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TRATAMIENTO DE LOS GASES DE COMBUSTIN GENERADOS POR LA COMBUSTIN DE BAGAZO EN LAS CALDERAS DE LA COMPAIA AZUCARERA SAN AURELIOINTRODUCCION.-Se denomina ingenio azucarero o simplemente ingenio a una antigua hacienda colonial americana (con precedentes en las Islas Canarias) con instalaciones para procesar caa de azcar con el objeto de obtener azcar, ron, alcohol y otros productos. Tiene su antecedente en el trapiche, cuya escala de produccin era muy pequea y, a su vez, el ingenio vino a ser sustituido por las grandes centrales azucareras modernas que se desarrollaron en el siglo XX. Aunque la caa de azcar no es un cultivo autctono americano, y fue introducido en Amrica por los espaoles, portugueses y otros europeos, se adapt rpidamente a las tierras intertropicales americanas, hasta el punto de que los mayores productores mundiales de azcar se encuentran en este continente.En el proceso de industrializacin de la caa de azcar en azcar refinado, aparecen diferentes residuos, el primero en generarse es el bagazo, residuo slido en el cual nos enfocaremos en el programa a continuacin.Caractersticas generales del bagazo de la caa de azcar

El bagazo es el residuo lignocelulsico fibroso remanente de los tallos de caa, obtenido a la salida del ltimo molino del tndem azucarero, constituyendo un conjunto heterogneo de partculas de diferentes tamaos que oscilan entre 1 y 25 mm, presentando una fraccin promedio de aproximadamente 20 mm. Desde el punto de vista fsico, el bagazo integral se compone de 45% de fibra, 2-3% de slidos insolubles, 2-3% de slidos solubles y 50% de humedad, mientras que desde el punto de vista qumico, se compone de 46,6% de celulosa, 25,2% de hemicelulosas (pentosanos) y 20,7% de lignina. Las hemicelulosas abarcan un conjunto de polisacridos diferentes, cuya composicin tiene como caractersticas comunes: solubilidad en solventes, reactividad frente a los cidos y descomposicin en azcares y furfural. Estas propiedades las diferencian, analticamente, del resto de los componentes qumicos del bagazo.].

En cuanto a los usos del bagazo, es necesario tener en cuenta el creciente desarrollo de la industria de los derivados, es decir, de la diversificacin de la industria como manera de reevaluacin econmica de la misma, y su tradicional compromiso energtico, los cuales comienzan a adquirir una relevante significacin econmica. Dentro de los derivados de mayor inters en los ltimos tiempos est el etanol, por la disponibilidad del bagazo en la fbrica de azcar, lo que disminuye los costos de produccin porque se prescinde de los procesos de aumento de densidad, y de la transportacin automotor, entre otros.

El bagazo ha sido utilizado histricamente como combustible en la industria azucarera, y an cuando su valor calrico es relativamente bajo (1 850 kCal/kg), al ser comparado con otros combustibles fsiles tradicionales, no hay duda de que constituye un valioso potencial energtico, sobre todo, para aquellos pases que no tienen disponibilidades significativas de combustible, y a la vez son grandes productores de azcar de caa. As, si en el pasado los esquemas de produccin de azcar se calculaban energticamente, de manera tal que el bagazo sirviera de combustible para la generacin de la potencia y el calor necesario en la industria, con el mnimo o ningn sobrante, es decir, con 0 bagazo residual, en la actualidad se buscan esquemas energticos y de procesos que aseguren la mayor cantidad de bagazo sobrante para la produccin de derivados y, sobre todo, en los ltimos aos, para generar electricidad, que se aporta (se vende) a la red, sustituyendo fuel-oil y asegurando la venta de crditos de carbono con un material renovable en cada zafra. En este sentido, se ha demostrado la posibilidad de satisfacer las demandas energticas de un central con casi la mitad del bagazo que se genera, por lo que el sobrante puede ser utilizado como materia prima para otras producciones.

