Aumento de la eficiencia energética en una empresa de galvanoplastia (3ª parte)

Aumento de la eficiencia energética en una empresa de galvanoplastia (3ª parte)

3 Análisis de la situación actual

3.2.1 Sistemas de ventilación para la extracción de los baños galvánicos

Como se ha descrito anteriormente, en la zona 1 se encuentran los 4 baños denominados "Decromado, baño profundo 1, baño rectangular y baño largo". Los baños se enumeran en la figura 13.
Cada baño está equipado con un sistema de extracción por ranuras para evitar mezclas explosivas. En el sistema de conductos de cada baño hay instalado un preseparador. Además, el aire de extracción se conduce a un lavador central. Se instala un ventilador central a continuación del lavador; los datos del ventilador figuran en la Tabla 5.
 
Designación Unidad Valor
Caudal m3/h 10 000
Presión diferencial (total) Pa 2320
Potencia eléctrica kW 12,5
Rango de cambio de aire calculado 1 1/h 2,1
Tab. 5: Datos del ventilador central y del cambio de aire de la zona 1
 
Abb. 13: Darstellung der Bäder und der Lüftungssysteme für den Bereich 1 [IB Potthoff]Fig. 13: Ilustración de los cuartos de baño y los sistemas de ventilación del área 1 [IB Potthoff]El aire de impulsión se introduce en el área 1 a través de aberturas situadas aguas abajo en la envolvente del edificio.
 
El vestíbulo se calienta (estáticamente) y el aire de suministro (dinámicamente) mediante calentadores de circulación de aire.
 
La figura 13 muestra el sistema de extracción de aire existente con los baños asociados para el área 1.
 
El área 2 contiene los "baños profundos 2 a 6", así como el sistema de niquelado galvánico, que consta del "baño 6".
 
El sistema de niquelado químico incluye los baños "baño de níquel de impacto y dos baños de níquel mate".
 
También en este caso, el aire de cada baño se extrae mediante sistemas de extracción ranurados situados en el borde del baño.

Para los baños 2, 3 y 4 se ha instalado un preseparador dentro del sistema de conductos.

Denominación Unidad Valor
Caudal m3/h 6000
Presión diferencial (total) Pa 2880
Potencia eléctrica kW 7,5
Rango de cambio de aire calculado 2 1/h 3,2
Tab. 6: Datos de los ventiladores centrales del mismo tipo y del cambio de aire de la zona 2
 
Además, el aire de extracción se limpia adicionalmente con un lavador central. A continuación del lavador se instala un ventilador central.
 
El aire de extracción de los cuartos de baño 5 y 6 se limpia cada uno con un lavador independiente. Se instala un ventilador después de cada lavador.
 
Los datos de los tres ventiladores centrales del mismo tipo y la tasa de intercambio de aire del área 2 se muestran en la Tabla 6.
 
Al igual que en la zona 1, el aire de impulsión se introduce en la zona 2 a través de aberturas de entrada de aire en la envolvente del edificio.
 
El vestíbulo se calienta (estáticamente) y el aire de suministro (dinámicamente) mediante calentadores de recirculación.
 
Abb. 14: Darstellung der Bäder und der Lüftungssysteme für den Bereich 2 [IB Potthoff]Fig. 14: Ilustración de los cuartos de baño y los sistemas de ventilación de la zona 2 [IB Potthoff]La figura 14 muestra los sistemas de extracción de aire existentes con los cuartos de baño asociados de la zona 2.
 
No existe ningún sistema de suministro de aire que se corresponda con los sistemas de extracción de aire. Como consecuencia, se producen corrientes de aire considerables, sobre todo en la estación fría.
 
Una gran cantidad de energía de la zona de producción se disipa sin utilizar a través de los sistemas de aire de escape, ya que no hay instalados sistemas de recuperación de calor.
 
Determinación de los caudales de aire de los baños correspondientes
 
Como puede verse en las figuras 13 y 14, no se conocen los caudales volumétricos pertinentes, en este caso los de los baños galvánicos. Para poder evaluar si los caudales volumétricos especificados de los ventiladores están suficientemente dimensionados, a continuación se determinan los caudales volumétricos de los baños.
 
