Balance de Energía

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA EN ENERGIA

AUTORES:

Bach. NUÑUVERO YZQUIERDO, Alexander Ivan

Bach. DIAZ VALLADARES, Edgardo Daniel

ASESOR:

Ing. GUEVARA CHINCHAYAN, Robert

NUEVO CHIMBOTE - PERÚ

2011

“EVALUACIÓN DEL CAMBIO TECNOLÓGICO DE LOS

SECADORES DIRECTOS POR SECADORES A VAPOR

CON APROVECHAMIENTO DE VAHOS EN UNA PLANTA

EVAPORADORA DE PELÍCULA DESCENDENTE”

DEDICATORIA

(IVAN NUÑUVERO)

A ti Dios, por brindarme la voluntad y determinación

necesaria para cumplir mis objetivos,

por ser el guía de mis pasos y mi sabio consejero

y por permitirme vivir este momento que significa tanto para mi.

A mis queridos padres, por su cariño y apoyo incondicional,

que con sus consejos y disciplina formaron mi carácter,

permitiéndome seguir adelante, y siempre

aspirando a ser una mejor persona y un gran profesional.

DEDICATORIA

(EDGARDO DIAZ)

A mis padres, porque creyeron en mí y porque me sacaron adelante, dándome

ejemplos dignos de superación y entrega, porque en gran parte gracias a ustedes, hoy

puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron impulsándome en los

momentos más difíciles de mi carrera, y porque el orgullo que sienten por mí, fue lo que

me hizo ir hasta el final. Va por ustedes, por lo que valen, porque admiro su fortaleza y

por lo que han hecho de mí.

4

ÍNDICE

INDICE 4

RESUMEN 6

CAPÍTULO I: INTRODUCCION 10

1.1. Realidad Problemática 11

1.2. Lugar donde se realizara el proyecto 12

1.3. Denominación del Proyecto 12

1.4. Enunciado del Problema 12

1.5. Hipótesis 12

1.6. Justificación 13

1.7. Importancia 13

1.8. Objetivos 14

CAPÍTULO II: DESCRIPCION DE LA EMPRESA 15

2.1. Generalidades 16

2.2. Características de los Productos que se

Elabora y proyectados 17

2.3. Materia Prima 18

2.4. Estadísticas de Recepción de pesca y

Producción de harina y aceite de pescado 19

2.5. Principal Agente Energético en el

Proceso Productivo 19

2.6. Descripción del Proceso productivo 20

5

CAPITULO III: MARCO TEÓRICO 26

3.1. Fundamento de Balance de Materia y Energía 27

3.2. Secadores 30

3.3. Evaporadores 46

3.4. Indicadores 59

3.5. Evaluación Económica 60

3.6. Normatividad Ambiental 64

CAPITULO IV: MATERIALES Y METODOS 65

4.1. Materiales y Equipos 66

4.2. Método de Investigación 67

CAPITULO V: CALCULOS, DISCUSIONES Y RESULTADOS 93

5.1. Análisis Energético de los Equipos actuales

de secado y evaporación. 94

5.2. Análisis Energético de los equipos proyectado

para el Cambio Tecnológico de Secado y Evaporación 102

5.3. Elaboración de Indicadores 108

5.4. Benchmarking 113

5.5. Análisis Económico 117

5.6. Análisis Ambiental 123

5.7. Discusiones 124

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 132

CONCLUSIONES 133

RECOMENDACIONES 135

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 136

ANEXOS

6

RESUMEN

El presente informe de tesis, se enmarca en la Evaluación del Cambio de

tecnologías convencionales por tecnologías innovadoras de secado y evaporación,

con el aprovechamiento de las energías residuales de los vahos de Secado, en una

Planta Evaporadora de película descendente Tipo WHE.

La evaluación del Cambio Tecnológico, se realizo en el Establecimiento Industrial

Pesquero, cuya Razón Social es VLACAR SAC, dedicado a la elaboración de Harina y

Aceite de Pescado, con Capacidad de Licencia de 180 Tm/h, ubicada en la Av. Los

Pescadores Nº 1200, en la Zona Industrial del Gran Trapecio, 27 de Octubre,

Distrito de Chimbote, Provincia del Santa, Departamento de Ancash.

Para ello se reemplazo dos (02) Secadores a Fuego Directo por dos (02) Secadores

Rotatubos a Vapor, además se adquirió adicionalmente dos (02) Calderos

Pirotubulares y una (01) Planta Evaporadora de Película Descendente Tipo WHE.

Tomándose para el Estudio de la Evaluación Tecnológica, una capacidad de 90

Tm/h.

Siendo el objetivo principal del Informe de Tesis, en Determinar si existe

mejoramiento de los Indicadores Energéticos, Económicos y Ambientales, para la

realización del Cambio Tecnológico.

7

Se aplico el método Experimental, considerando los datos existentes, estudios y

cálculos previos para los equipos de secado y evaporación, como también la

disponibilidad de instrumentos de medición de la empresa.

Se realizaron balances de materia y energía a los sistemas de secado y

Evaporación, determinándose: Para el Sistema Actual se obtuvo una eficiencia de

72,96% para los Secadores a Fuego Directo y una Economía de Planta de 2,92 kg

de vahos/kg de vapor, para la planta evaporadora de película descendente Tipo

SHE. Para el sistema con Cambio Tecnológico se obtuvo una eficiencia de 88,61%

para los Secadores Rotatubos, y una economía de planta de 1,95 kg de vahos/kg

de vahos de secado, para la Planta Evaporadora de película descendente Tipo

WHE. Además se determino que los vahos de secado, eran suficientes para el

abastecimiento de la Planta Evaporadora Tipo WHE.

Posteriormente para la Evaluación del Cambio Tecnológico, se realizo el

Benchmarking entre los indicadores Energéticos, Económicos, ambientales,

calidad y comercial, como también una Evaluación económica para determinar la

rentabilidad económica del proyecto y una Evaluación ambiental para determinar

el cumplimiento con la Normativa Vigente.

8

ABSTRACT

This report thesis is part of the technology Change Assessment conventional

technologies of drying and evaporation, the energy use of residual vapors drying in

a falling film evaporator plant WHE type

Evaluation of Technological Change, was held at the Fisheries Industrial

Establishment, whose Name is VLACAR SAC, dedicated to the production of fish

meal and oil, with capacity of 180 t/h License, located on Avenue Fishermen No.

1200, in the industrial area of Greater Trapeze, October 27, Chimbote District,

Province of Santa, Department Ancash.

This will replace two (02) dryer on high heat for two (02) Dryers Steam Tube Rota

also was acquired two additional (02) Shell boilers and one (01) Plant type falling

film evaporator WHE. Taking for the Study of Technology Assessment, a capacity

of 90 t/h.

As the main objective of the thesis report, determine if there is improvement in

the energy, Economic and Environmental indicators, for the realization of

technological change.

Experimental method was applied, considering the existing data, studies and

previous calculations for evaporation and drying equipment, as well as the

availability of measuring instruments of the company.

9

Were made of matter and energy balances for the drying and evaporation

systems, determining, for the current system had an efficiency of 72,96% for the

dryer on high heat and Plant Economics of 2,92 kg of steam / kg steam for the

plant type falling film evaporator SHE. For the system with technological change

had an efficiency of 88,61% for Rota tubes Dryers, and an economy of plant 1,95

kg of steam / kg of steam drying plant for the type falling film evaporator WHE. In

addition it was determined that the vapor drying were sufficient to supply the

type WHE Evaporating Plant.

Then for the Evaluation of Technological Change, was made between indicators

Benchmarking energy, economic, environmental, quality and commercial as well

as an economic evaluation to determine the economic viability of the project and

an environmental assessment to determine compliance with current regulations.

