Optimización energética de una refinería de aceite vegetal en la provincia de Sevilla

UNIVERSIDAD DE SEVILLA ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE SEVILLA TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL. Título del trabajo fin de grado: OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DE UNA REFINERÍA DE ACEITE VEGETAL EN LA PROVINCIA DE SEVILLA. Dirección. Dr. Ing. Antonio Rosales Martínez. Profesor Titular de Universidad Dr. Ing. José Sánchez Ramos. Profesor Titular de Universidad Presentado por. Francisco José Díaz Haro Fecha de defensa oral y pública: Sevilla, de 2022 AGRADECIMIENTOS Al tutor, a mi familia y a todos aquellos que comparten su vida conmigo. “Gracias” es una palabra densa que dice mucho de quien la pronuncia y de quien la recibe, que facilita la vida propia y la ajena, es un código, es la abreviación de una frase que no hace falta decir entre aquellos que la pronuncian con sentido y verdad. Se dice que el comienzo de la palabra gracia como tal tiene su origen en el cristianismo, haciendo referencia a un favor o un don gratuito concedido por Dios. La gracia de Dios. Su origen etimológico procede del latín, como gratia, que a su vez procede de gratus, agradable, grato. Como Agradable y grato ha sido el camino, el sendero o trayecto, con sus bosques oscuros y claros, con sus llanuras amplias y peligrosa, con lo descubierto y lo desconocido. El camino de la educación. Educación que, para evidenciar la primera definición, ha sido gratis, como un favor o don concedido, en este caso, por dioses maduros, sabios y mortales, nuestros mayores. Los que hicieron real este derecho y este lujo, la educación, la universidad. son para ellos estas palabras, para los que conocemos y los que no, con mirada sabia y piel quebrada, con historias, sus historias, las mismas que hicieron posible un mundo moderadamente justo, la realidad en la que vivimos. Gracias por vuestro grato regalo. A la vida, al arte y a la palabra, Porque aún más hermoso que estar vivo, es sentirse vivo, Y para ello, hay que sentir con los sentidos Al tiempo, ese que se acelera y para, al que vale más que el oro, porque el tiempo es vida, y el final no aviene a soborno. ÍNDICE 1. Introducción 2. Definición del esquema básico refinado de crudo vegetal 2.1. Introducción 2.2. Procesos fundamentales 3.2.1. enfriamiento 3.2.2. neutralización 3.2.3. lavado y secado 3.2.3.1. lavado y secado de crudo neutro 3.2.3.2. lavado y secado de fondos 3.2.4. decoloración 3.2.5. desodorización 3.2.6. winterización 2.3. Esquema general línea de semillas 3. Requerimientos energéticos y fuentes de calor residual 3.1. Introducción 3.2. Requerimientos energéticos de cada unidad 3.3. Esquema general disposición de intercambiadores 4. Propuestas de mejoras 4.1. Estudio de viabilidad para asilamiento de conducciones 4.1.1. Descripción técnica 4.1.1.1. Objetivos 4.1.1.2. Grado de aplicabilidad 4.1.1.3. Influencia sobre el consumo energético 4.1.1.4. Limitaciones 4.1.1.5. Generalización de conducciones 4.1.2. Especificaciones por procesos 4.1.2.1. Conducciones de la caldera a los puntos de servicio 4.1.2.1.1. Vapor de la caldera como aporte al proceso 4.1.2.1.2. Vapor para procesos de recuperación 4.1.2.1.3. Vapor para unidad de limpieza de placas 4.1.2.1.4. Vapor para ACS 4.1.2.2. Conducciones de los puntos de servicios al tanque de purga 4.1.2.3. Conducciones térmicas en las unidades 4.1.2.3.1. Unidad de lavado y secado 4.1.2.3.2. Unidad de decoloración 4.1.2.3.3. Unidad de desodorización 4.1.2.3.4. Conducciones de agua precalentada a tanque caldera 4.1.2.4. Tabla global características de conducciones 4.1.2.5. Estudio y cuantificación de las pérdidas de calor 4.1.2.6. Dimensionado y descripción del tipo de aislamiento, así como el coste de materiales 4.1.2.7. Montaje de instalación, estudio económico 4.1.2.8. Coste total de la instalación 4.1.2.9. Confrontamiento de pérdidas con y sin aislamiento 4.1.2.10. Comparativa 4.1.2.11. Análisis de inversión 4.2. Estudio cualitativo de una posible recirculación de emisiones de columna 4.2.1. Descripción técnica 4.2.1.1. Objetivo 4.2.1.2. Grado de aplicabilidad 4.2.1.3. Influencia sobre el consumo energético 4.2.1.4. Limitaciones 4.2.2. Introducción 4.2.3. Estado actual 4.2.4. Planteamiento de la solución 4.2.5. Alcance 4.3. Estudio de viabilidad de una instalación de energía solar térmica 4.3.1. Descripción técnica 4.3.1.1. Objetivo 4.3.1.2. Grado de aplicabilidad 4.3.1.3. Influencia sobre el consumo energético 4.3.1.4. Limitaciones 4.3.2. Introducción 4.3.3. Consideraciones de la intensidad solar y características según la zona 4.3.4. Área disponible 4.3.5. Plan de proyecto 4.3.6. Presupuesto por bloque 4.3.7. Oferta según tamaño de la instalación 4.3.8. Magnitud de la instalación 4.3.9. Balance de la propuesta 4.3.10. Análisis de la inversión 5. Análisis de las mejoras y conclusión 5.1. Introducción 5.2. Evolución del precio del combustible gaseoso 5.3. Análisis conjunto 6. Defensa de la propuesta 7. Anexos Anexo I. Imágenes del software de control Anexo II. Alternativas de reutilización para los residuos 8. Bibliografía 7 1. INTRODUCCIÓN En el presente apartado vamos a acompañar al lector en una vista somera y superficial sobre el trabajo que nos lleva, señalando las partes o piezas claves del mismo, que tras su conexión dan sentido y armonía a éste. En primer lugar presentaremos el trabajo diciendo que la finalidad de éste es la de realizar el análisis energético de una refinería de aceite, proponer un paquete de mejoras y realizar una comparativa energética y económica del estado previo y posterior, cotejando la viabilidad de las mejoras planteadas. La redacción del presente documento se ha pivotado esencialmente en una serie de ideas que tras ordenarlas numerosas veces han resultado ser los puntos unitarios del índice. En todo momento se ha intentado respetar un esquema que facilitase la lectura y entendimiento del proyecto, guiando al lector de forma cronológica a través de sus páginas, e intentando dar respuestas a sus preguntas antes de que éstas emanen. La finalidad ha sido hilar las partes a fin de que la anterior sea la base, o al menos necesaria para el entendimiento de la posterior, y ésta a su vez de la siguiente que le sigue. Entrando en la materia del trabajo y contenido del mismo, diremos, y posteriormente podrán comprobar, que éste orbita en base a una serie de partes esenciales conectadas entre sí, y de las cuales a su vez yacen subapartados que proporcionan densidad y respaldo al documento. En un primer lugar, y como continuación de estas líneas aparece una definición del esquema básico sobre el refinado del crudo vegetal. A pesar de que no aparecen expresiones de energía, de calores, tipos de aislamientos o mejoras, no solo se ha decidido introducirlo, si no que se ha colocado en primer lugar, con el fin de entender el sistema o medio con el que vamos a trabajar. Se ha considerado que si entendemos como funciona el conjunto, lo que ocurre en cada punto o unidad de proceso, las necesidades y limitaciones de la planta, podremos conocer las reglas del “juego”. El contenido que acoge el apartado es denso, siendo necesario, como se acaba de indicar, para el entendimiento del sistema y como justificación para algunas de las partes más técnicas de cálculo. 