reducciÓn del impacto ambiental de...

REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE CALDERAS BAGACERAS

Jorge Eduardo Esquerre Verástegui1

ResumenEl material particulado es uno de los mayores problemas en cuanto a contaminación atmos-

férica se refiere, y aunque el uso de calderas bagaceras representa un impacto Positivo sobre la contaminación global por producir energía con un biocombustible, las cenizas provenientes de la combustión de bagazo pueden provocar una gran contaminación que puede ser incluso más dañina que la contaminación producida por la quema de combustibles fósiles.

Por ejemplo, durante las moliendas en los años 2008, 2009, 2010 y 2011, que se hicieron en Tucumán, R. Argentina, realizaron mediciones de las concentraciones de material particulado total (MPT) en las emisiones de chimeneas de calderas de la industria azucarera, en Tucumán, R. Argentina. El objetivo de este trabajo fue monitorear la evolución de la concentración y emisión de MPT y observar la influencia de los sistemas de filtrado instalados en las chimeneas de las men-cionadas unidades. Se ilustran los datos de las emisiones de MPT obtenidas en los años indicados, con valores promedio por caldera de 58,5 kg/h, 33,6 kg/h, 47,6 kg/h y 33,9 kg/h, respectivamente.Es por lo anterior que,en primer lugar, la forma de reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras es mediante una buena operación de la caldera y un buen sistema de remoción de partí-culas en los gases de combustión, que se torna importante en la medida que se pueda relacionar la contaminación de los alrededores de la caldera y las variables de operación de la misma.

Con respecto a las variables de porcentaje de ceniza del bagazo y el poder calorífico del ba-gazo se observa que cuando las emisiones se incrementan, también lo hacen las concentraciones de los receptores, a diferencia de lo que sucede con las variables de operación de la caldera. Esto se debe a que para el porcentaje de ceniza, su cambio no afecta de forma significativamente al flujo de gases de chimenea; con el poder calorífico del bagazo se obtuvo que cuando se producen menos emisiones, también se reduce el flujo de gases por lo en ambos casos, la tendencia a crecer o decrecer que llevan las emisiones, también lo llevan las concentraciones en el mismo sentido.

Una segunda forma de reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras es mediante el secado de bagazo lo que reducirá el material particulado que se emite por la chimenea. Este secado se realizará con los gases efluentes de la chimenea de la caldera para reducir la humedad del baga-zo con la consecuencia de disminuir el uso de combustibles adicionales y de esta forma tener un ahorro considerable de dinero y de mejora ambiental.

Es por ello, que presento este trabajo de investigación, el cual está dirigido a la industria azu-carera en general y basado en:• Monografía «impacto ambiental de la actividad Azucarera y estrategias de mitigación» Presen-

tada por Morales Trujillo Javier.• Revista Industrial y Agrícola de Tucumán Tomo 82 (1-2): 17-25; 2005 «Inyección de aire se-

cundario caliente en calderas de vapor bagaceras y su influencia en el rendimiento térmico» Presentado por Marcos A. Golato, Gustavo Aso, Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas.

Presentado: 23/10/2015Aceptado: 22/12/2015

Untelsciencia-Perú,1(1),2016, LimaISSN 2414-2751Depósito legal 0000-0000© Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

1 Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

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Reducción del impacto ambiental de calderas bagaceras

• Evaluación exergética de propuestas de disminución de consumo de vapor en usinas azucareras. Presentado por Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas (2005).

• «Las calderas de los ingenios azucareros y la austeridad Económica» Presentado por Ing. Wi-lliam A. Manso Hernández.

• «Aplicación del método energético para determinar pérdidas separadas e irreversibilidades en calderas bagaceras» Presentado por: Marín Hernández J.J., González Petit-Jean M.L., Mestizo Cerón J.R.

• Rev. Ind. y Agríc. de Tucumán Tomo 88 (2): 41-49; 2011 «Rendimiento térmico de calderas bagaceras modernas en Tucumán, R. Argentina « Presentado por Federico J. Franck Colombres, Marcos A. Golato, Walter D. Morales, Carolina Cruz y Dora Paz.

