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APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA PINCH PARA UN ESTUDIO DE INTEGRACIÓN ENERGÉTICA EN LA
ETAPA DE FRACCIONAMIENTO DE UNA INDUSTRIA DE ACEITES Y GRASAS DE BARRANQUILLA
YOHANA PATRICIA MENDOZA ROBLES
ESTEFANY MARÍA YEPES GUILLEN
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIRECTOR: ING. MELANIO CORONADOCO-DIRECTOR: ING. ALFONSO MORENO
CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN
2. JUSTIFICACIÓN
3. OBJETIVOS
4. ANTECEDENTES
5. MARCO TEÓRICO
6. ANALISIS DE RESULTADOS
7. CONCLUSIONES
8. BIBLIOGRAFIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INTRODUCCIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA
Crisis energética
• Uso racional de la energía
• Aspectos ecológico y económico
Industrias de aceites y grasas
• Calidad y competitividad
Optimización energética
• tecnología Pinch (Hohmann 1971)
JUSTIFICACIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
Uso eficiente de la energía
Mejoras en el proceso
Relación Universidad -
Industria
• Gastos energéticos
• Costos de operación
• Selectividad de la cristalización
• Calidad del producto
• Aplicar nuestros conocimientos
• Adquirir experiencia en procesos reales
OBJETIVO GENERAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
Diseñar de una red de intercambiadores de
calor tipo placa en la sección de alimento a los
cristalizadores en la etapa de fraccionamiento
físico de una industria de aceites y grasas de
Barranquilla haciendo uso de la tecnología Pinch
con el fin de reducir los costos energéticos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
FACULTAD DE INGENIERÍA
Determinar los mínimos requerimientos de calentamiento y enfriamiento en el proceso.
Diseñar la red de intercambiadores de calor tipo placa.
Determinar el área de transferencia de los intercambiadores de calor tipo placa.
Realizar un estudio comparativo entre el consumo energético actual de la planta y el
proyectado cuando se realicen las respectivas modificaciones al proceso.
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Diseñar los lazos de control de temperatura en las corrientes críticas del
proceso.
Evaluar el impacto ambiental del proyecto
Evaluar los costos de las inversiones requeridas.
ANTECEDENTES
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• Solventes (Hexano, Acetona, Isopropil, Alcohol, etc.)
• Adición de un detergente y centrifugación
• Fraccionamiento seco
Técnicas de separación
• Cristalización parcial
• Filtración
Fraccionamiento en seco
• Procesos de refinación en Ceval Alimentos S. A. de Brasil
Aplicación de la Tecnología pinch
MARCO TEÓRICO
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Fraccionamiento en seco
Tecnología Pinch
Intercambiadores de calor tipo placa
Aceite de palma
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• 40-48% ácidos grasos saturados (palmítico)
• 37-46% ácidos grasos monoinstaurados (oleico)
• 10% ácidos grasos poliinsaturados
Composición
• Triglicéridos con distintos puntos de fusión (-50 y 70º C)Características
• Aceite de freír o aliñar, margarinas
• Producto añadido a helados, jabones, etc
• Producción de biodieselAplicaciones
Proceso de fraccionamiento en seco
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Materia prima
Fundido
Cristalización
Separación
Oleína Estearina
Cristalización
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Enfriamiento
• Agitación
• Temperatura
• Tiempo de cristalización
Nucleación
• Polimorfismo
• Intersolubilidad
Crecimiento de cristales
• núcleos presentes
• Curva de cristalización
Tecnología Pinch
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Métodos de optimización e integración de
calor
HRAT y EMAT
Método de diseño Pseudo-Pinch
(PPDM)
Método flexible de diseño Pinch
(FPDM)
Método de diseño del principio de compensación
Definición
Metodología que comprende
una serie de técnicas
estructuradas que permiten
aplicar el primero y segundo
principio de la Termodinámica al análisis de la energía térmica disponible en un sistema
Objetivos
Reducción del costo de capital
Minimización del costo de la
energía
Disminución de emisiones
contaminantes
Optimación del uso del agua
Mejoramiento de la operación y de
la producción
Aplicaciones
Redes de recuperación de
calor
Sistemas de separación
Sistemas de remoción de
desechos
Sistemas de calor y potencia
Sistemas de servicios auxiliares
Pasos del análisis pinch
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Estimación del área de transferencia de calor.
