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PROYECTO INCREMENTO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Y PRODUCTIVA EN LA PYME ARGENTINA

Eficiencia energética en el Sector Citrícola


Objetivo general:

Estudiar sobre casos concretos de una planta procesadora de citrus los consumos de energía en operaciones que demanden combustible y/o fluidos de calefacción, proponiendo soluciones de baja inversión que disminuyan sus consumos energéticos.

Plantas donde se realizaron los estudios: Citromax.

Litoral Citrus.

Sector analizado: Secaderos rotativos de cáscara de limón, responsables del 60% - 80% del consumo de Gas Natural en las planta.


Metodología empleada

Relevamiento de las instalaciones.

Ensayos de medición en los secaderos rotativos, con mediciones de caudales gaseosos y sólidos, temperaturas, composición de gases de secado, y humedades de cáscara de entrada y salida.

Ensayos en calderas para evaluar el eventual aprovechamiento de los gases de combustión generados en el secado.

Obtención del rendimiento de secado a través de balances de masa y energía elaborados con la ifnormación recogida en campo.

Estudios teóricos de alternativas de ahorro energético.


Es una planta citrícola de la provincia de Tucumán que procesa diariamente 800 t de fruta para la extracción de jugo concentrado, aceite esencial y cáscara deshidratada.

Cuenta con dos sistemas de secado, uno de hornos rotativos y otro por lecho fluido, que consumen la tercera parte de la energía eléctrica y el 81% del gas natural que consume la empresa. Sin embargo este área de la planta es el menos automatizado.

CITROMAXCITROMAX

[Nm3/día] [%]Total 47646 100,00Caldera 8957 18,80Secador lecho fluido 9577 20,10Secador rotativo 29112 61,10

Uso del Gas Natural en planta citrícola

19%

20%61%

Caldera Secador f luido Secador rotativo

61% del consumo de

Gas Natural de la empresa

Lavado

Prensado

Cáscara húmeda

Cáscara seca

Humedad límite aceptada por el comprador 85%

Secado térmico en

secadores rotativos


Gases de chimenea

Gas Natural

Cáscara Húmeda

Aire 1rio.

Aire 2rio. Gases calientes

Cáscara Seca

Esquema del secado de cáscara

Recirculación de gases del secadero

Gases de chimenea de calderas

Humedad de entrada de la cáscara


Recirculación de gases Inversión 5000 $

Recirculación Ahorro GN Ahorro GN Ahorro GN Repago Ahorro GN Repago% Nm3/h % $/zafra (a) días (a) $ (b) días (b)

34% 25 4.4% 6297 119 17991 42

50% 39 6.8% 9790 77 27971 27

Precio de Gas Natural [$/Nm3] (a) 0.07 (b) 0.2

Zafra = 5 meses = 150 días

Recirculación sobre el horno de gases efluentes del secadero


Reuso de gases de caldera Inversión 11000 $

Ahorro GN Ahorro GN Ahorro GN Repago Ahorro GN RepagoNm3/h % $/zafra (a) días (a) $ (b) días (b)

33 6.30% 8304 199 23725 70

Precio de Gas Natural [$/Nm3] (a) 0.07 (b) 0.2

Zafra = 5 meses = 150 días

Recirculación sobre el horno de gases efluentes de la caldera


Se puede conseguir ahorros de orden de los U$S 7.100 mensuales a partir de la reducción de 3 puntos (88% a 85 %) en la humedad con que la cáscara ingresa al sistema de secado térmico.

Esta medida, que consiste en la incorporación de una nueva prensa, permitiría una reducción del 23% del gas consumido actualmente en los secadores rotativos lo que equivale a una merma cercana al 16 % del total de gas natural que consume la planta.

GN como función de la humedad inicial de la cáscara

2061618792

1723215888

10000

13000

16000

19000

22000

84 84,5 85 85,5 86 86,5 87 87,5 88 88,5 89

Humedad inicial [%]

GN

[Nm

3/dí

a]

Control de humedad de entrada al secadero


Precio GN 0.20 [$/Nm3]Precio GN 0.07 [$/Nm3]

148130.33342245.61711.70181.02

Repago[días]

Ahoro GN[$/campaña]

Repago[días]

Ahoro GN[$/campaña]

Ahorro GN[%]

Ahorro GN[Nm3/h]

PROYECTO DE INCORPORACIÓ DE UNA NUEVA PRENSA

Objetivo: reducción de humedad final de 86,5% a 85%

Inversion requerida: 45.000 [US$] ~ 128.250 [$]

Campaña: 5 meses = 150 días


GENERALIZANDO PARA TODO EL SECTOREn la Provincia de Tucumán se producen anualmente cerca de 1.200.000 [t] de limones, de los cuales unas 750.000 [t] son procesadas en las ocho plantas existentes en la provincia para la obtención de aceite, jugo concentrado y cáscara deshidratada. La fruta restante se comercializa como fruta fresca.

