Aprovechamiento Energético del
Vapor Residual de la Esterilización
Juan Carlos Urueta, I.M.
GRADESA S.A
INTRODUCCIÓN
Históricamente, en el sector agroindustrial de la palma de aceite, el vapor residual de la esterilización ha sido expulsado a la atmósfera, desaprovechándose la energía contenida en él. Teniendo en cuenta la necesidad de preservar el medio ambiente y de adoptar modelos de mayor eficiencia, las estrategias de GRADESA se han orientado hacia la utilización y el uso adecuado de los recursos disponibles, en aras de optimizar la rentabilidad y de aumentar la competitividad en el mercado. Por ello, desde hace más de cuatro (4) años se implementó un sistema para recuperar la mayor parte de esa energía y emplearla para favorecer las condiciones de operación de las calderas.
Los resultados obtenidos son: disminución en el consumo de combustibles fósiles, ahorro de agua en el proceso de extracción y mayor aprovechamiento de la capacidad instalada. Con base en esta experiencia, se desarrolló un modelo de simulación que permite evaluar el impacto positivo de la aplicación de esta tecnología en empresas afines.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El complejo industrial de Gradesa, conformado por 7
plantas, demanda aproximadamente 20.000 kg vapor/hr.
La extractora, trabaja en promedio 420 hr/mes a una
capacidad de 20 Ton/hr, mientras las 2 refinerías y
solventes, operan de forma continua. Lo cual obliga a
utilizar combustibles fósiles de manera parcial en el
tiempo fabril de la extractora y de forma total cuando ésta
se encuentra en fuera de servicio, incurriendo en altos
costos operacionales.
¿Qué estrategia se puede
implementar para bajar estos
OBJETIVOS
Diseñar e implementar un sistema que permita aprovechar la energía térmica del vapor de desfogue de los esterilizadores, para calentar el agua de alimentación a Calderas.
Disminuir el consumo de combustibles fósiles (carbón, gas natural).
Racionalizar el consumo de agua (Decreto 3102 de 1997).
METODOLOGÍA
Se hizo una caracterización del proceso de esterilización aforando los tiempos de desfogue de los 4 esterilizadores disponibles.
Se efectuó un balance energético y se calculó la cantidad de calor a ceder al agua de calderas a través de un intercambiador de pasos múltiples que había disponible. Se diseñó el sistema de bombeo para incrementar 35- 40°C más en el agua de alimentación de calderas.
Se evaluó el resultado obtenido en 4 años: 1 sustituyendo Carbón y 3 sustituyendo Gas natural.
ANÁLISIS TÉCNICO Y ECONÓMICO
El consumo de vapor en la esterilización es 280 Kg por cada tonelada de fruta procesada, 150 Kg se condensan y 130 Kg son expulsados a la atmósfera.
Las pérdidas de calor en tanques y líneas de conducción representan un 10% de la energía contenida en el vapor residual de la esterilización.
La calidad del vapor en el desfogue es del 80%.
El caudal de agua que pasa por el intercambiador de calor es constante.
FLUJOGRAMA DEL SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DE VAPOR RESIDUAL
DE LA ESTERILIZACIÓN
Esterilización (Autoclaves) Depósito de Agua Bomba Vapor Separación primaria (ciclón principal) Condensado Vapor Agua Intercambio de calor Vapor + Líquido Separación secundaria (ciclón secundario) Condensado Vapor Bomba NO Florentinos ¿Cumple con la dilución estándar? SI Extracción Agua Depósito de Agua Atmósfera ExtracciónSISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Y RECEPCIÓN DE AGUA
SISTEMA DE DESFOGUE DE VAPOR
Del texto PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE
CALOR – DONALD Q. KERN (apéndice, tabla 7,
página 921) se obtiene:
PRESIÓN hf Hfg hg
40 psi 131.14
Kcal/Kg 518,76 Kcal/Kg 649,89 Kcal/Kg
Con una calidad del 80% la entalpía de la mezcla
es:
h
= h
f+ X × h
fg= 131,14 +
(
0,8
× 518,76
)
= 546,15 Kcal
(
)
El calor cedido por la corriente de vapor es:
Q = m × ∆H = 20 ton RFF ×130 Kg vapor × 546,15 −131,14 Kcal Q = 1.079.026
Hr Kcal
Hr
1 ton RFF Kg vapor
El calor cedido a la corriente de agua es:
Q
= m × Cp × ∆T =
30.000
kg RFF × 1 Kcal
×
(
31°C
)
Q
= 930.000 Kcal / Hr
Datos de referencia:
Poder Calorífico Valor Origen
Cascarilla de palma 3.800 Kcal/Kg Noel Wambeck
Carbón 6.000 Kcal/Kg Análisis Fisicoquímicos
Gradesa
Gas 12.840 Kcal/kg Gases del Caribe
Se consideró prioritaria la sustitución de
combustible fósil, teniendo en cuenta los
beneficios económicos y ambientales.