10

CAPITULO I

INTRODUCCION

11

1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA

Chimbote, después de haber sido una ciudad completamente limpia y turística, en

donde muchas personas de diferentes lugares de nuestra patria, así como a

turistas extranjeros, venían a disfrutar de un hermoso paisaje y refrescante brisa

del mar, después de un corto tiempo se ha convertido en una zona muy

contaminada, debido a las emisiones gaseosas y material particulado que emanan

las fabricas pesqueras. Lo que ha conllevado que la sociedad en forma conjunta,

se ponga en pie y proteste ante la contaminación provocada por la industria

pesquera. Solicitando erradicación o mitigación de los gases emanados por las

plantas para a si disfrutar de un ambiente limpio y saludable que vaya de acorde

con el trabajo y la calidad de vida de la población.

Motivo por el cual después de múltiples presiones de la población, los

organismos no gubernamentales (ONG) y los municipios, el estado se ve obligado

a promulgar leyes para la preservación y conservación del medio ambiente. Por lo

que el estado emitió leyes importantes, para la mitigación de emisiones nocivas

al medio ambiente provenientes de las plantas pesqueras. Siendo estas leyes el

fundamento principal para la realización del presente Informe de Tesis. Se

enuncia las siguientes leyes:

Resolución Ministerial N° 621-2008-PRODUCE. Los titulares de las plantas de

harina y aceite de pescado y de harina residual de pescado están obligados a

realizar la innovación tecnológica para mitigar sus emisiones al medio ambiente.

R.M. N° 242-2009-PRODUCE.- Se modifica la Resolución Ministerial Nº 621-2008-

PRODUCE, que trata sobre la innovación del sistema de secado, por sistemas de

secado a vapor indirecto, secado con recirculación de gases calientes, sistemas de

secado de material particulado (finos de harina) u otros, siempre que sus

emisiones estén en los rangos aprobados por el Decreto Supremo Nº 011-2009-

MINAM.

12

Decreto Supremo Nº 011-2009-MINAM.- Aprueban Límites Máximos Permisibles

para las emisiones de la Industria de Harina y Aceite de Pescado y Harina de

Residuos Hidrobiológicos.

1.2. LUGAR DONDE SE REALIZARA EL PROYECTO

La Planta de Harina y extracción de Aceite de Pescado, cuya razón social es

VLACAR S.A.C., se encuentra ubicado en la Av. Los Pescadores Nº 1200, en la Zona

Industrial del Gran Trapecio, 27 de Octubre.

Distrito: Chimbote

Provincia: Santa

Departamento: Ancash

1.3. DENOMINACION DEL PROYECTO

“Evaluación del Cambio Tecnológico de los Secadores Directos por Secadores a

Vapor con Aprovechamiento de Vahos en una Planta Evaporadora de Película

Descendente”

1.4. ENUNCIADO DEL PROBLEMA

¿En que forma el Aprovechamiento de los Vahos, del Proceso de Secado en una

Planta Evaporadora de Película descendente, generado por el cambio

tecnológico de Secadores de Fuego Directo a Secadores Indirectos a Vapor,

mejora los Indicadores Energéticos, Económicos y Ambientales en la Empresa

Pesquera VLACAR S.A.C?

1.5. HIPOTESIS

En la medida de que se aprovecha los vahos del proceso de secado en una

Planta Evaporadora de Película Descendente generado por el cambio

tecnológico de Secadores de Fuego Directo a Secadores Indirectos a Vapor,

permite un mejoramiento de los Indicadores Energéticos en 5%, mejoramiento

de los Indicadores Económicos en 15% y mejoramiento de los Indicadores de la

calidad Ambiental en 85%, en la Empresa Pesquera VLACAR S.A.C.

13

1.6. JUSTIFICACION

El presente trabajo de investigación, pretende dar a conocer las ventajas

Energético, económico y ambiental, de la sustitución del sistema de secado

convencional es decir secado a fuego directo, causante del deterioro de la

calidad del aire de la ciudad de Chimbote por Emisiones de material Particulado

y sulfuros de hidrogeno, reemplazándose por el sistema de secado a vapor con

aprovechamiento de vahos en una planta de agua de cola de película

descendente, lo que implicaría en la conservación de los recursos energéticos,

ahorro económico y cumplimiento con la normatividad ambiental vigente.

1.7. IMPORTANCIA

Esta investigación es importante porque, para los investigadores al margen de

complementar y desarrollar los conocimientos adquiridos; se apoya a promover

e incentivar el desarrollo de la infraestructura afiliado a la actividad pesquera de

nuestra ciudad, incorporando progresivamente una propuesta alternativa para

dar solución a los problemas ambientales en la ciudad y en todo el litoral

peruano; cuyos beneficiarios directos con esta investigación es la población en

general, prioritariamente la población que vive en las zonas aledañas a las

fabricas y que gusta disfrutar de un buen ambiente mejorando a si su salud y

porque no decir su calidad de vida.

Para la empresa es de suma importancia porque mejora la calidad del producto,

reemplazándose la harina convencional FAQ por harina PRIME, generando

mayores ingresos económicos.

La solución a este problema es de suma importancia dado que se hace un uso

más eficiente de la energía optimizando el sistema reduciéndolo el consumo de

combustible y disminuyendo los costos de producción de harina y por ende

disminuyendo la contaminación ambiental producto de la eliminación de gases.

14

1.8. OBJETIVOS DEL PROYECTO

1.8.1. GENERAL:

Evaluar los efectos originados por el Cambio Tecnológico de los Secadores

Directos por Secadores a Vapor con Aprovechamiento de sus Vahos en una

Planta Evaporadora de Película Descendente.

1.8.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Realizar un balance de materia y energía a los equipos térmicos actuales.

Realizar un balance de materia y energía a los equipos térmicos a

implementarse.

Determinar si el flujo másico de vahos generados en los secadores indirectos,

es capaz de abastecer a la Planta Evaporadora de película descendente.

Evaluar los efectos del cambio tecnológico, ahorro energético y económico, del

uso de secadores directos por secadores indirectos con aprovechamiento de

vahos en una planta de agua de cola de película descendente.

Realizar un Benchmarking entre los indicadores Energéticos del sistema actual y

del sistema con Cambio Tecnológico.

Realizar un Benchmarking entre los indicadores Económicos del sistema actual

y del sistema con Cambio Tecnológico.

Realizar un Benchmarking entre los indicadores Ambientales del sistema actual

y del sistema con Cambio Tecnológico.

Determinar el Indicador de Ingreso Bruto Económico del Proyecto.

Realizar una evaluación económica del cambio tecnológico de secadores

directos por secadores indirectos con aprovechamiento los vahos de secado, en

una planta de agua de cola de película descendente.

Realizar una evaluación Ambiental del cambio tecnológico de secadores

directos por secadores indirectos con aprovechamiento los vahos de secado, en

una planta de agua de cola de película descendente.

15

CAPITULO II

DESCRIPCION

DE LA

EMPRESA

16

2.1. GENERALIDADES

VLACAR SAC., desarrolla la actividad de extracción y transformación de

recursos hidrobiológicos, específicamente en la producción de harina de

pescado con una capacidad de 180TM/h, provista con equipos para producir

harina, Tipo FAQ (Fair Average Quality – Calidad Promedio Regular) y Aceite de

Pescado.

2.1.1. Ubicación

La Planta de Harina y extracción de Aceite de Pescado VLACAR S.A.C., se

encuentra ubicado en la Av. Los Pescadores Nº 1200, en la Zona Industrial del

Gran Trapecio, 27 de Octubre.

Distrito: Chimbote

Provincia: Santa

Departamento: Ancash

2.1.2. Oficina Central

- Dirección : Calle Vesalio N° 343 San Borja - Lima

- Teléfono : 012256445

- FAX : 012256445

- Email : [email protected]

17

2.2. CARACTERISTICAS DE LOS PRODUCTOS QUE SE ELABORA Y PROYECTADOS

2.2.1. HARINA DE PESCADO FAQ Y PRIME

CUADRO N°01:

CALIDAD FÍSICO – QUÍMICO DE LA HARINA DE PESCADO TIPO FAQ Y

PRIME

Fuente: Oficina de Aseguramiento de la Calidad VLACAR S.A.C.