ANTECEDENTESTranscurra el ao 1945 y se inaugur en San Aurelio una pequea destilera de alcohol a base de caa de azcar. En 1947 se funda la Compaa Agrcola Industrial San Aurelio.El 1 de junio de 1951 se crea la Compaa Industrial Azucarera San Aurelio S.A. con un capital autorizado de cien millones de bolivianos.El 27 de septiembre de 1957 San Aurelio se transforma en ingenio azucarero y produce su primera bolsa de azcar. Ramn Daro Gutirrez y su esposa Raquel Sosa asisten complacidos a este gran momento histrico. Ese ao se alcanzara una produccin de 5.000 sacos de 46 kilos.La Compaa lleva el nombre de San Aurelio, como expresin de gratitud y justo homenaje al hermano del fundador, Aurelio Gutirrez Jimnez, considerado como el mentor espiritual de sus proyectos, constituyendo una historia empresarial de esfuerzos permanentes y un legado familiar, basado en slidos principios.El ingenio azucarero "San Aurelio" tiene una capacidad de molienda de 10.000 toneladas de caa por cada 24 horas y su capacidad de produccin de azcar esta cerca de las 1.000 toneladas mtricas da.La destilera que funciona en la misma planta industrial puede producir anualmente hasta 25 millones de litros de alcohol.

UBICACINCOMPAA INDUSTRIAL AZUCARERA SAN AURELIO S.A.

MunicipioSanta Cruz de la Sierra

DireccinAv. San Aurelio / 4to. AnilloSanta Cruz de la Sierra Bolivia

Altitud420 m.s.n.m

ClimaClido y Humedo

Temperatura media21 C

Precipitacin Pluvial 1295,6 por ao

OBJETIVOS.-OBJETIVO GENERAL.-Elaborar medidas de mitigacin, para los gases emitidos por la combustin de bagazo en la combustin de las calderasOBJETIVO ESPECFICO.- Conocer el proceso de combustin del bagazo dentro de la formacin de azcar refinada en las diferentes calderas Investigar los distintos mtodos de mitigacin para los gases emitidos durante la combustin del bagazo en las calderas.DESARROLLO DE LA INVESTIGACIN1. COMBUSTIN DEL BAGAZO EN LAS CALDERASa. Formacin del Bagazo en la produccin de azcar refinado a partir de la caa de azcarExtraccin del Jugo: La extraccin del jugo moliendo la caa entre pesados rodillos o mazas constituye la primera etapa del procesamiento de del azcar crudo. Primero, la caa se prepara para la molienda mediante cuchillas giratorias que cortan los tallos en pedazos pequeos, mediante molinos de martillo que desmenuzan pero no extraen el jugo, o bien, en forma ms general, por una combinacin de dos o tres de dichosmtodos. En las prcticas de molienda, ms eficientes, ms del 95% del azcar contenido en la caa pasa a guarapo; este porcentaje se conoce como la extraccin de sacarosa (por de la extraccin, o ms sencillamente, la extraccin). Purificacin del Guarapo: Clarificacin: El jugo de color verde oscuro procedente de los trapiches es cido y turbio. El procesa de clarificacin (o defecacin), diseado para remover las impurezas tanto solubles como insolubles, emplea en forma general, cal y calor agentes clarificante. La lechada de cal, alrededor de 16 (0,5 kg) (CaO) por tonelada de caa, neutraliza la acidez natural del guarapo, formando sales insolubles de calcio. El jugo clarificado transparente y de un color parduzco pasa a los evaporadores sin tratamiento adicional.Evaporacin: El jugo clarificado, que tiene mas o menos la misma composicin que el jugo crudo extrado, excepto las impurezas precipitadas por el tratamiento con cal, contiene aproximadamente un 85 % de agua. Dos terceras partes de esta agua se evapora en evaporadores de vaco de mltiple efecto, los cuales consisten en un necerin (generalmente cuatro) de celdas de ebullicin al vaco.Clarificacin del Jugo Crudo: El proceso es similar a la fosfatacin del refundido en unas refineras de azcar. En este caso, se aaden al jarabe o meladura cal y cido forfrico, luego se airea junto con la adicin de un polmero floculante.Cristalizacin: La cristalizacin tiene lugar en tachas al vaco de simple efecto, donde el jarabe se evapora hasta quedar saturado de azcar. En este momento se aaden semillas a fin de que sirvan de medio para los cristales de azcar, y se va aadiendo mas jarabe segn se evapora el agua. El crecimiento de los cristales continua hasta que se llena el tacho. La templa (el contenido del tacho) se descarga luego por medio de una vlvula de pie a un mezclador o cristalizador.Centrifugacin o Purga; Reebullicin de las Mieles: L a masa cocida proveniente del mezclador o del cristalizador se lleva a maquinas giratorias llamadas centrifugador. El tambor cilndrico suspendido de un eje tiene paredes laterales perforadas, forradas en el interior con tela metlica, entre stas y las paredes hay lminas metlicas que contienen de 400 a 600 perforaciones por pulgada cuadrada. El tambor gira a velocidades que oscilan entre 1000 1800 rpm. El revestimiento perforado retiene los cristales de azcar que puede lavar con agua si se desea. El licor madre, la miel, pasa a travs del revestimiento debido a lafuerzacentrfuga ejercida (de 500 hasta 1800 veces la fuerza de la gravedad), y despus que el azcar es purgado se corta, dejando la centrfuga lista para recibir otra carga de masa cosida. Lasmquinasmodernas son exclusivamente del tipo de alta velocidad (o de una alta fuerza de gravedad) provistas decontrolautomtico para todo ciclo. Los azcares de un grado pueden purgarse utilizando centrfugas continuas.Flujo grama de la produccin de azcar.