8 No obstante, esta parte puede ser ojeada por el lector sin necesidad de profundizar excesivamente entre sus subapartados, quedando siempre la posibilidad de volver y leer el funcionamiento básico de algún punto o unidad de procesado que se requiera para entender un apartado posterior o por simple curiosidad. Cabe destacar que los datos con los que se trabaja han sido facilitados por la empresa en cuestión, facilitando la proyección de un sistema real y tangible. Tras la definición del funcionamiento genérico de la planta, le sigue un segundo apartado sobre las necesidades o requerimientos energéticos de cada unidad. Fíjense en lo que se comentó al comienzo de esta página sobre la disposición cronológica de los apartados, cobrando sentido el descrito anteriormente. Si no conocemos como funcionan las unidades o paquetes de trabajo, si desconocemos sus condiciones, difícilmente sabremos solucionar nada si ignoramos lo que está ocurriendo. En éste se pretende acompañar al lector por las unidades básicas, no atendiendo a lo que ocurre en el proceso como tal, si no centrándonos en los cambios de energía térmica que sufre la materia a lo largo de su procesado. Se ha intentado que quien lo lea, sea espectador de aquello que ocurre, introduciéndose y pasando por las unidades, al tiempo que forma parte de los flujos térmicos que tienen lugar en la planta. Una vez tomamos perspectiva del terreno, de a que nos enfrentamos, una vez maduramos la idea y entendemos cómo funciona, estamos en disposición de intentar mejorarlo. Es aquí donde entra el grueso o núcleo del trabajo, donde se proponen y estudian un conjunto de posibles mejoras para implementar en el sistema existente. El bloque de mejoras se ha dividido en tres propuestas, dos de magnitud cuantitativa, pudiendo estimar el alcance o potencial de las mismas, frente a una de sentido cualitativo, en la que se ha optado por definirla como una idea o propuesta de mejora, invitando a profundizar en ella en el caso de que se considere. Entre las cualitativas tenemos una propuesta para la renovación del aislamiento en conducciones que se encuentran al aire libre. La segunda consiste en un estudio para la instalación de paneles térmicos solares, a fin de aprovechar la gran superficie de cubierta que dispone la planta, imprimiendo calor al agua que entra en la caldera y salvando un escalón previo de calor sensible. Respecto a la propuesta cualitativa, se estudia una posible recirculación de vapores de emisión. Se ha optado por quedarnos en la idea sin profundizar en 9 ella debido a la gran complejidad y poca frecuencia de la misma, requiriendo ésta un análisis profundo y una experimentación densa. A continuación, nos dispondremos a analizar las mejoras, en lugar de por separado, las enfocaremos como un paquete de mejoras agrupadas. Para finalizar, se han introducido dos anexos complementarios al tema, que se consideraron interesantes, pero no lo suficientemente relevantes como para ser introducidos en los apartados. La intención es no sacar de contexto al lector a lo largo de su recorrido por estas páginas, las cuales se esperan, estén a la altura. 16 2.2.3. Lavado y secado La unidad de lavado está compuesta por un grupo de bombas centrífugas que tiene la finalidad de eliminar todos los sólidos comprendidos en el neutro y que no han sido decantados en el proceso de neutralización. Se eliminan jabones. A la salida del grupo de bombas centrífugas nos encontramos con un secador a vacío con el objetivo de eliminar todos los posibles rectos de agua presentes. Lo que tenemos a la salida de esta unidad de proceso es un crudo neutro y lavado. Distinguiremos entre dos subprocesos de lavado. Lavado de crudo neutro y lavado de fondos. 2.2.3.1. Lavado y secado de crudo neutro. El crudo neutro que se encuentra en la parte superior de las batidoras puede ser introducido directamente en la unidad de proceso de lavado. La parte interesante de este proceso, para el trabajo que nos lleva, es el incremento de temperatura que debe sufrir el crudo previo a la entrada en las centrífugas, pasando de 5 a 90 grados. Este incremento de temperatura lo trataremos con más detenimiento en el apartado 2 (requerimientos energéticos y fuentes de calor residual) Una vez que el crudo alcanza la temperatura requerida para el proceso se hace pasar por dos centrífugas, las cuales separarán los componentes del crudo según densidad. A la salida tendremos jabones como subproducto* y crudo lavado como producto principal que entrará en el secador a fin de eliminar los restos de agua contenidos en éste. el secador opera a vacío. *consideraremos a los jabones, a la salida de las centrífugas, como un producto secundario y no como un subproducto debido a la composición orgánica de éstos y su posible interés para la rama de digestores anaeróbicos. También pueden ser empleado en diversos procesos de reutilización como el de compostaje entre otros. Véase ANEXO I. 17 imagen 3.5: esquema de lavado y secado En la imagen 3.5 del presente apartado, como su título indica, se observa un esquema reducido del proceso de lavado y secado directo para curdo neutralizado. En él podemos discernir la disposición de los equipos, así como la interacción de flujos con los mismos. La nomenclatura empleada para los elementos, así como la imagen propia es la vigente para el proceso de la planta de referencia. La siguiente imagen corresponde a un separador centrífugo autolimpiable como el empleado en el proceso de lavado, dispuesto para separar la grasa vegetal líquida de los posibles restos sólidos suspendidos en ésta y que no decantaron en la neutralización. Podemos observar los distintos elementos que lo conforman junto con el mecanismo de acción con el que opera. Imagen 3.6: separador centrífugo Westfalia RSE 18 2.2.3.2. Lavado y secado de fondos La finalidad de este proceso es la de recuperar toda la grasa vegetal posible contenida en las pastas de fondos, razón por la que debe darse un par de etapas previas a la de lavado. Tomamos los fondos decantados en las batidoras y los disolvemos con crudo y salmuera. Calentamos la disolución hasta alcanzar 60ºC, momento en el que añadimos ácido fosfórico. Elevamos la temperatura de la mezcla hasta alcanzar los 90ºC como en el lavado y secado de crudo neutro (1.2.2.), y la hacemos pasar por dos centrífugas en serie. Posteriormente pasan por el lavador 4 y 5 donde se reduce la temperatura por debajo de 40ºC. posteriormente se bombea a una nueva batidora en la que, tras añadir sosa y agua, tendrá lugar una nueva separación de fases. La fase líquida será recuperada directamente, mientras que los fondos se harán pasar por una centrífuga después de ser mezclados con salmuera. El producto principal que sale de la centrífuga, y la fase líquida de la batidora, convergen en el tanque de crudo APV. Imagen 3.7: esquema de lavado de fondos 19 2.2.4. decoloración La unidad de decoloración, también conocida como clarificación, se trata de un proceso de adsorción mediante el cual pretendemos eliminar los colores rojizos y amarillentos que presenta el crudo hasta el momento. Otra de sus finalidades es incrementar la estabilidad oxidativa de los aceites. Se pretende eliminando los componentes promotores oxidativos comprendidos en el crudo. Una parte de los componentes oxidativos son eliminados en el proceso de desodorización debido a la temperatura que se alcanza en la columna, pero existen otros componentes oxidativos que no son volátiles a las condiciones del proceso. Debido a ello, es importante eliminar una parte de estos componentes oxidativos mediante adsorción. Para el proceso, son empleadas tierras naturales tales como tierras o arcillas de silicatos de aluminio con cantidades relativamente elevadas de magnesio, calcio o hierro. Las tierras son activadas con temperatura, pero debido a su contenido en metales, es preciso un tratamiento de ácido-activación mediante el empleo de ácido clorhídrico o ácido sulfúrico. También se emplea carbón activo para el proceso de adsorción, aunque en proporciones pequeñas debido al coste y a la cantidad de aceite neutro que retiene. Una nueva alternativa para el proceso de blanqueo son las sílices sintéticas, aunque tienen un mayor enfoque a atrapar jabones y fosfatos en lugar de pigmentos carotenoides. Respecto al recorrido que sigue el aceite durante el proceso, como podemos observar a continuación, la corriente de entrada de aceite seco se introduce en un tanque de agitación junto con las arcillas previamente mezcladas con una fracción de aceite. El tanque de agitación trabaja a una temperatura aproximada de 90ºC y unas condiciones de presión reducida. La temperatura se debe al tratamiento térmico de activación necesario para las arcillas. El caso de la presión reducida es necesario para evitar o reducir la oxidación del aceite. Una vez transcurrido el tiempo de contacto entre aceite y adsorbente se hace pasar por un filtro de placas. De la unidad de filtrado tendremos una corriente de salida constituida por una grasa vegetal incolora preparada para el proceso de desodorización. 