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ñ
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'!:". ¿.:.vk
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-J t"' i.:t
t\ ,(UTILIZACION EFICIENTE DEL VAPOR DE AGUA EN EL PROCESO DE
PRODUCCION DE AZUCAR EN EL INGENIO RIOPAILA S,A,
JOSE ANTONIO VALDERRANA
DIE6O JOSE LLANOS LOPEZ
r8f
r rru[úilifflüüfliluru rrl CALI I e r) \J cl í-. {)t"-'
CORPORACION UNI VERSITARIA AUTONOIIA DE OCCIDENTE DI VISION DE INGENIERIAS
PROGRMA I NGENI ERI A IIECANI CA
UTILIZACION EFICIENTE DEL VAPOR DE AOUA EN EL PROCESO DE
PRODUCCION DE AZUCAR EN EL INGENIO RIOPAILA S,A.
JOSE ANTONIO VALDERRAHA It
DIEGO JOSE LLANOS LOPEZ
Proyecto de grado presentado
en cumplimiento
de
losniqui-sitos
exigidos por la materiapr'oyecto de gnado,
Director:
6ERARD0 CABRERAIng,
llecánico
(U.V),CALI
CORPORACION UNI VERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DI VISION DE INGENIERIAS
PROGRANA I N6ENI ERI A IIECANI CA
r
6/l
tg
VI+S
U
I,t,
INota de Aceptación:
Aprovado
pon
el
comité
de
tnabajode
proyecto de grado encumplimien-to
de
los
nequisitos exigidos
por
laCorporación Universitaria
Autónomade Occidente para
optar
el título
deIngeniero flecánico.
sidente de
AoRADECINIENTOS
Los
autores
expresansus
agradecimientosa
aquellas
personas queintenvinieron en
el
pnoceso de planeacióny
desarnollodel
proyecto quehoy
se
ofrece
a
la
sociedad Colombianaal
otorgarnos
el
titulo
deI ngenienos llecánicos:
A GERARDO CABRERA, 1.f1. Profeson de la Corponación Universitaria
Autó-noma de Occidente, prognama Ingeniería
llecánica
y
Dinectordel
Pro-yecto, por sus invaluables apontes y dedicación dunante el desannollo de
la carrena y del pnoyecto.
A lNGENl0 RIOPAILA S.A. Empnesa en la que ha sido desanrollado
el
pno-yecto, por la disponibiladad e intenés prestado par'a su ejecución.A DARI0 VALENCIA
S,
l.l.
Gerente de Producción del Ingenio Riopaila 5.A.que por su confianza
en
el
ingeniero Colombiano,nos permitió
reali-zar el proyecto en las instalaciones de la empresa.
A FEDERIC0 LUNA
R,
l.Q. Superintendentede
la
División Industrial
delIngenio Riopaila 5.A,
por
pnestar desinteresadae
incondicionalmentetodos los servicios
utilizados
para el desanrollotécnico
y
de
pnesen-tación del pnoyecto,
Al
siguiente personal técnico del Ingenio Riopaila S,A.ALFONSO VILLEGAS Jefe Dpto. Control Industrial.
CARLOS VALENCIA KAFURI Jefe Dpto, Eléctrico.
ALVARO WHITE DEL CARPIO Jefe Sección
llicros,
ALBERTO ESCOBAR N Dibujante Dpto. Planeación flantenimiento.
HARDANNY CASTRO V
OSCAR AoUDELO
Por los aportes y apoyo ofrecido,
la nealización de éste proyecto.
Jefe Dpto. Proyectos.
Jefe Sección Diseñ0.
iV
A Señores Supervisores,Openarios y personal obrero de la División
Indus-trial,
por
la colabonación para el conocimiento pr'áctico del proceso deelaboración de azúcar.
A la Corporación Universitaria Autónoma de Occidente, por ser el ente f
Í-sico en cuyas aulas se nos impartieron los conocimientos, que
hoy
con-f irmamos con nuestro proyecto de grado que comienza como un sueño y tenmina en realidad.
A los profesores que en el transcurso de nuestra
carrera nos
compartie-rón sus conocimientos técnicos.
A todas aquellas personas que de una u otna forma colaboraron
en el
de-sarrollo
del pnoyecto.DEDICATORIA
Todo el esfuerzo conjugado en éste proyecto lo dedicamos a:
Nuestnos padres:
Eduardo Valderrama
llaria
Ruth tsenitezLuis Hennando Llanos
L,
(q.e.p.d). NancyAlicia
López 11,Por
senellos
pensonas que nunca pendieronla fé,
ra
espenanzay
la conf ianza enel
logro alcanzado, paralo
cual en todo momento estuvieron a la espectativa pana ofrecernos su ap0y0 incondicional.con gran amor
y
afecto ami
esposay
amiga Esperanza, que entendiendoel
pnopósito demis
estudios sopor'tó con paciencia, resignacióny
corajetodas las situaciones buenas o advendsas. La que en momentos de cnisis
no vaciló en dar la voz de aliento y espefanzaparc un futuno mejor.
A nuestras amistades:
Fieles testigos de nuestros propósitos y penunias:
Esperanza 0nlando Jhon Fredy Claudia Patricia Angélica
llaria
Ricardo Ale jandro Ruth t1ary Jaime.vii
t.
(o
TABLA DE CONTENIDO tX
(. (v
|NTRODUCC|oN.,,....,.
...,.I:
) 'ü \t)i-\
I.
CONSUIIO Y PRODUCCION DE VAPOR EN LAPLANTA
...,....,...,5 \f-\
--s
2.
BALANCE DE MASA EN EL PROCESO DE FABRICACION DE AZUCARt
CRUD0
.
10L. i
"ü^.i
S
z.t
BALANCE DE rlASA EN EL pRocESo DETRATAIITENTo
..,...,,,18\'
v
j\jC\.
2.1.l
Balance de masa en molinos ......
..,...,... II
N\
\
t
2.1.2
Balance de masa en la estación de purificación
...,.21\¡
\
N
2.1.2.1 Balance de masa enel
tanque de jugo encalado ,.,.,,..,...23\i
\
2.1.2.2 Balance de masa en los clanif icadores de jugo encalado ...,...,.24
2.1
.2.3
Balance de masa en los filtros
de cachaza...
...26pá9,
-\
pág
2.1,2.4 Balance de masa en los clarificadones de jugo
filtrado
...272.1.3
Balance masa enevaponadones
,...292,1.4
Balance masa en losclarif
icadores demeladura
...,..352.2
BALANCE DE MASA EN EL PROCESOHTII .
,..
,..,362.3
BALANCE DE NASA EN EL PROCESO DECOCIIIIENTO .
402.3.1
Balance de masa en tachos de masaA.,.,...,,.,,,,
...422.3.2
Balance de masa en tachos de masa B...,...,.
...462.3.3
Balance de masa en tachos de masa C...,...
...492.3:4
Balance de masa en tacho decnistal
...523
BALANCE DE MASA EN EL PROCESO DE FBRICACION DE AZUCARREFINADA
.
,
,...553
I
tsALANCE DE I1ASA EN TANOUES DEDERRETIDO.
..573.2
BALANCE DE MASA EN CLARIFICADORES DE LICOR DERRETIDO...,.,.58
3.3
BALANCE DE NASA EN TANQUES DE TRATAIIIENTO...,...