2.2.2. ACEITE DE PESCADO (ACEITE CRUDO DE PESCADO)

CUADRO N°02:

CALIDAD FÍSICO – QUÍMICO DEL ACEITE DE PESCADO

Características Físicas

Densidad 0,92 g /ml

Color Amarillo

Olor Característico a Pescado

Características Químicas

Acidez FFA 3,00 % Máximo

Humedad 1,00 % Máximo


ComponenteCalidad

Estándaro FAQ

Prime

Proteína, mínimo (%) 61,00 67,00

Humedad, máximo (%) 8,00 8,00

Grasa, máximo (%) 9,00 12,00

Cenizas, máximo (%) 16,00 0,00

Sal y arena, máximo (%) 3,00 3,50

Antioxidante mínimo (ppm) 150,00 150,00

TVNN, máximo (mg/100gr) 160 mg/100 gr 160 mg/100 gr

Histamina máximo (ppm) 100,00 100,00

18

2.3. MATERIA PRIMA

Las especies utilizadas como materias primas para la producción de harina son la

Anchoveta (Engraulis ringens) y Samasa (Anchoa nasus), y la tecnología aplicada

implica alcanzar altos rendimientos para lograr la máxima utilización del

recurso.

Las zonas de pesca o caladeros se encuentran relativamente cerca, lo cual no

produce agua de bombeo con elevada carga orgánica, la misma que se genera

con pescas mas añejas, proveniente de zonas de pesca con mas de 8 horas de

distancia.

En el cuadro Nº 03 se muestran las distancias en horas de travesía desde las

zonas de pesca.

CUADRO Nº 03:

ZONAS DE PESCA Y ESPECIES

ZONAS DE PESCA ESPECIES

NombreDist.(hrs)

Anchoveta Samasa Jurel Caballa Otros

Frente a Chimbote 2,50 x x -.- -.- -.-

Frente a Samanco 2,50 x x -.- -.- -.-

Frente a Cola delSanta

3,00 x x -.- -.- -.-

Frente a Chao 6,00 x x -.- -.- -.-

Frente Casma 6,00 x x -.- -.- -.-

Fuente: Elaborada por la propia empresa

A continuación se presenta la composición de la materia prima; principalmente

anchoveta:

CUADRO N°04:

ANÁLISIS PROXIMAL DE LA ANCHOVETA

COMPONENTE PROMEDIO (%)

Humedad 70,80

Grasa 8,20

Proteína 19,10

Sales Minerales 1,20

Calorías 0,70


19

2.4. ESTADÍSTICAS DE RECEPCIÓN DE PESCA Y PRODUCCIÓN DE HARINA Y ACEITE

DE PESCADO

A continuación en el Cuadro Nº 05, se muestra las estadísticas de recepción de

materia prima y los productos harina FAQ y aceite de pescado, de Planta

Chimbote correspondiente a los últimos seis (08) años(2002 – 2009).

CUADRO Nº 05

RECEPCIÓN DE PESCA, PRODUCCIÓN DE HARINA Y ACEITE DE PESCADO

AÑO MATERIA PRIMARECIBIDA (Tm)

HARINA FAQ(Tm)

ACEITE CRUDO(Tm)

2002 59349,60 13875,60 1279,80

2003 58787,60 13216,30 2257,20

2004 78598,80 17779,30 3092,10

2005 66668,50 15320,10 1672,30

2006 63970,30 14447,30 1804,30

2007 66093,30 15460,80 2056,20

200865090,40

15217,77 1403,59

200959000,70

13794,03 1272,28

Fuente: Elaborada por la propia empresa.

2.5. PRINCIPAL AGENTE ENERGÉTICO EN EL PROCESO PRODUCTIVO

2.5.1. Combustible

Para este tipo de industria, los combustibles utilizados son el petróleo residual

R-500, para sus calderos, secadores a fuego directo y otros trabajos dentro de

la empresa.

El suministro de combustible lo realiza la empresa petróleos del Perú, el mismo

que es transportado desde el terminal de la ciudad de Chimbote por medio de

tanques transportados en camiones.

20

2.6. DESCRIPCION DEL PROCESO PRODUCTIVO

a. Descarga y Recepción de materia prima

La descarga de pescado se realiza a través de una chata (plataforma flotante)

que se ubica aproximadamente a 900m. de planta, en ésta están instalados los

sistemas de bombeo con una capacidad de bombeo de 250 Tm/h nominal, las

cuales se encargan de absorber y transportar la materia prima de las bodegas

de las embarcaciones hacia la Planta, por medio de tuberías submarinas (de 18”

de diámetro), la relación de agua/pescado es aprox. 2:1.y 0,7:1. El pescado es

recepcionado en un sistema integrado por un desaguador Estático y un

transportador de malla, para poder separar la mayor cantidad de agua de

bombeo y así alimentar las tolvas de pesaje. El agua utilizada en el bombeo se

deriva hacia el sistema de recuperación primaria y secundaria de sólidos y

aceite.

b. Almacenamiento de materia prima:

Una vez pesada la materia prima es almacenada en 04 pozas de concreto

armado de forma cuadrada y fondo con pendiente, y dos tipo cilíndricos

metálicos, lo que posibilita una correcta alimentación hacia los tolvines de las

cocinas. El periodo máximo de almacenamiento es de 12 horas. La alimentación

de la materia es por gravedad hacia el transportador helicoidal que alimenta al

elevador de paletas (rastra) llevando la materia prima hacia el tolvin y luego a la

cocina. Además en este almacenamiento se drena sanguaza que será tratada

en paralelo con la materia prima.

c. Cocinado

El tolvin de alimentación de control automático alimenta de materia prima a los

cocinadores.

La cocción se realiza en dichos cocinadores con calefacción mixta de vapor, a

utilizarse según las condiciones del pescado; el rango de temperatura es de 90

a 105ºC.

21

d. Drenado

Antes de esta operación se realiza un drenado, la masa de pescado cocinado

presenta más del 75 % en forma líquida (agua más aceite), esto se realiza a

través de pre strainners los cuales constan de tambores rotativos para el

drenaje de agua y aceite que permiten que se realice el prensado, eliminando

la parte liquida a través de mallas perforadas de acero. El objetivo es obtener un

keke con la menor cantidad de agua y aceite.

e. Prensado

El pescado cocinado, procedente de los prestrainers, es llevado hacia las

prensas de doble tornillo donde se extrae el líquido el cual se une a los líquidos

de los prestrainers para ser bombeados a las separadoras de sólidos y continuar

con el procesamiento de licores; el keke de prensa es derivada a los secadores

a fuego directo, por medio de transportadores helicoidales.

f. Separadora

En esta parte de la operación se separan los sólidos insolubles, conocidos como

keke de separadora y ser mezclados con el keke de prensa para ser secados. Y el

liquido pasa a la centrifuga.

g. Centrifugado

En esta operación ingresa el “Licor de separadora” previamente calentada a una

temperatura de 80 °C, cuya finalidad es la separación líquido-líquido por

centrifugación para obtener:

Primero, una fase líquida llamado “aceite crudo” de pescado que será

almacenado en tanques para su posterior comercialización.

Segundo, una fase acuosa llamada “agua de cola”, la cual contiene sólidos en

suspensión en su mayor parte proteínas que será enviada para ser tratada en la

planta evaporadora.

Tercero, Sólidos insolubles (arrastrados) llamado “lodos” que retornan al

proceso (precalentador de separadoras) los cuales son enviados al emisor.