Diseñar la red de intercambiadores de calor.
Calcular el número mínimo de intercambiadores de calor
Construcción del diagrama de cascada
Construcción del diagrama de intervalos de temperatura
Escoger la temperatura mínima de aproximación
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Intercambiadores de calor tipo placa
VENTAJAS
• Atractivas cuando los costos demateriales son altos
• Fáciles al realizar mantenimiento
• Bajas temperaturas de aproximación, tanbajas como de 1⁰C
• Flexibilidad
• Apropiados para materiales viscosos
• El factor de ensuciamiento tiende a sersignificativamente bajo
OPTIMIZACIÓN DE LA RED
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Un calentador de aceite –vapor
un economizador
de calor aceite- aceite
un enfriador aceite- agua
de enfriamiento
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
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DATOS COMPLETO SIN
ECONOMIZADOR
SIN ENFRIADOR
Área del eco (m2 ) 16 - 95
No de platos eco 149 - 864
Área del cal (m2 ) 2 5 2
No de platos cal 15 42 22
Flujo de vapor
(Kg/h)
111.22 342.34 161.68
Área del enf. (m2 ) 11 50 -
No de platos enf. 96 453 -
Flujo de agua (Kg/h) 4792.2 24315.9 -
Área total (m2 ) 29 55 97
ANÁLISIS COSTO- BENEFICIOS
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CONSUMO TOTAL KW/ MES
Diciembre 2009 1631540
Mayo 2010 1571113
Junio 2010 1510685
Promedio 1571113
% MENSUAL DE CONSUMO DE LOS IC DE TUBO Y CORAZA
Promedio planta 1571113kw/mes
Promedio IC de tubo y coraza mes
60427kw/mes
Porcentaje mes 3.85 %
ANÁLISIS COSTO- BENEFICIOS
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4%
96%
% de consumo mensual de lo IC de tubo y coraza
consumo de intercambio de calor consumo total planta
ANÁLISIS COSTO- BENEFICIOS
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COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGÉTICO
Consumo sin la integración
energética KW/ mes
Consumo con la integración
energética KW/ mes
Ahorro
energético
KW/ mes
Calentamiento 40236 Calentamiento 28740 11496
Enfriamiento 20191 Enfriamiento 14422 5769
Acumulado 60427 Acumulado 43162 17265
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO
SIN OPTIMIZAR
OPTIMIZADO
COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGÉTICO
Evaluación de costos del consumo energético
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Costo del consumo sin la
integración energética $
Costo del consumo con la
integración energética $
Calentamiento 10340652 Calentamiento
7472400
Enfriamiento 5189194 Enfriamiento 3749834,4
Acumulado 15529845,9 acumulado 11222234,4
Costo total de inversión
Costo total de inversión $45000000
Ahorro total del consumo mes$4307612
Retorno de la inversión 11 meses
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ANÁLISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL
El ahorro energético neto en el enfriamiento fue 5769Kw/mes convirtiendo esta cantidad de energía se tiene:5769Kw/mes*(0.495 Kg de CO2 /kw) = 2856 Kg de CO2Ahora esta cantidad en número de árboles es igual:(2856 Kg de CO2 /20 árboles)= 143 árboles al mes en un año 1713El ahorro energético neto en el calentamiento fue 11496Kw/mes convirtiendo esta cantidad de energía se tiene 5690 Kg de CO2 en un año la cantidad de árboles al año será igual 3414 árboles.
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