IMPLANTACIÓN TECNOLÓGICA DE FLUIDOS TÉRMICOS PARA EL MEJORAMIENTO Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE INTERCAMBIO DE CALOR DE LA LÍNEA ENGOMADORA DE TELAS PARA CALZADO A NIVEL PILOTO PARA SER APLICADO EN EL DISTRITO DE LURIGANCHO-CHOSICA

Mag ( c ) Daniel Valdivia Cárdenas, Ing. CIP [1]

La investigación abarca la optimización de los costos de energía y transferencia de calor en una planta industrial que le permita mejorar su eficiencia. La investigación comprende diseñar e instalar un Sistema de Intercambio de Calor con Aceites Térmicos (SICAT)  a GN en las líneas de Engomado/laminado de telas, a nivel piloto. Esta investigación se concretó en el marco de los acuerdos concertados por la asociación entre la Universidad Nacional de Ingeniería y Calzado Chosica SAC, quienes por medio del programa de apoyo Innóvate Perú – FIDECOM del Ministerio de la Producción.

Investigar sobre el uso del aceite térmico en procesos industriales que requieren temperaturas inferiores a 180 grados centígrados es enfrentar un paradigma de la ingeniería mecánica que lo establece sólo para procesos que demandan temperaturas entre 180 y 300 grados centígrados, recomendando el uso de vapor de agua para procesos a temperaturas entre 100° C y 180°C

Tradicionalmente se emplea el vapor de agua para los procesos de transferencia de calor y los sistemas comúnmente empleados comprenden:

1. Una casa fuerza que almacena combustibles, genera vapor mediante calderas, tratamiento de agua.
2. Líneas de distribución (tubos de acero cubiertos de aislamiento) hacia la zona donde se realizan los procesos de transferencia de vapor.
3. Accesorios de purga y de recuperación de condensado

La revisión de la bibliografía: textos y tesis indican que los SICAT se utilizan en procesos que requieren temperaturas superiores a los 185 °C. y hasta 300 ºC.

Experimentar la nueva tecnología de intercambio de calor con aceite térmico con todas sus ventajas, permitirá evaluar su uso intensivo en toda la Empresa y hacerlo extensivo a todas las industrias; la investigación realizada en el complejo industrial de la empresa Calzado Chosica  ha consistido en experimentar una nueva tecnología de intercambio de calor con aceite térmico a nivel piloto,  en ejecutar para la sección de Engomado, de presentar resultados favorables en cuanto a su viabilidad técnica y una efectiva reducción en los costos, aplicar a los 14 procesos del complejo industrial con operaciones unitarias que actualmente usan vapor de agua  y hacerlo extensivo a todas las industria.

El cambio en la matriz energética en el país afecta a la industria en general, por las facilidades para el aseguramiento del gas natural con precios bajos, generando procesos de conversión dejando de usar las fuentes energéticas tradicionales como la electricidad y el petróleo R6.  Al utilizar el gas como combustible también surge la posibilidad de establecer líneas de abastecimiento directo a las zonas de los procesos productivos, y en cada proceso instalar un Sistema de Intercambio de Calor con Aceites Térmicos (SICAT)  a Gas Natural.

Revisando conceptos teóricos: “Si se compara un sistema de vapor con un sistema de fluido térmico en el que la caldera de vapor y el calentador tienen eficiencias térmicas similares (combustible/medio de transferencia de calor), el sistema de fluido térmico tendrá una economía en el consumo de combustible entre un 12% y un 25%”. .. Kern, Donald Q. 1986. Procesos de transferencia de calor. Cía. Editorial Continental, S.A. de C.V. México.

Como fluido térmico, los aceites especiales de alta conductividad, permiten trabajar en su fase líquida sin generar presión.  Son circuitos cerrados en el que no hay pérdidas del fluido. La tecnología de intercambio de calor con aceite térmico es de uso libre, tanto a nivel nacional como internacional. Presenta las siguientes ventajas:

• NO HAY CORROSION O CONGELAMIENTO
• BAJA PRESIÓN DE OPERACIÓN
• BAJO MANTENIMIENTO
• SISTEMA MÁS EFICIENTE
• CONTROL DE TEMPERATURA MÁS EXACTO

Calzado Chosica SAC, inicia sus operaciones en noviembre del 2005,  su complejo industrial fue construido en 1960 por la empresa BATA, la selección de su localización estuvo influida por la disposición de energía eléctrica de la Central Hidroeléctrica de Moyopampa, ubicada en el distrito de Lurigancho – Chosica, ocupa aprox. 14,000 m2 de construcción sobre un terreno de 56,000m2. Se cuenta con 1,500 KW de energía contratada que se abastece a través de 3 sub-estaciones; el 2012 vendió más de 4 millones de pares por un monto de 54 millones de soles, cuenta con más de 1,200 colaboradores, es la empresa más grande de calzado a nivel nacional. En el año  2009 la Sociedad Nacional de Industrias, SNI, reconoció a Calzado Chosica SAC como el principal exportador de calzado

En la planta Engomadora entre otros procesos produce laminados textiles, espumas y láminas de PVC para calzado La adhesión de los laminados textiles se logra calentando cementos de caucho, disueltos con solvente N°1 (línea Build Up), unicril, disuelto en agua (línea Hitex), y calentando mezclas de PVC  para las espumas y laminas de PVC usadas en  plantillas y contrafuertes.

