Integración térmica en la producción de azúcar mediante análisis del pellizco
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Objetivo: el objetivo de este estudio es conceptualizar una red de intercambiadores de calor diseñada para minimizar el desperdicio de energía y mejorar la eficiencia global del sistema en la producción de azúcar.
Metodología: se adoptó un enfoque sistemático para analizar los flujos de energía dentro de la planta, identificando áreas clave de mejora, especialmente en los procesos de calentamiento y evaporación. Se desarrollaron acumulaciones de calor en cascada y análisis gráficos de curvas compuestas utilizando software especializado para optimizar el intercambio de calor.
Resultados: Los resultados indican un potencial de ahorro energético significativo, reduciendo el consumo de servicios públicos de frío y calor en la planta en un 7% y un 30%, respectivamente. La herramienta computacional desarrollada permite realizar integraciones energéticas desde procesos simples hasta aquellos con cientos de corrientes. El concepto de tecnología Pinch estimó un ahorro anual total de 464.850,08 USD en el proceso elegido
Conclusiones: este estudio demuestra que la integración térmica mediante el análisis del pellizco no solo mejora la eficiencia energética en la industria azucarera, sino que también contribuye a una reducción considerable de costos operativos y al impacto ambiental, ofreciendo una herramienta valiosa para la sostenibilidad y competitividad de la industria.
Julian Andrés Perez Marin. Análisis y evaluación de integración térmica de las corrientes de proceso en una planta de producción de azúcar para incrementar su eficiencia utilizando la metodología Pinch. Universidad Autónoma de Occidente. 2017.
Asocaña. Un dulce sabor que se trasforma. Informe anual 2021 – 2022 [Internet]. Sector agroindustrial de la caña. 2022. Available from: http://www.asocana.org/documentos/672022-B663EF18-00FF00,000A000,878787,C3C3C3,0F0F0F,B4B4B4,FF00FF,FFFFFF,2D2D2D,A3C4B5.pdf
Palacios-Bereche MC, Palacios-Bereche R, Ensinas A V., Gallego AG, Modesto M, Nebra SA. Brazilian sugar cane industry – A survey on future improvements in the process energy management. Energy. 2022;259(June):1–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124903
Dias MOS, Modesto M, Ensinas A V., Nebra SA, Filho RM, Rossell CEV. Improving bioethanol production from sugarcane: Evaluation of distillation, thermal integration and cogeneration systems. Energy [Internet]. 2011;36(6):3691–703. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.024 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.024
Oliveira CM, Cruz AJG, Costa CBB. Improving second generation bioethanol production in sugarcane biorefineries through energy integration. Appl Therm Eng [Internet]. 2016;109:819–27. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.11.016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.11.016
Dias MOS, Ensinas A V., Nebra SA, Maciel Filho R, Rossell CEV, Maciel MRW. Production of bioethanol and other bio-based materials from sugarcane bagasse: Integration to conventional bioethanol production process. Chem Eng Res Des. 2009;87(9):1206–16. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2009.06.020
Bonhivers JC, Ortiz PAS, Reddick C, Rossell CEV, Mariano AP, Filho RM. Graphical Analysis of Plant-Wide Heat Cascade for Increasing Energy Efficiency in the Production of Ethanol and Sugar from Sugarcane. Process Integr Optim Sustain. 2021;5(3):335–59. DOI: https://doi.org/10.1007/s41660-020-00149-0
Svensson E, Harvey S. Pinch Analysis of a Partly Integrated Pulp and Paper Mill. Proc World Renew Energy Congr – Sweden, 8–13 May, 2011, Linköping, Sweden. 2011;57:1521–8. DOI: https://doi.org/10.3384/ecp110571521
Safder U, Lim JY, How BS, Ifaei P, Heo SK, Yoo CK. Optimal configuration and economic analysis of PRO-retrofitted industrial networks for sustainable energy production and material recovery considering uncertainties: Bioethanol and sugar mill case study. Renew Energy [Internet]. 2022;182:797–816. Available from: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.10.047 DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.10.047
Cortes-Rodríguez EF, Fukushima NA, Palacios-Bereche R, Ensinas A V., Nebra SA. Vinasse concentration and juice evaporation system integrated to the conventional ethanol production process from sugarcane – Heat integration and impacts in cogeneration system. Renew Energy [Internet]. 2018;115(1):474–88. Available from: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.036 DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.036
Molina JBC. Integración energética del proceso de producción de alcohol en la destilería de un ingenio azucarero. Universidad Autónoma de Occidente. 2017.
Hurtado CMR, Rincon RG. Análisis y evaluación de integración térmica de las corrientes de proceso de la unidad de ruptura catalítica de ecopetrol gerencia refinería de cartagena utilizando la metodología Pinch. 2003.
