Una línea de revestimiento observó que su consumo de electricidad había aumentado casi un 12 % en seis meses sin ningún cambio en el volumen de producción. El tanque estaba alcanzando el punto de ajuste y la corriente del calentador coincidía con la placa de identificación. La factura de servicios públicos contaba una historia diferente. El calentador consumía más energía para entregar el mismo calor al baño. La diferencia fue una capa de incrustaciones de 1,8 mm en la vaina.
La eficiencia energética en un calentador de inmersión de PTFE no es una propiedad fija. Cambia con el estado de la superficie de la vaina. Un calentador limpio transfiere calor de manera eficiente al fluido del proceso. Un calentador a escala transfiere menos calor y pierde más al medio ambiente-o consume más energía para mantener la misma temperatura del baño.
El balance energético de un calentador
La entrada de energía eléctrica a un calentador es igual al calor entregado al fluido del proceso más las pérdidas. En un calentador limpio, las pérdidas son mínimas y casi toda la energía se destina a calentar el baño. En un calentador incrustado, la capa de incrustaciones agrega resistencia térmica, lo que eleva la temperatura de la funda. La temperatura más alta de la funda aumenta las pérdidas a través del recinto del terminal, la brida y las paredes del tanque.
La energía que no llega al fluido del proceso se desperdicia. El medidor de servicios públicos mide la entrada total de energía, no el calor útil entregado. Un calentador a escala consume la misma corriente pero entrega menos calor, por lo que la eficiencia-la relación entre el calor útil y la entrada total de energía-disminuye.
| Espesor de escala | Aumento del ΔT de la funda | Calor entregado | Entrada de energía | Eficiencia | Desperdicio de energía |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (limpio) | Base | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 milímetros | 6 a 9 grados | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 milímetros | 12 a 18 grados | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 milímetros | 25-35 grados | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 milímetros | 38–52 grados | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Eficiencia energética y desperdicio en función del espesor de las incrustaciones en calentadores de inmersión de PTFE
Por qué la escala aumenta el consumo de energía
La capa de sarro actúa como una manta aislante entre la funda y el fluido del proceso. Para que el mismo flujo de calor atraviese esa resistencia adicional, la temperatura de la funda debe aumentar. La temperatura más alta de la funda aumenta la diferencia de temperatura entre el calentador y el ambiente, lo que genera mayores pérdidas.
Las pérdidas se producen a través de varias vías. La caja terminal, que está conectada al calentador por la zona fría, conduce el calor lejos de la funda. La brida, que está atornillada a la pared del tanque, conduce el calor hacia la estructura del tanque. Las paredes y la superficie del tanque pierden más calor porque la temperatura del baño se mantiene en el punto de ajuste mediante un calentador que funciona más caliente y por más tiempo.
El efecto neto es que el calentador debe consumir más energía para entregar el mismo calor útil al baño. La pérdida de eficiencia es pequeña para capas de incrustaciones delgadas, pero crece rápidamente a medida que la incrustación se espesa.
El efecto agravante de tiempos de ejecución más prolongados
Un calentador a escala no solo pierde eficiencia-sino que funciona por más tiempo. El controlador ve que la temperatura del baño cae o no alcanza el punto de ajuste y mantiene el calentador energizado. El calentador funciona con un ciclo de trabajo más alto y consume más energía durante más horas.
En un sistema limpio, el calentador podría funcionar el 40 % del tiempo para mantener el punto de ajuste. Con una capa de escala de 2 mm, podría funcionar entre el 55% y el 60% del tiempo. La combinación de una menor eficiencia y un mayor tiempo de funcionamiento aumenta el consumo total de energía entre un 30% y un 50%.
| Espesor de escala | Ciclo de trabajo del calentador | Horas de funcionamiento diarias | Consumo diario de energía | Relativo a limpio |
|---|---|---|---|---|
| 0 milímetros | 40% | 9,6 horas | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 milímetros | 44% | 10,6 horas | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 milímetros | 50% | 12,0 horas | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 milímetros | 58% | 13,9 horas | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 milímetros | 68% | 16,3 horas | 82 kWh | 1.7× |
Consumo de energía en función del espesor de incrustaciones para un calentador de 5 kW en servicio continuo
El costo del desperdicio de energía
El coste del desperdicio de energía depende de la tarifa eléctrica, la potencia del calentador y las horas de funcionamiento. Para un calentador de 5 kW que funciona 6000 horas por año a $0.10 por kWh, el costo anual de energía es de $3000 para un calentador limpio. Una capa de escala de 2 mm aumenta esa cifra a 4.350 dólares, 1.350 dólares adicionales por año.
En una planta con 20 calentadores, el desperdicio de energía a escala podría sumar $27,000 por año. Eso es más que el costo de un programa de mantenimiento preventivo que mantenga limpios los calentadores.
| Potencia del calentador | Horas anuales | Costo de energía limpia | Costo de escala de 1 mm | Costo de escala de 2 mm | Residuos anuales |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kilovatios | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5 kilovatios | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8 kilovatios | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12 kilovatios | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
Costo de energía anual y desperdicio por potencia del calentador y espesor de escala a $0,10 por kWh
La descalcificación como medida-de ahorro de energía
La descalcificación restaura la eficiencia de transferencia de calor del calentador. Después de la descalcificación, la temperatura de la funda desciende, el ciclo de trabajo vuelve a la normalidad y el consumo de energía vuelve a la línea base de limpieza. El ahorro de energía gracias a la descalcificación a menudo justifica el coste de la limpieza en unos pocos meses.
Un calentador con 2 mm de sarro y descalcificado ahorra $1,350 por año en energía para una unidad de 5 kW. Si la descalcificación cuesta $500 en mano de obra y materiales, la recuperación es de menos de cinco meses. Después de eso, los ahorros continúan hasta que la escala se vuelve a acumular.
Monitoreo de la eficiencia energética
La forma más sencilla de controlar la eficiencia es realizar un seguimiento del ciclo de trabajo o del tiempo de funcionamiento del calentador. Un calentador que funciona más tiempo que cuando era nuevo está perdiendo eficiencia. Un registro actual o un medidor de tiempo de ejecución-proporciona los datos.
Un método más directo es medir la temperatura de la funda con carga operativa. Una temperatura de la vaina que ha aumentado entre 10 y 15 grados por encima de la línea base limpia indica que se están acumulando incrustaciones y que la eficiencia está disminuyendo.
Cuando el desperdicio de energía relacionado con la escala-indica un problema de especificación
La acumulación repetida de incrustaciones y el desperdicio de energía en el mismo tanque indican que el calentador está funcionando a una densidad de vatios demasiado alta para las condiciones químicas y de flujo. Un calentador de menor -vatios-densidad funciona más frío, acumula sarro más lentamente y mantiene su eficiencia por más tiempo. Una configuración personalizada del calentador de inmersión de PTFE con baja densidad de vatios, gran superficie y acceso mejorado al flujo reduce la formación de incrustaciones y el desperdicio de energía asociado. El proceso de especificación requiere la química del baño, la temperatura de funcionamiento, la dureza del agua y la potencia requerida.