20 Imagen3.8: esquema genérico línea de decoloración De la unidad de filtrado queda un residuo sólido adherido a las placas y que actúa de torta durante la filtración. En el apartado reservado para las alternativas de reutilización de residuos trataremos acerca de este componente que hasta el momento carecía de valor. 21 2.2.5. desodorización La desodorización es la etapa última en el proceso de refinado. Con ella pretendemos eliminar todos los componentes orgánicos que aportan un olor desagradable al aceite como son las cetonas, aldehídos, alcoholes y AGL de bajo peso molecular. También son eliminadas las trazas de pesticidas que no fueron atrapadas en el proceso de adsorción. La desodorización, o refinación física, consiste en una evaporación por arrastre de vapor en la que buscamos purificar una sustancia de alto punto de ebullición y que resulta ser inmiscible en agua. Mediante el proceso de destilación con vapor directo conseguimos reducir la temperatura de ebullición de los componentes a eliminar. El proceso de desodorización, para la planta ejemplo, tiene lugar en una columna de platos con campanas a alta temperatura y presión reducida. No obstante, existen 2 tipologías de columnas empleadas para el proceso, como son las columnas de platos con anillos de burbujeo y las columnas de rellenos. Ambos diseños pretenden mejorar el contacto entre la fase líquida y la fase vapor mediante la creación de una mayor superficie de contacto, junto con un reparto óptimo del vapor de stripping. Imagen 3.9: acolumna de bandejas con bombas mammouth, b-columna con relleno estructurado 22 De la parte superior de la columna desciende el aceite a rectificar, mientras que de la zona inferior o calderín asciende, en sentido opuesto al aceite, el vapor como vehículo de arrastre. A medida que descendemos en la columna, la composición de los productos no deseados en el aceite va reduciéndose hasta llegar a los platos más inferiores, donde tiene lugar la entrada de vapor. Por ser la zona de entrada para el vapor, éste tiene mayor capacidad de arrastre eliminando las últimas trazas del aceite que finalmente sale por la parte inferior, concluyendo el proceso de refinado. La desodorización es uno de los puntos más críticos a nivel energético debido a la gran cantidad de vapor a presión que requiere. Presenta tres flujos térmicos, dos de entrada y uno de salida, de importante interés energético y que consideraremos en apartados siguientes. Son tres las condiciones críticas que definen el proceso en la columna, siendo temperatura, vacío y vapor de inyección. Las proporciones en las que se establezcan definirán la calidad del producto. Son múltiples las posibles interacciones entre las tres variables, no afectando solo a la calidad del caudal de salida, si no también al coste industrial de producción. Éste es el motivo por el cual las condiciones de operación oscilan entre un intervalo de magnitud según el equilibrio entre calidad y coste de producción. Tabla 13.1: condiciones típicas de desodorización de aceites vegetales (*) Porcentaje de vapor de stripping respecto al caudal de aceite procesado 23 24 25 2.2.6. winterización La winterización resulta ser una etapa opcional en el proceso de refinado debido a que es menos relevante o necesaria que las anteriormente tratadas. La finalidad de esta etapa es la de eliminar los componentes que solidifican cuando el aceite se encuentra a bajas temperaturas, alterando la cristalinidad del aceite refinado. El causante de tal efecto son usualmente ceras, que por lo general no tienen un efecto negativo en su consumo, pero modifica la estética del producto. El proceso consiste, de manera básica, en reducir la temperatura del aceite de forma gradual y controlada permitiendo la nucleación y crecimiento de grano de los posibles cuerpos sólidos. El descenso de temperatura debe de ser suave para permitir la difusión de las ceras a través del volumen tratado, consiguiendo el encuentro entre ceras y permitiendo una nucleación y crecimiento aceptable. El proceso puede agilizarse de la adición de coadyuvantes que favorezcan la floculación. Posteriormente el aceite es filtrado, quedando ocluido el conjunto de colonias de granos, y por ende las ceras causantes del efecto, en el filtro de operación. En la siguiente imagen podemos observar un esquema de lo anteriormente mencionado. 32 4. PROPUESTAS DE MEJORAS 4.1. Estudio de viabilidad para el aislamiento de conducciones 4.1.1. Descripción técnica. 4.1.1.1. Objetivo. Estudiar la viabilidad de implantar un sistema de aislamiento en conducciones 4.1.1.2. Grado de aplicabilidad a) En las conducciones de flujos calientes con aislamiento ya existente. b) En las conducciones desnudas de flujos calientes. 4.1.1.3. Influencia sobre el consumo energético. La reducción en las pérdidas de calor debidas al transporte, suponen un decremento en la diferencia entre energía requerida y la aportada, afectando positivamente al rendimiento del sistema. 4.1.1.4. Limitaciones. a) Las asociadas a las disponibilidades de espacio dispuesto entre elementos, acceso de materiales o la respuesta técnica de las soluciones. b) Las relacionadas con el coste de la solución. 4.1.1.5. Generalización de conducciones. 33 Atendiendo a las imágenes que aparecen en el anexo II del apartado Definición del esquema básico de refinado de crudo vegetal, podemos observar el entramado de conducciones existentes. Con las representaciones del proceso recogidas en el mencionado Anexo, junto con los datos del número de elementos dispuestos en cada unidad, podemos conocer las longitudes de los procesos. para calcular el calor puesto en juego en cada conducción nos restaría saber el diámetro de las secciones, así como las temperaturas y caudales que circulan en cada momento. Todos estos datos serán tratados de forma ordenada y secuencial en función de su localización aguas arriba o abajo del proceso 4.1.2. Especificaciones por procesos. A continuación, vamos a contabilizar las conducciones de cada unidad de proceso, así como las características de éstas. Solo atenderemos a aquellas unidades en las que intervienen focos calientes con un determinado interés calorífico. Todos los datos serán finalmente recogidos en una tabla que usaremos como referente para los cálculos de soluciones. 4.1.2.1. conducciones de la caldera a los puntos de servicio. 4.1.2.1.1. vapor de la caldera como aporte al proceso. En este punto tendremos en cuenta todos los tramos que llevan el vapor de calefacción desde su punto de generación hasta el de consumo, que en este caso serán las unidades del proceso en cuestión. De la caldera emerge una conducción general que posteriormente es ramificada mediante acometidas hasta alcanzar los puntos de consumo. Para el caso que nos lleva, éstos son los intercambiadores 5´ y 7, junto con la entrada a la columna de desodorización. Para los casos mencionados las conducciones son las siguientes. 34 Tabla 4.1: datos conducciones De caldera a Sección Longitud material Grosor Tª Cambiador 5´ 25 mm 20 m Acero-carbono 1 mm 193 ºC Cambiador 7 25 mm 40 m Acero-carbono 1mm 193 ºC Columna 32 mm 25 m Acero-carbono 2,5 mm 193 ºC 4.1.2.1.2. vapor para procesos de recuperación Durante el tratamiento de los fondos en las batidoras se requiere incrementar la temperatura de éstos de forma progresiva hasta alcanzar los 90ºC, véase apartado 2.3.2, lavado y secado de fondos, sobre los procesos fundamentales de la línea de semilla. Tabla 4.2: datos conducciones De caldera a Serpentín del lavador Sección Longitud material Grosor Tª 25 mm 50 m Acero-carbono 1 mm 193 ºC 4.1.2.1.3. vapor para unidad de limpiado de placas En la unidad de limpiado de placas lo que se hace es eliminar los restos de tortas adheridos a las placas de los filtros una vez que éstos se han saturado. Para ello es necesario el precalentamiento de una disolución de ácido sulfúrico y agua, medio en el que se emergen las placas durante un determinado tiempo. Tabla 4.3. datos conducciones De caldera a Tanque limpieza Sección Longitud material Grosor Tª 25 mm 100 m Acero-carbono 1 mm 193 ºC 4.1.2.1.4. vapor para ACS 35 Es necesario el aporte de calor térmico para satisfacer las necesidades de instalaciones de uso común como duchas, lavabos o calefactores radiantes. Se considerarán todos en un único grupo que tendrá