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 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

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 = hf

+ X × hfg

= 131,14 + (0,8× 518,76) = 546,15 Kcal

kg

( )

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 Hr 1 Kg RFF × °C

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 biomasa, de manera referencial.

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 =

kw ×

Hr ×

Journal

28

416,7 $250 $400.000

2 $55.000

Hr mes kw mes mes Journal CP = $3.426.900

MCmes

MCmes

= CO - CP

= $10.344.160 − $3.426.900

= $6.917.260 MCaño = $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 =

kw ×

Hr ×

Journal

28

416,7 $250 $400.000

2 $55.000

Hr mes kw mes mes Journal CP = $3.426.900

MCmes = CO - CP MCmes = MCaño =

$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 Combustible Marzo 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 de palma, el ahorro total sería $96.145.000.

Aprovechamiento de subproductos de procesos industriales.

Ahorro de agua (12 lt/ton RFF, $780.000/año).

Reducción de costos. Disminución del impacto ambiental.

SIMULACIÓN Y MODELACIÓN DEL PROYECTO

'

Kca\ recuperaaa '.()

Ahorro combu&ü \e ' )'..

oay 11 oe·.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

frecu

enci

a

PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE

Histograma para Fruta procesada

12 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.

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!