Higa M, Freitas AJ, Bannwart AC, Zemp RJ. Thermal integration of multiple effect evaporator in sugar plant. Appl Therm Eng [Internet]. 2009;29(2–3):515–22. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.03.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.03.009
Morandin M, Toffolo A, Lazzaretto A, Maréchal F, Ensinas A V., Nebra SA. Synthesis and parameter optimization of a combined sugar and ethanol production process integrated with a CHP system. Energy [Internet]. 2011;36(6):3675–90. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2010.10.063 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.10.063
Pina EA, Palacios-Bereche R, Chavez-Rodrigues MF, Ensinas A V., Modesto M, Nebra SA. Thermal integration of different plant configurations of sugar and ethanol production from sugarcane. Chem Eng Trans. 2014;39(Special Issue):1147–52.
Ensinas A V., Nebra SA, Lozano MA, Serra L. Design of evaporation systems and heaters networks in sugar cane factories using a thermoeconomic optimization procedure. Int J Thermodyn. 2007;10(3):97–105.
Raghu Ram J, Banerjee R. Energy and cogeneration targeting for a sugar factory. Appl Therm Eng. 2003;23(12):1567–75. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-4311(03)00101-7
Neto JNS, Pacheco JG, Sacramento LDA, Kalid R, Magalhães SLF De, Queiroz EM, et al. Energy integration - an example in a retrofit of a petrochemical plant. 2nd Mercosur Congr Chem Eng. 2004;1–10.
Levasseur ZP, Palese V, Marechal F. Energy integration study of a multi-effect evaporator. Ec Polytech Fed Lausanne. 2008;1(1):1–17.
Llerena AC, Ones OP, Cardenas LZ de, Rios JLP de los. Integración energética del proceso de incineración de vinazas concentradas y generación de electricidad. Rev Univ y Soc [Internet]. 2021;13(6):286–94. Available from: https://doi.org/10.1080/09638288.2019.1595750%0Ahttps://doi.org/10.1080/17518423.2017.1368728%0Ahttp://dx.doi.org/10.1080/17518423.2017.1368728%0Ahttps://doi.org/10.1016/j.ridd.2020.103766%0Ahttps://doi.org/10.1080/02640414.2019.1689076%0Ahttps://doi.org/ DOI: https://doi.org/10.1080/02640414.2019.1689076
Chegini S, Dargahi R, Mahdavi A. Modification of Preheating Heat Exchanger Network in Crude Distillation Unit of Arak Refinery Based on Pinch Technology. Proc World Congr Eng Comput Sci. 2008;1(1):1–5.
Balla WH, Rabah AA, Abdallah BK. Pinch Analysis of Sugarcane Refinery Water Integration. Sugar Tech. 2018;20(2):122–34. DOI: https://doi.org/10.1007/s12355-017-0535-5
Smith R. State of the art in process integration. Appl Therm Eng. 2000;20(15):1337–45. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-4311(00)00010-7
Linnhoff B, Dunford H, Smith R. Heat integration of distillation columns into overall processes. Chem Eng Sci. 1983;38(8):1175–88. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-2509(83)80039-6
Klemeš JJ, Kravanja Z. Forty years of Heat Integration: Pinch Analysis (PA) and Mathematical Programming (MP). Curr Opin Chem Eng. 2013;2(4):461–74. DOI: https://doi.org/10.1016/j.coche.2013.10.003
Varbanov PS, Yong JY, Klemeš JJ, Chin HH. Data extraction for heat integration and total site analysis: A review. Chem Eng Trans. 2019;76(1):67–72.
Fu D, Nguyen T, Lai Y, Lin L, Dong Z, Lyu M. Improved pinch-based method to calculate the capital cost target of heat exchanger network via evolving the spaghetti structure towards low-cost matching. J Clean Prod [Internet]. 2022;343(1):1–19. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131022
Jaramillo Chica, Esteban-Sánchez Cossio JA. Desarrollo de una metodología para síntesis, optimización y diagnóstico de redes de transferencia de calor (HEN) – tratamiento de problemas con corrientes isotérmicas. 2009
Aceptado 2024-09-16
Publicado 2024-10-09
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los autores que publican en esta revista están de acuerdo con los siguientes términos:
Los autores ceden los derechos patrimoniales a la revista y a la Universidad del Valle sobre los manuscritos aceptados, pero podrán hacer los reusos que consideren pertinentes por motivos profesionales, educativos, académicos o científicos, de acuerdo con los términos de la licencia que otorga la revista a todos sus artículos.
Los artículos serán publicados bajo la licencia Creative Commons 4.0 BY-NC-SA (de atribución, no comercial, sin obras derivadas).