TODO SOBRE PALMA DE ACEITE

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 costos?

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 3540°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 secundaria (ciclón secundario)

Agua Vapor

Separación primaria (ciclón principal)

Vapor + Líquido

Intercambio de calor

Condensado

Bomba

Condensado Vapor

Agua NO

Florentinos

¿Cumple con la dilución estándar?

SI

Atmósfera Depósito de Agua

Extracción

Extracción

SISTEMA 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 kg



El calor cedido por la corriente de vapor es:

Kg vapor   Kcal   ton RFF  × ∆H =  20   ( ) ×130 × 546,15 −131,14 Q = m  Kg vapor  1 ton RFF   Hr  Kcal Q = 1.079.026 Hr



El calor cedido a la corriente de agua es:

  1 Kcal kg RFF  × (31°C ) Q = m × Cp × ∆T =  30.000 × Hr 1 Kg RFF × °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 combustible fósil, teniendo en cuenta beneficios económicos y ambientales.

de los



Se calculó el ahorro por desplazamiento de la biomasa, de manera referencial.

 Considerando

los aforos realizados en el agua que circula a través del intercambiador, se puede lograr una economía nominal de: 930.000 Kcal/Kg Kg Carbón = = 155 6.000 Kcal/Kg Hr 930.000 Kcal/Hr Kg Cascarilla = = 244,7 3.800 Kcal/Kg Hr 930.000 Kcal/Hr Kg GasNatural = = 72,42 12.840 Kcal/Kg Hr

RESULTADOS 

El tiempo fabril promedio mes es: 1 año  Ton RFF  100.000 ×   Hr año 12 meses   = 416,7 t= mes  Ton RFF   20  año  



CARBÓN:

$160 Kg carbón Hr CO = 155 × 416,7 × = $10.344.160 Hr mes 1Kg carbón

RESULTADOS ANÁLISIS DE COSTOS : CP = CIF + MO  kw   Hr   $250   $400.000 $55.000 Journal CP =  28   2    ×    ×  416,7 mes Hr kw Journal mes mes             CP = $3.426.900

MCmes = CO - CP MCmes = $10.344.160 − $3.426.900 = $6.917.260 MCaño = $83.007.120 ≈ $83.000.000 TIR = 63,51%

RESULTADOS GAS NATURAL:  m 3 GN   Hr   $300   ×  416,7 C.O = 105,26 × 3  Hr mes GN 1m       C.O = $13.158.756 ANÁLISIS DE COSTOS : CP = CIF + MO $55.000  kw   Hr   $250  $400.000 Journal CP =  28  ×  416,7  ×     2    mes Hr kw Journal mes mes                 CP = $3.426.900

MCmes = CO - CP MCmes = $13.158.756 − $3.426.900 = $9.731.856 MCaño = $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 Ahorro de Combustible Marzo del 2011-Agosto del 2014 $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 $-

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 de palma, el ahorro total sería $96.145.000.

Aprovechamiento de subproductos de procesos industriales.

Ahorro de agua lt/ton RFF, $780.000/año).

(12

Reducción de costos.

Disminución del impacto ambiental.

SIMULACIÓN Y MODELACIÓN DEL PROYECTO

' Kca\ recuperaaa '.()

Ahorro combu&ü \e ' )'..

oay 11 oe·.oo·.tlo

PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE Histograma para Fruta procesada 12

Distribución Normal

frecuencia

10 8 6 4 2 0 4400 Media = 7114,71 Desviación estándar = 1263,17

5400

6400

7400 8400 Fruta procesada

Prueba Estadístico W de ShapiroWilk

Estadístico Valor-P 0,960632 0,228046

10400 9400 KolmogorovSmirnov

Normal

DMAS

0,0680333

DMENOS

0,0562752

DN

0,0680333

Valor-P

0,990032

Pruebas de Normalidad para Fruta procesada (Ton/mes) Debido a que el valor-P más pequeño de las pruebas realizadas (ShapiroWilk 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.

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

RESk.II=TAD05 DE L;;A SIMUL;;ACIÓN

Kca\ recu tada ·.,. fLbc

Ahorro combu&üt\\\\)·.'

oay 128'\,

os·. 'J·.oo

,

\

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  En

futuras aplicaciones, se recomienda diseñar la chimenea de vapor primario con el fin de separar la mayor cantidad posible de gotas y evitar el arrastre de condensados en el vapor que pasa a través del intercambiador. Eso permitirá alargar la vida útil del equipo, mayor transferencia de calor y disminución del contenido de aceites y grasas en la chimenea de vapor secundario (3-4 gr de aceite por litro de efluente).

¡GRACIAS!