En este trabajo no profundizaremos en los procesos posteriores a la formacin del bagazo, la importancia que le daremos radicar en el hecho de que la electricidad producida por el bagazo, se usa en todo el ciclo productivo de estos procesos.

b. Funcionamiento de las calderas que usan el bagazo como combustible

En todo ingenio azucarero es importante la produccin de vapor debido a que se lo utiliza en la generacin elctrica y en la produccin de azcar. Por lo que es indispensable el uso de calderas que proporcione un flujo de vapor a presin y temperatura constantes.Existen dos tipos principales de calderas:acutubularesypirotubulares. La diferencia radica en que en el primer tipo el agua va por dentro de los tubos del domo de la caldera y el fuego va por fuera, en el segundo tipo sucede lo contrario el agua se encuentra por afuera y el fuego ingresa por los tubos; las calderas mas usadas en ingenios azucareros son la acutubulares.

A nivel deingenios azucarerosse manejan distintas presiones de vapor de operacin para calderas, por ejemplo,300 y 600 PSI.

En el caso de calderas con una presin de 300 PSI, 340 C, el flujo de vapor que proporcionan depende del diseo y tamao. Estn constituidas por los siguientes elementos:

Domo:es el sitio donde se almacena el agua que ingresa a la caldera y es aqu donde el agua cambia de estado de liquido a vapor sobresaturado este vapor se caracteriza por no tener humedad para evitar problemas de operacin en las turbinas de vapor. Se debe mantener un nivel constante en el mismo para una buena operacin.

Economizador:es el sitio donde se realiza el intercambio de calor entre el agua que ingresa a la caldera y los gases de salida de combustin, de manera que el agua gane energa calrica antes de ingresar al domo.

Hogar:es el lugar donde se realiza la combustin; aqu ingresa el combustible, Bagazo o bunker, el cual produce el calor necesario para producir el vapor a las condiciones antes mencionadas.

Alimentadores de combustible:el combustible puede ser alimentado mediante tolvas alimentadoras en el caso de bagazo, o mediante una vlvula de ingreso si se trata del bunker.

Ventilador de tiro Inducido:es el dispositivo que extrae los gases de la combustin de la caldera para ser expulsados a travs de una chimenea, cumple una funcin importante de mantener una depresin constante en el hogar para mejorar la extraccin de los gases de la combustin.

Vlvula de seguridad:esta vlvula acta en casos de emergencia cuando por algn motivo se eleva la presin del domo hasta un valor que pone en peligro la operacin de la caldera en ese momento esa vlvula se abre para enviar el vapor a la atmsfera, por lo general acta cuando la presin llega a 1.5 veces la presin nominal.