El caudal volumétrico mínimo de aire de escape Vmin se calcula sobre la base de la norma DIN EN 17059 [1]. En consecuencia, el caudal volumétrico de los baños debe diferenciarse según los criterios de protección "riesgos de inhalación y explosión". En ese caso debe tenerse en cuenta el caudal volumétrico más elevado.
 
Según la nota de homologación actualmente en vigor, el caudal volumétrico mínimo para el "peligro de explosión" es decisivo y debe determinarse.
 
La evaluación del caudal de aire de escape mínimo para los baños se basa en la siguiente ecuación <1>. La sustancia considerada fue el hidrógeno H2, que se produce en el cátodo durante el proceso galvánico. A continuación se determinó el caudal de aire mínimo necesario utilizando el límite inferior de explosividad para el hidrógeno.
 

VH2 = c - l - t - ή - ρ/KoH2 Ec. <1>

En este caso

VH2 = caudal volumétrico[m3/h]
c = equivalente de deposición electroquímica [g/Ah]
I = corriente [A]
t = tiempo [h]
ή = Eficiencia del cromado duro [%]
ρ = Densidad [kg/m3]
KoH2 = Concentración H2 [vol. %] (admisible)
 
Los resultados del cálculo del caudal volumétrico figuran en la tabla 7.
 
Por consiguiente, en los baños respectivos deben producirse los caudales volumétricos mínimos indicados en la tabla 7 para evitar mezclas explosivas.
 
Designación Unidad Valor
Caudal volumétrico Baño 1 m3/h 3000
Caudal baño 2 m3/h 3000
Caudal baño 3 m3/h 3000
Caudal baño 4 m3/h 6000
Caudal de baño 5 m3/h 3000
Caudal del baño 6 m3/h 4000
Tabla 7: Caudales de extracción necesarios de los baños
 
Abb. 15: Leistungsaufnahme der Abluftventilatoren der Bäder [IB Potthoff]Fig. 15: Consumo de potencia de los ventiladores de extracción de aire de los baños [IB Potthoff]Como se ha descrito anteriormente, no se conocen los caudales volumétricos de los ventiladores en funcionamiento. Para poder realizar una primera estimación aproximada de los caudales volumétricos de los ventiladores en estado real, a continuación se evalúa el consumo de potencia activa medido de los ventiladores durante el periodo comprendido entre el 1 de febrero de 2017 y el 10 de febrero de 2017. La evaluación se muestra en la figura 15.
 
La figura 15 muestra el modo de funcionamiento de los ventiladores en función de la producción.
 
El ventilador del área 1 funciona constantemente al 100 % durante toda la semana y se apaga al final de la producción durante el fin de semana.
 
El ventilador de los baños 2, 3 y 4 funciona en dos fases, al 100% durante el día y al 50% por la noche.
 
El ventilador del baño 5 funciona constantemente durante el día y se apaga unas horas por la noche.
 
El ventilador del baño 6 y de los baños de niquelado químico funciona constantemente durante todo el periodo. Por ejemplo, no se apaga los fines de semana.
 
Todos los demás ventiladores se apagan el fin de semana tras finalizar la producción.
 
La tabla 8 muestra los datos eléctricos medidos de los ventiladores de extracción de aire.
 
Designación Unidad Valor
Rango de potencia eléctrica del ventilador 1 kW 10,7
Ventilador eléctrico Ventilador eléctrico baño 2, 3, 4 kW 7,1
Ventilador eléctrico baño 5 kW 6,2
Ventilador eléctrico Ventilador eléctrico baño 6 Niquelado kW 2,3
Consumo de energía ventilador gama 1 kWh/a 52 710
Consumo de energía ventilador Consumo de energía ventilador baño 2, 3, 4 kWh/a 37 992
Consumo de energía ventilador baño 5 kWh/a 23 939
Consumo eléctrico ventilador Consumo eléctrico ventilador baño 6 niquelado kWh/a 18 298
Consumo eléctrico total ventiladores kWh/a 132 940