22

h. Evaporado

La fase acuosa “Agua de Cola” proveniente de las centrífugas ingresan a las

Plantas Evaporadoras, donde el agua que posee es parcialmente eliminado en

tres plantas evaporadoras y el producto es un concentrado que permanece en

forma de líquido viscoso con una concentración entre 30 – 45 % de sólidos

(viscosidad Elevada); la recuperación de estos sólidos incrementa

sustancialmente la producción dándole un mayor valor agregado al producto, el

cual es adicionado al keke de prensa.

Se cuenta con dos (02) planta evaporadora marca AHLSTROM de tipo película

descendente, placas verticales. Una PAC de 90,000 Lt/h, de tres efectos y la otra

PAC de 50,000 Lt/h, de dos efectos.

i. Molienda Húmeda

El keke de Prensa, que sale de las prensas más el concentrado y sólido de

separadora pasan a un molino húmedo, el cual tiene como función desmenuzar

éste keke de Prensa en sólidos más pequeños para que el secado tenga mayor

eficiencia al aumentar el contacto del sólido con los gases calientes de los

generadores.

j. Secado

El proceso de secado es la etapa de mayor importancia, pues determina la

calidad de la harina de pescado, debido a la degradación térmica de los

aminoácidos constituyentes, en especial la lisina, y la pérdida de digestibilidad,

lo cual muestra una disminución marcada en función de la severidad del

tratamiento térmico.

Para esta etapa se cuenta con el secado a fuego directo, dichos secadores son

para las operaciones de reducción de humedad, obteniendo un scrap con

humedad relativa que oscila entre 8 – 10 %.

k. Molienda Seca

El sistema de molienda consta de 08 molinos de martillos locos dentados,

accionados por motores de 60 HP, que dan un total de dos (02) molino de 7

23

t.harina/hora y seis (06) molinos de 9 t.harina/hora y una granulometría

superior al 99% atravesando un tamiz de malla Nº 12 ASTM, de acuerdo a los

requerimientos comerciales.

l. Enfriado

El producto que sale de los molinos ingresa a cuatro (04) transportadores

neumático que descargan a sus respectivos ciclones. La temperatura de ingreso

esta entre 50/65ºC y su salida a temperatura ambiente no mayor 35ºC.

La temperatura final de la harina es igual a la temperatura ambiente, pero no

mayor a 37 ºC.

m. Adición de antioxidante

La harina al ser inestable debido fundamentalmente a su contenido graso

produce auto oxidación por ello es importante la adición de antioxidante como

estabilizador.

El equipo de A/O es alimentado por medio de transportadores helicoidales

donde se añade a la harina un producto químico que inhibe o regula la

oxidación del contenido de la grasa. El promedio que se usa es de 750/1000

ppm, para favorecer la conservación de la harina. El sistema está constituido por

la tolva de antioxidante y una compresora de dosificación, lleva instalado un

equipo fabricado en planchas de fierro negro de 1/4” de espesor de forma

trapezoidal de 2,40 m de altura, ancho parte alta 1,80 mt, ancho parte baja 0,50

mt con su respectivo helicoidal y transportador mezclador y un equipo de

aplicación de A/O con dos bombas de dosificación marca ZENITH accionado por

un motovariador de 0,5 HP., con una capacidad de 25 t/hora c/u y

transportadores por helicoidales a la zona de ensaque.

n. Ensaque

El ensaque, se realiza independientemente en sacos de polipropileno

plastificados negros de 50 Kg., para harina FAQ, en un ambiente completamente

cerrado, así como el personal que labora y opera las máquinas están

debidamente uniformadas y desinfectadas.

24

Contamos con dos balanzas de pesaje electrónico neumático marca PRECISION

tipo tolva de 540 sacos/hora aprox. ó 27 t harina/hora c/u , fabricado en acero

inoxidable y dos balanzas de pesaje semi automáticos de contrapeso de

Capacidad 27t/hora siendo alimentados independientemente por medio de

transportadores helicoidales.

Los sacos ensacados y cocidos son transportados independientemente a los

camiones por medio de transportadores de tablillas para ser llevados y

estibados en el almacén de productos terminados.

o. Almacenamiento de Productos terminados

El almacenado se efectúa en ambientes debidamente acondicionados y

enripiados como cama y formando rumas de 50 Tm sobre mantas de

polipropileno laminadas, de acuerdo a las especificaciones contenidas en la

Norma Técnica Peruana: “Almacenamiento de Harina de Pescado“ (INDECOPI).

Además todas las rumas son cubiertas en su totalidad con fundas de

polipropileno.

p. Despacho

El despacho consiste en la salida y remisión de la harina desde los almacenes de

la Planta hacia almacenes para embarque, puertos de embarque o las granjas

nacionales. Toda ruma es despachada con su certificado de calidad y sanitaria

vigente.

25


Diagrama N° 01:Proceso de Producción de Harina y Aceite de

Pescado

MATERIA DEPRIMA

KEKEDE

SEPARADORAS

KEKEDE

PRENSA

LICORDE

PRENSA

SEPARADORASDE

SÓLIDOS

COCINADOR

PRENSA

ACEITE

AGUADE

COLA

LICORDE

SEPARADORA

CONCENTRADO

SUMA DE KEKES

SECADO VAHOS

HARINA

CONDENSADO

PLANTAAGUA

DECOLA

CENTRIFUGA

26

CAPITULO III

MARCO TEORICO

27

3.1. FUNDAMENTO DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

3.1.1. BALANCE DE MATERIA

Un balance de materia de un proceso industrial es una contabilidad exacta

de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en el curso

de un intervalo de tiempo de operación dado. Un balance de materia es de

este modo una expresión de la Ley de conservación de la Masa teniendo en

cuenta aquellos términos. Si se hiciesen medidas directas del peso y

composición de cada corriente que entra o sale en un proceso durante un

intervalo de tiempo dado y de variación en el inventario de material

dentro del sistema durante aquel intervalo de tiempo, no sería necesario

ningún cálculo. Pocas veces esto es factible, y de ahí que se hace

indispensable el cálculo de las incógnitas.

El principio general de los cálculos de balance de materia es establecer

un número de ecuaciones independientes igual al número de

incógnitas de composición y masa.

3.1.2. BALANCE DE ENERGÍA

De acuerdo con el principio de conservación de la energía, también

llamado Primer Principio de Termodinámica, la energía es indestructible, y la

cantidad total de energía que entra en un sistema debe ser exactamente igual

a la que sale más cualquier aumento dentro del sistema. Una expresión

matemática o numérica de este principio se denomina un balance de

energía, que en conjunción con un balance de materia es de capital

importancia en problemas de diseño y operación de procesos.

En el establecimiento de un balance energético general para cualquier

proceso, es conveniente utilizar como base una unidad de tiempo de

operación, por ejemplo una hora para una operación continua y un ciclo

para una operación discontinua o intermitente. Es necesario distinguir

entre un proceso continuo, que es aquel en el que continuamente entran y

salen del sistema corrientes de materia, y un proceso discontinuo, que es de

carácter intermitente y en el que ni entran ni salen del sistema ninguna

corriente continua de materia durante el transcurso de la operación.

28

Un proceso continuo estacionario esta también caracterizado por un

estado estacionario de flujo, y por una constancia de temperaturas y

composiciones en cualquier punto dado del proceso, en contraste a las

condiciones de temperatura y composición que cambian en un proceso

discontinuo o de jornada.

En un balance energético las energías recibidas son iguales a las

desprendidas más el aumento de energía dentro del sistema por unidad de

periodo de tiempo en un proceso continuo, o para un ciclo dado de

operación en un proceso discontinuo. Las formas separadas de energía se

clasifican convenientemente como sigue, despreciando las formas

electrostáticas y magnéticas, que ordinariamente son pequeñas:

a) Energía Interna, designada por el símbolo U por unidad de masa o mU para la

masa “m”.

b) La energía adicionada por impulsión de una corriente de materia dentro del

sistema bajo la resistencia de una presión. Este trabajo de flujo es igual a mpV,

donde “p” es la presión del sistema y “V” es el volumen por unidad de masa.

