1. Ciencia

INOVACIONES TECNOLOGICAS EN EL CALENTAMIENTO DE FLUIDOS EN
BIOREFINERIAS CON INTERCAMBIADORES PLATULAR®
Carlos CASTRO, Philip ANTIER, JF LE MAOUT
[email protected]
[email protected]
RUNMEX
www.runmex.com
BARRIQUAND TECHNOLOGIES THERMIQUES
www.barriquand.com
El ahorro energético en los ingenios azucareros es indispensable tomando en cuenta el contexto
energético global y la necesidad permanente de reducir los costos de producción de cara a la
volatilidad de los mercados energéticos y azucareros.
La recuperación de la energía disponible en forma de condensados, vapores de baja presión y
vapores flash; gracias al uso de los intercambiadores de placas soldadas Platular®; permiten una
optimización del consumo de recursos y una reducción de los costos de mantenimiento; tanto en
la fabricación de azúcar, como en los nuevos procesos verdes en Biorefinerías (bio-etanol a
partir de caña hidrolizada, química verde, etc).
Los intercambiadores de calor Platular® ofrecen una alternativas tecnológica, al ser diseñados
adaptándose específicamente a cada aplicación, es una tecnología madura con referencias en
todos los continentes y todos los procesos de calentamiento en la industria azucarera.
Energy savings in the sugar industry have become indispensable due to the global energy
context and the need to reduce production costs due to the volatility of global sugar and energy
markets.
The recovery of the energy available in the form of hot condensates, flash steam and low
pressure steam is possible thanks to the welded plate heat exchangers Platular®, allowing for
the optimization of the resources and lowering maintenance costs in the sugar industry and
biorefineries.
The Platular® welded plate heat exchangers offer a technological alternative by being design
especially adapted to each application, this is a mature technology with references in every
continent and all sugar industry heat processes.
Palabras clave: ahorro energético, Platular®, Vapor flash, vapor baja presión, condensables
Energy savings, Platular®, flash steam, low pressure steam, condensates
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INTRODUCCIÓN
Los procesos azucareros consumen grandes cantidades de energía, debido a que el jugo (la
materia prima) contiene 80 a 90% de agua que debe ser evaporada y además los procesos
utilizan una considerable cantidad de energía mecánica (bombeo y molienda). Es por eso que la
mayoría de las fábricas son productoras de su propia energía, ya sea eléctrica o térmica siendo
así la eficiencia energética de suma importancia para la industria.
En la extracción del azúcar de caña, los jugos son obtenidos por difusión o con molinos, junto
con el jugo vienen materiales orgánicos que provienen de la misma caña o de fuentes externas
(bagacillo, hojas, arena, piedras, etc.) Después el jugo, debe ser calentado para la fase de
depuración (103-107°C) y luego otra etapa de calentamiento hasta llegar a la evaporación (112118°C)
A nivel energético, los ingenios azucareros son concebidos para ser autosuficientes gracias a la
quema del bagazo para la producción de vapor y electricidad. En muchas plantas, el único
objetivo es cubrir las necesidades energéticas internas, sin tomar en cuenta ninguna otra
optimización.
El principio de la cogeneración eléctrica, que permite utilizar el bagazo excedente para producir
electricidad para ser exportada a la red, es integrado cada vez más en los ingenios azucareros a
nivel mundial. Esto incita a las fábricas a reducir su consumo interno para maximizar la energía
que es exportable, lo cual constituye un factor importante de ingresos económicos.
Nuevos procesos y mercados « La química verde »
Las necesidades energéticas, la disminución de los combustibles fósiles y las nuevas normativas
ambientales, crean nuevas fuentes de valorización para los subproductos de origen agrícola,
tales como la transformación del bagazo en celulosa, los fenoles (plásticos), el etanol de
segunda generación con biomasa, etc.
Estos factores implican revisar los esquemas energéticos en las fábricas y en particular obligan a
buscar maneras de aprovechar la energía almacenada en forma de condensados, vapor de baja
presión, vapor flash, a la vez que trabajamos con equipos más fiables y con un costo de
operación reducido.
La tecnología de intercambiadores de placas soldadas Platular ofrece los coeficientes térmicos
elevados de las placas, con la robustez de los tubos y una versatilidad de diseño; siendo por este
motivo una alternativa técnica fuerte en los proyectos energéticos a futuro.
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MATERIALES Y METODOS
Respuesta a las limitantes de los intercambiadores de calor Clásicos
Los intercambiadores PLATULAR® fueron concebidos y desarrollados tomando en cuenta las
limitantes más importantes en los intercambiadores de calor al trabajar con vapores de baja
presión o con condensados. La geometría con placas da de manera inherente un coeficiente
térmico elevado, que al ser combinado con un set de placas de 2mm completamente soldadas,
da un intercambiador eficiente y robusto.
En adición a esto, la libertad de elegir una geometría adaptada a cada proceso, nos permite
ofrecer soluciones sus problemas de manera personalizada (utilizar vapor de tacho, múltiples
vapores en un solo intercambiador, cruce de temperaturas al utilizar condensados, etc).