Tab. 8: Datos eléctricos de los ventiladores de extracción de aire

A partir de la potencia eléctrica indicada en la tabla 7, el caudal volumétrico de funcionamiento se evalúa en base a la siguiente ecuación <2

V$_2$ = V$_1$ $\cdot$ $\frac{P_2
^3}{P_1^3}$ Ec. <2>

En este son:

V1 = Caudal de volumen punto de funcionamiento 1 (nominal)[m3/h]
V2 = Caudal de volumen punto de funcionamiento 2[m3/h]
P1 = Potencia eléctrica punto de funcionamiento 1 (nominal) [kW]
P2 = Potencia eléctrica punto de funcionamiento 2 (según tabla 7) [kW]
 
Este procedimiento sólo es admisible si no se han realizado modificaciones estructurales en los sistemas de aire de escape. Éste era el caso aquí.
 
En el cuadro 9 se comparan las potencias eléctricas teóricas/reales y los caudales volumétricos:
 
Denominación Potencia eléctrica real (medida)Potencia eléctrica real (medida) kW Placa de datos de potencia eléctricaPlaca de datos de potencia eléctrica kW Placa de características del caudal volumétricoPlaca de características del caudal volumétricom3/h Caudal volumétrico real Caudal volumétrico real (según la Ec. <2>)m3/h Caudal volumétrico objetivo Caudal volumétrico objetivo (según la Ec. <1>)m3/h
Rango de caudal de aire 1 (baño 1) 10,7 12,5 10 000 6272 10 000
Caudal baño 2, 3, 4 7,1 7,5 6000 5090 12 000
Caudal del baño 5
6,2 7,5 6000 3390 6000
Caudal baño 6 y niquelado 2,3 7,5 6000 173 6000
Tab. 9: Comparación de la potencia eléctrica teórica/real y del caudal volumétrico de los extractores de aire
 
En la tabla 9, el caudal volumétrico real se calculó a partir de la potencia eléctrica medida del ventilador. La tabla 9 muestra también el caudal volumétrico mínimo calculado para cada cuarto de baño.
 
Esto permite comparar si los extractores de aire existentes pueden seguir utilizándose en el futuro.
 
En la zona 1 se tiene en cuenta un caudal volumétrico de 10.000m3/h. Se tiene en cuenta un caudal de aire de extracción de 3.000m3/h para el baño 1 y de aproximadamente 2.300m3/h para los demás baños, como los baños de descromado, rectangulares y largos.
 
En la zona 2, se tiene en cuenta un caudal volumétrico de 12.000m3/h para los baños 2, 3 y 4. Para los baños, el baño 5 y el baño de reserva, se tiene en cuenta un caudal de aire de escape de 6.000m3/h para que en el futuro sea posible el funcionamiento conjunto de los baños.
 
Para el baño 6 y para los demás baños, como el baño de níquel de impacto y los 2 baños de niquelado mate, se tiene en cuenta un caudal de aire de escape de 6000m3/h. Para el baño 6 y para los demás baños, como el baño de níquel de impacto y los 2 baños de niquelado mate, se tiene en cuenta un caudal de aire de escape de 6000m3/h. Para el baño 6 y para los demás baños, como el baño de níquel de impacto y los 2 baños de niquelado mate, se tiene en cuenta un caudal de aire de escape de 4000m3/h.
 
Según la empresa de galvanotecnia, en la nueva nave de producción se volverán a instalar los principales componentes del sistema existentes, como depuradores y ventiladores con motores eficientes. También se sustituirán las tuberías y conductos con accesorios.
 
Además, la empresa de galvanoplastia tiene previsto comprobar si es posible cubrir o cubrir parcialmente los baños para reducir el caudal de aire de escape en función del proceso de galvanoplastia. Estas medidas se describen en [2].
 
En el transcurso de la instalación de los sistemas de aire de impulsión y de escape, también deberá considerarse la posibilidad de instalar un sistema de recuperación de calor (sistema compuesto de circuito).
 
Los resultados obtenidos anteriormente se tendrán en cuenta a la hora de determinar las futuras necesidades energéticas.