globalmente las siguientes características. Tabla 4.4. datos conducciones De caldera a ACS Sección Longitud material Grosor Tª 25 mm 180 Acero-carbono 1 mm 193 ºC 4.1.2.2. conducciones de los puntos de servicios al tanque de purgas. Una vez se ha utilizado el vapor en los puntos requeridos, éste es dirigido a un tanque de purgas, el cual hace de colector a todas las salidas de vapor tras finalizar el intercambio de calor. En él converge todo el vapor condensado en la circulación. El contenido de éste es introducido nuevamente en la caldera debido al poder térmico que aún conserva. En la siguiente imagen se observa un esquema típico de lo comentado. Imagen 4.1. esquema típico de circulación de vapor 36 Al igual que con las conducciones para ACS, consideraremos a las conducciones de purga como un grupo de que se encuentra resumido en una y que engloba al total de éstas. Para esté caso realizaremos una aproximación, diciendo que las conducciones de vuelta son equivalentes a las de ida, por lo que el total de la conducción que define al conjunto será la suma de conducciones del apartado 3.1 conducciones de la caldera a los puntos de servicio del presente bloque. A excepción de lo dicho, la conducción de entrada a la columna no es recuperada y enviada al tanque de purga, si no que es emitida al medio junto con los componentes volátiles eliminados en la desodorización. Este punto en concreto será tratado más adelante en un análisis cualitativo. Tabla 4.5. datos conducciones De servicio a Tanque purga Sección Longitud material Grosor Tª 25 mm 390 m Acero-carbono 1 mm 100 ºC Del mismo modo, debemos tener en cuenta la conducción desde el tanque de purga hasta la alimentación en la caldera. Tabla 4.6. datos de conducciones De tanque purga Alimenta caldera Sección Longitud material Grosor Tª 32 mm 10 m Acero-carbono 2,5 mm 100 ºC 4.1.2.3. conducciones térmicas en las unidades. Como se define en la descripción del proceso de refinado, se requieren ciertas temperaturas para determinados procesos. Esto implica que a la salida de algunas unidades la temperatura del flujo de trabajo tenga un valor térmico a conservar. Ahora nos centraremos en el valor energético mencionado, así como en las corrientes residuales con un determinado interés energético. Para seguir un orden cronológico según las etapas del proceso, estudiaremos los casos según se dan en el esquema global. 37 4.1.2.3.1. unidad de lavado y secado El primer punto en el que el producto de trabajo adopta un determinado valor térmico es en la unidad de lavado y secado. Durante toda esta unidad se alcanzan los 90ºC. Es por ello por lo que debemos de aislar correctamente la conducción hasta la siguiente unidad de proceso. Tabla 4.7. datos de conducciones De lavado a Intercambiador 6 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 30 m Acero-carbono 3 mm 90 ºC Debemos tener en cuenta que existe una segunda unidad de lavado y secado, pero en este caso para los fondos, y que el producto de éstos es redirigido al tanque inicial. Si observamos el esquema del lavado de fondos, observamos como la temperatura pasa de 90 a 40ºC mediante un enfriamiento controlado y progresivo. Hasta el momento se hacía empleando el ambiente como medio receptor. Plantearemos la posibilidad de implantar un serpentín en los lavadores de decantación, por el cual haremos circular agua a temperatura ambiente que actuará como medio receptor del calor cedido por los fondos que se encuentran en tratamiento. El producto obtenido también será sometido a una nueva unidad de intercambio energético con el objetivo de maximizar la recuperación del calor puesto en juego. Para este caso solo consideraremos el aislamiento de la conducción desde la salida de la unidad hasta la entrada en el intercambiador. Tabla 4.8. datos conducciones De lavado a recuperador Sección Longitud material Grosor Tª 65 mm 15 m Acero-carbono 2,5 mm 40 ºC 38 4.1.2.3.2. unidad de decoloración. Previo a entrar en el proceso de decoloración, el aceite es introducido en los intercambiadores 6 y 7, donde se alcanzan los 110ºC requeridos para la unidad. como los intercambiadores se encuentran cercanos entre sí, consideraremos una única conducción en el proceso. Tabla 4.9. datos conducciones De intercambiador 6 A pulmón de columna Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 50 m Acero-carbono 2,5 mm 110ºC 4.1.2.3.3. Unidad de desodorización Es la unidad más importante en cuanto a energía térmica. En la columna entra el aceite a 110ºC y sale a 170ºC, cruzándose en contracorriente con vapor sobrecalentado en los numerosos platos que forman la columna. Consideraremos dos conducciones, una primera desde el pulmón de la columna hasta la propia columna, y una segunda desde la salida inferior de ésta hasta el considerado como punto de producto final, pasando por los numerosos recuperadores Tabla 4.10. grupo de tablas conducciones De pulmón A columna Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 5 m Acero-carbono 2,5 mm 110ºC De columna A intercambiador 6 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 25 m Acero-carbono 2,5 mm 170ºC De intercambiador 6 A 5 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 20 m Acero-carbono 2,5 mm 140ºC De intercambiador 5 A 8 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 25 m Acero-carbono 2,5 mm 75ºC 39 De intercambiador 8 A intercambiador 9 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 25 m Acero-carbono 2,5 mm 60ºC De intercambiador 9 A intercambiador 10 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 25 m Acero-carbono 2,5 mm 50ºC De intercambiador 10 A intercambiador 12 Sección Longitud material Grosor Tª 120 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 40ºC 4.1.2.3.4. conducciones de agua precalentada a tanque caldera. El agua empleada como medio de recuperación térmica debe de ser circulada al tanque de la caldera, desde el cual es introducidas a la caldera. Con el precalentamiento del agua mediante los focos residuales conseguimos salvar un escalón considerable de temperatura, que se traduce en un menor requerimiento de calor sensible para hacer llegar al agua a su punto de ebullición. Vamos a generalizar las conducciones con una temperatura media ya que a la salida de cada intercambiador la temperatura es distinta e inferior a medida que vamos sumando intercambiadores. Tabla 4.11. datos conducciones De agua recuperación a tanque caldera Sección Longitud material Grosor Tª 90 mm 60 m Acerocarbono 2,5 mm 55ºC 40 4.1.2.4. tabla global características de conducciones. Tabla 4.12 tabla global de conducciones Fluido Sección Longitud Material Grosor Tª vapor 25 mm 20 m Acerocarbono 1 mm 193 ºC Vapor 25 mm 40 m Acerocarbono 1mm 193 ºC Vapor 32 mm 25 m Acerocarbono 1,5 mm 193 ºC Vapor 25 mm 50 m Acerocarbono 1 mm 193 ºC Vapor 25 mm 100 m Acerocarbono 1 mm 193 ºC Vapor 25 mm 180 m Acerocarbono 1 mm 193 ºC Vapor saturado 25 mm 390 m Acerocarbono 1 mm 100 ºC Vapor saturado 32 mm 10 m Acerocarbono 2,5 mm 100 ºC Aceite 125 mm 30 m Acerocarbono 2,5 mm 90 ºC Aceite 65 mm 15 m Acerocarbono 2,0 mm 40 ºC Aceite 125 mm 50 m Acerocarbono 2,5 mm 110ºC Aceite 125 mm 5 m Acerocarbono 2,5 mm 110ºC Aceite 125 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 170ºC Aceite 125 mm 20 m Acerocarbono 2,5 mm 140ºC Aceite 125 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 75ºC Aceite 125 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 60ºC Aceite 125 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 50ºC Aceite 125 mm 25 m Acerocarbono 2,5 mm 40ºC agua 90 mm 60 m Acerocarbono 2,5 mm 55ºC 41 4.1.2.5. estudio y cuantificación de las pérdidas de calor. En una primera aproximación, emplearemos las ecuaciones genéricas de transferencia de calor para determinar las pérdidas de calor de cada conducción. No se pretende conocer cuanto calor perdemos específicamente en la actualidad, ya que el dato de interés es cuan grande es la diferencia con la solución, por lo que no entraremos a deducir datos que posteriormente se irán al intentar comparar ambas soluciones. Entraremos en el estudio de la transmisión de calor por conducción en régimen estacionario. A pesar de que se trata de conducciones cilíndricas, primeramente se expondrá el caso de una pared