..,. 59Universiriud iuirrr¡onio dú Oddoffh
0¡0ru iill;¡'teio
'
pág3.4
BALANCE DE MASA EN LOSAUTOFILTROS
...593.5
BALANCE DE IIASA EN TACHOS DE REFINO .. ...,..,
.
. 6 I3.5.1
Balance de masa en tachos de masa la.,,.,,,...,,
,...,...,...,..,.643.5.2
Balance de masa en tachos de masa 2a...
...733,5.3
Balance de masa en tachos de masa 3s...
...753.5.4
Balance de masa en tachos de masa 4e...
...773
6
BALANCE DE MASA EN CENTRIFUGAS DE REFINO....
.,....794.
BALANCE DE VAPOR EN EL PROCESO DE ELABORACION DE AZUCAR ....904.1
ANALISIS DE ENERGIA EN DISPOSITIVOS OUE CONSUIIEN VAPORDTRECTo
...,,,...964.1.1
Anállsls de energla en tunblnas devapor
...,974.1.1.1 Análisis de energía en trubinas de molinos
...
..,....1054.1,l.
l.l
Verif icación del pequeño aporte que cr"ea el cambio de enengÍa cinética en la generación de potencia en una turbinapag
4.1.1.2 Análisis de energÍa en turbinas de generadones eléctnicos ...112
4.1.1.3 Análisis de energÍa en turbina de bomba agua alimentación
calderas
...1254.1.2
Anállsls de energfa en válvula reductora deprestón
,.,tjl
4.1.3 Análisis
de energÍa en dispositivos de calentamiento ...1324.1.3.1 Análisis de energia en calentadores de cnudo de
castilla
...1364.1.3.2 Análisis de energia en calentador de
agua...
...1464.1.3.3 Análisis de energia en tanques de derretido...,.,...
,
...1494.1.3.4 Análisis de energÍa en tanques jarabe a Colombina,...,.,...,.,."15J
4.1.4
Consumo de vapor en los eyectores panavacio
...,. 1574.1.5
Análisis de energia en secadoras deazúcar
...,...1644.1.6
Consumo de vapor directo envarios
...,..,,,.,,. 16g'
4.2
ANALISIS DE ENRGIA EN DISPOSITIVOS OUE CONSUIIEN VAPOR DEESCAPE
,
..,..,. .. .1694.2.1
Balance de vapor de escape en el departamento gener^ación devapor
...,.,.,...170pag.
4.2.1.1 Análisis de energÍa en el
desaireador
...,..1724.2.2
Balance de vapor de escape en el departamento de elaboración .1764.2.2.1 Análisis de energÍa en los
evaporadores...
...1784.2.2.2 Análisis de energia en el calentador de meladura ...,...,...,..,...,,212
4.2.2.3 Análisis de enengia en la estacion HTM
....,....,
...,...,2lrs4.2.2.4Análisis de ener'gia en los
clarlf
tcadores de nef lneria ...22g4.2.2.5 Análisis de enengia en los tanques de
tratamiento
..,2314.2,2.6 Consumo de vapor en los autof
iltros
4.2.2.7 Análisis de energia en tanque de precalentamiento de crudo
245
4.2.3
Consumo de vapon de escape en la sección deDestileria
..,...2474,5 ANALISIS DE ENERGIA EN DISPOSITIVOS OUE CONSUIIEN GASES ..,..247
4.3.I
Análisis de enengía en calentadones dejugo
...2494,3.2 Análisis de energÍa en tachos de
crudo
.,,....,...2504.3.3
Análisis
de energía en tachos de nefino
...,....2535
PRODUCCION DE VAPOR EN CALDERAS..,..,..,.
,,.,,,..,.255pá9,
5,I
EFICIENCIA REAL IN EL SISTEI1A GENERACION DE VAPOR ...,,,..,..,..,..,,.2575.1.
I
Poder calonf f lco de un combustlble .......
...2585.1.1.I Poder calorÍf ico del bagazo
,,...
...2595.1.1.2 Poder calorÍf ico del cnudo de
Castilla
...
...2655 2 OBTENCION DE LA EFICIENCIA REAL DEL SISTEIIA GENERACION DE
VAPoR
...267t I
5 3 GENERACIONDE VAPOR PROMEDIO EN EL AÑO I,989 ....
.,,.
...2805
4
CICLO DE POTENCIA DEL VAPOR DE AGUA EN LA PLANTA DELIN6ENIO
284
6. PERDIDAS DE CALOR EN LA TUBERIA DE DISTRUIBUCION DE VAPOR ,..294
6.I
FLUJO DE CALOR COI1EINADO UNIDINENSIONAL Y UNIFORIIE ATRAVES DE PAREDES DE CILINDROS CONCENTRICOS
...
...,...2946.1.1 Coef iciente combinado de transferencia de calor por
convección y
radiación
...
...,....298pag.
6.1.2 Coeficiente de convección fonzada intenna a la tuberia
conductora de
vapor
...3036 2 ECUACION DE PERDIDAS DE CALOR APLICADA PARA EL IÑGENIO
EN
PARTICULAR
304
6.3 EJEIIPLO DE CALCULO DE PERDIDAS DE CALOR EN TUBERIA
CONDUCTORA DE
VAPOR
,..3056 4 PERDIDAS DE CALOR EN TUBERIAS CONDUCTORAS DE VAPOR EN
LA PLANTA DEL
INGENIO
3I9
6,5
BALANCE ENRGETICO EN LA DISTRIBUCION DEL VAPOR DE AGUAPARA CONDICIONES PROMEDIO DEL AÑO
I
989
,3167.
CoNCLUSToNES
...3207,1
TURBINAS DE VAPOR DE LOSMOLINOS
.
.
.. .3207.1.1
Velocidad del flujo
devapor
...,...3227.1.2
Pér'didas de presión y temperatura desde las caldenas .,,..,...,,...5237.1.3
Eficiencia térmica de las turbinaspag.
7.2
TURBINAS DE LOS GENERADORES ELECTRICOS...
...3257.2.1
Velocidad delflujo
devapor
..,...,..,.5257.2.2
Pérdidas de presión y temperatuna desde las calderas ...,3267.2.3
Eficiencia térmica de lasturbinas
..,...,...3277.2.4
Calidad otitulación
del vapor a la salida de la turbina ...,..3277.2.5
Eficiencia en la tnansmisión de potencia desde la turbina hasta el genenadoreléctrico
...,
...3287
3
TURBINA DE VAPOR DE LA BOMBA AGUA ALIMENTACIONCALDERAS
...3287.3.1
Velocidad del flujo
devapor
....,...3287,3,2
Pérdidas de presión y tempenatuna desde las calderas ...3297.3,3
Eficiencia ténmica de lasturbinas
...3297,4
EYIPLEO DEL VAPOR DIRECTO CONO MEDIO DE CALENTAMIENTO...,..,.33O7
5
EYECTORES DEVAPOR
.
,.332pág
7
6
SISTEMA DE EVAPORACION CUADREPLEEFECTO
...,...,3347.6.1 Tempenatura del jugo en el
sistema...
...,...5547,6.2
Funcionamiento en paralelo del primerefecto
....,,...,,....3367.6.3
Comportamiento del sistema cuádnuple efecto de evaporación ..3377.6.4
Distribución de temperatura entre el vapor de calentamientoen el primen efecto y los gases genenados en el sistema ..,..,.,.,,..,538
7.6.5
Area de transferencia de calornecesaria
...3417.6.6 Evacuación de
condensados
...3427.6.7 Agua disponible en el condensadon de los gases del
último
evaporador
(NsS)
...3447.7
PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CASTILLA...