• Monitoreo de emisiones de material particulado de chimeneas de generadores de vapor de la industria azucarera en Tucumán, R. Argentina. Presentado por: Marcos A. Golato, Walter D. Morales, Horacio S. Méndez, Enrique A. Feijóo y Dora Paz.

Palabras clave: Limpieza, energía, exergética,material particulado, caldera bagacera.

AbstractThe particulate material is one of the biggest problems regarding atmospheric pollution is

concerned, and while the use of bagasse boilers represents a positive impact on overall contami-nation produce energy with a biofuel, the ashes from the combustion of bagasse can cause high pollution may be even more harmful than the pollution caused by burning fossil fuels.

For example, during the grinding in the years 2008, 2009, 2010 and 2011, which were made in Tucuman, Argentina R., performed measurements of the concentrations of total particulate ma-tter (TPM) in the boiler stack emissions of the sugar industry, in Tucuman, R. Argentina. The aim of this study was to monitor the evolution of the concentration and emission of MPT and observe the influence of filtering systems installed in the chimneys of said units. Emissions data obtained MPT indicated years, with average values boiler 58.5 kg / hr, 33.6 kg / hr, 47.6 kg / h 33.9 kg / h, respectively are illustrated. It is for this that, first, how to reduce the environmental impact of bagasse boilers is through good operation of the boiler and a good system of removal of particles in the flue gas, which becomes important as that It can be related pollution around the boiler and operating variables thereof.

Regarding variables percentage of bagasse ash and calorific value of bagasse shows that when emissions increase, so do the levels of receptors, unlike what happens with the variables of opera-tion of the boiler. This is because for ash percentage, the shape change does not affect significantly the flow of flue gases; with the calorific value of bagasse it was obtained that at least emissions are produced, also the gas flow is reduced so in both cases, the tendency to increase or decrease that lead emissions, also lead concentrations in the same direction.

A second way to reduce the environmental impact of bagasse boilers is by drying the bagasse which will reduce particulate matter emitted by the fireplace. This drying is carried out with the effluent gases from the chimney of the boiler to reduce moisture bagasse with the consequence of reducing the use of additional fuel and thus have a considerable cost savings and environmental improvement.

That is why I present this research, which is intended for the sugar industry in general and based on:• Monograph "environmental impact of the sugar industry and mitigation strategies" Presented

by Javier Morales Trujillo.

Untelsciencia-Perú. Enero 2016

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J. E. ESQUERRE VERÁSTEGUI

IntroducciónEn la Industria Azucarera en general, así

como en todas nuestras actividades, ocurren procesos que irremediablemente generan sus-tancias y elementos que constituyen fuentes po-tenciales de contaminación del medio ambiente. En ese sentido y con un criterio amplio, pueden considerarse, como ejemplo, las diversas máqui-nas térmicas entre ellas las calderas generadores de vapor que queman biomasa de distinto origen para el desarrollo de procesos productivos y, en particular, las calderas bagaceras, que a través de la combustión de un residuo celulósico, pro-ducen la energía necesaria para la industrializa-ción de la Caña de azúcar. Como producto de esa combustión se generan emisiones de parti-culados, cuya calidad y magnitud depende, entre otros factores, del tipo de combustión y de las condiciones de operación del sistema empleado. El impacto ambiental en nuestros días es sinó-nimo de contaminación al suelo, agua y aire,de maneras exorbitantes, afectando de esta manera a los seres humanos y demásbiosfera que habita alrededor delas industrias que lo provocan. Este trabajo está dirigidoal impacto ofrecido por los ingenios azucareros del norte del Perú en gene-ral; se les recomienda evaluar cada una de las

afectaciones que los mismos provocan al me-dio ambiente y propongan vías alternas a las ya existentes para mitigar el problema que propi-cia lamortandad de seres vivos por sus diversas emisiones de contaminantes.

Así, estudios realizados en Tucumán, R. Ar-gentina han podido detectar principalmente la presencia de cenizas volátiles, partículas de car-bono (hollín), partículas de bagazo parcialmente quemado y material inorgánico (arena, arcilla, etc.), en una proporción muy aleatoria. Sin em-bargo, las emisiones de gases contaminantes son menores cuando se queman residuos agroindus-triales que cuando se hace uso de combustibles de origen fósil (Castells, 2005).