plana, ya que la ciencia o mecanismo de transmisión es semejante. No debe olvidarse que el calor es un flujo de energía promovido por una diferencia o gradiente de temperaturas entre dos extremos. Por ende, la cantidad de calor puesto en juego es directamente proporcional a la diferencia de temperatura experimentada entre dos puntos. En la siguiente imagen puede observarse una pared o frentera que está siendo atravesada por un flujo de calor. El espesor de ésta es x y está construida por un material con capacidad de aislamiento λ. imagen 4.2. esquema flujo térmico perpendicular a frontera 48 Ilustración 4.5. datos de fabricante Atendiendo a la tabla 4.14, donde se recogen los diámetros normalizados según decreto, podemos fijarnos más concretamente en las tablas específicas aportadas por el fabricante. En este caso nos fijaremos en aquellas cuyo espesor sea igual a 40, 50 y 60 mm. Al mismo tiempo, determinaremos la longitud final necesaria para cada aislamiento. Debe tenerse en cuenta que el material viene en recubrimientos de 1.2 metros 49 Ilustración 4.6. datos de catálogo 50 Para entrar en las tablas del fabricante y poder trabajar con éstas tenemos que introducirnos por la parte izquierda de la misma, identificando el tipo de material, así como su diámetro. Con estos datos sacamos el código del artículo con el coste del mismo para los distintos casos y las diferentes soluciones. En la tabla siguiente se recoge el código del material, junto con el precio unitario de éste para las distintas conducciones. Tabla 4.15 tipo de aislamiento, código y coste sección Espesor según RITE IPS 680 Código artículo Precio €/ml HPS 035 Código artículo Precio €/ml m.l. caja 25 mm 40 mm 400352112LRNU 7,56 400352112LRAR 9,04 10,80 32 mm 40 mm 400422112LRNU 8,26 400422112LRAR 10,59 10,80 65 mm 40 mm 400762112LRNU 14,32 400762112LRAR 15,00 4,80 100 mm 40 mm 401142112LRNU 17,27 401142112LRAR 18,80 4,80 125 mm 60 mm 601402112LRNU 29,31 601402112LRAR 35,30 1,20 50 mm 501402112LRNU 23,18 501402112LRAR 26,15 1,20 40 mm 401402112LRNU 19,99 401402112LRAR 21,98 1,20 Teniendo en cuenta que los pedidos de material se realizan por unidades de cajas y no por metros lineales de aislamiento, debemos de realizar un cálculo, según los metros requeridos, de cajas a pedir, junto con el coste total asociado. En la siguiente tabla tenemos los cálculos mencionados, obteniendo finalmente el coste neto de las dos opciones planteadas. 51 Tabla 4.16. coste material interno de aislamiento (K-FLEX®, 2021)K-ROCK sección Espesor según RITE longitud requerida (m) m.l. caja cajas a comprar precio €/ml coste individual precio €/ml coste individual 25 mm 40 mm 780 10,8 72,2 73 7,56 5.960,30 € 9,04 7.127,14 € 32 mm 40 mm 35 10,8 3,2 4 8,26 356,83 € 10,59 457,49 € 65 mm 40 mm 15 4,8 3,1 4 14,32 274,94 € 15 288,00 € 100 mm 40 mm 60 4,8 12,5 13 17,27 1.077,65 € 18,8 1.173,12 € 125 mm 60 mm 100 1,2 83,3 84 29,31 2.954,45 € 35,3 3.558,24 € 50 mm 55 1,2 45,8 46 23,18 1.279,54 € 26,15 1.443,48 € 40 mm 75 1,2 62,5 63 19,99 1.511,24 € 21,98 1.661,69 € TOTAL IPS680 13.414,96 € TOTAL HPS035 15.709,15 € Una vez tenemos dimensionado la primera parte del aislamiento con dos tipos distintos de soluciones, vamos a determinar el coste de la segunda parte del aislamiento. Esta se trataba de la parte protectora y envolvente de la lana de mineral, que es la que verdaderamente realiza la tarea de asilamiento. Al igual que con la primera parte, nos dirigiremos al catálogo facilitado por un fabricante de referencia en el sector, y nos dispondremos a identificar, cuantificar y calcular la instalación necesaria. Como se trata de la parte dentro de la cual se encuentra la conducción junto con el aislamiento de lana, debemos de trabajar con el diámetro global que resulta de la suma entre conducción y aislamiento. Debe tenerse en cuenta que el aislamiento de lana envuelve por completo a la conducción, por lo que el diámetro de la carcasa es la suma de la conducción más dos veces el espesor de la lana. Estos valores quedan registrados en la tabla 5.14 52 El material que montaremos es aluminio al 98% de pureza, con espesores que van desde 0,6 a 0,8 mm. El material se encuentra rematado en sus extremos longitudinales y transversales con bordes a fin de facilitar su colocación. A continuación se muestran los costes del material según fabricante tanto para secciones longitudinales como para codos. imagen 4.7. datos de catálogo 53 Tabla 4.17. coste recubrimiento aislamiento Al margen de lo expuesto hasta el momento como coste asociado a materiales principales, existen una serie de materiales auxiliares de necesaria aplicación para la correcta instalación. Éstos son muy variables en cuanto a cantidad consumida y tipo. Por ello se opta por aproximar su gasto como el 4% del coste de los materiales de la solución propuesta. Como tenemos dos tipos de aislamientos planteados, haremos la media y se la sumaremos al coste del recubrimiento de aluminio, suma a la que le aplicaremos el porcentaje indicado para materiales auxiliares. K-FLEX® BLECH MT-CU Recubrimiento aluminio Sección total Longitud Total metros MT 500 TUBE Código Precio €/ml Coste individual 100 mm 780 850TP020014 39,01 30.427,8€ 110 mm 35 850TP020015 41,96 1.468,6€ 140 mm 15 850TP020018 51,59 773,85 € 170 mm 60 850TP020021 60,71 3.642,60 € 240 mm 100 850TP020028 96,45 9.645,00 € 220 mm 55 850TP020026 79,00 4.345,00 € 200 mm 75 850TP020024 72,75 5.456,25 € TOTAL 55.759,10€ Sección total Número de codos CU 501 CODO Código PRECIO €/UD. Coste individual 100 mm 28 850CV020559 44,82 1.254,96 € 110 mm 6 850CV020560 44,82 268,92 € 140 mm 2 850CV020563 49,16 98,32 € 170 mm 4 850CV020566 58,30 233,20 € 240 mm 8 850CV020573 79,00 632,00 € 220 mm 3 850CV020571 94,47 283,41 € 200 mm 5 850CV020569 79,00 395,00 € TOTAL 3.165,81 € TOTAL 58.924,91€ 54 Tabla 4.18. coste materiales auxiliares costes materiales hasta el momento aproximación coste auxiliares Coste estimado de materiales auxiliares 74.634,06 € 5% 3.731,70 € A continuación mostraremos una lista detallada de alguno de los mismos. Accesorios 1. Materiales de suportación • Pinchos. Elemento de naturaleza metálica que se suelda a la superficie a asilar y permite una sujeción mecánica. • Pernos. Elemento que se suelda o rosca a la superficie a islar. • Distanciadores. Se abrochan o apoyan a la superficie a islar para garantizar una distancia determinada en el aislamiento • Otros. Clips, cintas, flejes… 2. Materiales de fijación • Fijación de recubrimiento o Tornillos o Remaches o Flejes o Tuercas o Cierres desmontables • Fijación de aislamiento o Alambre o Cinta o Adhesivo 3. Otros • Materiales para rotura de puente térmico o Cintas trenzadas o Cartón aislante • Sellantes o Sellantes para material de aislamiento o Sellantes para material de recubrimiento • Recubrimientos internos o foils 55 4.1.2.7. montaje de instalación. Estudio económico. Para el montaje de la instalación, y más concretamente para la cuantificación del coste de mano de obra, vamos a emplear la resolución del 18 de noviembre de 2020, de la Dirección General de Trabajo, por la que se registra y publica el XXV Convenio colectivo de Mantenimiento y Montajes Industriales. En el documento mencionado se recogen los estándares en cuanto a salario y condiciones según convenio. imagen 4.8. salarios según convenio En la tabla siguiente se recogen los salarios brutos según categoría. En tablas auxiliares se reflejan los plus debido a turnicidad, horas extras, etc. En un primer lugar vamos a considerar que todos los trabajadores desarrollan una jornada normalizada. 56 En la tabla siguiente se recogen los costes por mano de obra Tabla 4.19. costes por mano de obra nº horas de trabajo coste bruto por hora coste por servicio categoría oficial/las 1ª 240 12,00 € 2.880,00 € oficial/las 2ª 240 11,00 € 2.640,00 € oficial/las 3ª 240 10,00 € 2.400,00 € especialista 120 13,00 € 1.560,00 € peón 360 9,00 € 3.240,00 € encargado/a 120 15,00 € 1.800,00 € ingenieros y técnicos 50 22,00 € 1.100,00 € TOTAL 15.620,00 € procentaje variable de contingencias 5% 781,00 € cuantía previa 16.401,00 € margen beneficio empresa instaladora 20% 3.280,20 € TOTAL SIN IVA 19.681,20 € 57 4.1.2.8. coste total de la instalación. A continuación, tenemos un presupuesto en el que se recogen todos los costes agrupados de la mejora que se quiere realizar en la instalación. La empresa ofertante es DIRO, S.A. Finalmente se ha optado por solicitar el presupuesto para el material K-FLEX® K-ROCK HPS 035. Se ha decidido implantar el material mencionado debido a la poca diferencia de precio que hay con respecto a la otra opción. la directriz de la empresa es implantar elemento de calidad en sus instalaciones, ya que el funcionamiento de la planta es continuo e ininterrumpido, amortizando rápidamente todas las posibles mejoras. 