Un trabajo de flujo semejante lleva consigo la expulsión de una corriente

de materiales desde el sistema. Estos términos aparecen tan solo en el balance

energético de un proceso continuo.

c) Las energías potenciales externas de todos los materiales que entran y salen

del sistema. La energía potencial externa, expresada con relación a un plano de

referencia elegido arbitrariamente, es igual a mZgL/gc; donde “Z” es la altura

del centro de gravedad de la masa de materia por encima del plano de

referencia, “gL“ es el valor local de la gravedad y “gC” la constante de la

ecuación fundamental de fuerza.

d) Las energías cinéticas de todas las corrientes que entran o salen del sistema. La

energía cinética de una sola corriente es igual a ½mû2, donde “û” es su

velocidad media, dependiendo las misma de las unidades de “m” y de “û”.

e) Las energías superficiales de todos los materiales que entran y salen del

sistema, La energía superficial por unidad de masa se designa por “Eσ” y en

general es despreciable, excepto cuando aparecen áreas superficiales grandes,

como en la formación de rocíos o emulsiones.

29

f) La energía neta añadida al sistema en forma de calor, y designada por “q”. Este

calor neto recibido representa la diferencia entre la suma de todos los calores

que fluyen dentro del sistema a partir de todos los manantiales de calor y la

suma de todos los calores que salen del sistema cualquiera que sea su origen.

g) La energía neta eliminada como trabajo realizado por el sistema, designada por

“w”. Este trabajo neto incluye todas las formas de trabajo realizado por el

sistema, tales como trabajo mecánico y eléctrico, menos todos los otros

trabajos adicionados al sistema desde cualquier origen.

h) La variación neta en el contenido energético del sistema durante el

transcurso de la operación y designado por el símbolo ΔE. En un proceso

continuo en estado estacionario con inventario constante, el termino de

variación energética ΔE es cero. En un proceso general ΔE representa la

variación en el contenido energético del sistema como resultado de cualquier

cambio en el inventario del sistema, en la temperatura, en la composición, en

la energía potencial de elevación, o en la energía cinética debido a la agitación,

por ejemplo. En un proceso discontinuo, los términos energéticos debidos a las

corrientes de entrada o salida desaparecen, y el término ΔE se vuelve de mayor

importancia.

30

3.2. SECADORES

3.2.1. EQUIPO PARA SECADO

Se tienen los siguientes sistemas principales:

3.2.1.1. S ecadores continuos de Túnel

Los secadores continuos de túnel suelen ser compartimentos de bandejas o

de carretillas que operan en serie, tal como se muestra en la figura. Los

sólidos se colocan sobre bandejas o en carretillas que se desplazan

continuamente por un túnel con gases calientes que pasan sobre la superficie

de cada bandeja. El flujo de aire caliente puede ser a contracorriente, en

paralelo, o una combinación de ambos. Muchos alimentos se secan por este

procedimiento.

Fig. Nº 1: Secador Continuo de Túnel.

3.4.3.4 Secadores Rotatorios

Forman un grupo muy importante de secadores; son adecuados para manejar

materiales granulares de flujo libre que pueden arrojarse sin temor de

romperlos. En la figura 2 se muestra uno de estos secadores, un secador de

aire caliente directo a contracorriente. El sólido por secar se introduce

continuamente en uno de los extremos de un cilindro giratorio, como se

muestra, mientras que el aire caliente fluye por el otro extremo. El cilindro

está instalado en un pequeño ángulo con respecto a la horizontal; en

31

consecuencia, el sólido se mueve lentamente a través del aparato. Dentro del

secador, unos elevadores que se extienden desde las paredes del cilindro en

la longitud total del secador levantan el sólido y lo riegan en una cortina móvil

a través del aire; así lo exponen completamente a la acción secadora del gas.

Esta acción elevadora también contribuye al movimiento hacia adelante del

sólido.

Fig. Nº 2: Secador de aire caliente RAGGLES COLES XW

En el extremo de alimentación del sólido, unos cuantos elevadores espirales

pequeños ayudan a impartir el movimiento inicial del sólido hacia adelante,

antes de que este llegue a los elevadores principales. Es obvio que el sólido no

debe ser pegajoso ni chicloso, puesto que podría pegarse a las paredes del

secador o tendería a apelotonarse. En estos casos, la recirculación de una

parte del producto seco puede permitir el uso de un secador rotatorio.

El secador puede alimentarse con gas de combustible caliente y no con aire;

además, si el gas sale del secador a una temperatura lo suficientemente alta,

al ser descargado a través de un montón de aire puede proporcionar una

corriente de aire natural adecuada que proporcione el gas suficiente para el

secado. Sin embargo, de ordinario, se utiliza un ventilador de extracción para

jalar el gas a través del secador, porque así se obtiene un control más

completo del flujo de gas. Se puede interponer un recolector de polvo, del

tipo de ciclón, filtro o de lavado entre el ventilador y el gas saliente como se

muestra en la figura N°3.

32

Fig. Nº 3: Secador rotatorio con se respectivo ciclón

Fuente: José Charles

También puede ponerse un ventilador de empuje en la entrada del gas; de

esta forma se mantiene una presión cercana a la atmosférica en el secador;

éste previene la fuga de aire frío en los extremos de almacenamiento del

secador; si la presi6n está bien balanceada, la fuga hacia el exterior también

puede reducirse al mínimo. Los secadores rotatorios se fabrican para diversas

operaciones. La clasificaci6n siguiente incluye los tipos principales.

A. Secador directo, flujo a contracorriente

Para materiales que pueden calentarse a temperaturas elevadas, como

minerales, arena, piedra caliza, arcillas, etc., se puede utilizar un gas de

combustible como gas de secado. Para sustancias que no pueden calentarse

excesivamente, como ciertos productos químicos cristalinos como sulfato de

amonio y azucar de caña, se puede utilizar aire caliente. El arreglo general es

el que se muestra en la figura 4; si se utiliza gas de combustible, las espirales

de calentamiento se reemplazan por una caldera que está quemando gas,

aceite o carbón.

33

Fig. Nº 4: Secador rotatorio calentado con aire en contracorriente

Fuente: GEANKOPLIS C. J.

B. Secador directo, flujo a corriente paralela.

Los sólidos que pueden secarse con un gas de combustible sin miedo de

contaminarlos, pero que no deben calentarse a temperaturas muy elevadas

por temor a dañarlos (como yeso, piritas de fierro, y materiales orgánicos

como la turba y la alfalfa), deben secarse en un secador con flujo a corriente

paralela. La construcción general es muy simple. Para sólidos como pigmentos

blancos y similares, que pueden calentarse a temperaturas elevadas pero que

nunca deben entrar en contacto con el gas, puede utilizarse el secador

indirecto que se muestra en forma esquemática en la figura 5 a. Como una

construcción alternativa, el secado puede encerrarse en una estructura de

ladrillo y rodearse completamente con los gases calientes de combustible. El

flujo de aire en un secador de este tipo debe ser mínimo, puesto que el calor

se proporciona por conducción a través de la estructura o tubería central;

además, de esta manera pueden manejarse los sólidos muy finamente

divididos que tienden a formar polvo.

34

Fig. Nº 5: Algunos secadores rotatorios

Fuente: GEANKOPLIS C. J.

C. Secador indirecto, flujo a contracorriente.

Para los sólidos que no se deben calentar a temperaturas elevadas y para los

cuales es deseable el calor indirecto, como el alimento para ganado, granos

para cerveza, plumas y similares, se puede utilizar el secador de tubería con

vapor que se muestra en la figura 5.b. El secador puede tener o no elevadores

y puede construirse con una, dos o más hileras concéntricas de tubos

calentados con vapor. Como los tubos giran con el secador, es necesaria una

junta giratoria especial en donde se introduce el vapor y se separa el

condensado.

