Rediseño de la red de vapor de la Fábrica Nacional de Licores - Hidalgo-Rodríguez, Fabricio (Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2020)
La Fábrica Nacional de Licores (FANAL) es una empresa dedicada a la producción y comercialización de alcoholes para la industria y bebidas alcohólicas. Con el fin de realizar el proceso de confección de alcohol FANAL dispone de un sistema de vapor que permite aportar energía en forma de calor en los equipos que así lo necesiten. El sistema de vapor cuenta con 2 calderas pirotubulares con capacidad de generación de 11 200 kg/h de vapor cada una. Asimismo, el sistema de distribución suministra vapor a 4 zonas de la planta (destilación, confección de licores, envase y vena de vapor). Las tuberías y accesorios fueron instalados desde 1981 cuando FANAL cambio su sede de San José a la localidad de Grecia y se mantienen sin ningún cambio. Actualmente el consumo máximo de vapor se estima en tan solo 3780 kg/h. La baja demanda de vapor comparada con la capacidad de las calderas, aunado a fugas, deterioro en aislamiento y la presencia de un sistema de retorno de condensados pobre, lleva a una eficiencia baja en las calderas, de aproximadamente 61%, lo cual se ve reflejado en un total de ₡374 564 61 asociados a costos operativos (combustible, tratamientos químicos y mantenimiento). Descripción del proyecto: El proyecto se basa en un rediseño del sistema de vapor de la planta, con equipos ajustados a las necesidades del sistema. Se propone una mejora en el diseño de la zona de confección de licores que permitirá tener mayor facilidad y seguridad en el lavado de tanques, además del uso de vapor en otras áreas como la cocina (marmitas) y el Departamento de Mantenimiento. Por su parte, se pretende colocar trampas de vapor en puntos estratégicos, además de retornar algunos condensados que están siendo enviados a la cañería; también se busca ubicar aislamiento en ciertos tramos y válvulas que se encuentran desnudos. Estas últimas medidas procuran disminuir las necesidades energéticas de las calderas aumentando sus eficiencias. Se contempla presurizar el tanque de retorno de condensados, pasándolo de 0 kPa a 200 kPa manométricos, esto permitirá que los condensados retornados mantengan su capacidad energética, además se incluye la adquisición de un intercambiador de calor que permita aumentar la temperatura del agua de reposición externa con ayuda del calor presente en las purgas continuas. Se estima un incremento en la temperatura del agua de entrada de la caldera de 28°C, que, aunado a las otras medidas de mejora, harán que las calderas pasen a tener una eficiencia de 68,2%. Inversión: Se estima una inversión de ₡113 383 013, de los cuales ₡84 848 840 son correspondientes a equipos y accesorios mientras que ₡28 534 174 están asociados a la instalación del sistema. Resultados económicos: la implementación del proyecto podría traer ahorros anuales en los costos operativos de ₡43 123 741 y evaluando el proyecto en 4 años con una tasa de descuento de 10%, se espera un VAN de ₡23 313 442, un TIR de 19% y se estima un período de recuperación de 3 años y 3 meses, haciendo que el proyecto sea rentable. Otros aportes: además de las ventajas ya citadas, la implementación del proyecto permitirá reducir las emisiones de dióxido de carbono equivalentes en 523 859 kg por año, mitigando así el impacto ambiental de la Fábrica Nacional de Licores, lo cual permite aportar al Gobierno de Costa Rica en el camino a la descarbonización del país.

The National Liquor factory (FANAL) is a company in charge of production and commercialization of industrial alcohols and alcoholic beverages. In order to carry out the alcohol preparation process, FANAL has a steam system that allows energy to be supplied in the form of heat to equipment that needs it. The steam system has 2 fire tube boilers each one with a generation capacity of 11,200 kg/h of steam. Similarly, the distribution system supplies steam to 4 areas of the plant (distillation, liqueur making, packaging and steam vein). The pipes and fittings were installed since 1981 when FANAL changed its headquarters from San José to Grecia and they remain unchanged. Currently the maximum demand for steam is estimated at just 3,780 kg/h. The low steam demand compared to the capacity of the boilers, combined with leaks, deterioration in insulation and the presence of a poor condensate return system, leads to a low efficiency in the boilers, of approximately 61%, which is seen reflected in a total of ₡ 374 564 61 associated with operating costs (fuel, chemical treatments and maintenance). Project description: The project is based on a redesign of the plant's steam system, with equipment adjusted to the needs of the factory. An improvement is proposed in the design of the liquor manufacturing area that will allow greater ease and safety in tank washing, in addition to the use of steam in other areas such as the kitchen (kettles) and the Maintenance Department. In addition, it is intended to place steam traps at strategic points, it also seeks to return some condensates that are being discarded. Besides, the design contemplates locating insulation in certain sections and valves that are completely bare. These last ideas try to reduce the energy needs of the boilers, increasing their efficiencies. The project contemplates pressurizing the condensate return tank, passing it from a pressure of 0 kPa to 200 kPa gauge, this allows the returned condensates to maintain their energy capacity, in addition, the design includes the acquisition of a heat exchanger that increases the external make-up water temperature with the help of the heat present in continuous drains. An increase in the boiler inlet water temperature of 28 ° C is estimated, which, together with the other improvement actions, will make the boilers have an efficiency of 68.2%. Investment: an investment of ₡113 383 013 is estimated, of which ₡ 84 848 840 correspond to equipment and accessories, while ₡28 534 174 are associated with the installation of the system. Economic results: the implementation of the project could bring annual savings in operating costs of ₡43 123 74, if the investment is evaluated in 4 years with a rate of return of 10%, a NPV of ₡23 313 442 and a IRR 19% are expected, finally a recovery period of 3 years and 3 months is estimated, making the project profitable. Other contributions: in addition to the advantages already mentioned, the implementation of the project will reduce the equivalent carbon dioxide emissions by 523 859 kg per year, thus mitigating the environmental impact of the National Liquor Factory, which allows it to contribute to the Government of Costa Rica on the road to decarbonization of the country.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Mantenimiento Industrial) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electromecánica, 2020
Keywords: Rediseño; Fábrica de licores; Mantenimiento industrial; Calderas de vapor; Energía; Tuberías; Análisis de viabilidad; Proyectos; Impacto ambiental; Redesign; Liquor factory; Industrial maintenance; Steam boilers; Energy; Pipelines; Feasibility analysis; Projects; Environmental impact; Research Subject Categories::TECHNOLOGY::Engineering mechanics