.
.3447.8
INCONDENSABLES DE LAS CALANDRIAS DE LOS TACHOS DE CRUDO .3457
9
EFICIENCIAN REAL EN EL SISTEI'1A GENERACION DE VAPOR ...,,,...348pág
7.IO
CICLO DE POTENCIA DEL VAPOR DEAGUA
... ..3567.11
PERDIDAS DECALOR
,..,,,3588,
RECOMENDACIONES 3598
I
SISTEIIA REDUCTOR DE VELOCIDAD EN LOS TURBOGENERADORES.359
8.2
TURBINA DE VAPOR DE LA BOMBA AGUA ALIMENTACION ACALDERAS
.,....,,,..3608
3
ENPLEO DEL VAPOR DIRECTO COIIO NEDIO DE CALENTAIIIENTO ..,.^3628
4
SISTEIIA DE EVAPORACION CUADRUPLEEFECTO
....,.. .... 3638.4.1
Venificaciones
...,3658.4.2
Instalación adecuadapara la recolección de condensados en unsistema
múltiple
deevaporación
...,...,...3658.4.3
Condiciones adecuadas deoperación
...3718.4.4
Reducción deincrustaciones
...377pag.
8.4.4.1 El aparato inonizador
...,..,..,..
...3778,4.4.2 Adición de mateniales
,..,,....,
...,.3798
5
INCONDENSABLES DE LAS CALANDRIAS DE LOS TACHOS DE CRUDO 3808.6
EFICIENCIA TERMICA DEL SISTEMA GENERACION DE VAPOR ..,,.,...382-¡-
8.6.l.l
Inf luencia de la humedad del bagazo sobre la combustión enó,-)o
las caldenas del ingenio 8.6.2a Temperatura agua dealimentación
...,...3918.6.2b Exceso de
aine
...3938.6.2c Combustión
incompleta...
...3948.6.2d Temperatura de gases en la
chimenea
...3978.6.2e Purgas en la caldera
...i...,...
...3988.6.2f
Combustible no quemado...
...3988.6.29 Transferencia de calor al
exteri0n...,..,..
...,.3998.6.3
Llmpleza de lostubos
....400,.
pag.
8]
PERDIDAS DECALOR
,...,...4008.7.1
Espeson económico del aislantetérmic0,...
...,...4018.7.2
Péndidas de calor en la red de distnibución enel
ingenio conaislante
económico.,...
...4168.7,3
Recuperación delcapital
invertido 4188,8
BALANCE GENERAL DEVAPOR
..,..,,,...,..420^8.9
TRA|IPAS DEVAPOR
...4228.9.I
Condensado f onmado en tubenía que transporta vapor dlrecto ....4318.9.2
Condensado formado en tubería que transponta vapor de escape 4338.9,2.1 Fórmulas para calcular la fonmación de condensado en tubos
y recipientes cilindnicos de hasta 24"
6l
cms) inclusive dediámetno
exterior
(carga en régimen)...,...,...
...4338.9,2.2 Fómulas para calculo de formación de condensado en tubos
y reciplentes cllf ndricos con dlámetno mayor de 24" , tanto en instalaciones bajo techo como a la intemperie
(canga en régimen)
...,...
...,...4348.9.3
Ejemplo de cálculo de la formación de condensado en unatubenÍa que tnansponta
vapor
...437:=s-r,úÉ
pag.
8.9.4 Mantenimiento e inspección de trampas de
vapor
...4418
IO
INSTRUMENTOS DE I1EDICIONDETERIORADOS
.,...
,.
. .
44I8.I
1
INSTALACION DE MEDIDORES DE FLWO, TERI4OI"IETROS YTIANoMETRoS
...
...442NOIIENCALTURA
GLOSRIO
9
BIBLIOGRAFIALSITA DE TABLAS
pá9,
Tabla
1:
Balance de masa promedio del año1.989
...,,...1 IFabla2:
Factor de correción para el grado Brix ,.,,.,,,.,,,.,,....,.:,,.,...,,.,.,,....,,.,66Tabla
3:
Peso especÍf ico de soluciones deazúcar
...,...,...,,...68Tabla 4'. Condiciones promedio de operación en
el
sistema deevaporación cuádruple efecto del ingenio
...,...
...179Tabal
5:
Area calórica necesaria en el sistema de evaporación .,,.,,,,....213Tabla
6:
Facton defricción
en tubería conductora de vapor ...237Tabla
7:
Coef iciente de resistencia para válvulas y accesorios ...238pag.
Tabla
E:
Poder calorÍf ico de de los componentes del bagazo ...'.'.".'... ".260Tabla
9:
CaracteristicastÍpicas
del crudo deCastilla
...,...,..."...266Tabla
l0:
Análisis deeficiencia
en las calderas...,...,
.'.,268
Tabla I
l:
Estados que confonman elciclo
Rankine consobrecalentamiento de la planta del ingenio ,...,...289
Tabla
12:
Parámetros de cálculo para el coef iciente convectivolibre
externo
""'3o lTabla
l3:
Pérdidas de calor en tuberÍas de vapordirecto
,,...310Tabla
14:
Pérdidas de calor en tuberÍas de vapor de escape ...,....31 3Tabla
15:
Velocidades recomendadas parael
flujo
de vapor.,,.,...,...321pá9,
Tabla
l6:
Tolenancia penmisible del área calÓrica empleada con elaumento del grado de incrustaciÓn en el CASO A
recomendado para el sistema de
evaporaciÓn
...373Tabla
l7:
Tolerancia permisible del área calórica empleada con elaumento del gr^ado de incrustación en el CASO B
recomendado para
el
sistema deevaporaciÓn
...374Tabla
l8:
Tolerancia permisible del área calórica empleada con elaumento del grado de incrustación en el CA50 C
recomendado para
el
sistema deevaporación
....,...375Tabla
l9:
Tolerancia permisible del área calorica empleada con elaumento del grado de incrustación en
el
CASO Drecomendado pana el sistema de
evaporación
.,,.'376
Tabla
20:
Espeson económico del aislamiento en la tuberias delingenio 417
Tabla2l:
Diagnóstico de trampas para vapor del ingeni0....,,..,..,..,...425pag.
Tabla 22: Dimensionamiento de trampas para vapor ,..,,...'426
Tabla23:
Instrumentosdeteriorados
...443LISTA DE FI6URAS
pag.
Figura I
:
Diagramaflolliere
,.,, I 0JFigura
2:
Factor de compresibilidad del vapon de agua"7
...119Figura
3:
Onavedad especif ica dehidrocarburos
.,.140Figura
4:
Calor especif ico dehidrocarburos
...144Figuna
5:
Desairead0r,..,....,...Figura
6:
Aumento de punto de ebullición pana las soluciones deazúcar
...180pag,
Figura
7:
Exponente iso-entrópico para el vapor deagua
,..,240
Figura
8:
Factor de expansión para f luÍdos compnesibles ...,...242Figura
9:
Sistema Generación-Vapor quemando bagazo (Referidoal
Poder Caloríf ico Superior; PCS)...,,..,.
,274
Figura
l0:
Sistema Generación-Vapor quemando bagazo (Referidoal
Poder CalonÍf ico Neto; PCN)....,....