64 Tabla 4.22. estimación ahorro económico por hora energía ahorrada 5.470.000 Wh rendimiento de la caldera 90% energía total a aportar 6017000 Wh energía correspondiente a gas 40% 2406800 precio según MIBGAS 40€ MWh ahorro económico por combustible cada hora 92 €/h Aplicando un 80% de confianza a los cálculos realizados, a fin de ser realista en la estimación y no dejar mucho margen con la práctica medible que tendrá lugar cuando se finalice la instalación, diremos que el ahorro estimado será de 73 €/h. Considerando que la planta tiene paradas por contingencias, reparaciones, mantenimiento y fluctuaciones de demanda según mercado, diremos que la planta trabaja el 60% de las horas que tiene el año. Con ello nos queda lo siguiente. Tabla 4.23. estimación anual de ahorro % trabajo en el año 60% horas de trabajo en un año 5250 horas ahorro económico estimado 73 €/h ahorro anual de la solución 367.500 € % de reducción por fucnionamiento nominal de la planta 75% Total ahorro anual por combustible 275.000 € 65 4.1.2.11. Análisis de inversión. Para analizar la rentabilidad de la inversión o proyecto, estudiaremos la tasa interna de retorno TIR. Para ello también es preciso conocer el valor actual neto VAN, ya que ambos parámetros están vinculados mediante una fórmula matemática. Para determinar el van es preciso conocer los flujos de caja futuros que un proyecto podría generar. Para nuestro caso se trata de lo que ahorramos con la solución, o dicho de otro modo, lo que perdemos si no la realizamos. La fórmula para calcular el VAN es la siguiente. 𝑉𝐴𝑁 = −𝐴 + 𝑄1 (1 + 𝑘)+𝑄2 (1 + 𝑘)2+ ⋯ (𝑒𝑞4) siendo A el valor de la inversión a realizar. Q1, Q2… los flujos de cajas futuros K la tasa de descuento Para el caso de la TIR lo que se hace es sustituir la k por TIR y determinar el valor de ésta que hace que el VAN se iguale a cero. Como es obvio, la solución es mas que rentable, porque en el periodo de un año se ha conseguido ahorrar un importe equivalente al 166,66% de la inversión, es decir, no solo se ha recuperado el capital invertido en la solución, si no que se ha conseguido sumar a los beneficios el 66,66% del equivalente de la misma 66 4.2. Estudio cualitativo de una posible recirculación de emisiones de columna 4.2.1. Descripción técnica. 4.2.1.1. Objetivo. Plantear y analizar cualitativamente una posible solución en la optimización y reutilización de recursos. 4.2.1.2. Grado de aplicabilidad se estudiará en la corriente de vapores que emerge de la zona superior de la columna de desodorización 4.2.1.3. Influencia sobre el consumo energético. La posible aplicabilidad de la mejora que se plantea repercutiría en una reducción considerable en el vapor de aporte de la caldera a la columna de desodorización. 4.2.1.4. Limitaciones. c) Las asociadas a los principios físico-químicos que dictan la base del fenómeno d) Las relacionadas con la experimentación. Para ser precisos, e indagar en la viabilidad cuantitativa, habría que experimentar y crear un modelo que defina nuestro sistema. 4.2.2. introducción La idea del presente apartado es el estudio cualitativo de una posible mejora a implantar. 67 Se hablará de forma cualitativa en lugar de cuantitativa debido a la naturaleza físico-química del proceso, siendo preciso una experimentación para el diseño de un modelo que defina al sistema o proceso y poder con ello traducir en números los cambios que supone la mejora. Como la experimentación no es la base del proyecto que nos trae, describiremos brevemente la idea, invitando a indagar en ella a quien lo desee. 4.2.3. estado actual Como bien sabemos, por lo comentado hasta el momento, de la parte superior de la columna se emite una mezcla de componentes volátiles presentes en el crudo que han sido arrastrados por una corriente de vapor, quedándonos un torrente final compuesto por los componentes eliminados y el propio vapor extractor. En la siguiente imagen puede observarse lo descrito. De disponemos de dos corrientes que se cruzan en una misma dirección, paralelas entre sí, pero en sentidos opuestos, que tras superar multitud de equilibrios por su paso de los numerosos platos, obtenemos finalmente un producto final por la parte inferior, y una emisión por la superior. Siendo la emisión la base del apartado. imagen 4.9. esquema actual 68 El torrente emitido por la columna será considerado para el análisis como vapor sucio. Esto será así debido a que la composición mayoritaria del mismo es vapor. 4.2.4. planteamiento de la solución. A groso modo, el concepto de la mejora se basa en intentar recuperar la energía que tienen los vapores emitidos por la columna de desodorización. Para ello tenemos que entender que es aquello a lo que hemos llamado vapor sucio. Tenemos que tener en cuenta que se trata de un vapor que ha servido como elemento de arrastre, y que tras su cometido, sale por la parte superior de la unidad, perdiendo progresivamente su capacidad de arrastre a medida que asciende desde la parte inferior desde donde es inyectado. Tras finalizar su proceso, el vapor pierde calidad en el arrastre debido que se encuentra inmerso en una corriente junto con otros componentes de origen orgánicos. Si el vapor que sale por la parte superior fuese nuevamente introducido por la parte inferior para que repitiese el proceso, el rendimiento sería muy inferior a la primera pasada por lo comentado acerca de la pérdida de capacidad del vapor. No obstante, la intención es “limpiar” ese vapor sucio mediante un proceso de descompresión, eliminando una parte considerable de los componentes orgánicos, y recuperando la capacidad de arrastre del vapor semilimpio. Este proceso es viable para componentes orgánicos con una temperatura de ebullición mayor a la del agua. La finalidad es condensar los orgánicos en un equilibrio Líquido-Vapor, en el que el vapor se empobrecerá en componentes orgánicos, teniendo nuevamente capacidad para “arrastras” en otro nuevo ciclo. Para garantizar que el vapor no supera una concentración máxima de componentes orgánicos y que se mantienen unas condiciones de equilibrio entre economización y rendimiento técnico, purgaremos parte de éste en cada ciclo, 69 compensándolo con un aporte porcentual de vapor procedente directamente de la caldera. El vapor de purga, puede ser empleado como foco térmico donante de calor en posibles intercambiadores. Al mismo tiempo, los volátiles condensados siguen teniendo una elevada temperatura, la suficiente como para ser empleados como focos térmicos en intercambiadores de precalentamiento de agua. A la salida de los economizadores, y tras donar toda la energía térmica aprovechable, los volátiles condensados pueden ser tratados como subproductos debido a su alta concentración en componentes orgánicos. Técnicamente, y para ser finos en el estudio cuantitativo, deberíamos de conocer la composición y concentración exacta de los componentes orgánicos que deseamos arrastrar, a fin de determinar experimentalmente la curva de equilibrio líquido/vapor, y poder con ello fijar los parámetros de operación de la cámara de condensación. La cámara de condensación se compone básicamente de un compresor inicial, el cual imprime presión al vapor rico en componentes orgánicos haciéndolo condesar parcialmente dentro de una cámara interna de equilibrio. Primero condensaran los componentes de mayor punto de ebullición. De esta cámara se toman los condensados, sacándolos como tal de la unidad. Para el caso de la fase vapor, se hace pasar por una válvula de expansión para recuperar las condiciones iniciales de flujo. La cámara de condensación es considerada adiabática, ya que todo el proceso se lleva a cabo de forma isoterma. Esto es así para poder controlar las condensaciones de los componentes con las presiones del sistema, manteniendo la temperatura, parámetro esencial a conservar, constante en todo momento. En la siguiente imagen se observa una disposición de la idea comentada a cerca del reacondicionado del vapor de entrada en la caldera. 