Bomba de lavado de Gases:son las encargadas de bombear agua hacia las chimeneas y mediante un sistema de esparcin atrapar la ceniza que provienen de la combustin de tal forma que se minimiza el impacto ambiental por la quema del bagazo.

Parrilla giratoria:es un sistema que se utiliza para evacuar los residuos de la combustin que se efecta en Hogar.

Las calderas con parmetros de operacin superiores, es decir, temperatura de vapor 380 C y presin de vapor 600 psi, tienen un principio de operacin similar a las anteriores y sus partes principales son parecidas, difieren en ciertos aspectos de diseo ya que por operar a una mayor presin requieren ser mas eficientes en la combustin por lo que adicionalmente tienen los siguientes elementos:

Sopladores de Holln:es un sistema que se utiliza para desprender el holln generado por la combustin que se adhiere en las paredes del domo y del hogar; se trabaja con aire a presin y su ciclo de soplado es diario.

Ventilador aire Neumtico:Tiene como finalidad soplar aire al Hogar para esparcir el combustible (Bagazo) y formar un torbellino evitando que este caiga sobre las parrillas amontonndose y mejorando as significativamente la combustin.

Vlvula de Partida:cumple dos funciones la primera cuando arranca la caldera antes de entrar en lnea con el despacho, esta vlvula se abre enviando el vapor a la atmosfera para as controlar la elevacin de la presin del domo hasta llegar al valor nominal, la segunda cumple la funcin de seguridad en caso de que haya una sobrepresin en el domo; alrededor de 750 PSI sta se abre automticamente para aliviar esta presin y evitar rupturas en las tuberas del domo o inclusive explosin de la caldera.

La elevacin de la presin en una caldera permite tener mayor eficiencia en el proceso puesto que los turbogeneradores trabajan mejor y producen mayor energa elctrica a una presin de 600 psi.

Diagrama bsico de cmo la combustin del bagazo, genera energa en una industria.

c) Emisin de las calderas de la Industria San Aurelio

BA Carbono = 47%G Hidrgeno = 6.5%A Oxgeno = 44 %Z Cenizas = 2.5 %O% en Peso.EXCESO = 11 %Humedad = 0,0331 mol/mol aire secoCALDERO 3

Ejercicio Caldero con Deficiencia

EsquemaAnlisis de Entrada

Compuestom(gr)N(i) (m/Pm)

C4747/12 =3,917

H6.56,5/1= 6,5

O24444/32=1,375

Cenizas2.5-----------------

Reemplazando

=mol

* 1,0331= 22,7546 mol

Anlisis de SalidaEl anlisis de salida, se puede calcular de dos formas:

Sumatoria de todos los gases de salida:

Ecuacin dada:

FORMULAS

Calculando

= 17,4002 mol N2

mol H2O combustin+3.25= 3,979 mol H2O total

Clculos de salida

25,7543 mol total de salida

Composicin de gases de salida (ppm)

FORMULAS

ParmetrosUnidades (*)Valor medido (***)Desviacin estndar

CO2ppm152091,10715%

H2Oppm154498,47215%

N2ppm675623,09980%

PARTICULASMICRA1-1000%

CALDERO 4


CO2ppm155306,8904 5%

H2Oppm158019,1204 5%

N2ppm673802,7923 0%

PARTICULASMICRA 1-100 0%

Caldero 3ParmetrosUnidades (*)Valor medido (***)Desviacin estndar

CO2ppm152091,1071 5%

H2Oppm154498,4721 5%

N2ppm675623,0998 0%


Caldera6


CO2ppm137680,14 5%

H2Oppm139332,16 5%

N2ppm598910 0%



CO2ppm155480,1318 5%

H20ppm157264,4992 5%

N2ppm674248,7396 0%


CALDERO 5


CO2ppm152697,0501 5%

H2Oppm154989,2601 5%

N2ppm170556,4983 0%


CALDERO 8

CALDERO 7


CO2ppm152471,7789 5%

H20ppm154768,3924 5%

N2ppm675282,211 0%

PARTICULASmicra 1-100 0%

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