...276Figuna I
l:
Sistema Generación-Vapor quemando bagazo y cnudo deCastilla
(Referidoal
Poder Caloníf ico Superion; PCS) ,,,..,..278Figuna
l2:
Diagnama T-S ideal delciclo
Rankine consobrecalentam iento 286
Figura
l3:
Flujo de calor combinado unidimensional y unifonme através de panedes de
clllndros
concéntrlc0s .,,...,..,..,...295Flguna
I4:
Relaclón entre 76VCOz base seca vs. %Exceso de alre ,....,....,.,,....551pag,
Figura
l5:
T'
gases chimenea vs. %Ef ic.térmica para diferentes%vC,Oz
. ..
. .. ..,355Figura
l6:
Determinación del espesor económico del aislante ...,....,..,'.403LISTA DE ESOUEIIAS
pag.
Esquema
l:
Pnoceso de producción del azúcar 6Esquema
2:
Estación detratamiento
...,13Esquema
4:
Sistema de extracción de ju90,...,...
...20Esquema
5:
Estación depurificación
...22Esquema
6:
Evaporación en cuádnupleefecto
...,32Esquema
7:
Sistema de evaporacióntriple
efectoviejo
...37pag. Esquema
8:
Sistema de cocimiento detres
templas.,,...,...
...41Esquema
9:
Proceso de ref inación delazúcar
...,..,56Esquema
l0:
Balance de masa en tachos de refino
...,...62Esquema I
l:
Estación desdeclarificación refino
hastaautoflltrado
,,,.84Esquema 12: Balance de masa
general
.,.,,.87Esquema
l3:
Distribución de vapor en deptos.Gen.vapor,llolinos,
Gen,Electricidad y
Destileria
,...,.,
.,..,,...,,,.,,,91Esquema I
4:
llustración
de vapor de Escape y 6ases en eldepartamento de Elaboración
...
...,...92Esquema
l5:
llustración
de condensados en laplanta
..,..,,,...,...94llaivrnid*d lrt4nrrrno de tkci{clt¡
0.rrrr fih¡i*1C
pag.
Esquema
l6:
Eyector condensante de dos etapas...,...
...158Esquema I
7:
Vapor de esacape en el departamento GeneraciÓn devapor
,.,,..,.,..,,...,,,.,. I7l
Esquema
l8:
Vapor de Escape enel
departamento de ElaboraciÓn ... 177Esquema
l9:
CASOI;sist,
de evaponación cuádruple efecto sinpre-evapoprador
....,...182Esquema
20:
CASO 2;sist.
de evaporación cuádnuple efecto conpne-evaporadon
.. I 83Esquema
2l:
CASOlA
de evaporación cuádruple efecto
,,'204
Esquema
22:
CASOlB
de evaponación cuádrupleefecto
...205Esquema
23:
CASO lC de evaponación cuádrupleefecto
...206pag. Esquema
24:
CASO 2A de evaporación cuádrupleefecto
...207Esquema
25:
CASO 28 de evaporación cuádrupleefecto
.,,.,208
Esquema
26:
CASO 2C de evaporación cuádrupleefecto
,.,,209
Esquema
27:
Balance de energia en el sistematriple
efecto deevaponación ... 227
Esquema
28:
Equipo para unciclo
Rankine con sobrecalentamiento ...285Esquema
29:
Balance de vapor general 317Esquema
30:
Distribución adecuada de temperatura en un sistemamúltiple
deevaporación
....340Esquema
3l:
Evacuación de condensados en el sistema deevaporación actual del ingenio
...
...343pá9. Esquema
52:
Evacuación de incondensables en las calandrias delos tachos de
crudo
...346Esquema
33:
Sistemallarais
parala
evacuación de condensados enun
múltiple
efecto
...,...,...367Esquema
34:
Balance en el sistema de evaporación CASO Arecomendado
...
...,,378Esquema
35:
Evacuación de incondensables en calandrias a presión .,,381LISTA DE DIAGRAI1AS DE FLWO
pag.
Diagrama de f
lujo
l:
Balance de energÍa en sistema cuádrupleefecto de
evaporación
...,...185Diagrama de f
lujo
2:
Balance de energÍa en sistema tnipleefecto de evaporación
Diagrama de f
lujo
3:
Análisis económico del aislamiento térmico,.A07
218
RESUIlEN
En
síntesis, éste
proyecto demuestra una vezmás
la
poca importanciatécnica
gue
se
le
ha
prestado
a
la
generacióny
en
especial
a
ladistribución del
vapor de agua en nuestro medioindustrial
como mediogenenador de potencia
y
decalefacción.
Ponlo
cual se busca gestan unanueva generación
en
la
universidad Colombiana,en
la
que estudiantestengan
un
vínculo
directo con
la
industnia paru
el
desarrollo
desoluciones o propuestas a problemas técnicos reales.
La solución a la poca importancia prestada
a la
genenacióny
distribucióndel vapor de agua en nustras industnias,
es
la
comprobaciónracional
delos
costos
económicos queimplican
las
pérdidasde
calor
ya
sea,
enténminos de energÍa (por tnansferencia de
calor),
o en términos de masa(condensados no recuperados).
Es
esto
pueslo
queel
presente proyecto busca,a
través de
lognan eldiagnóstico neal de la
eficiencia
de consumo de vapon en los dispositivosconsumidores mediante balance
de
masay
energíaen
el
proceso deproducción de azúcan en
el
Ingenio Riopaila5.A.
fledida deeficiencia
quesená
comparadaya
sea,
con
la
establecida por'
el
fabricante
deldispositivo, o en su defecto, por léctura técnica, para
asi
establecen lasdiferentes conclusiones y recomendaciones necesarias.
INTRODUCCION
El vapor es
el
medio ideal para transportar una gran cantidad decalor
aun punto de operación donde será
utilizado.
El
usoeficiente
del vapor,comienza en
la
calderay
no
tenmina hasta queel
condensado calienteretorna
a la misma.
La genenacióny
el
tr'anspontedel
vapor desde elpunto de
vista
económico, es uno de losfactores
más importantes de laIndustria azucaner'a. Hecho pon
el
cual
es devital
importancia conocenfactores como:
-
Condicionesdel
balance energético enel
procesode
producción;aquellos dispositivos que consumen vapor.
-
Pérdidas de presión debido al mal dimensionamiento de la tubería.-
Condiciones como se lleva a cabo la recuperaciÓn de condensados.El
presente proyectoconstituye
unanállsls térmico
enla
generaciÓn ydistribución del vapor de agua en
el
Ingenio Riopaila 5.A.
Los parámetnosdesarrollados
en
las
diferentes
ecuaciones
fueron
extraidosdirectamente de las condiciones de operaciÓn del lngenio.
En
el
capftulo
I
se anallzanlos
procesos principales, conlos
cuales esposible la obtención del
cristal
de sacanosa(azúcar)
apartir
dela
caña de azúcar.En
el
capitulo
2
y
3 se
presentael
balance de masa enel
proceso deproducción
de
azúcar crudo
y
refinada nespectivamente.
Donde seestablece, para una molienda de caña, las cantidades aproximadas de las
diferentes
materias
(estados
del
jugo
extraido
de
la
caña)
queconfonman
el
proceso.
Balance quepermitirá
establecer
un
adecuadobalance de energia en cada dispositiv0 que consume vapor.