70 imagen 4.10. esquema propuesto 4.2.5. alcance Para el caso en el que tras estudiar lo planteado, la solución fuese viable, tendríamos una doble ventaja. Por un lado, tendríamos un ahorro en el vapor de aporte de la columna, punto crítico en el sistema energético en cuanto a demanda de vapor. Por pequeña que sea la parte aprovechable, supondremos un 25% del total, tendríamos salvado una cuarta parte del punto de mayor demanda de la planta. Por otro lado, y no independiente al primero si no lo contrario, respalda que por ínfima que sea la recuperación, la idea puede funcionar debido a todo el vapor de purga, contenido en la corriente de salida de la columna, y que hasta el momento se emitía al entorno, ahora está canalizado y siendo introducido en unos intercambiadores, aprovechando todo el calor para procesos de calentamiento previo. 71 4.3. Estudio de viabilidad de una instalación de energía solar térmica 4.3.1. Descripción técnica. 4.3.1.1. Objetivo. Estudiar la rentabilidad de una instalación de energía solar térmica que trabaje como fuente de calor de aporte al proceso. 4.3.1.2. Grado de aplicabilidad c) En el agua que es introducida en la caldera para la generación de vapor d) Empleo como foco térmico en partes puntuales del proceso. e) En la generación de ACS 4.3.1.3. Influencia sobre el consumo energético. La producción de calor mediante la irradiación solar, empleada en salvar diferencias de temperaturas tanto en la entrada de la caldera, así como en posibles puntos del proceso, se traduce en una reducción importante en el calor sensible a aportar, que en condiciones normales es generado mediante el consumo de combustibles. 4.3.1.4. Limitaciones. e) Las asociadas a las disponibilidades de espacio para la instalación, así como la capacidad portante de las estructuras para sostener los depósitos de acumulación. f) Las relacionadas con el coste de la solución. Técnico-económicas 72 4.3.2. introducción En el presente apartado lo que se pretende es estudiar la rentabilidad de una instalación de generación termo solar. Con ella, y de forma inicial, la intención es calentar agua que posteriormente será mezclada con el caudal de entrada a la caldera. Realizaremos un estudio para lo descrito, teniendo siempre presente tanto las solicitudes de la planta como las limitaciones de la generación termo solar. No debe olvidarse que la planta, salvo paradas programadas, trabaja 24 horas todos los días del año, demandando una cantidad constante e ininterrumpida de vapor. Del mismo modo, no podemos ignorar que la generación de energía solar térmica es fluctuante y estrictamente condicionada al generador principal de la misma, el sol. Por ello, a pesar de lo atractivo que pueda resultar la idea de eliminar o sustituir la caldera con su respectivo consumo de combustible, por una instalación de energía térmica solar, no podemos perder la perspectiva de las limitaciones de la solución. La solución que se pretende pasa por buscar el equilibrio en entre unas condiciones de servicio adecuadas a la actividad, y la fusión o armonización entre las fuentes generadoras de energía. 4.3.3. consideraciones de la intensidad solar y características según la zona. Como ya se ha explicado en apartados anteriores, la localización de la factoría tiene lugar en la provincia de Sevilla, más concretamente en la Carretera Rinconada-Brenes, KM 11,700. Atendiendo al emplazamiento de ésta, describiremos las características climatológicas del medio. Nos es preciso conocer la zona de viento. Para ello nos dirigimos al CTE y observamos que para localización indicada, el viento es tipo A. 73 Del mismo modo, podemos sacar que el terreno es del tipo IV. La instalación se llevará a cabo en la cubierta de las naves de l complejo, aprovechando el área de las mismas debido a su número y tamaño, como el echo de su inclinación, factor importante en la incisión de los rayos solares. Del mismo modo, es una solución buena debido a que al encontrarse en las zonas superiores o cumbres de la factoría, no existen elementos que priven o interfieran entre la recepción de los rayos y el sol. En la imagen siguiente se observa las características y parámetros necesarios para el diseño de la instalación. En ella se recogen tanto características del medio, como específicas de la cubierta. imagen 4.11. características para la instalación 80 81 82 83 84 85 4.3.6. Presupuesto por bloque 86 4.3.7. oferta según tamaño de instalación 87 4.3.8. Magnitud de la instalación En el apartado presupuesto por bloques, tenemos un documento en el que se define el precio total de la instalación y puesta en marcha de la misma para un bloque de paneles con área total 90,78 m2 y potencia de 16,2 KW. Como la empresa dispone de una gran superficie para la instalación de paneles, al igual que de un capital de inversión denso, vamos a estudiar el caso en el que decidimos montar el número máximo de paneles según la oferta, siendo este de 22 paquetes de paneles, con un área total de aproximadamente 2.000 m2 y 372 KW/h. El coste total de la misma con impuestos incluidos es de 256.423,86€. Considerando que el valor aportado por la empresa instaladora es una estimación media de la zona donde se emplaza la planta, y que se le considera un margen de error equivalente al 95%, diremos que la energía aportada diariamente al agua de precalentamiento es igual a 8.55MW. 4.3.9. Balance de la propuesta En este apartado vamos a traducir o transformar los datos de energía en cantidades monetarias. Si tenemos en cuenta que el rendimiento de la caldera que se propuso era del 85%, la energía que tendría que aportar el combustible para equiparar la generada por los paneles sería de 9,84 MW/día. Según el mercado Ibérico del gas (MIBGAS), el precio medio de la energía según el ejercicio del año anterior es de 40€ MWh para el caso de del GNL. Este mismo valor fue empleado en el estudio de aislamientos. Si nuestra instalación nos aporta una media de 0,416 MW/h, multiplicado por los 40€MW/h del gas nos queda un ahorro de 16,68€/h. 88 Considerando que la planta tiene paradas por contingencias, reparaciones, mantenimiento y fluctuaciones de demanda según mercado, diremos que la planta trabaja el 60% de las horas que tiene el año. Con ello nos queda lo siguiente Tabla 4.24. estimación ahorro económica anual % trabajo en el año 60% horas de trabajo en un año 5250 horas ahorro económico estimado 16,68 €/h ahorro anual de la solución 87.675€ % de reducción por fucnionamiento nominal de la planta 95% Total ahorro anual por combustible 83.291,25€ 4.3.10. Análisis de inversión. En este caso no vamos a entrar en el estudio de los valores del TIR y VAN ya que la inversión es solo 3,05 veces más grande de lo que se recupera por año. Esta solución no están drástica en cuento a rendimiento como la del aislamiento, pero es una solución muy buena debido a que en un periodo de 3 años se ha recurado el capital invertido, quedando libre el resto de ahorro por combustible una vez pasado este periodo. 89 5. ANÁLISIS DE LAS MEJORAS Y CONCLUSIÓN 5.1. Introducción Como se ha observado en el apartado 4, propuestas de moras, salvo para el caso del análisis cualitativo, las soluciones planteadas son viables económicamente. Debe tenerse en cuenta que las soluciones dadas a pesar de ser producto de cálculos matemáticos, se encuentran sujetas a una serie de variables de naturaleza estocásticas y que precisan de aproximaciones orientativas. Las soluciones obtenidas pueden sufrir alteraciones. No obstante, los valores estimados son muy positivos y presentan un ancho margen de amortiguamiento, dejando cabida a posibles oscilaciones sin perder rentabilidad en la solución. Debe tenerse en cuenta que, entre las variables cambiantes, la de mayor influencia en la solución es el precio del combustible. Entre las otras que también intervienen, pero en menor medida puede encontrarse la humedad y calidad del combustible biomasa, la calidad del crudo a procesar, variaciones no esperadas en las temperaturas, o la agilidad en la maniobrabilidad de los operarios. 