Con frecuencia se utiliza este tipo de secador cuando se necesita la

recuperación del líquido evaporado.

35

3.2.4. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN SECADOR DE TIPO FUEGO DIRECTO:

3.2.4.1. Diagrama de flujo del Secador:

Según el acápite anterior, el Secador de Contacto Directo o con Fuego Directo

está conformado por dos cuerpos, se tiene los siguientes diagramas:

Perdidas por Radiación

DIAGRAMA Nº 2: Cámara de Combustión del Secador.

Fuente: Elaboración Propia

De donde:

: Flujo másico de combustible R500

Tc : Temperatura de entrada del combustible R500

Cpc : Calor especifico del combustible R500

PCI : Poder combustible inferior del combustible R500

ܥܣ : Flujo másico de aire de la combustión

ܦܣ : Flujo másico de aire de dilución

CpAC : Calor especifico del aire de combustión evaluada a TAC

CpAD1 : Calor especifico del aire de combustión evaluada a TAD

TAC : Temperatura de entrada del aire de combustión

TAD : Temperatura de entrada del aire de dilución

g : Flujo másico de gases de la combustión

Cpg : Calor especifico de los gases de la combustión

evaluado a Tg1

Tg1 : Temperatura de los gases de la combustión a la

salida de la cámara de combustión

CpAD2 : Calor especifico del aire de dilución evaluada a Tg1

CAMARA

DE

COMBUSTION

Energía del Combustible * Cpc * Tc + * PC I

Energía del Aire decombustión * CpAC * TAC

Energía del Aire de dilución * CpAD1 *TAD

Energía de Gases dela Combustión

* Cpg * Tg1

Energía del Aire dedilucion2 * CpAD2 *Tg1

36

Pérdidas por Radiacion2

DIAGRAMA Nº 3: Cuerpo del Secador de Fuego Directo


Donde:

: Flujo másico de aire de dilución

: Flujo másico de gases de la combustión

Cpg : Calor especifico de los gases de la combustión evaluado a Tg1

Tg1 : Temperatura de los gases de la combustión a la salida de la

cámara de combustión

CpAD2 : Calor especifico del aire de dilución evaluada a Tg1

௫ : Flujo másico del mix

Cpmix : Calor especifico del mix evaluado a Tmix

Tmix : Temperatura del mix a la entrada del cuerpo del secador

Cpgf : Calor especifico de los gases de la combustión evaluado aTgf

Tgf : Temperatura de los gases de la combustión a la salida del

cuerpo del secador.

CpADf : Calor especifico del aire de dilución evaluada a Tgf

ுு : Flujo másico de la harina de pescado

CpHH : Calor especifico de la Harina de Pescado a la salida del secador

THH : Temperatura de la Harina de Pescado a la salida del secador

ு : Flujo másico de vahos

hVAHOS : Entalpia de vapor saturado evaluado a Tgf y 1 atm

Energía de la harina * CpH * TH

Energía de Gases deDilución

* CpADf * Tgf

Energía de Gases de laCombustión

* Cpgf * TgfCUERPO

DEL

SECADOR

Energía del mix * * Tmix

Energía de Gases de laCombustión

* Cpg * Tg1

Energía del Aire de dilución2 * CpAD2 *Tg1

Energía de los Vahos * hVAHOS

37

3.2.4.2. Balance de Materia:

Para balance de materia para un Secador de Fuego Directo con Aire Caliente,

se tiene lo siguiente:

Flujo Másico de ingreso de mix = Flujo Másico de salida de producto final

Balance General por conservación:

ܕ ܕ ܠ = ܕ ۶۶ + ܕ ۶܄ ………………………. (1)

3.2.4.3. Balance de Energía en la Cámara de Combustión:

Tomando como referencia el Diagrama Nº 2 tenemos en el secador de

contacto directo con aire caliente por el cumplimiento de la conservación de

la energía, entonces:

La Energía del combustible tiene dos componentes:

Energía debido a la reacción del combustible

Q1 = ∗ ……………………………………..…..()

Energía debido al precalentamiento del combustible

Q2 = * Cpc* Tc …………………………...... (3)

Energía del aire de combustión ( Q3)

Q3= * CpAC * TAC .………………………… (4)

Energía del Aire de dilución ( Q4)

Q4 = * CPADI * TAD ……………………….. (5)

Calores Entrantes ( Qe)

= 1 + 2 + 3 + 4 ……………………….… (6)

Energía de los gases de la combustión a la salida de la cámara de combustión

(Q5)

Q5 = * Cpg * Tg1 ……………………….… (7)

Energía del Aire de dilución 2 a la salida de la cámara de combustión (Q6)

Q6= * CpAD2 * Tg1 ……………………… (8)

Calor perdido por radiación por paredes laterales de la cámara de combustión

(Q7)

Calores salientes de la cámara de combustión ( Qs )

=ݏ Q5 + 6 + 7 ……………………………... (9)

38

Ecuación general para la cámara de combustión en función de la 1ª Ley de la

Termodinámica.

e= ……………………………………..…..…...(10)

Luego tenemos que:

1 + 2 + 3 + 4 = 5 + 6 + 7 ……..… (11)

3.2.4.3. Balance de Energía en el Cuerpo del Secador:

Tomando como referencia el Diagrama Nº 3 tenemos en el secador de

contacto directo con aire caliente por el cumplimiento de la conservación de

la energía, entonces:

Energía de los gases de la combustión a la salida de la cámara de combustión,

igual al calor de entrada de los gases de la combustión al cuerpo del secador y

caracterizada por la ecuación (7) (Q5):

Q5 = * Cpg * Tg1

Energía del Aire de dilución2 a la salida de la cámara de combustión, igual al

calor de entrada aportado por el aire de dilución a la entrada del cuerpo del

secador, caracterizada por la ecuación (8) ( Q6):

Q6 = * CpAD2 * Tg1

Energía del mix a la entrada del cuerpo del secador, debido a su temperatura,

( Q8):

Q8 = * Cpmix * Tmix ……… (12)

Calores Entrantes al cuerpo del secador ( Qes)

=ݏ 5 + 6 + 8 …………….… (13)

Energía o Calor de salida de los vahos hacia la atmosfera (Q9):

Q9 = * hVAHOS ………………. (14)

Energía o Calor de los gases de la combustión a la salida del cuerpo del

secador que se expulsan a la atmosfera ( Q10):

Q10 = * Cpgf * Tgf ………….. (15)

39

Energía o calor que liberan hacia la atmosfera el aire de dilución a la salida del

cuerpo del secador ( Q11):

Q11 = * CpADf * Tgf …….… (16)

Energía o calor que sale con la Harina de Pescado a la salida del cuerpo del

secador ( Q12)

Q12 = * CpH * TH ……….. (17)

Calor perdido por radiación 2 por paredes laterales del cuerpo del secador

(Qc13)

Calores salientes del cuerpo del secador ( Qss)

=ݏݏ 9+ 10+11+12+13 .… (18)

Ecuación general para el cuerpo del secador en función de la 1ª Ley de la

Termodinámica.

eݏ= .……………………………ݏݏ (19)

Luego tenemos que:

5 + 6 + 8 = 9 + 10 + 11 + 12 + 13 ..… (20)

3.2.4.4. Eficiencia del Secador:

La eficiencia del Secador con Fuego Directo con aire caliente compara la

energía ganada por el calentamiento del Mix y el agua evaporada (vahos) al

desprenderse del mix a secar, la suma de ambos llamado calor útil (Qutil).

Con el Calor útil (Qaportada) para el secado el cual está compuesto por las

aportaciones debido a la Energía de los gases de la combustión a la salida de

la cámara de combustión, igual al calor de entrada de los gases de la

combustión al cuerpo del secador (Q5) y Energía del Aire de dilución a la salida

de la cámara de combustión, igual al calor de entrada aportado por el aire de

dilución a la entrada del cuerpo del secador (Q6). La ecuación será la siguiente:

=ߟۿ ܔܜܝ

ۿ ܗܛ܍ܚܖ∗ 100 % …………….. (21)

Donde:

ߟ = Eficiencia del Secador.