En
el
capítulo4
se presentael
balance de energía parc cada uno de losdispositivos
que consumen vapor,análisis
quepermitirá
establecer elgrado de
eficiencia
de comportamiento de cadadispositivo,
siendo asÍ3
el
fabricante o segúnla
lécturatécnica,
para determinarlas
diferentesconclusiones
y
recomendacionesindicadas
en
los
capÍtulos
7
y I
respect ivamente,
En
el
capÍtulo
5
se presentael
análisis
en
la
generaciÓndel
vapor deagua, basado en condiciones de
eficiencia
ténmica promedio enel
año1.989 en
el
sistema de generación de vapory
condiciones promedio deproducción de azúcar en el mismo añ0.
En
el
capÍtulo6
se presentala
evaluación de pérdidas decalor
enla
redde
distribución
del
vapor
en
la
planta
que,permitirá
determinar
quécantidad de calon se piende nepecto
al
generado enel
sistema generaciónde vapor, pana determinar
asi
el
grado deeficiencia
detransporte
delvap0r.
Se
recomienda que dunantela
lectuna
del
proyecto,
se
consulten
lanomenclatura, los esquemas, las tablas, las f iguras
y el
glosario anexadoque aparecen durante
el
desarrollodel
mismo,lo
quepermitirá
enfocarde una manera práctica el proceso de elaboración del
cristal
de azúcar.Es
de
importancla conslderar que, pese
al
esfuerzo
entregado
al4
que harán de é1, en
forma
gradual, un modelo matemático para generarI,
CONSUIIO Y PRODUCCION DE VAPOR EN LA PLANTAEl
crlstal
de azucar se obtlene clela
caña dulce,a través
cle un proceso que comprende los slgulentes procesos prlnclpales:-
Extracclón del jugo-
Purificación del jugo-
Evaporaclón clel Jugo-
Purlf lcaclón de la meladura-
Crlstallzaclón de la meladura-
Centrlfugaclón de la masa-
Secado del azúcarPara efecto del proceso secuenclal se presenta
el
Esguema LEn
las
anteriores
estacionesprincipales,
es
indlspensable dlsponer degrandes cantldades
de
energiaen forma
clecalor.
Aclemáshay
gue6 uülF WS'I¡V ¡D l¡lH) 3
phl
0vY(Irm4
{
e
l¡l=
|! l¡l lz{
e
=
o
trl J{
F
L o o r= N @ o E É{t
tt IJ =tt
tft cr o E' c' o o IJ o L o-o E o 5 e, o l¡¡7 necesldad cle
utlllzar
energlaeléctricapara actlvar
dlferentes equlpos enla
fábrica.
Las anteriores formas de energia se hacen poslbles graclas alvapor de agua generado medlante
la
combustlÓndel
bagazo en un equlpoaproplado cle calcleras, En
el
lngenlose
obtlene vapor sobrecalentado acondlclones
Intermedlas
cle 170 pslg,
y
465
"
F,
denomlnado vapordlrecto,
La energia mecánlca yeléctrlca
se obtleRe con turblnas de vaporde
contrapreslón,
Destacando queel
ingenlo no esautosuflclente
en lageneraclón
de
energlaeléctrlca
,
para
lo
cual
eS
necesarlo compraraproxlmadamente el 20 14 del
total
cle la energlaeléctrlca
consumlda,El vapor de escape producido por las turblnas con una preslón medla de
l6
pslg., esutlllzado
como fuente decaloren
los procesos de calentamlentoy
evaporación. Parte
del
condensado formadoes
recuperaclopara
senenvlado
a
las
calderas como aguade allmentaclón.
Para
establecercantldades de vapor que lntervlenen en
el
proceso cle elaboraclón delazucar, es necesarlo efectuar balances de energla en toclas las estaclones
del proceso como son:
-
0eneraclón vapor,-
Operaclón turblnas,-
Estaclones de calentamlento,-
Estaclón de evaporación.-
Estaclones de crlstalizaclón.-
Estaclón de vaclo,I
-
OtrasPara encontrar
la
proclucclón0
consumode vapor en
cada
estaclÓnanterlor, se hace necesarlo establecer balance de masa en toda la planta.
Siendo
el
balance de masa,el
que determinalas
cantidades de bagazo,Jugo, meladura
y
aguaen
cada unade
las
estaclonesdel
proceso cleelaboración
del
azúcar, haciendo
énfasls
en los
procesos
que
a
r'continuación se describen:
flollnos:
permlte
encontrarla
cantldad cle Jugoy
bagazo producldos enfunción de una rata de molienda. de caña.
Clarlficadores
deJugo:
permlte
encontrar
la
cantlclaclde
lmpurezaspresentes en el Jugo (cachaza ).
Flltros
de Cachaza: permlte encontrarla
cantldad de Jugo recuperado dela cachaza (Jugo
filtrado).
Evaporación: permite encontrar
el
agua necesarla a evaporar para logranconcentrar
el
jugo
libre
deimpurezas.
A
este
Jugo concentradose
le9
Clariflcaclón
delleladura:
permlte
encontrarla
cantldad de meladuralibre
de impurezas ( lleladuraclarif
icada ).Tachos de Crudo: permlte encontrar
la
cantldad de agua evaporada paralograr la
formactón de las masas A, B Y, C,la
cantlclad de azúcar crudoque se obtlene
y
la cantldad demlel
flnal
(mlel
de purga) que resulta.Uai'asithd lrlonomo d¡ 0ctidcat¡
2,
BALANCE DE I1A5A EN EL PROCESO DE FABRICACION DE AZUCAR CRUDOEl slgulente balance máslco se ha reallzaclo conslderando las condlclones
promedio de elaboraclón en
el
año1.989.
Paralo
cual
se han empleadolos dlferentes
contenldosporcentuales
delas
dlversas sustanclas conrespecto
a
la
cañamolida
segúnel
balancede
masa que presenta eldepartamento de
control
Industrlal.
Balance Indlcado en latablal,
A continuación se
definirá
cada una delas tres
estaciones mencionadasen la
tabla
l:ESTACION DE TRATAMIENTO
A través de la cual se logra extraer del Jugo las lmpurezas
(
no azucares)y llevarlo
a
una concentraclón desólidos
azúcares adecuada para luegosometerlo
a
los
procesosHTll
y
de
cocimlento,
La
concentraclÓn desólldos azucares está determlnada por
el
grado Brlx ('Bx), que representaen porcentaJe la canttdaO de sólidos azucares y no-azucanes presentes en
una soluclón
azucarada.
La
representaclón generalse
muestra
en
elll
Tabla
l:
Balance de masa promedlo año 1.989Caña
mollda
(tons,) Dlas hábllesTCD
ESTACION DE TRATAI.II ET{TO:
TCD = 4.691,45 Materlal 1.334.897,00 2E455E,00 4,691,45 Materla % moltenOa TCD Af1 B6ZO JDB
TtaF
:JCL
-'.,,.. ,- /..: -,r .;:;r,' f1 I1'r. ' RR ,j"--j 100,00 29,13 29,02 100,1 I 9,9276 92,19 24,37 3,9694 27,33ESTACION
HTt'|.
