Estudio Comparativo Técnico-Económico de Sistemas de Calentamiento de Fluidos Basados en Resistencias Eléctricas, Inducción Magnética y Calderas Diésel

Abstract

El presente trabajo de Tesis es un estudio comparativo técnico-económico de tres sistemas de calentamiento de fluidos basados en resistencias eléctricas, calderas diésel e inducción magnética. El objetivo principal de este trabajo es establecer las ventajas comparativas de cada sistema de calentamiento de fluidos de pasada, verificando bajo qué condiciones un sistema resulta superior a los otros.

Para ello se desarrolló una metodología de comparación, la que requirió determinar las características más importantes de cada sistema. Dicha metodología toma en cuenta las características del fluido a calentar, la precisión del control de temperatura, el rendimiento energético de los equipos, la existencia de puntos calientes, la vida útil, las dimensiones geométricas, la contaminación, el efecto del medio ambiente sobre los equipos, la confiabilidad de los sistemas, los costos de inversión (tanto de los equipos de calentamiento como de los equipos auxiliares) y los costos de operación, mantenimiento y personal de operación, entre otros aspectos.

En base al estudio realizado, se concluyó que los sistemas resistivos son una opción óptima para medianas potencias (hasta 10[MW]) debido a que la operación de calentamiento de fluidos con energía eléctrica resulta más económica y eficiente en comparación a los otros sistemas estudiados. Presentan además ventajas en aplicaciones donde exista espacio suficiente para su instalación y en procesos no críticos, es decir, donde no se requiere de elementos duplicados de seguridad para mantener el proceso de calentamiento disponible en todo momento (24/7). Los sistemas de calentamiento con calderas son ventajosos en aplicaciones de gran potencia (sobre 10 [MW]), requieren de la instalación de un circuito cerrado de agua, y no son recomendables en ambientes extremos (operación en altura y con variaciones de temperatura importantes). El sistema inductivo de calentamiento, debido principalmente a su alta inversión, es la mejor solución en situaciones donde exista una tubería en funcionamiento por la que circula el fluido a calentar, donde haya restricciones de espacio, donde no sea posible modificar los elementos existentes instalados y donde se requiera de un control preciso de temperatura con respuestas rápidas frente a perturbaciones. Además, es mucho más fácil adaptarlo a diferentes tipos de fluidos, con variaciones de diseño mínimas.

Para una aplicación minera, como son los procesos de biolixiviación y electro-obtención, el calentamiento inductivo se presenta como un método eficaz y ventajoso económicamente, con un control preciso de la temperatura que responde eficazmente ante cambios del flujo de solución o cambios en la temperatura de entrada del fluido, debido a su naturaleza adaptable. Las dimensiones compactas del equipo permiten instalarlo en la sección final de las tuberías de riego, eliminando las pérdidas de calor por las tuberías (a diferencia de lo que ocurre en el caso de instalación de una caldera diesel) aumentando la eficiencia del proceso.

Este trabajo de Tesis se realizó en el marco del proyecto Fondef D05I 10098 “Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a Gran Altura Mediante Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética“ desarrollado por la Universidad de Chile, la Universidad Federico Santa María, y las empresas IDT S.A y Anglo American Chile.