Una afirmación trascendental de la OMS ha sido de que «el goce del grado máximo de salud que se pueda lograr es uno de los derechos fun-damentales de todo ser humano sin distinción de raza, religión, ideología, política o condición económica y social». Para la OMS la salud es un «estado de completo bienestar físico, mental y social», quedando fijadoel nivel de salud por el grado de armonía que exista entre el hombre y el medio que sirve de escenario o de recurso a su vida.

Hay consenso que las calderas son el co-

• Industrial and Agricultural Tucuman Magazine Vol 82 (1-2): 17-25; 2005 "hot secondary air injection of bagasse in steam boilers and its influence on the thermal efficiency" Presented by Mark A. Golato, Gustavo Aso, Dora Peace and Jerome J. Cardenas.

• Exergy evaluation of proposals for reduction of steam consumption in sugar mills. Presented by Dora Paz and Geronimo J. Cárdenas (2005).

• "The boilers of the sugar mills and the Economic austerity" Offered by Mr. William A. Manso Hernández.

• "Implementation of energy method for determining separate losses and irreversibilities bagasse boilers" Presented by: J.J. Hernández Marin González Petit-Jean ML, Mixed J.R. Cerón.

• Rev. Ind and Agric. Tucuman Vol. 88 (2): 41-49; 2011 "Thermal performance of modern ba-gasse boilers in Tucuman, Argentina R." Presented by Federico J. Franck Colombres, Mark A. Golato, Walter D. Morales, Carolina Cruz and Dora Paz.

• Monitoring of particulate emissions from chimneys of steam generators of the sugar industry in Tucumán, R. Argentina. Presented by: Mark A. Golato, Walter D. Morales, Horacio S. Mendez, Enrique A. Feijóo and Dora Paz.

Keywords: Clean, energy, exergy, particulate matter, bagasse boiler.

Untels.cie.-Per. Vol. 1 Nº 1, pp. 69-78

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razón de cualquier ingenio. Suministran el va-por necesario para mover los motores primarios cuyo escape sirve a su vez como vapor para el proceso. Como las calderas se diseñan y fabrican con factores de seguridad apropiados a lospará-metros tan intensos que impone su operación, poseen una robustez considerable quecontribuye a su prolongada vida útil tanto de diseño como de realidad práctica. Esa robustez y la conside-ración –más o menos real– de que las calderas no influyen en laextracción y rendimiento de sa-carosa, precisamente permiten que a la hora de reducirpresupuestos en mantenimiento o mejo-ras sean, muchas veces, las calderas las «dejadas para el año que viene».

Si bien es cierto que esto es posible, los gastos eliminados en calderas pueden contribuir aelevar los costos a la larga cuando el deterioro puede implicar grandes reparaciones, perdida de eficiencia que aumente el consumo de combusti-ble o la sustitución de la caldera.

En la agroindustria azucarera Peruana, mu-chas de sus maquinarias son mayormente obsole-tas, incluso equipos de más de 50 y 70 años, con calderas adaptadas que utilizan a discreciónel mismo combustóleo, bagazo lleno de humedad que provoca una pesada contaminación del aire, como claro ejemplo se estima que laproducción de azúcar de los ingenios del país utilizan más de un 60% el bagazo como combustible, también se sigue quemando en campos la Cañasin invertir en tecnologías que disminuya el daño ecológico.

En general, durante la operación de las cal-deras y las diversas máquinas térmicas y genera-doras de vapor que queman biomasa que utilizan bagazo, residuos de la cosecha de Caña u otro combustible de origen vegetal, el control de las emisiones se limita a la instalación de dispositi-vos separadores de partículas sólidas. Bajo este concepto, diversos autores señalaron la impor-tancia de considerar las restricciones ecológi-cas asociadas al uso energético de la biomasa, haciendo uso de las diferentes alternativas tec-nológicas que existen para la preservación de la calidad ambiental (Silva Lora, 2001).

Fundamento teóricoEn general los generadores de vapor que

utilizan como combustible productos o residuos vegetales, tienen tendencia a arrojar junto con los gases de combustión partículas sólidas sin quemar o parcialmente quemadas, producto del diferente tamaño de las mismas y de los eleva-dos niveles de humedad que suelen presentar dichos combustibles. Las calderas bagaceras de nuestro país no escapan a este tipo de problema, agravado por que en su mayoría son antiguas y carecen de un buen sistema de mantenimiento y limpieza de los gases de chimenea.