Se calculó el ahorro por desplazamiento de la
Considerando los aforos realizados en el
agua
que
circula a
través
del
intercambiador, se puede lograr una
economía nominal de:
Carbón =
930.000 Kcal/Kg
6.000 Kcal/Kg
= 155
Kg
Hr
Cascarilla
=
930.000 Kcal/Hr
3.800 Kcal/Kg
= 244,7
Kg
Hr
GasNatural =
930.000 Kcal/Hr
12.840 Kcal/Kg
= 72,42
Kg
Hr
RESULTADOS
El tiempo fabril promedio mes es:
100.000 Ton RFF × 1 año t = año 12 meses = 416,7 Hr 20 Ton RFF mes año
CARBÓN:
CO
= 155
Kg carbón × 416,7 Hr × $160
= $10.344.160
Hr
mes 1Kg carbón
RESULTADOS
ANÁLISIS DE COSTOS :CP = CIF + MO
CP = 28 kw 416,7 × Hr × $250 $400.000 2 Journal $55.000
Hr mes kw mes mes Journal CP = $3.426.900
MC
mesMC
mes= CO - CP
= $10.344.160 − $3.426.900
= $6.917.260
MC
año= $83.007.120 ≈ $83.000.000
TIR
= 63,51%
RESULTADOS
GAS NATURAL:
3 C.O = 105,26 m GN × 416,7 Hr × $300 Hr mes 1m3 GN C.O = $13.158.756 ANÁLISIS DE COSTOS : CP = CIF + MO CP = 28 kw 416,7 × Hr × $250 $400.000 2 Journal $55.000 Hr mes kw mes mes Journal CP = $3.426.900
MC
mes= CO - CP
MC
mes=
MC
año=
$13.158.756
− $3.426.900 = $9.731.856
$116.782.272 ≈ $116.800.000
TIR
= 94,2%
DETALLE VALOR ($) Reparación condensador 40.000.000 Estructuras y plataformas 15.000.000 Obras civiles 8.000.000 Tubería y accesorios 20.000.000 Bomba centrífuga 10.000.000 Chimenea auxiliar 12.000.000 Honorarios 8.000.000 Montaje 6.500.000 Total 119.500.000
RESULTADOS
$140.000.000,00 $120.000.000,00 $100.000.000,00 $80.000.000,00 $60.000.000,00 $40.000.000,00 $20.000.000,00 $- Ahorro de CombustibleMarzo del 2011-Agosto del 2014
2011 2012 2013 2014
Ahorro por año $71.683.054, $131.961.967 $127.893.466 $105.325.482
El Ahorro total por sustitución de combustible desde Marzo de
2011 hasta Agosto de 2014 es de $436.864.000.
Referencialmente, si el combustible desplazado fuera la cascarilla
Aprovechamiento de subproductos de procesos industriales. Ahorro de agua (12 lt/ton RFF, $780.000/año).
Reducción de costos. Disminución del
SIMULACIÓN Y MODELACIÓN
DEL PROYECTO
'
Kca\ recuperaaa '.() Ahorro combu&ü \e ' )'..oay
11oe·.oo·.tlo
Kolmogorov- Smirnov Normal DMAS 0,0680333 DMENOS 0,0562752 DN 0,0680333 Valor-P 0,990032 Prueba Estadístico Valor-P
Estadístico W de Shapiro- Wilk 0,960632 0,228046 fr e c u en c ia
PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE
Histograma para Fruta procesada12 Distribución Normal 10 8 6 4 2 0 4400 5400 6400 7400 8400 9400 10400 Fruta procesada Media = 7114,71 Desviación estándar = 1263,17
Pruebas de Normalidad para Fruta procesada (Ton/mes)
Debido a que el valor-P más pequeño de las pruebas realizadas (Shapiro- Wilk y Kolmogorov-Smirnov) es mayor ó igual a 0,05, no se puede rechazar la idea de que Fruta procesada proviene de una distribución normal con 95% de confianza.
RESk.II=TAD05 DE L;;A SIMUL;;ACIÓN
Kca\ recu tada ·.,. fLbc ,
Ahorro combu&üt\\\\)·.' \
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Este modelo es aplicable en complejos
industriales o unidades de negocios cuya
demanda de vapor exceda la capacidad
propia de generación.
Este tipo de proyectos permite obtener
incentivos tributarios (devoluciones de IVA y
deducciones de renta líquida), por reducir el
consumo RNNR y mitigar la contaminación
ambiental.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El alcance de este proyecto podría
contemplar el uso inmediato del condensado
de vapor como agua de dilución, generando
menor consumo de agua y aprovechamiento
de energía térmica. También podría tenerse
en cuenta el incremento en la capacidad de
generación, si se logra disminuir el vapor
directo en los tanques de agua para prensado
y clarificación.
La simulación de procesos es una
herramienta ágil y confiable que permite
predecir el beneficio a obtener en un
proyecto que contiene gran cantidad de
variables aleatorias.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
