esta Investigación presenta características de un Estudio Explicativo, ya que se deberán identificar las causas y condiciones que generan una deficiencia en el proceso de traspaso de energía térmica en los intercambiadores de calor, con el que se explicará por qué se presentan estas condiciones, proponiendo una solución para mejorar la eficiencia en el proceso y obtener óptimos resultados^[n], en base a un Estudio Documental, y recopilación de información de otras fuentes. En la etapa de recopilación de información se desarrollarán los siguientes tipos de investigación:

• Investigación cualitativa: Entrevistas al personal operativo del área.
• Investigación cuantitativa: Recopilación de datos reales de temperaturas, flujos, presión, etc.

Complementariamente, podemos indicar, que este estudio es No experimental, por lo que no se implementará la solución diseñada como alcance de la investigación.^[o]