Generalidades de la tecnología Platular®
El nombre PLATULAR® concierne un conjunto de intercambiadores de placas soldadas
desarrollados por Barriquand, los cuales están especialmente adaptados a fluidos cargados
altamente incrustantes.
Estos son intercambiadores diseñados bajo medida y permiten de ese modo una adaptación total
a las necesidades y parámetros de proceso del cliente:
- Selección de distancia de paso entre placas en relación al tipo de fluido
- Selección de longitud y altura de las placas.
- Selección del número de pasos por los dos circuitos.
Todos distintos, pero todos PLATULAR®
Los intercambiadores PLATULAR® están constituidos por un conjunto de placas prensadas y
embutidas, las cuales definen:
-
Un circuito interno a la embutición, reservado para los fluidos portadores
de calor (agua, vapor, vinazas). Este circuito está completamente soldado
y carece de juntas y sellos. Puede estar equipado de puertas para la
inspección del circuito y su eventual limpieza.
-
Un circuito exterior a la embutición de canal
largo sin puntos de contacto, reservados para el jugo. Este
circuito está completamente soldado y carece de juntas y
sellos al nivel de la superficie de intercambio y es
totalmente accesible gracias a sus puertas montadas sobre
bisagras. Es posible de este modo acceso a la superficie
de intercambio para efectuar operaciones de inspección y
de limpieza mecánica. Las únicas juntas, se encuentran en
ambas puertas.
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Vista desarrollada de un PLATULAIR tipo X
Particularidades
Contrario a otros tipos de intercambiadores de placas, los intercambiadores PLATULAR ® tipo
X:
-
Carecen de zona de distribución a la entrada de las placas, por consecuencia no
existe riesgo de obstrucción a la entrada de los canales por acumulación de bagazo.
-
Pueden ser multi-paso en cada circuito, lo cual permite el cruce de temperaturas
entre los fluidos.
-
Pueden integrar de manera sencilla diversos fluidos portadores de calor en un
mismo intercambiador (intercambiador multi circuito), lo cual permite ahorros
importantes en conexiones, tuberías, y espacio utilizado.
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APLICACIONES
Existen numerosas aplicaciones donde el PLATULAR sobresale, por ejemplo:
Calentamiento de jugo crudo y mezclado utilizando condensados
Los intercambiadores PLATULAR® tipo X permiten enfriar los condesados a una temperatura
muy próxima a la temperatura de entrada del jugo, esto se conoce como cruce de temperatura y
permite recuperar lo esencial de la energía:
Ejemplo:
Condensados: 206 t/h 60°C à 35°C
Jugo: 400 t/h 30°C à 43.9°C
ESQUEMA TERMICO TRADICIONAL CORAZA Y TUBO
Te
Ts
Ejemplo: 400 t/h de jugo
y 206 t/h de condensados
60°c
42°c
Superficie: 395 m²
40°c
30°c
ESQUEMA TERMICO TRADICIONAL EN PLATULAR
Te
Ts
Ejemplo: 400 t/h de jugo y
206 t/h de condensados
60°c
43°c
35°c
30°c
Superficie: 400 m²
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Calentamiento de jugo crudo y mezclado utilizando vapor de muy baja presión
(VP5, vapor de tacho)
Desde su concepción, los intercambiadores PLATULAR® tipo X están especialmente bien
adaptados a la condensación de vapores de baja presión con contenido de gases in condensables.
El circuito embutido permite la circulación del vapor en dos tiempos, de este modo garantizando
una velocidad constante por lo que no existe necesidad de bafles.
Estos calentadores pueden instalarse en derivación, ya sea como condensador parcial
sobre el tubo de vapor antes del condensador barométrico o como condensador de superficie,
sustituyendo completamente al condensador barométrico.
Entrada
Incondensables
Domo de vapor en
función de su
presión
Velocidad vertical entrada
=
Velocidad longitudinal
Salida Condensados
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Calentamiento de jugo crudo y mezclado con vapor vegetal (V1- V2 - V3 - V4 ) –
Calentamiento de jugo alcalizado
Para llevar el jugo a la temperatura que permita el flash, se debe utilizar los vapores de los
diferentes cuerpos de evaporación, gracias a la excelente eficiencia térmica de los
intercambiadores PLATULAR® tipo X, podemos calentar los jugos a temperaturas muy
próximas a las de los vapores disponibles y dar prioridad al uso de vapores de más baja presión.
Podemos así mismo agrupar varias etapas de calentamiento en el mismo intercambiador multicircuito, permitiendo ahorros en las conexiones y el área que ocupan los intercambiadores.
Calentador de jugo claro utilizando vapores vegetales.
Cuando se trata de calentar el jugo que ha sido clarificado a una temperatura tan alta como sea
posible para entrar en la línea de evaporación de manera eficiente, el Platular® es una opción
interesante, dado que aun si el jugo ha sido clarificado, se tiene bagacillo presente y de ante
mano la temperatura requerida del jugo obliga a utilizar vapores más calientes (V2, V1 y VE).
Los intercambiadores Platular® tipo X aportar para esta aplicación su coeficiente de
intercambio térmico elevado, la ausencia de sellos (especialmente útil dadas las temperaturas
elevadas) y por ende un costo de mantenimiento muy bajo, con canales largos que permiten la
libre circulación de fibras de bagazo residuales.
Una solución muy popular es utilizar calentadores Platulares de jugo claro Multi-stream
(V2+V1 o V1+VE), permitiendo controlar y minimizar el uso de vapor de escape.
Calentamiento de jugo o agua utilizando vapor Flash del clarificador
El vapor flash antes de la clarifica posee una cantidad importante de energía. Estos vapores son
usualmente lanzados a la atmosfera. Los intercambiadores de calor PLATULAR® tipo X
permiten una recuperación importante de la energía liberada.
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Condensadores de superficie
Se puede instalar intercambiadores Platular® tipo X en lugar de condensadores barométricos.
En efecto muchas instalaciones poseen su propio condensador barométrico para evacuar los
vapores de baja presión y garantizar el vacío. Estos condensadores barométricos son
alimentados usualmente con agua Aero refrigerada. Esta agua se contamina debido a los
arrastres que a su vez alimentan los desarrollos microbiales, requiriendo de este modo un
tratamiento constante y costoso del agua. La utilización de condensadores Platular® tipo X
permiten la separación de los circuitos de agua Aero refrigerada y el agua condensadas,
permitiendo de igual forma recuperar el agua condensada con el azúcar que contiene.
Condensadores de superficie en lugar de condensadores barométricos
Enfriamiento de melaza
La melaza de azúcar tiene un brix elevado y una alta viscosidad. Su enfriamiento no es tarea
fácil. La posibilidad de adaptar la distancia entre placas al valor ideal requerido, permite realizar
este enfriamiento de manera homogénea sin riesgo de obstrucciones.
Recalentamiento de azúcar fundido
El azúcar refundido genera licores cargados que pueden provocar obstrucción parcial de los
intercambiadores. Los licores de refundidor tienen una cantidad de cristales no fundidos y
desechos diversos provenientes del embalaje (sacos, cartón) que pueden crear amalgamas y
bloqueos. Gracias a la posibilidad de adaptar la distancia entre placas al valor deseado, los
intercambiadores Platular® están bien adaptados a esta aplicación.
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USO Y MANTENIMIENTO
Los costos de utilización y mantenimiento de los equipos son un factor importante en los
ingenios azucareros, por lo que debe tomarse en cuenta a la hora de seleccionar un equipo.
Algunos tipos de intercambiadores son poco onerosos al adquirirlos pero presentan costos de
mantenimiento elevados, tanto a nivel de piezas de intercambio, como en el tiempo que
requieren para darles mantenimiento, en filtros o en la necesidad de automatización para la
inversión flujo.
Los intercambiadores Platular® presentan un mantenimiento particularmente sencillo:
-
El perfil de las placas se compone de surcos y crestas que provienen del embutido.
Estos perfiles aumentan la turbulencia, generando cambios en la velocidad que
disminuyen la velocidad de incrustación.
-
Este mismo perfil de placa permite efectuar limpieza química eficaz durante la zafra
sin que sea necesario abrir los intercambiadores.
-
No tiene juntas a nivel de la superficie de intercambio, las únicas juntan son las de
las puertas, las cuales no necesitan ser cambiadas cada que se abren.
-
Los intercambiadores poseen puertas montadas en bisagras, permitiendo abrir
rápidamente el equipo para efectuar limpieza mecánica con ayuda de limpiadores de
agua a alta presión. Esta práctica se realiza generalmente en la inter-zafra pero
puede realizarse en cualquier momento en caso de necesidad.
-
No requiere filtros ni inversión de flujo en su operación.
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RESULTADOS Y DISCUSION
Nuevas aplicaciones, Nuevos mercados
La transformación de productos de origen agrícola utiliza generalmente fluidos cargados con
materiales en suspensión, orgánicos o minerales y compuestos disueltos.
Estos materiales y compuestos ocasionan incrustaciones en los intercambiadores hasta llegar a
bloquearlos si los perfiles de la superficie no están adaptados idealmente.
Nuevas aplicaciones aparecen en diversas industrias:
- Energía (etanol, …)
- Química (materiales plásticos de origen vegetal, …)
- Papeleras (celulosa de biomasa, …)
Muchos de estos procesos utilizan fluidos cargados, viscosos en medios que podrían ser
corrosivos. Para este fin los intercambiadores Platular® tienen pasos hidráulicos y
características metalúrgicas adaptadas, pudiendo utilizar diversas aleaciones (base nickel,
Duplex, etc).
CONCLUSIONES Y REFERENCIAS
Los ahorros energéticos en la industria azucarera son indispensables de cara al contexto
energético global y la necesidad permanente de reducir costos de operación. Los costos de
producción constituyen una preocupación constante de los fabricantes y deben ser reducidos en
sus diferentes facetas, tanto en eficiencia térmica, en pérdidas por mantenimiento o fallas y en
costos de mantenimiento.
La tecnología PLATULAR permite eficientemente la recuperación de la energía disponible en
los condensados, vapores flash, y de baja presión; permite una optimización del consumo
energético y una reducción en los costos de mantenimiento.