Análisis de las diferentes fuentes energéticas para el proceso de secado de café en la empresa Coope Tarrazú, para el segundo semestre del año 2021 y primero del 2022
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Date
2022-09-01
Authors
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Publisher
Alajuela, Costa Rica
Abstract
En este trabajo se considera la relación de diferentes alternativas de combustible para ser utilizado en calderas para el proceso de secado de café, por lo que se estiman el consumo energético del proceso y el vapor que se requiere para el funcionamiento adecuado de los intercambiadores de calor. Los combustibles tomados en cuenta son los siguientes: biomásicos comerciales y residuos orgánicos, búnker, gas y electricidad.
Se realizaron una etapa de conocimiento básico del beneficiado de café y un diagnóstico del sistema de vapor actual. El punto de interés es el proceso de secado de café, donde el grano entra en un rango de humedad aproximado de 30-35% (donde contiene 17.86 kilogramos de agua por fanega) y debe llegarse al 11% (con 6.31 kilogramos de humedad por fanega); para esto se utilizan secadoras giratorias tipo guardiolas, en las cuales entra aire caliente por medio de un ventilador que lo pasa por los intercambiadores de calor, y la temperatura adecuada es de 60-65 ºC.
Como parte del diagnóstico se realizó un croquis con las medidas del sistema de vapor y se hizo un análisis termográfico que incluye tuberías, intercambiadoras, calderas y chimeneas; con ello fue posible dimensionar las pérdidas de energía por transferencia de calor debido a estos componentes. En este punto se relacionan las fórmulas teóricas con los valores prácticos, para poder estimar un cálculo de la energía que se pierde por estos motivos.
La capacidad máxima de secado, de acuerdo con las guardiolas instaladas, es de 2670 fanegas de café, con un total de 30838.98 kilogramos de agua que debe evaporarse; para un tiempo aproximado de 20 horas de secado se deben extraer 1541.95 kg/h. Esto equivale a extraer 3 862 444.05 kJ/h de energía, para poder secar el café en el tiempo considerado óptimo para el beneficio. Sin embargo, este es un valor que no podría relacionarse directamente con el consumo de combustible de las calderas, porque los verdaderos consumidores de vapor son los intercambiadores, que les transfieren la energía a las guardiolas por medio del aire.
La demanda total de energía se estima de la siguiente manera: consumo de vapor de los intercambiadores de 181.44 kg/h para un total de 37 unidades, pérdidas en tuberías y accesorios, pérdidas en retorno de condensado, pérdidas en chimeneas, pérdidas por transferencia de calor en paredes y pérdidas por eficiencia teórica de las calderas. Al considerar los puntos anteriores, se obtiene un total de energía de 24 676 017.33 kJ/h, la cual consume el proceso actualmente de acuerdo con lo calculado, y es el valor de partida para estimar los consumos de combustibles.
Se recopila información sobre los diferentes poderes caloríficos de las alternativas biomásicas, los que se encuentran en un rango de 13.80-20.23 MJ/kg para el poder calorífico inferior. Es lo mismo para los derivados del petróleo, el búnker con un poder calorífico de 41.50 MJ/L y el Gas Licuado de Petróleo (GLP) de 48.00 MJ/L; para estas fuentes de energía se identifican los factores de emisión de 3.101 y 1.611 kgCO2/L, y para la electricidad se tiene un factor de 0.0282 kgCO2kWh.
Al generar grupos de combustibles por características similares se logra escoger la opción más viable, se relaciona el factor de emisión, indicadores económicos, proyectando los consumos estimados en relación con el comportamiento estimado para las próximas 10 cosechas y los indicadores de consumo de combustible por fanega, sonde se obtiene como mejor propuesta el Grupo 1 (cascarilla de café, cascarilla de coquito y cascarilla de arroz).
Según lo anterior, se propone realizar una adaptación en el sistema actual para el uso de quemadores biomásicos, con capacidad de utilizar tres combustibles diferentes. También, modificar el abastecimiento de las tolvas de almacenamiento previo hacia los quemadores y poder utilizar principalmente la cascarilla de café, para lo cual se cuenta con sistemas de distribución y almacenamiento en la cooperativa.
Description
Trabajo final de graduación como requisito para optar el grado académico de Licenciatura en Ingeniería Electromecánica en la Sede Central de la Universidad Técnica Nacional.
Keywords
FUENTES ENERGÉTICAS, ALTERNATIVAS DE COMBUSTIBLES, PROCESO DEL SECADO DE CAFÉ, SECADO DEL CAFÉ, COOPE TARRAZÚ, INTERCAMBIADORES DE CALOR