Optimización energética y económica de una planta de harina de pescado mediante análisis exergetico y determinación experimental del calor específico de sus flujos mezcla

Abstract

En el presente trabajo se formula y aplica el análisis exergético al conjunto de elementos consumidores de energía calorífica de una planta típica de harina de pescado, estimando de forma experimental al calor específico de las mezclas sólido-líquido-vapor que conforman la materia prima y el vapor, con el objetivo de optimizar el consumo energético haciendo modificaciones en la instalación original y logrando así la reducción de costos de operación. Generalmente en estas plantas se utiliza el balance energético convencional y la premisa de que los calores específicos corresponden a flujos monofásicos físicos; sin embargo, cuando se presentan flujos mezcla grasa-vapor-agua-sólidos, como es el caso, estos balances simples de energía en cada elemento térmico se hacen débiles y conducen a un alto margen de error en la evaluación energética del conjunto. Dentro de la metodología, los calores específicos de los flujos mezcla grasa-humedad-sólidos-agua se estiman mediante mediciones de indicadores en planta, contrastados con patrones de laboratorio y modelos empírico-matemáticos de autores referentes. Luego se procede a la formulación y cálculo exergético para cada proceso y en conjunto, elaborándose un programa estructurado en Excel tal que calcula de forma vinculada los balances de masa, energía y exergía. A partir de este diagnóstico se elaboran arreglos para seleccionar la mejor alternativa. Como resultados se obtiene el mejor arreglo energético de una planta típica de harina de pescado, esto decir comparado al sistema tradicional: se elimina el exceso de consumo de combustible, se elimina la sobreproducción de vapor y, se disminuye las pérdidas de calor en cada elemento del sistema. Ello representa un ahorro anual de diez millones de dólares y además se presentan beneficios adicionales como reducción de emisiones de gases, de efluentes y mejora en la seguridad industrial.

In this paper we formulate and apply the Exergy Analysis the set heat energy consumption elements of a typical plant of fishmeal, estimating experimentally the specific heat of the solid- liquid-vapor mixtures that form the raw material and steam, in order to optimize energy consumption by changes in the original installation and thus achieving the reduction in operating costs. Usually in these plants conventional energy balance and the premise that the specific heats are physical single phase flows is used; however, when solid-fat-water-steam mixture flows are presented, as is the case, these simple energy balances in each heating element become weak and lead to a high error margin in energy system assessment. In the methodology, the specific heats of mixture flows fat-water-vapor-solid is estimated by measurement of indicators in the industrial plant, contrasted with laboratory standards and empirical mathematical models. Then proceed to formulation and exergy calculation for each process and together, being elaborated a structured Excel program that calculates balances linked mass, energy and exergy. From this diagnosis suggestions for improvement are made to select the best alternative. As a result the best energy conformation of a typical fishmeal plant is obtained, this mean compared to the traditional system: excess fuel is removed, steam overproduction is removed and heat loss is reduced in each element. This represents an annual savings of ten million dollars plus additional benefits are presented as reduction of greenhouse gas emissions, effluents and improved industrial safety