3.2.2 Calefacción y refrigeración de procesos

Abb. 16: Verlauf der elektrischen Leistung der Bäder und die der Blindverstromung [IB Potthoff]Fig. 16: Curva de producción de electricidad para los baños y generación de energía reactiva [IB Potthoff]Calentamiento del proceso
 
Para mantener las condiciones galvánicas requeridas, como
 
  • Mantenimiento de una temperatura constante del baño
  • Creación de un electrolito casi homogéneo
  • el mantenimiento del tiempo de calentamiento necesario antes del inicio del proceso de galvanoplastia
los baños se calientan con "calor Joule". Esto se consigue mediante la "generación de energía reactiva". Cuando no hay producción, la corriente reactiva se genera introduciendo una pieza de trabajo que simula el proceso de galvanoplastia. El control de la corriente reactiva depende de la temperatura del baño, de unos 50 °C.
 
Cuando hay producción, la corriente reactiva se genera principalmente por la operación de calentamiento y las pérdidas térmicas de los baños.
 
La figura 16 muestra la evolución de la potencia eléctrica de los baños y del suministro de corriente reactiva durante el periodo comprendido entre el 1 de febrero de 2017 y el 10 de febrero de 2017.
 
Como puede observarse en el curso de la generación de potencia reactiva de la figura 16, la potencia reactiva se sitúa entre 25 kW y 50 kW. La producción de potencia reactiva es mayor los fines de semana que entre semana.
 
La figura 17 muestra la curva de duración anual ordenada de la producción de potencia reactiva.
 
La figura 17 muestra la potencia reactiva máxima. El área bajo el gráfico muestra el trabajo anual de corriente reactiva.
 
Esto significa que esta energía eléctrica podría generarse en el futuro mediante energía térmica con una unidad de cogeneración y una caldera para calentar los baños galvánicos.
 
Los valores de consumo determinados anteriormente para la generación de potencia reactiva se tienen en cuenta en la evaluación de la alternativa de calefacción con una unidad de cogeneración.
 
Designación Unidad Valor
Consumo de electricidad para generación de potencia reactiva kWh/a 221 967
Potencia de generación de potencia reactiva kW 50
Porcentaje de generación de energía reactiva en el consumo eléctrico de las piscinas % 12,20
Cuadro 10: Datos sobre la generación de potencia reactiva
 
Abb. 17: Geordnete Jahresdauerlinie des Strombedarfs der Blindverstromung [IB Potthoff]Fig. 17: Curva de duración anual ordenada de la demanda eléctrica de generación de energía reactiva [IB Potthoff]El análisis del consumo eléctrico de generación de energía reactiva a lo largo del año 2017 se muestra en la Tabla 10.
 
Proceso de refrigeración
 
Los sistemas aguas abajo se refrigeran mediante 4 unidades de refrigeración instaladas en la cuenca (lado caliente/frío).
 
Los sistemas a refrigerar son esencialmente
  • los rectificadores y
  • los baños galvánicos.
El agua del circuito se filtra y se acondiciona químicamente. Los consumidores se separan hidráulicamente del circuito de refrigeración mediante refrigeradores de haz tubular.
 
Según la empresa galvánica, el proceso de refrigeración se mantendrá en el futuro. El sistema de refrigeración existente se volverá a instalar en el futuro centro de producción.

Por razones técnicas y económicas, no se llevará a cabo la refrigeración de apoyo utilizando el calor residual de la central de producción combinada de calor y electricidad con una enfriadora de absorción.

-continuará

Bibliografía

[1] Oficina Estatal de Baviera para la Protección del Medio Ambiente, Augsburgo, Efficient energy utilisation in the electroplating industry, 2003.

[2] Fachverband Oberflächentechnik e. V., Hilden, Directrices para el diseño de sistemas de extracción de aire, 2003.

 

  • Edición: Januar
  • Año: 2020
Image

Eugen G. Leuze Verlag GmbH & Co. KG
Karlstraße 4
88348 Bad Saulgau
GERMANY

Tel.: +49 7581 4801-0
Fax: +49 7581 4801-10
E-Mail: info@leuze-verlag.de

 

Suscríbase ahora a nuestro boletín informativo: