Analizis Termodinamico

Contenido

Síntesis del Proyecto: 3

Introducción: 4

Planteamiento del Problema: 5

Fundamentos Teóricos: 9

Resultados 13

Conclusiones: 14

Anexos: 14

Síntesis del Proyecto:

En este estudio se estimaron las irreversibilidades del proceso de extracción de aceite de palma africana llevado a cabo en la planta real ubicada en el municipio de San Alberto (Cesar). Esto se hizo con el fin de identificar la localización y magnitud de los principales sumideros de exergía (relacionados con mayores pérdidas de energía útil) en el proceso mediante el uso de la primera y segunda ley de la termodinámica. Además, con los resultados encontrados es posible implementar futuras mejoras en dichas etapas con el fin de hacer más eficiente el proceso de extracción de aceite.

La metodología llevada a cabo se desarrolló en 3 pasos: primero, se realizó la simulación del proceso en el cual entran 30.000 kg/h de racimos de fruto fresco y son sometidos mediante efectos de presión y temperatura a las etapas de esterilización, desfrutamiento, digestión, prensado, clarificación y secado, para obtener un total de aceite extraído de 6.756 kg/h, con la ayuda del simulador Aspen Plus 2006.5TM. Posteriormente, se realizaron los balances de energía, entropía y exergía para estimar las irreversibilidades durante el proceso, las cuales fueron de

993,1 GJ/h. También se identificó que el prensado y la digestión son las etapas que presentan las mayores pérdidas exergéticas con un valor de 388,7 y 225,7 GJ/h respectivamente. Se calcularon las eficiencias exergéticas para cada etapa del proceso, entre las cuales sobresalieron el secado con un 99% y la clarificación con un 97%. Finalmente, se compararon los valores obtenidos mediante el teorema de Gouy-Stodola con los resultados del balance exergético, encontrándose un alto grado de precisión entre ellos.

Introducción:

La agroindustria de la palma africana en Colombia ocupa el quinto lugar en producción en el contexto mundial y el primero en el continente americano. El producto principal que se deriva de la palma elaeis guineensis Jacq; es la producción de aceite a partir de la pulpa de los frutos y de las almendras. También se obtienen otros importantes subproductos derivados comestibles y no comestibles. Las perspectivas del mercado de aceite de palma y sus derivados son promisorias puesto que el consumo de aceites y grasas vegetales, la producción de biocombustibles y la industria oleo química ha venido aumentando en Colombia y en el mundo en los últimos años. Cada vez se diversifica más el uso y se abren mayores perspectivas para ampliar el mercado de las exportaciones, por ejemplo, la producción de palma en Colombia ha alcanzado récords en toda la historia, de acuerdo con cifras de Fedepalma, en efecto, la producción de dicha oleaginosa ascendió a 170,700 toneladas en enero y febrero de 2011, en comparación con los mismos meses de 2010, cuando la producción aumentó en 30,500 toneladas es decir en 22%. La evidente demanda en aumento del aceite de palma africana es una consecuencia de la creación y expansión de plantas productoras de biodiesel con variadas tecnologías las cuales sirven como una alternativa para suplir la actual demanda energética a nivel nacional y mundial, obteniendo un producto de buena calidad, producido a partir de una fuente renovable y respetando las normas de preservación del medio ambiente. En la actualidad, los estudios realizados en la industria de la palma de aceite, están enfocados principalmente en balances de masa y energía, los cuales permiten identificar puntos del proceso en donde existan pérdidas de materia y/o un uso inadecuado de la energía, y de esta forma mejorar el proceso de producción. Al hacer uso del balance energético a través de la primera ley de la termodinámica, se tiene una limitación importante, ya que al analizar un proceso real, es complejo cuantificar el grado de aprovechamiento de la energía suministrada al proceso, debido a que no se tienen en cuenta las irreversibilidades generadas en los equipos. Consecuencia de esto, surge la necesidad de aplicar otro tipo de evaluación, en este caso el análisis exergético el cual al utilizar la primera y la segunda ley de la termodinámica, puede resolver las limitaciones anteriormente nombradas. Además es considerada una herramienta de estudio y diagnóstico de sistemas, útil en el diseño de soluciones alternativas que busquen reducir la utilización innecesaria de recursos, y por ende los impactos potenciales generados por la misma, orientando así hacia la búsqueda del desarrollo sostenible. Es importante tener en cuenta que este análisis se puede utilizar en cualquier proceso de la industria puesto que en ellos siempre existirán igualmente irreversibilidades en el sistema. Este trabajo tiene como objetivo principal el uso de la evaluación exergética del proceso de extracción de aceite de palma africana. Con el propósito de obtener resultados aterrizados al contexto nacional, se utilizó como base el proceso llevado a cabo en un planta extractora real del municipio de San Alberto (Cesar), teniendo en cuenta condiciones tales como flujos másicos, temperaturas, presiones, entre otras variables que son de vital importancia para el proceso en estudio. Posteriormente se planteó la simulación del proceso de extracción llevado a cabo allí mediante el uso del software comercial ASPEN PLUS TM 2006.5 (Aspen technologies Inc., USA) con el propósito de realizar el balance energético en cada etapa del proceso y estimar magnitudes termodinámicas tales como entalpía, entropía, etc., datos que son necesarios para la posterior evaluación exergética.

Planteamiento del Problema:

A continuación se harán una breve descripción las principales etapas que se llevan a cabo para el proceso de extracción de aceite de palma:

Cosecha. Los racimos al cumplir su proceso de maduración deben ser cosechados o cortados y llevados a la planta de beneficio rápidamente, con el fin de evitar que aumente el contenido de ácidos grasos libres (AGL) del aceite dentro de los frutos, esto como subproducto de una reacción química en la cual actúa como catalizador una enzima llamada lipasa.

Esterilización. Una vez los racimos llegan a la planta de beneficio, se descargan en una tolva. Ésta alimenta las vagonetas que luego se introducen en las autoclaves, en donde se le realiza un proceso de cocimiento a los racimos por medio del ingreso de vapor saturado en un ciclo de tres picos de presión, con el principal objetivo de inactivar la enzima responsable de la acidificación del aceite.

Desfrutamiento.

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