(Hlgt
Test l'lolasses):
TCD =
73,2'
(equlvalente cle la meladura empleada paralnvertlr)
Material Materla fr mollenda
TCD
HTM
| :,. ¿..,r
.. <100,00 16,72
l2
Tabla
I
(cont):
Balance de masa promedlo añoL989ESTACION DE COCI}IIENTO:
TCD
= 4.619,27'
(equlvalentede
la
meladuna empleadapara
elaborar azúcar).f'laterlal
llaterla
% mollendaMCTO flsaA llsaB MsaC Cntal LAVAZA MielA MielB MielC
AZA (ti¡car crudo + Azúcar Blanco + Azúcar lrvado) AZB AZC AZLAV AD LD ARef 27,38 28,92 10,96 5,1 I 1,76 6,70 10,03 5,07 2,88 15,55 7,12 2,97 8,28 6,32 | 4,61 6,34
l3
Esquema
2:
Estaclón de tratamientococnltENTo
EVAPORACION
l4
Expllcación
de
la
tabla
l:
La
mollenda
correspondlenteal
materlalempleado para elaborar H.T,f1 y azúcar:
A
través
dela
relaclón
desólldos
azúcares, segúnel
departamento deControl
lndustrial,
en 1.989 se registrÓ:Caña
mollda:
l'554.897 tons.Jugo Dlluldo
Neto:
l'334,897x
0,9861 = l'316.208,4 tons.Sóllclos en Jugo
Dlluido:
l'316.208,4x
0,14f,92 = 185,453,76 tons,Sólldos en
cachaza:
l'334,897x
0,08083*
( 1,744/89,78s
)
=
2,090,4tons.
Sólldos en Jugo Claro: 5ólldos en Jugo Dlluido
-
5Ólldos en cachaza= 183.563,36 tons.
Jugo
Claro:
183,365,36/0,1496=
l'230,626,5 tons,Sólirlos en Meladura = Sólldos en Jugo Claro,
Producclón H.T.t1 = Stock f
ln
1,989*
despachos 1,989-
Stock fln
1,988 = 3,482,Q6 tons,5ólidos en H.T.l1 = 3,482,06
x
0,82187 = 2,861,56 tons,I Ju@ Dllufrh Neto
I
cona = 98,6I
2 'Brlx dal JuS Dlluldo = 14,09 5 Cachamt
cana = 8,08 S 4 Pol en cmhaza = 1,74 8 5 Purezo en cachaza = 89,78I
6 'Brlx tbl Jup Claro = 14,9I
t5
Sóltdos en fleladura para azucar = 5ólidos en lleladura
-
Sólldos en H,T,f1,= 180,501,8 tons.
Entonces
la
proporclónde
sÓlltlos dlsponlbles
en
la
meladura
paraelaborar H.T,f1 y azúcar es:
Para H.T,l1 = (2.861,56
x
100)/ 183,365,36 = | ,56 70.Para azúcar = ( 180,501,8
*
100)/ 183.565,36 = 98,4414,Entonces:
Caña para H.T.N = l'334.897
x
0,0156 = 20,824,4 tons,Caña para azúcar = l'334.897
x
0,9844 = l'31'4.072,6 tons.Los dlas háblles cle mollenda durante 1.989 fueron 284,538, entonces las
ratas cle mollenda para elaborar H,T,l1 y azúcar son:
T.C.D para H.T,f1 =
73,2
yt6
ESTAClON H.T.I1.
Aqul, parte
de
la
meladuraclarlflcacla Se
le
somete
a
procesg
deInversión,
el
cual
consiste entransformar
la
sacarosa contenida en lameladura
clarlflcada
a glucosay fructuosa;
esto clebldoa la
acclÓn delácldo
clorhldrlco
y
levadura añadldos, clurante aproxlmadamente doce(lD
horas.
El resultadoflnal
es una meladuraclarlflcada
lnvertlda
cleuna pureza
del
l5
% (clesde 90% que contienela
meladuraclariflcada
slnfnvertin),
La pureza en una solución azucarada, representala
canticlad porcentual de sólidos azucares contenidos enel
'Bx.Una
vez
se
obtengala
meladurainvertida,
se
sometea
un procesoconcentraclón mecllante
la
apllcación
de calor,
al flnal
se
obtlenemeladura Invertida concentrada llamada "High Test l.lolasses (HTl1) .
ESTAClON DE COCII1IENTO
En
la cual la
meladura clarlflcacla no empleada enel
proceso de HTM sesomete a
la
acción decalor
conel
fin
delograr
la cristallzaclón
de la Sacarosa contenida enella
(obtención cle masas A, By
Ca través
de lostachos).
Estación que en conjuntocon
la
centrifugaclÓn,
producen elazúcar
y
las mieles, entre
ellas
el
azúcarcrudo.
La
representaciÓngeneral se muestra en el Esquema 3,
de
{
c
=
o
cl J{
F
J
{
E
u, fJ¡wus
¿¡qrye
tcll.|) 3l3ll.l ol EI ¡-l 3 = A .g{
o E o E C' c' fJ ott
c
rE¡ CJ o tt l¡t l¡lrt
o E o = E o l¡lt8
2.1. BALANCE DE IIASA EN EL PROCESO DE TRATAT1IENTO
Proceso que comprende en su orden las slgulentes estacl0nes:
l,
llollnos
2, Purlflcacfon
3, Evaporaclón y
4, Talodura
2.1 .l , Balance de masa en mollnos
La caña
se
preparapara
la
mollenda hacléndola pasar baJo cuchlllasglratorlas
quecortan
los tallos
y
la
convlerten enastillas,
después deeste proceso es entregada a los mollnos a través de conductores,
Los
mollnos son
unldadesmúltlples de
comblnaclones cletres
mazasentre las cuales pasa sucesivamente la caña para ser exprlmlda
y
obtenerel
Jugodlluldo bruto
y
el
bagazo,que
se
emplea como combustlbler9
rocla
el
bagazocon
agua;
éste
proceso
es
llamatlo
maceraclÓn 0lmblblclón, El cual se
ilustra
en el Esquema 4.El balance cle masa en mollnos se establece como:
TCD
+8020
TCD*Al{ =
JDB+8020 los AflI
l
JDBUnirniri¡d 'lulr:rrmo
ft
ftcill+ttl [)coh liNrrrrxot
sE
l"
r?8
$a
roR
("
o
H c¡ ctl = o E g{¡
u o e ttx
o o E € E o oa
ü
o E o = E (,, l¡¡2l
TCD
=
4.691,45 Ton Caña/
Dia JDB = 1,001|
Ton, jugo /Ton. caña BOZ0 =0,2902
Ton bagazo/
Ton. caña Al1 =0,2915
Ton. agua/
Ton. cañaEntonces:
Ton, AM
/
Dia = 0,2915x 469t,45
= 1,366,62 Ton.JDB/
Dla=
1,001|
x
4691,45 = 4.696,61 Ton. BOZ0lDia
= 0,2902x
4ó91 ,45 = | .16 | ,465e observa que exlste condlción de balance.
2.1 .2. Balance de masa en la estación de purif lcación
Esta estaclón está representada en el Esquema 5.