En diversos países azucareros del mundo existen normas que regulan la cantidad de partí-culas que se permite puedan arrastrar los gases de combustión de calderas bagaceras.

El presente trabajo pretende presentar al-gunos resultados obtenidos al respecto, apro-vechando una tecnología estudiada en los últi-mos años, como es el secado del bagazo, para reducir el impacto ambiental de las emisiones gaseosas de calderas.

Se plantea usar los gases de combustión de la chimenea para reducir la humedad del bagazo, en vez de usar algún combustible adi-cional, con lo cual se incrementa la eficiencia de calderos antiguos y se logra un ahorro con el gas producido, así mismo como los gases de combustión no son enviados directamente a la atmosfera, se reduce mucho las partículas emi-tidas a la atmosfera, desde alrededor de 4500 mg/m3 a menos de 300 mg/m3 (Silva Lora et al. 2000).

Materiales y métodosA) Dora Paz; Mario Octaviano; Gerónimo Cárdenas; Marcos Golato y Gustavo Aso efec-tuaron un análisis sobre una caldera bagacera Acuotubular que produce 80 t/h de vapor a 21 ata y 320°C, equipada con un calentador de aire con área total de intercambio de 2715 m2, del tipo de caldera que existe en la industria local. La caldera opera con un factor de dilución de 1.8 y la temperatura de los gases de chimenea


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de 180°C, el aire ingresa al calentador a 30°C y sale entre 190 y 200 °C, los gases de chimenea se enfrían desde 290°C hasta 180°C.

Evaluaron el secado del bagazo empleando todos los gases de chimenea, analizaron técnica y económicamente diferentes opciones, compa-rando esta nueva aplicación del secado de baga-

zo frente a los lavadores de gases tradicionales, obteniendo los siguientes resultados.

Por otro lado, es conveniente también ha-blar sobre la calidad (capacidad para producir cambios) de formas desordenadas de energía, caracterizadas por la entropía, que se cono-ce como exergía y depende tanto de la forma

de la energía (química, térmica, etc.) como de los parámetros del que transporta la energía y del ambiente (Baloh y Wittwer, 1995). Por otro lado, las formas ordena-das de energía, como la energía eléctrica o me-cánica, presentan calidad invariable y pueden, a través de la interacción del trabajo, convertirse totalmente en otras for-mas de energía.

La exergía indica el trabajo aprovechable que un sistema puede entre-gar: es aquella parte de la energía que es posible transformar en trabajo útil y que tiene un valor económico. El resto de la energía del sistema, a la que se denomina aner-gía, no es recuperable. Cada proceso técnico que ocurre a una cierta velocidad tiene pérdidas de exergía, mientras que en los procesos ideales o reversibles, la veloci-dad es igual a cero y las pérdidas son nulas. Se puede interpretar la pér-dida de exergía como la energía que es necesario consumir para obtener la

Tabla 1. Resumen de resultados más importantes del balance de masa y energía.

Rend. Caldera

%

Rend. Sistema

%

Consumo Bag.

Húmedo (kg/h)

Humedad Bag. Al horno (%)

Aire necesario

(kg/h)

Temp. Aire

caliente (°C)

Gases finales (kg/h)

Temp. Gases finales (°C)

Opción 0 73.7 73.7 42841 53.00 208764 194 251605 180.0

Opción 1 73.7 73.7 42841 53.00 208764 194 251605 180.0

Opción 2 77.1 82.8 38151 40.88 175580 179 213731 112.3

Opción 3 79.5 83.7 37717 44.78 153163 249 190880 100.00

Tabla 2. Resumen de Bienes a adquirir en cada opción analizada.Opción 1Caldera original con lavador de gases de chimenea+piletaPara tratamiento de efluente líquido

Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $Secador de bagazo 0 83458 0Repontenciado de ventiladores 2 18125 36250Lavador de gases 2 65190 130380Piletas para trat. Efluentes líquidos 2 11450 22900Inversión total 189530