La industria reporta un consumo específico promedio de Gas Natural de 50 [Nm3/t fruta], lo que significa un consumo por campaña cercano a los 37.500.000 [Nm3] de Gas Natural.

Los estudios permitieron identificar importantes oportunidades de mejora tanto en la etapa de preparación de la cáscara como en el secado térmico. En la primera se buscó ajustar el valor final de humedad que en pocos casos era efectivamente del 85% y luego bajar este valor de referencia hasta un 83%. En el secado térmico las alternativas de mejora contemplan el reemplazo del aire secundario de combustión mediante la incorporación de recirculaciones de los propios gases de secado y/o de gases de combustión de las calderas existentes.

3.375.58722.5029,411,785Descenso de la humedad de cáscara (86,5 a 85 [%]

TOTAL

Reuso de gaes de caldera

Recirculación del 34 [%] de gases del secador

Opciones

6.453.06643.02017,9

1.815.76212.1055,06,337

1.262.0178.4133,54,428

Por campaña[Nm3/camp.]

Por día[Nm3/día]

GN Total[%]

GN de secado[%]

GN/t cáscara seca[Nm3/t casc. Seca]

Ahorro de Gas Natural


Eficiencia energética en el Sector Azucarero


Objetivo general: Estudio energético en los sistemas generadores de vapor. Influencia de la humedad del bagazo quemado, del exceso de aire y del Material Particulado emitido, en el rendimiento del sistema.

Plantas donde se realizaron los estudios: Ingenios con y sin secadero, quemando bagazo y médula.

Sector analizado: Calderas

Metodología empleada :

Realización de ensayos de medición para evaluar la performance de diferentes sistemas de generación de vapor: caldera con secadero de bagazo, caldera con secadero de médula y caldera sin secadero.

Estudio teórico de la influencia del material particulado (MP) en el rendimiento energético de una caldera.

Evaluación de disminución de consumo de gas natural al emplear menores excesos de aire y al presecar el bagazo

Análisis teórico de las mejoras esperadas.


Secadero

Bagazo

H= 50 [%]

Bagazo

H= 35 [%]

HORNO

ICQ

Bagazo

Agua

Vapor

Gases de combustión

Gases a chimenea

Aire fríoAire caliente

EFICIENCIA EN LA COMBUSTIÓN DEL BAGAZO

Combustible adicional (Gas Natural)

Presencia de material particulado incombusto

Exceso de aire de combustión

Importante empleo de combsutible adicional


Sin Secador

Caldera 9 Caldera 4 Caldera 5

Combustible Bagazo Médula Bagazo

Scrubbers? no no no

Secadero ? sí sí no

Vapor producido [t/h] 78.0 22.7 53.9

Humedad del combustible quemado 38.2% 29.4% 50.0%

Concentración de MP emitido[mg/m3]

- salida chimenea caldera 1946 1457 6370.30

- salida chimenea secadero 1376 379

Material particulado MP [kg/h] 317.1 67.5 838.3

Material part.MP /Vapor prod. [kg/t] 4.1 3.0 15.5

R =Material part.MP /Bagazo húmedo 0.008 0.005 0.031

Incombustos % MP 100% 100% 100%

Dilución= Aire/aire teórico 2.5 4.55 2.55

Gas Natural consumido (Nm3/h) 1500 200 sin dato

Gas Natural/ Vapor producido [Nm3/t] 19.2 8.8

Rendimiento energético (teórico) 79.7% 69.4% 71.7%

Con SecadorAnálisis del material particulado incombusto


Por cada kg de Material Particulado (MP) presente en los gases emitidos, se dejan de aprovechar cerca de 4 kg de bagazo.

Por ej. 2% incombustos significan una pérdida de rendimiento del 8%.