N0TA:
Enel
proceso clepuriflcaclón
algunas cantidades presentandlf icultad de meclln cuantitatlvamente, hecho por el cual
el
Departamentode Control
Industrial
presentala
cantidadreferlda
a caña mollda de lassustanclas
resultantes
de
la
estaclón
(TtaF
y
JCL)
sln
Indicar
la22 Esquema
5:
Estaclón de purlf lcaclónTAM¡UE JUGO
23 2.1,2.1, Balance de masa en el tanque de Jugo encalado
En esta estaclón se controla
el
nlvel del
PH descle aproxlmadamente 5,5que
trae
el
Jugodiluirlo bruto
hastaun
PH de7
a
g
quetoma
el
Jugo encalado, a través de la adiclón decal'
,El balance de masa en
el
tanque de Jugo encalado se establece como:Según balance de masa se tlene:
JDB+Cal =
JESegún promedlo de 1.989
(tabla
l)
se ilene:'
Lo dlclónft
ml&mft
fr mntrolar sl nlvel PH con fln & wltar la Inverslónü
lasmrm
(mrm
m transformo snglum
no sfen6 pmlble lo crlstollmlón), permlteúmfu
24
Cal =
l,133
kg/T,C.flEntonces:
Cal adlclonada al Jugo dlluldo =
l,l13
x
4,691,45 =5,3l5
tons./dla,De ecuaclón cle balance de masa:
JE = 4.696,6
|
* 5,5l5
= 4,701 ,925 tons/df a,2,1,2.2, Balance de masa en los
clarlf
lcadores de Jugo encalacloUna vez se tlene el Jugo encalado es necesarlo
extraer
deél
en lo poslblematerlales
no-azucaresc0m0;
tlerra,
arenay
roca molldaentre
otras,Los
clarlflcadores
cle Jugo encaladodel
Ingenloutlllzan
el
prlnclplo
dedecantaclón para separar dlchos
materlales,
conocldosc0m0
'cachazaclel
jugo
encalaclo,
Sonclarlflcadores en
los
que llega
cle maneracontlnua
el
Jugo encalado a decantary
que eslo
suficlentemente grandepara que la velocidad de escurrlmiento y de clrculación del Jugo sea de un
25 al
obtenldo
sale
por
la
parte
superlor
del
clarlflcador
contlnuamenteigual que la cachaza a través de bombas respectlvas.
El balance de masa en
los clariflcadores
dejugo
encalado se establececom0:
La ecuaclón de balance de masa es:
JE =
JCL laclarlf, *
CZALa cachaza obtenlda es sometlcla
a
flltraclón,
donde seextrae
la
mayorcantidad posible de jugo que se encuentre mezclado con
ella.
Porlo
quese hace necesario establecer un
anállsls
querelacione
la
clariflcaclón
con la
flltraclón
del Jugo (según los dos slgulentes ltems). laclarlf.
26 2.1,2.3, Balance de masa en los f
lltros
de cachazaEstaclón comprendlda por cuerpos
cllfndrlcos
cuyaperlferla
la
conformaun cedazo metálico, en
el
cual a través del vacfo producido por eyectores a vapor o por bombas de vacio se separael
Jugo dela
cachaza. La cachaza está suJeta a laperiferla
como efecto del vaclo, a la vez que sele
extraeel
Jugo quecontlene. El
Jugoasf
obtenldoreclbe
el
nombre cle Jugoflltrado
(JF),y
la cachazaseca
torta
cleflltros
(TtaF).El balance de masa en los f
lltros
se establece como:FILTROS DE
27 Según balance de masa se tlene:
CZA
*
Bgcllo*
Agua=
TtaF + JFNOTA: se suspenden cálculos de acuerdo
a
la nota de aclaración hecha al comenzarel
análisls cle la estaclón de purlflcación (ltem
2,1,D,2,1,2,4, Balance de masa en los
clarlf
lcaclores de Jugo f lltracloEsta estaclón
tlene
c0m0 obJetlvo,al
lgual
que enla
clarlflcaclón
deJugo encalado,
la
extracclón de lmpurezas omaterla
no azúcardel
Jugo,La
dlferencla
cle esta
clarlf
lcaclón
radlca
en
el
prlnclplo
defunclonamlento del
clartflcador,
aqul es porflotaclón
que seretlran
laslmpurezas
y
n0
por
decantaclóncomo
en
la
clarlflcaclón
del
Jugoencalado. Este proceso se conoce
"taloflltrado".
El balance de masa en
los clarlflcadores del
Jugoflltrado
se establece28
Según balance masa se tlene:
ETalod *
JF
=
JFCL*
ETalofN0TA: JCL la
calrlf.
* JFCL = JCL.Las ecuaclones anallzadas en las estaclones
del
proceso de purlflcaclónpresentan algunas cantldades que crean
clerto
grado de Incertldumbre ensu medida directa en
el
ingenlo, sltuaclón que se enmienda graclas a quesegún
el
balance de materla clel año 1,989 se presentanlos
porcentaJesde
las
materlas
que
se
obtlenen
del
proceso
de
purlflcaclón
(Jugoclarlficado,
ytorta
deflltros,
tabla
| ), obtenléndose:29 JCL = 0,9219
x
4.691,45-
4325 Ton,/ DiaTtaF = 0,089276
x
4,691,45 = 418,833 Ton,/Dla2.1.3, Balance de masa en los evaporadores
EL Jugo procedente de
la
estaclón declarlflcaclón
contlene agua natural que se extrae cle la caña Junto con el Jugo, además del agua de lmblblclón0
maceraclón, en una proporclon cle858
de
aguay
un
15 ts de sólldosazúcares
y
no-azucares,Es
necesarlo entonces
ellmlnar
la
mayorcantldad de agua para obtener un Jugo concentrado con un contenldo de
sólidos promedlo de 60 %, Jugo concentrado conocido como meladura.
A través de
la
evaporaclón se conslgue concentrarel
Jugo,al
hacer queparte
clel
agua contenlcla enél
sea evaporada debldo a la acclón clel calor.El evaporador consta de dos
reclntos
cerrados que están separados entresl.
Uno, que contlene los tubos donde se produceel
Intercamblo de calor, llamado calandrla,el otro,
el
cuerpodel
evaporador, que reclbeel
agua evaporada del Jugo.
El vapontrabaja
porel
lado externo dela
calandriamlentras
clentro clelos
tubosclrcula
el
Jugoa
evaporar,la
preslón ytemperaturas
clel
vapor
son
constantes,
el
vapor
al
reallzar
elLlnbnld,nl l|ul0n0m0 Ce ktidsato
30
lntercamblo cle
calor llbera
sucalor
latentey
se conclensa transflrlenclosu calor
al
Jugo.Para evaporar una
llbra
de agua, es necesarlosumlnlstrar
el
eguivalente de sucalor
latentea la
preslóna
la quese lleva a
cabola
evaporaciÓn,esto slempre y cuando
el
Jugo esté a temperatura deebulllclón (sl
no loestá,
hay que proporclonarel calor
senslbleadlclonal
necesarlo parallevarlo
a dlcho punto cle ebulllclón).5l
por el contrarlo, la soluclón entraal
evaporadora
una temperatura mayor queel
puntode
ebulllclÓn
seproducirá
un flash
o
autoevaporaclóny
la
cantldad decalor
requeridopara evaporar una
llbra
de agua será menor.Un tánclem de evaporadores se pueden conectar en conJunto de
tal
forma quela
evaporaclón produclcla en uno deellos
sele
utlllza
c0m0 vapor decalefacción en
el
slgulente,
5ólo
es necesarlodlsmlnulr
la
preslón alevaporador
slgulente para
asl
lograr
la
temperatura
adecuacla cleebulltclón. Esto se conoce con
el
nombrede
"evaporaclÓn clemultlple
efecto".