Opción 2Derivar gases a 320°C a secador y el resto despues del ICQEnviar a lavador para retener partículas contaminantes

Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $Secador de bagazo (3 ciclones) 1 83458 83458Repontenciado de ventiladores 1 18125 18125Lavador de gases 1 65190 65190Piletas para trat. Efluentes líquidos 1 11450 11450Inversión total 178223

Opción 3Usar todos los gases a 180°C para secar y el retener las partículasContaminantes con ciclones del mismo secador

Bienes a adquirir Cantidad Costo Unit. $ Costo Total $

Secador de bagazo (5 ciclones) 1 99501 99501

Repontenciado de ventiladores 2 18125 36250Lavador de gases 0 65190 0Piletas para trat. Efluentes líquidos 0 11450 0Inversión total 135751


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velocidad correspondiente del proceso (Baloh y Wittwer, 1995).

Basados en estos conceptos Dora Paz y Gerónimo J. Cárdenas (2005), en su trabajo «Evaluación exergética de propuestas de dismi-nución de consumo de vapor en usinas azucare-ras» tuvieron el objetivo de evaluar propuestas tendientes a disminuir las pérdidas de exergía en un ingenio azucarero de Caña en Tucumán, considerando: aumento de efectos de evapora-ción, mayor aprovechamiento de vapores vege-

tales, aumento en la concentración de melado, empleo de vapor vegetal para la cristalización y reemplazo de turbinas de vapor ineficientes por motores oleo hidráulicos y eléctricos.Ellos tomaron como caso de estudio, un ingenio si-tuado en Tucumán, cuya capacidad de procesa-miento es de 6800 toneladas de Caña por día. Este ingenio cuenta para la molienda de Caña con dos trapiches: 1) Dedini, con capacidad para moler 5300 t de Caña/día, con turbinas de

vapor de accionamiento de alta eficiencia y bajo consumo específico de vapor y 2) Krupp con capacidad para moler 1500 t de Caña/día, con turbinas de accionamiento de baja eficiencia y alto consumo específico de vapor.

En un ingenio azucarero de Caña, las ope-raciones de mayor consumo de energía térmica son los Calentamientos de jugo, la Evaporación y el sector de Cristalización, los que constitu-yen el sistema conocido como CEC. La planta dispone de un sistema de evaporación, calenta-

do con vapor escape (de 2,18 bares de presión y 122 ° C), con dos tandems que operan en cuádru-ple efecto en paralelo. Las extracciones de vapor ve-getal para calentamien-to de jugo e n c a l a d o se efectúan del 1°, 2° y 3° efecto de evaporación. Se emplea vapor esca-

pe para la calefacción de los tachos de cocción (Cristalización). Este sistema se tomó como caso de referencia al analizar las propuestas mejoradoras.

Empleando la hoja Excel se calculó la dis-tribución de vapor en fábrica (Figura 1). El va-por escape total requerido para las operaciones CEC alcanza las 161,3 t/h (56,9% Caña). El va-por escape de las máquinas motrices (trapiche Krupp, ventiladores de calderas, cuchillas del Krupp, usina, trapiche Dedini) asciende a 140 t/h, siendo el vapor de laminación de 25,78 t/h

Figura 1: Distribución de vapor producido.


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(9% Caña). El vapor necesario a generar en las calderas asciende a 173,5 t/h (61,3% Caña).

Se presentaron las Propuestas A y B, que son mejoras del sistema CEC, empleando cal-deras modernas, que contemplan: incrementos en el área de intercambiadores de calor, aumen-to del número de efectos de evaporación, reem-plazo o eliminación de un equipo ineficiente o

anticuado, etc. Se analizaron las dos propuestas:A) Operar el sistema en quíntuple efecto,

con extracciones de vapor vegetal de todos los efectos para calentamiento de jugo encalado. Considerar el colector de escape a 2,05 bares (121 ° C). Las demás condiciones del sistema CEC se mantienen sin variantes.

B) Redimensionar el esquema de evapora-ción para alimentar con vapor vegetal (VG1) al sector de cristalización, concentrando el melado

hasta 70°Bx, lo que implica además un menor consumo de vapor en esa operación. Las demás condiciones serían idénticas a la propuesta A. Para evitar el venteo de vapor al ambiente, se proponen dos modificaciones en el sistema:

B.1) Eliminar las turbinas de vapor de ac-cionamiento del trapiche Krupp, y sustituirlas por motores oleo hidráulicos.