40

Además:

Qingreso = Q5 + Q6

Qingreso = mg *Cpg *Tg1 + mAD*CpAD2 *Tg1 …………………...…… (22)

Y también:

Qutil = mH * CPH * TH + mVH* hVAHOS - ( mmix*Cpmix*Tmix )…....(23)

La cual vendría hacer la cantidad de calor aprovechada por los vahos para

hacer desde las condiciones del mix, hasta alcanzar el estado de vapor a

condiciones de salida del secador.

41

3.2.5. BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN SECADOR A VAPOR:

3.2.5.1. Balance de Materia:

DIAGRAMA Nº 4: Corrientes de Flujo en el Secador de Vapor Rotatubo

Elaboración: Fuente Propia

Donde:

: Flujo másico de aire seco.

T1 : Temperatura de entrada de aire

T2 : Temperatura de salida de aire

ଵ : Humedad relativa del aire a la entrada del secador

ଶ : Humedad relativa del aire a la salida del secador

Tp1 : Temperatura de entrada del mix

Tp2 : Temperatura de salida de la harina

ଵ : Flujo másico de mix a la entrada del secador

ଶ : Flujo másico de harina a la salida del secador

ଵݓ : Flujo másico de agua que acompaña al aire seco a la

entrada

mwଶ : Flujo másico de agua que acompaña al aire seco a la salida

P1 : Presión del aire a la entrada del secador

me ୴ : Flujo másico de agua evaporada del Mix

Flujo Másico de ingreso = Flujo Másico de salida

ܪ ݎ ଶ; ଶ

ݒCondensado

ଵ ; ଵ

Mix

SECADOR A VAPOR

ଵ ; ;ଵݓ ଵ; ଵ

ݒ ݎ ݏ ݎݑݐ

ݒ

ଶଵ ; ;ଶݓ ଶ; ଶ

Vahos

42

Balance General:

+ + = + + ………….. (24)

Tomando como referencia el Diagrama Nº 4, la ecuación anterior queda como:

= − ………………..……..… (25)

Determinación del Flujo másico de aire seco ( ):

Dividiendo ambos miembros de la ecuación (25) por ma

=

+

………………..…….……(26)

Sabiendo que la humedad absoluta X es igual a:

=

…………………………………………..…... (27)

Reemplazando la ecuación (27) en (26) se tienen:

=

) (

… … … ….(28)

Determinación de las Humedades Absolutas:

La humedad absoluta es función de la humedad relativa según la siguiente

ecuación para cada uno de los estados, ya sea a la entrada como a la salida:

= 0.622 *

∅

…………………….. (29)

Donde:

Ps = Presión de saturación del agua a la temperatura de la mezcla.

P = Presión absoluta del proceso.

Determinación del Volumen de Aire:

Para cada uno de los estados se aplica la ecuación general de gases ideales:

* = * *

En función a la ecuación general de gases ideales se tiene que el volumen de

aire seco es:

=

………….. (30)

Donde:

Va = Volumen de aire seco m3 /hr.

= Flujo de aire seco kg/hr.

R = Constante de Gases Ideales (8.315 J/ºK-mol)

43

T = Temperatura ºK.

Ma = Peso molecular del aire.

P = Presión atmosférica (101.325 KPa)

3.2.5.2. Balance De Energía:

Tomando como referencia el Diagrama Nº 4, tenemos en el secador de vapor

el cumplimiento de la conservación de la energía, entonces:

Ecuación General:

Se cumple que:

T= CAL + + rad ………..….. (31)

Donde:

QT : Calor total absorbido por el secador.

QCAL : Calor calentamiento del Mix

Qs : Calor necesario para el secado.

Qrad : Calor perdido por radiación.

Determinación del Calor necesario para el Secado Qs:

Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica tenemos:

= Δ +

Donde la Energía Interna U lo podemos escribir de la siguiente manera:

= ܪ − (ݔ)

Además el sistema no genera trabajo W = 0

Por lo que la ecuación de la 1ª Ley de la Termodinámica se puede escribir de la

siguiente manera:

= −2ܪ) 22 )− 11−1ܪ) )

Dividiendo y multiplicando el segundo término por ma la ecuación anterior

queda establecida en función de las propiedades específicas:

S= [* (h2'−h1')] − [ * (2−1) ] ………. (32)

Donde:

h´1= Entalpia especifica del estado 1.

h´2= Entalpia especifica del estado 2.

44

Para los cálculos de las entalpias específicas tenemos la siguiente ecuación:

h'= ܥ] * ] + [ * +0ݎ) ݓܥ * T) ] ………. (33)

Donde:

Cpa = Calor especifico del aire (1.004 KJ/kg. ºC).

T = Temperatura del aire

X = Humedad Absoluta.

ro = Calor de vaporización del agua en el punto triple (2500 KJ/ kg)

Cpw = Calor especifico del agua (1.86 KJ/kg.ºK )

Determinación de las Perdidas por Radiación:

Las perdidas por radiación en el Secador de Vapor se evalúan siguiendo la

metodología:

ݎ = 4.88 * 10−8 * ∈ * −

* … (34)

Donde:

∈ = Emisividad de la superficie.

Ts = Temperatura de la superficie en ºK.

Ta = Temperatura del ambiente en ºK.

A = Área de Transferencia de Calor ( m2)

3.2.5.3. Equivalente Térmico de Generación:

Para poder cuantificar parámetros relacionados a Qs, tenemos lo siguiente:

Flujo de Vapor Necesario:

La metodología para el cálculo del flujo necesario de vapor saturado estará

en función de la siguiente ecuación:

= ݐ / Δhfg …….. (35)

Donde:

Δ hf g = Entalpia de vaporización a 100 PSI.

Flujo de Combustible:

Para la determinación del flujo de combustible se tomara en cuenta los

resultados arrojados por el Analizador de Gases, el cual nos reporta la

eficiencia, exceso de aire, % volumétrico de CO2 y O2.

45

Así tenemos la ecuación para la determinación de la eficiencia de calderos

pirotubulares:

= ∆

∗ 100% ………. (36)

Donde:

n= Eficiencia del Caldero.

mୡ୭୫ ୠ = Flujo másico del combustible en kg de Petróleo R500/hr.

Pୡ୧= Poder calorífico inferior del Petróleo R500.

Utilizando la ecuación (35) y (36) se puede determinar el flujo necesario de

combustible, el cual es la fuente de energía primaria y el cual reporta un

costo variable muy importante:

mୡ୭୫ ୠ =

* 100% ………….……….… (37)

BHP necesarios:

Si sabemos que 1 BHP equivale a 8437, entonces tenemos la siguiente

ecuación:

ܪܤ ݏ =ݏݎ

ૡૠ

ష

……..…..…. (38)

3.2.5.4. Eficiencia del Secador:

La eficiencia del secador esta dado por la relación existente entre el agua

evaporada del mix hasta que se deshidrata hasta 8% de humedad, con la

cantidad de calor suministrada para este proceso por el vapor saturado.

Forma análoga de la ecuación (22).

=ݒݏ

* 100% ……………….. (39)

Donde:

ݒݏ = Eficiencia del Secador con Vapor Rotatubos.

Además:

Qutil SV = según la ecuación (23)

Y también:

QingresoSV = Qt (Calor total absorbido por el secador) según ecuación (22)

46

3.3. EVAPORADORES

3.3.1. EVAPORACIÓN

La evaporación es una operación unitaria que consiste en la eliminación de un

alimento fluido mediante vaporización o ebullición. Son varios los alimentos que

se obtienen en forma de soluciones acuosas, y que para facilitar su conservación

y transporte se concentra en una etapa de eliminación de agua. Esta eliminación

puede realizarse de diferentes formas, aunque es la evaporación uno de los

métodos más utilizados. Los dispositivos para realizar esta eliminación de agua se

denominan evaporadores.