∆ Rendimiento energético 1 3.4% 2.2% 11.4%

Rendimiento energético 1 83.1% 71.5% 83.1%

Ahorro de bagazo [kg/h] 1318.2 287.6 3480.0

Gas Natural equivalente [Nm3/h] 223.9 47.1 645.0

% de Gas Natural ahorrable 14.9% 23.5%

Gas Natural ahorrable/Vapor prod. [Nm3/t] 2.9 2.1 12.0

Influencia de MP:

Sin Secador


Con Secador

Análisis del material particulado incombusto


Sin Secador


Con Secador

Dilución= Aire/aire teórico 2.5 4.55 2.55


∆ Rendimiento energético 2 5.3% 18.6% 10.2%

Rendimiento energético 2 85.0% 88.0% 81.9%

Ahorro de bagazo [kg/h] 2484.5 950.0 3861.0

Gas Natural equivalente [Nm3/h] 422.0 155.5 715.6

% de Gas Natural ahorrable 28.1% 77.8%

Gas Natural ahorrable/Vapor prod. [Nm3/t] 5.4 6.9 13.3

Influencia de bajar exceso de aire:

Análisis del factor de dilución


23 [%]Energía del Gas Natural / Energía del Bagazo

143.908.000 [Nm3]Combustible adicional consumido como Gas Natural equivalente por zafra

130Días de producción

10.449.890 [t]Caña molida

Caña molida diaria = 80000 TCD = 3333.3 TCH

Bagazo sin secar = 900 t/h (90%)Bagazo producido = 1000 t/h

Bagazo presecado = 100 t/h (10%)

Datos Generales para la zafra 2003


Mejora en rendimiento energético por secado de bagazo ∆η

- menor temperatura de gases de chimenea 8.0%

- menor cantidad de incombustos por secado 8.0%

16.0%

Bagazo ahorrado

kg/h Nm3/h Miles Nm3/zafra % GN 2003

18244 3421 10673 7%

91220 17104 53364 37%

164196 30787 96055 67%

GN equivalente

Secando el 10% de bagazo



Influencia del secado de bagazo


Mejora en rendimiento energético por menor λ ∆η = η2 − η1

- disminuir el exceso de aire de 2.55 a 1.4 (caldera sin secador) 10.2%

- disminuir el exceso de aire de 2.5 a 1.4 (caldera con secador) 5.3%

Ahorro Bagazo

12.5%

6.2%

Influencia del factor de dilución

En las calderas sin secador, en general calderas antiguas, no es sencillo reducir a un 40% el exceso de aire dadas las características del bagazo a quemar (elevada humedad y alto contenido de tierra) y los sistemas de combustión de bagazo con que hoy cuentan.

Bagazo ahorrado

kg/h Nm3/h Miles Nm3/zafra % GN 2003

Calderas sin secador 112088 21016 65571 45.6%

Calderas con secador 6235 1169 3648 2.5%

GN equivalente

La secuencia lógica sería introducir 1º el secado de bagazo en las calderas que no lo tienen, y luego buscar optimizar el exceso de aire.

En este escenario de contar con todas las calderas con secadero, la optimización del exceso de aire generaría un ahorro adicional del 6% de bagazo, que equivale a un 25% del GN empleado en el 2003.


1. Con una menor humedad del combustible celulósico, mejora la combustión del mismo, disminuyendo los incombustos (material particulado) en relación a una caldera sin secador de bagazo, y por lo tanto, produciendo una mejora significativa en la eficiencia de la caldera.

2. La evaporación de agua del combustible se logra con gases de menor temperatura por intercambio directo en el secadero, llegando a agotar los gases hasta 100ºC. Esto sería prácticamente imposible de lograr en un calentador.

3. En las calderas que actualmente queman bagazo se pueden generar acciones para disminuir el exceso de aire.

4. La suma de todas estas acciones enunciadas permitirían disminuir en forma considerable el consumo actual de Gas Natural.

Conclusiones


5) En el caso de quemar médula, resulta imprescindible el secado previo de la misma. De lo contrario disminuye la capacidad de la caldera y es prácticamente imposible mantener la combustión sin un aporte importante de Gas Natural.

6) Aún con médula seca, en las calderas actuales no es posible trabajar con excesos de aire razonables pues el material no tiene la misma permeabilidad y se forman zonas con canales de aire y zonas donde el aire no penetra.

Para solucionar esto se podrían instalar calderas especiales con hogar alto o sistemas de combustión externa que complementen los actuales.

Si aplicamos la mejora en el exceso de aire a una caldera que quema médula de una capacidad de 50 [t vapor/h] y un precio de Gas Natural de 0,06 [US$/Nm3], se podrían obtener ahorros del orden de 200.000 [US$/zafra].

Si bien se requieren mayores estudios, en principio la adaptación de las actuales calderas necesitarían una inversión amortizable en menos de dos años.

Conclusiones

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