5.2. Evolución del precio del combustible gaseoso. Debido a que es el factor de mayor relevancia en la mejora, y que la finalidad de ésta es reducir la cantidad empleada del mismo, junto con la influencia que presenta en la actualidad en el panorama político-económico, era necesario la dedicación de unas líneas en relación con éste. Debe tenerse en cuenta que la variable de mayor exponente en nuestra función es un recurso regido por un mercado complejo y especulativo, producto de una maraña de intereses interterritoriales, políticos, económicos y demás afines. El precio que presenta es caprichoso e impredecible, con oscilaciones bruscas en cortos periodos de tiempo. 96 Ilustración Anexo I.6 Una vez concluida la decoloración o blanqueo toca el proceso de desodorización. A continuación, observamos el esquema que nos proporciona el sistema junto con los lazos y equipos de control. Ilustración Anexo I. 97 2. Oliva Al igual que en el aparado 1. Semillas, del presente anexo, dispondremos de una batería de imágenes que se corresponden con las facilitadas por el sistema de control instalado en la plata. La primera imagen corresponde a un cuadro de control generalizado en el que se presentan todas las operaciones esenciales junto con sus condiciones de operación. Si observamos podemos ver cuales son los intervalos de temperatura a los cuales trabaja cada unidad, así como las presiones de estas o los caudales másicos que procesan. Ilustración Anexo I.8 La segunda imagen corresponde al proceso de neutralización. Si nos situamos a la entrada de aceite crudo, podemos seguir el recorrido, pasando por tanque pulmón y mezclándose posteriormente con los reactivos antes de entrar en la batidora. los componentes restantes representan intercambiadores de calor que incrementan la temperatura antes de entraren la próxima unidad de procesado. En el extremo derecho se dispone el tanque de fondos. Si seguimos el recorrido de flujo podremos leer la temperatura, presión y cantidad de volumen procesado. 98 Ilustración Anexo I.9 Cuando salimos de la unidad de neutralizado nos encontramos con la de lavado, apareciendo la disposición siguiente. Ilustración Anexo I.10 99 Cuando ya disponemos de un aceite neutro y lavado nos fijamos en la decoloración de éste. La imagen siguiente representa el proceso de mezclado de tierras y aceite, junto con el de agitación y adsorción en el tanque. Nuevamente podemos leer las condiciones de operación. Ilustración Anexo I.11 Como bien nos indica la flecha a la diestra de la representación, la unidad que sigue es la de filtrado. Si hiciésemos clic en ella, la imagen que nos saldrá sería la siguiente. Ilustración Anexo I.12 100 Finalmente, y para concluir las unidades fundamentales del proceso, nos queda la desodorización. La imagen que nos ofrece la pantalla de control del programa para la unidad es densa en contenido, pero hay que tener en cuenta que la unidad en si misma es compleja. La columna presenta multitud de entradas de alimentación que dependerán de la calidad del crudo. en función de las características de la alimentación, entraremos por un plato u otro. La imagen que le sigue es un complemento de la primera, mostrándose el proceso de condensación de vapores. Ilustración Anexo I.13 101 ANEXO II Alternativas de reutilización para los residuos. Hasta el momento, los productos que describiremos a continuación eran productos de desecho que había que gestionar como residuos, con sus respectivos tratamientos y coste asociado a su destrucción o eliminación. El enfoque en la reutilización o conversión de productos residuales ha conseguido exprimir el potencial de las materias, transformando residuos en productos secundarios con cierto valor añadido. La finalidad del ANEXO II, al margen de la directriz principal del trabajo, es la de mencionar de forma superficial una nueva rama del proceso, enfocada y basada en la reutilización de recursos que no tienen interés directo para el proceso. Son materias reutilizadas en otras industrias a fin de reducir el consumo global de materias primas vírgenes. El proceso consiste en el análisis de la materia residual, identificación de los componentes junto con las capacidades y limitaciones de estos, y una posterior reinvención creativa que los ubique en un nuevo medio como materia prima alternativa. En la industria que estamos estudiando existen dos grupos de residuos, los residuos líquidos y los residuos sólidos. Para su análisis los trataremos en el apartado 1 y 2 respectivamente. 1. Residuos líquidos. Son residuos o efluentes en estado líquido cargados de contaminantes orgánicos que afectan a la integridad y habitabilidad de las aguas receptoras. Los principales alteradores del medio o contaminantes son las grasas o aceites, sólidos suspendidos, ceras y jabones entre otros, afectando a la DQO y DBO junto a la conductividad del agua. Los efluentes líquidos son tratados por una estación depuradora localizada en la planta, reduciendo la concentración de contaminantes a valores aceptados por la normativa. De la planta depuradora surge un nuevo residuo, el fango. Como el fango de la depuradora proviene exclusivamente de la refinería, podemos emplear un tratamiento alternativo de desdoblamiento. Este consiste en reducir considerablemente el pH del fango e imprimirle calor mediante vapor. En las condiciones de acidez y temperatura marcadas se segregan tres fases, aceite, agua y borras. El aceite es redirigido al tanque de crudo inicial, el agua 102 recirculada a la depuradora, y la fase borras como residuo con nuevas posibilidades. Este nuevo residuo será tratado en el apartado 2. 2. Residuos sólidos La familia de residuos sólidos está compuesta por los propios residuos que se añaden y retiran en estado sólido, por los que cambian de fase en el proceso de refinado, los sólidos que estaban en suspensión con el crudo, y los generados en la depuradora como final del procesado para residuos líquidos. Las tierras de blanqueo suponen una parte importante del conjunto de residuos sólidos. La estima de uso ponderado corresponde entre 1 y 1,5% en volumen del aceite procesado. Como las tierras son empleadas para la decoloración y por tanto se encuentran en contacto directo con el aceite, presentan una gran cantidad de aceite adherido a éstas, concretamente entre un 30y un 50% de la tierra evacuada. Debido a la alta cantidad de aceite, las tierras son tratadas con solvente a fin de recuperar el exceso de materia perdida. Una vez las tierras están desprovistas de aceite, pueden ser empleadas como recursos alternativos. Un ejemplo es su empleo para pienso animal con un contenido máximo del 2% en masa según normativa. Otra de las alternativas que presenta este residuo es su uso como relleno de caminos. Al margen de lo comentado, existen numerosas materias que son tratadas como residuos, pudiendo tener un tratamiento alternativo para potenciar el valor residual que presentan. Entre éstas podemos encontrarnos los lechos de los filtros de placas, el borras procedente de las depuradoras, o las ceras y pastas procedentes de la refinería. 103 8. REFERENCIA Y BIBLIOGRAFÍAS CONSULTADAS absolicon. (2022). soluciones absolicon. Obtenido de https://www.absolicon.com/es/energiasolar-termica/vapor-solar/ BOE, M. D. (2007). Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Obtenido de https://www.boe.es/buscar/pdf/2007/BOE-A-2007-15820-consolidado Energética, D. I. (2019). Mejora de aislamento en redes. Universidad de Sevilla. ESDEC. (Diciembre de 2021). calculadora de instalaciones. Obtenido de https://calculator.eu.esdec.com/ K-FLEX®. (2021). catálogo de productos K-FLEX® . Obtenido de https://kflex.com/es/products/eef/k-flex-st Química, d. d. (2018). Adsorción e intercambio iónico. Universidad de Sevilla. SA, S. E. (13 de julio de 2021). Datos técnicos específicos. (F. D. Haro, Entrevistador) SA., S. E. (21 de Junio de 2021). Funcionamiento genérico refinería de crudo vegetal . datos genéricos. (F. D. Haro, Entrevistador) Usseglio, M. C. (16 de agosto de 2021). fisica de aceites vegetales en columnas de relleno. modelo avanzado de refinación. La Plata.