B.2) Reemplazar los accionamientos con turbinas de vapor de los ventiladores de tiro in-ducido (VTI) y turbo bombas de calderas por motores eléctricos.

Las propuestas apuntan a disminuir las pérdidas exergéticas en los sectores estudiados (Calentamiento-Evaporación-Cristalización), logrando de esta forma la optimización en el empleo de la energía, tal como se aprecia en los resultados comparativos de la Tabla 3.

Tabla 3. Resultados comparativos para el caso base y las propuestas A y B.*

Caso base Propuesta A Propuesta B

Valor % Caña Valor % Caña Valor % CañaEvaporación. N° de efectos 4 5 5Brix melado (%) 62.00 62.00 70.00Agua evaporada (t/h) 217.07 76.60 217.07 76.60 224.64 79.30Vapor escape consumido (t/h) 79.53 28.10 56.53 20.00 103.47 36.50Vapor al condensador (t/h) 26.00 19.70 9.40Agua al condensador barom. (t/h) 676.30 238.70 510.00 180.00 243.60 86.00CocimientosAgua evaporada (t/h) 48.18 0.17 48.18 17.00 37.42 13.00Agua al condensador barom. (t/h) 1245.70 439.70 1245.68 439.70 967.40 341.40CECVapor de calefacción consumido (t/h) 161.30 56.90 136.45 48.40 113.50 40.10Variación de vapor a CEC (%) 0.00 -15.40 -29.60CalderasVapor vivo necesario (t/h) 173.50 56.30 147.20 52.00 123.10 43.40Variación de vapor vivo (%) 0.00 -15.20 -29.10Vapor laminación (t/h) 25.80 9.10 0.80 0.30 4.00 1.40Consumo adicional de GN (% Caña) 2323.30 0.82 -2872.20 -1.00 -5206.00 -1.80Ahorro de agua (t/h) 192.60 761.40

* A un mayor número de efectos en evaporación y mejor aprovechamiento de vapores vegetales de menor exergía, menores serán las pérdidas exergéticas en el sistema CEC, y por lo tanto, menores los requerimientos de vapor.


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caldera permite mejorar la combustión en la misma, ya que se obtiene un mejor equili-brio térmico del hogar al ingresar el aire con una cierta energía. Esta energía es aprove-chada para mantener una alta temperatura, de manera de asegurar las reacciones y la no formación de hollín.Esto contribuye a la combustión completa de dichas partículas, disminuyendo los inquemados y obteniendo menores emisiones por la chimenea, lo que reduce el impacto ambiental.

3. Para el caso analizado, precalentar todo el aire secundario que ingresa al hogar de la caldera, redundó en múltiples beneficios respecto a la caldera original: aumento de

1,62 puntos en el rendimiento térmico de la caldera, mejora del índice de generación de vapor en un 2,27% y reducción en el consu-mo de bagazo (2,45%) y del aire primario para la combustión (3,55%).

4. Pudo observarse una relativamente eleva-da eficiencia energética de los generadores modernos respecto a la de calderas conven-cionales. Esta puede atribuirse principal-mente a una buena eficiencia de la combus-tión, que se ve reflejada en la composición de los gases.

5. Con la inyección de aire caliente disminuyó el consumo de bagazo en 426,53 kg/h, apro-ximadamente un 2,45% del bagazo total, equivalente a 71,3 Nm3/h de gas natural.

6. La determinación de las pérdidas de exer-

Los resultados de los balances de masa y energía para el caso base, que se muestran en la tabla 3, fueron determinados empleando el sof-tware SIMCE 2.0 (López et al., 2000), donde con líneas de trazos se han indicado las cajas de evaporación que operan en paralelo como un efecto. El vapor escape total requerido para las operaciones CEC alcanza las 161,3 t/h (56,9% Caña); el vapor al condensador es de 9,18% Caña y el agua requerida para el mismo ascien-de a 238,7% Caña.