Se estableció una línea de Engomada compuesta por tres máquinas:

Spooner, Laquerin y Nishimura que actúan en procesos alternos.

El sistema de engomado Nishimura funciona con vapor. La temperatura de trabajo del vapor  en este caso es de 150° debido a la baja presión existente por encontrarse distante de la caldera. El vapor hará su ingreso a dos calandrias y también a un sistema de tubos aleteados en un juego de 15-15-12 tubos. Para la salida de condensado de estas máquinas existe un sistema de tuberías que se conectan para ser drenado finalmente al exterior.

El sistema de engomado Spooner funciona con resistencias eléctricas internas que al ser calentadas producen aire caliente dentro la máquina. Tiene dos etapas de calentamiento a diferentes temperaturas de 150°  y 200° aproximadamente.  Para generar el flujo interno se usa 2 ventiladores y para expulsarlos al exterior se usa dos extractores; todos ubicados en la parte superior.

El sistema de engomado Laquerin trabaja a una temperatura aproximada de 100° C haciendo uso de resistencias eléctricas que calientan el aire ingresante a un calentador ubicado en un segundo piso, este aire pasará por un conducto empujados por medio de un ventilador y salen por otro conducto ubicado también en la parte superior para pasar luego por un sistema de extracción al medio ambiente

Para la “línea o Sección de engomado” que abarca esas tres máquinas se implementó un Sistema de Intercambio de Calor con Aceites Térmicos (SICAT)  a Gas Natural a nivel piloto. El objetivo es medir la reducción de costos, productividad y la variación de parámetros ambientales.

Metodológicamente se estableció una Línea de Base y los siguientes componentes:

1. Diseño de ingeniería del Sistema de Intercambio de Calor con Aceites Térmicos (SICAT)
2. Especificaciones Técnicas de los equipos, y fabricación o adquisición
3. Montaje y conexión a las maquinas de linea Engomadora
4. Manual de Procedimientos
5. Diseño de Automatización
6. Puesta en Marcha
7. Resultados (comparados con Línea de Base) y Lecciones Aprendidas

El SICAT  diseñado tiene como objetivo, reemplazar los sistemas de calentamiento usados en la parte de engomado por un sistema de una mayor eficiencia, usando aceite térmico como fluido principal en las distintas máquinas de engomado.

Se incorporará una caldera de aceite térmico que cumpla con la potencia requerida, luego será distribuido a las TRES máquinas.

Se instalarán radiadores para Spooner y Laquerin que funcionan con resistencias, estas tendrán un ingreso de aceite térmico para su funcionamiento y emplearán ventiladores para dar un flujo de calor dentro de la máquina.

Para Nishimura, que funciona a vapor, en la parte de calentamiento por tubos aleteados se hará un cambio por un sistema que funcionará directamente con aceite térmico y para la parte correspondiente a las calandrias se empleará vapor de baja presión procedente de un generador de vapor pequeño que se incorporará, esta deberá cumplir con la potencia requerida en la parte de las calandrias.

Es una investigación sobre una innovación; el proceso de la investigación tardó 24 meses, superior a lo previsto, habiéndose generado diversas dificultades en la implementación de los equipos, debiendo variar el layout y especificaciones de una bomba de aceite (el fluido térmico actúa sin presión)

Los Resultados obtenidos en comparación de la Línea de Base muestran lo siguiente:

• En cuanto a la productividad se ha utilizado como indicador los metros por hora de laminados (lona + lona) en la maquina Nishimura; el incremento es de 29,4% al pasar de una producción previa de 85 metros a 110 metros.
• En lo relativo a lo económico se presentan fuertes reducciones en los costos de energía (57%) en cada una de las maquinas, se mantiene el costo de mano de obra y se encuentra una reducción de 35% en los costos derivadas de la eliminación de la “segunda pasada”
• En la Dimensión Ambiental es donde se presentan los mayores logros; las mediciones de los niveles de Contaminación muestran una reducción o casi eliminación de Material particulado, Dióxido de Azufre, Óxido de nitrógeno, Monóxido de carbono y Dióxido de carbono
• En términos sociales la investigación ha permitido capacitar personal en el uso del aceite térmico

Como Lecciones que deja esta investigación podemos mencionar:

1. El uso de aceite como fluido térmico no necesariamente está vinculado a GAS NATURAL, pueden usarse calentadores a petróleo en cuyo caso disminuyen los beneficios ambientales
2. El aceite térmico puede emplearse en procesos de transferencia de calor de manera económica a cualquier temperatura
3. Los resultados y la experiencia de esta investigación permiten implementar SICAT en otros procesos en la planta de CALZADO CHOSICA (en vulcanizado)
4. Para el reemplazo del vapor de agua o de electricidad en determinadas maquinas es necesario evaluar sus características de diseño y operacionales para el uso del aceite como fluido térmico

[1]  Trabajo de investigación experimental. Valdvia Daniel, et.al. Implantación tecnológica de fluidos térmicos para el mejoramiento y optimización del sistema de intercambio de calor de la línea engomadora de telas para calzado a nivel piloto para ser aplicado en el distrito de lurigancho-chosica. Lima: UNI, 2016 [financiado por Innova Perú]