En
el
ingenio
se
trabaja
el
sistema
cuádruple
ef ecto(conformado
por clnco
evaporadores;de
los
cuales
los
dos
prlmerosconforman
el
prlmer
efecto), dondeel
Jugoclarlflcaclo a
evaporar entraal prfmer evaporador, para luego pasar al
2',3o,4o
y,5'
evaporador, 0 seaque
el
Jugoclarlflcado
a concentrar haceclrcculaclón
enserle a
través3l
El vapor de escape provenlente de
las
turblnas se
utlllza
enel
prlmerefecto; parte
de
los
gases genenadosaqui
se
empleanc0m0
medlocalefactor en el segundo efecto, y asi suceslvamente, hasta que los gases
producidos
en
el
cuarto
efecto son
condensadosen un
conJuntocondensador-eyector que mantlene el vaclo necesarlo en los
tres
últlmosefectos.
para encontrar el consumo de un
múltlple
efecto, es necesarlo establecerun balance de masa en
el
slstemay
un balance de energla en cada uno delos
efectos.
conel
fln
dellustrar
el slstema completo de evaporación sepresenta el Esquema 6.
Según balance de masa, en
el
slstema de evaporaclón, se tlene:SISTEIIA
32
t
il
{
B EÍ
TiI
r
BÉ:
ET
És
L E EAI
f
Et
{
É g TI
T ü €t
€o;
h o .Eg
Í
I
oP
,'l
B fJ!_o5|
E¡
ot
E{
= L E€
= fJ E o E rO IJ E o CTo
> l¡lü
o E @ = E o l¡¡33
Al
slstema entra Jugoclarlflcado
con una concentraclónó'Bx =l4,9tly
sale meladura con un
'Bx =
56,3716y
gases generados (evaporaclón delagua presente en el Jugo).
Según balance de masa se tlene:
Conslderando los sól ldos:
S¡cr- = JCL
x
('Bx¡ct/
100)
=
f1x
('Bx m/t00)
=
CONSTANTEDonde:
Slcl:
cantidarl cle 5óllclos presentes enel
Jugoclariflcado
(lgualesa
lossólldos presentes en la meladura, pues en
el
slstema de evaporación sólose extrae agua al Jugo, mas no se le
crlstallza),
Conslderando la materla:
34
Donde:
6ev¡n evaporaclón de agua generada en el slstema de evaporadores, a ésta
evaporaclón
se
le
ldentlflca
comovapor
de
Jugo0
vaporvegetal
,
0simplemente como 6ASES.
Al
despeJar " M"
dela
ecuaclón desólldos
"
$JcL"
y
remplazarla en la ecuaclón cle gases " 6EVAe ", se tlene:O¡vnp
=
JCLx(
|-('BxJcL/'Bxtt))
De las anterlores ecuaclones se
tlene;
en acuerdo a latabla
l:SJcL = 4.325
x
0,1 49 =644,425
f on/
Dla11= 644,425
/
0,5637 =1j43,206
Ton/
DfaOev¡p = 4,325
x
( |
-
(0,149/0,5637) ) = 3.181,794 Ton/
Dla35
evaporación, se calculará en
el
análisis
de energia enlos
evaporadores(item
4,2.2,1).2,1,4
Balance de masa en losclarlf
lcadores de meladuraAl
lgual que en las anterlores estaclones declarlflcacfón,
aqul se buscaen
lo
máxlmo extraer clela
meladuralas
lmpurezas no-azúcares que auncontenga
ésta,
Estaclarlflcaclón
se reallza por prlnclplo deflotaclón,
allgual que en
la
clarlflcaclón
del
Jugoflltrado,
solo
que eneste
caso alproceso cle
clarlflcaclón
se llama "talodura".El balance de masa en los
calrlf
lcaclores de meladura establece"CLARIF. DE
IlELADURA
36
RR*|1 =
l'lCL*ETalodSegún el promedlo del año 1.989
(tabla
I ):flCL = 0,2733
x
4.691,45 = 1.282,2 Ton/DlaRR =
0,039694x
4,691,45=
186,222 Ton/DlaEntonces, al reemplazar en la ecuaclón anterlor se tlene:
ETalod
=
47,222
Ton/Dfa (a
mezclarse conel
Jugoflltrado
en
la estación cle purif icación).2.2. BALANCE DE MASA EN EL PROCESO HTM
El proceso HTI1 se lleva a cabo en
tres
evaporadores formando un slstemamúltlple tnlple,
conocldoen
la
planta
clel lngenlo como"trlple
efecto vleJo" , mostrado en el esquema 7.37 io ig N
I
Et
€
E{
$H¡SIfpllmIlI,
l¡o
o
lL (\| Bdecsl ep Jods^ o ot
o P o o b o o cttr
+a tr€
o c' CT € > o ott
E E o tt o fDF
@ Ea
3 E¡ o l¡¡38 Análogo a evaporadores, el balance de masa en el
"trlple
efeCto VleJO" eS:Conslderando los sólldos:
SnrN =
fllNVx
("Bxmnv/100)
=
HTllx
('Bx¡tnl/ 100)
=
C0NSTANTEConslderando la materla:
6nrN = lllNV
x(
|
-
('BxNr.¡v¡'BxHTN)) = PIINV-
HTI'1Del promecllo obtenlclo durante
el
año de 1.989 se tlene:HTN
.im0llenda
=
16,72%. De una mollenda c0rresp0ndlentea
73,2T.C,D, de la mollenda
total
lnlclal
(aclaraclón entabla
l),
o sea:HTll =
Q,1672x73,2=
12,24 Ton/
DfaLa
cantldad
de
melacluraclarlflcada
sometlda
al
proceso HTf1, está39
meladura
que
se
le
empleaen
los
tachos
de
crudo con
el fln
decrlstallzarla,
que según promedlo de 1.989 se tlene:MCTO = Q,2738x 4.618,27 =1.264,5 Ton/Dfa
Entonces la meladura sometlda al proceso HTM
ffilNV)
es:NINV
=
1.282,2-
1.264,5
=
17,7 Ton/DlaQue en la ecuaclón de sólldos se
tlene
(slendo 'Bxt'tcL = 57,15 S)"Snrm =
l0,ll
Ton/Dla'BxHTtl = 82,60 %
En ecuaclón conslderando la materla se tlene:
ll¡iw¡síd,rd dr¡tnnrr¡¡g d¡ 0ccidortr
Dres lih¡{rrfñ
La cantldad de vapor escape evaporaclón, se calculará en el
(item
4.2.2.3).4
necesarla para
lograr
las
condlclones deanállsls energétlco del
trlple
efecto vleJo2.3.
BALANCE DE IIASA EN EL PROCESO DE COCII"IIENTOLa meladura provenlente
del
cuádrupleefecto
de evaporaclón Junto consoluclones azucaradas llamadas
mleles
(sepanaclas clela
masa generadaen
la
estaclón de coclmlento a través del proceso decentrlfugaclón)
sele
aumentael
grado de concentraclónhasta
la
formaclón cle cnlstalesazúcares, obtenléndose
la
llamada "Masa Coclcla,
A
contlnuaclón sepresenta
el
proceso que se slgue parala
obtenclóndel
azúcar crudo, elcual
comprendelos
tachos, crlstallzadores
y
centrffugas,
segrin el esquema 8.N0TA:
segúnel
esquema8,
parael
Inlclo
delas
templases
necesarlotener almacenadas l'1CT0,
lllel
A, Mlel B y Crtal,En
vlrtud
a que la masacoclda
"Cu
es de bajapurezay alta
vlscocldad,no es poslble
crlstallzarla
adecuadamenteen
el
tacho,
lo
que
hacenecesarlo someterla