Las disminuciones de exergía perdida en el sistema CEC se traducen en un menor requeri-miento de vapor de calefacción para esas ope-raciones, tal como se observa en la Tabla 4. La

reducción porcentual de irreversibilidades en el sistema CEC de la propuesta A, 17,4% respec-to al caso base, produce una disminución en el consumo de vapor de 15,4%; mientras que en la propuesta B, la reducción de pérdidas exer-géticas alcanza al 31,9% respecto al caso base, y el vapor consumido disminuye en un 29,6%. La leve discrepancia entre estos porcentajes se debe a no haber considerado la pérdida de exer-gía por radiación al aumentar las superficies de intercambio de calor en las propuestas A y B.

Conclusiones1. La metodología de cálculo propuesta resul-

tó apropiada para abordar este tipo de pro-blemas.

2. El calentamiento del aire secundario de la

Tabla 4. Pérdidas de exergía y consumo de vapor en los sistemas CEC del caso base y las propuestas A y B.

Caso base Propuesta A Propuesta B

Pérdidas de exergía en CEC (KW) 24569.00 20292.00 16742.00Disminución de pérdidas (%) 17.40 31.90Consumo vapor de escape en CEC (% Caña) 56.90 48.20 40.10Disminución del consumo de vapor (%) 15.40 29.60Consumo vapor vivo (% Caña) 61.30 52.00 43.40Disminución del consumo de vapor (%) 15.20 29.20


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gía en los diferentes sectores que componen el sistema CEC, permitió descubrir en qué etapas se producían las mayores pérdidas y proponer acciones tendientes a su disminu-ción. Este hecho no puede ser deducido a partir de la 1° Ley de la Termodinámica.

7. Las menores eficiencias exergéticas se pro-ducen en el condensador barométrico de cristalización, seguido por el condensador barométrico de evaporación y por el sector de cristalización.

8. Se observan altas pérdidas de exergía en el sector de cristalización (cocimientos), en el sistema de evaporación en conjunto, en el calentamiento global de jugo encalado y en los condensadores barométricos.

9. El calentamiento del aire de turbulencia es recomendable para los casos en que la cantidad de aire insuflado por las toberas, en relación con el aire total que ingresa a la caldera, es superior al 15%. Para valores inferiores, el efecto del enfriamiento del horno no resultaría tan significativo debido a las altas temperaturas que reinan en el ho-gar de la caldera.

10. Es importante mencionar que el efecto fa-vorable de la inyección de aire secundario caliente se manifiesta significativamente cuando se aplica en calderas bagaceras de mayor envergadura a la considerada en el presente trabajo.

11. Para lograr reducciones en las pérdidas de exergía de sistemas CEC, es necesario efec-tuar inversiones de capital que, en los casos analizados, consisten en aumentar las su-perficies de intercambio de calor y reempla-zar equipos ineficientes, hechos que no au-mentan la capacidad de la instalación, pues se seguirá realizando el mismo trabajo, sino que solamente ahorran exergía y por consi-guiente energía valiosa.

12. El sistema CEC en operación en este inge-nio en la zafra 2001-2002 puede ser mejora-do exergéticamente mediante: aumento del número de efectos de evaporación, empleo

de vapores vegetales de todos los cuerpos de evaporación para calentamiento de jugo, aumento en la concentración de melado y calefacción del sector de cocimientos con vapores vegetales del 1° efecto.

13. Empleando calderas modernas para produ-cir vapor en cantidades y condiciones simi-lares a las de las calderas convencionales, se pudo ahorrar aproximadamente un 27,6% de bagazo o de combustible adicional equi-valente, en comparación con la caldera con-vencional.

14. La sustitución de turbinas de vapor por mo-tores oleo hidráulicos para el accionamiento de molinos es una alternativa novedosa, de reciente empleo en la industria azucarera de Caña y aún sin aplicaciones concretas en los ingenios de Tucumán.

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ción del método exergético para determi-nar pérdidas separadas e irreversibilidades en calderas bagaceras.

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9. Federico J. Franck Colombres, Marcos A. Golato, Walter D. Morales, Carolina Cruz y Dora Paz (2011). Rendimiento térmico de calderas bagaceras modernas en Tucumán, R. Argentina.

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reducciÓn del impacto ambiental de...

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