Un evaporador consta, esencialmente, de dos cámaras, una de condensación y

otra de evaporización. En la de condensación un vapor de agua se transforma en

líquido, con lo que cede su calor latente de condensación, el cual es captado en

la cámara de evaporización por el alimento, del que se desea eliminar el agua. El

agua evaporada abandona la cámara de evaporización a la temperatura de

ebullición, al mismo tiempo que se obtiene una corriente de solución

concentrada.

El caudal de vapor vivo y el caudal de solución a evaporar (alimento), ingresan al

primer efecto, para obtener luego una corriente de vapor (vahos) y una de

concentrado. El vapor desprendido, se lleva a un condensador del segundo

efecto, donde se condensa. Es importante resaltar que muchas soluciones

alimentarias son termolábiles, y pueden quedar afectadas sin son expuestas a

una temperatura demasiado elevada. Es por ello que en muchos casos es

conveniente operar a vacio en la cámara de evaporación, lo que hace que la

temperatura de ebullición de la solución acuosa sea menor, y el fluido se vea

afectado por el calor en menor grado. Si se opera a vacio, es necesario disponer

de un dispositivo que lo realice. Asimismo, será necesario que, en el

condensador utilizado en la condensación del vapor desprendido en la cámara

de evaporación, se disponga de una columna barométrica que compense la

diferencia de presiones con el exterior.

47

3.3.2. CAPACIDAD, CONSUMO Y ECONOMÍA DEL EVAPORADOR

Se define la capacidad del evaporador (V), como la cantidad de agua evaporada

de la solución por unidad de tiempo. El consumo (S), es la cantidad de vapor de

calefacción consumida por unidad de tiempo. La economía (E), es la cantidad de

disolvente evaporado por unidad de vapor de calefacción.

E=CAPACIDAD

CONSUMO=

V

S……………………………… (40)

3.3.2. TIPOS DE EQUIPOS DE EVAPORACIÓN

La evaporación consiste en la adición de calor a una solución para evaporar el

disolvente que, por lo general, es agua. Usualmente, el calor es suministrado por

condensación de un vapor (como vapor de agua) en contacto con una superficie

metálica, con el líquido del otro lado de dicha superficie.

El tipo de equipo usado depende tanto de la configuración de la superficie para

la transferencia de calor como de los medios utilizados para lograr la agitación o

circulación del líquido. A continuación se mencionaran el tipo de evaporadores

que se empleará en el presente estudio:

A. Evaporadores de película descendente

La concentración de materiales altamente sensibles al calor, tales como el

zumo de naranja, requieren un tiempo mínimo de exposición a una superficie

caliente. Esto puede conseguirse con evaporadores de película descendente

de un solo paso, en los que el líquido entra por la parte superior, desciende

por el interior de los tubos calentados con vapor de agua, y sale por el fondo.

Los tubos son grandes, de 2 a 10 pulg de diámetro.

El vapor procedente del líquido generalmente es arrastrado hacia abajo con el

líquido y sale por el fondo de la unidad. Aparentemente estos evaporadores

parecen largos cambiadores tubulares verticales con un separador de líquido y

vapor en el fondo y un distribuidor de líquido en la parte superior.

48

Durante la evaporación se reduce continuamente la cantidad de líquido al

circular desde la cima hasta el fondo del tubo, de forma que la concentración

que se puede alcanzar en un solo paso es limitada.

Los evaporadores de película descendente, sin recirculación y con cortos

tiempos de residencia, tratan productos sensibles que no pueden

concentrarse de otra forma y se adaptan bien a la concentración de líquidos

viscosos.

B. Evaporadores de circulación forzada.

En estos evaporadores se obtienen coeficientes más elevados. En este caso

una bomba centrífuga impulsa el líquido a través de los tubos entrando con

velocidad de 6 a 18 pie/s. Para esto se emplea el modelo de tubos verticales

largos añadiendo una tubería conectada a una bomba entre las líneas de

salida del concentrado y la de alimentación. Sin embargo, los tubos de un

evaporador de circulación forzada suelen ser más cortos que los tubos de un

evaporador de tubos largos tal como se ilustra en la Fig. 6. Además, en otros

casos se usa un intercambiador horizontal externo e independiente. Este

modelo es muy útil para líquidos viscosos.

Fig. Nº 6: Evaporador de tubos horizontales con circulación vertical.

Fuente: Elaboración propia.

VAPOR DE AGUA

CONDENSADO

DE VAPOR

CONCENTRADO

ALIMENTACIÓN

VAPOR

49

3.3.4.MÉTODOS DE OPERACIÓN PARA EVAPORADORES

A. Evaporadores de efecto múltiple con alimentación hacia adelante (Sistema

corriente Directa)

Un evaporador de efecto simple como el que se muestra en la figura 6,

desperdicia bastante energía, pues el calor latente del vapor producido no se

utiliza en ninguna forma. No obstante, una buena parte de este calor latente

puede recuperarse y utilizarse al emplear evaporadores de efecto múltiple. En la

figura 7, se muestra el diagrama simplificado de un evaporador de efecto triple

con alimentación hacia adelante.

Fig. Nº 7. Diagrama simplificado de un evaporador de efecto Triple con

alimentación hacia adelante


Si la alimentación del primer efecto está a temperatura cercana al punto de

ebullición y a la presión de operación de dicho efecto, 1 kg de vapor de agua

evaporará casi 1 kg de agua. El primer efecto opera a un temperatura

suficientemente alta, como para que el agua que se evapora en el mismo, sirva

como medio de calentamiento del segundo efecto. Nuevamente en el segundo

efecto, se evapora casi 1 kg de agua, que se emplea como medio de

calentamiento del tercer efecto. De manera aproximada, en un evaporador de

triple efecto se evaporarán 3 kg de agua por cada kg de vapor de agua usado.

Por consiguiente, el resultado es un aumento de la “economía de vapor de

agua”, que es kg de vapor evaporado/kg de vapor de agua usado. Esto también

Vapor T1

Vapor de agua, TS

Alimentación, TA

Concentrado del

primer efecto

Concentrado del

segundo efecto

Producto

Concentrado, Tc

Vapor T2 Vapor, T3

(1) (2) (3)

T1 T2 T3

Al

condensador

al vacío

Condensado

50

resulta cierto en forma aproximada para más de tres efectos. Sin embargo, este

aumento de la economía del vapor de agua en un evaporador de efecto múltiple

se logra a expensas de un mayor costo de inversión en el equipo.

En la operación de alimentación hacia adelante que se muestra en la figura 7, la

alimentación se introduce en el primer efecto y fluye hacia el siguiente en la

misma dirección del flujo del vapor. Este es el método de operación que se

emplea cuando la alimentación está caliente o cuando el producto concentrado

final puede dañarse a temperatura elevadas. Las temperaturas de ebullición van

disminuyendo de efecto a efecto. Esto significa que, si el primer efecto está a P1=

1 atm abs de presión, el último estará al vacío, a presión P3.

B. Evaporadores de efecto múltiple con alimentación en retroceso (Sistema

contracorriente)

En la operación de alimentación en retroceso que se muestra para el evaporador

de efecto triple de la figura 8, la alimentación entra al último efecto, que es el

que está más frío, y continua hacia atrás hasta que el producto concentrado sale

por el primer efecto. Este método de alimentación en retroceso tiene ventajas

cuando la alimentación ésta fría, pues la cantidad de líquido que debe calentarse

a temperaturas más altas del segundo y primer efectos es más pequeña. Sin

embargo, es necesario usar bombas en cada efecto, pues el flujo va de baja a alta

presión. Este método también es muy útil cuando el producto concentrado es

bastante viscoso. Las altas temperaturas de los primeros efectos reducen la

viscosidad y permiten coeficientes de transferencia de calor de un valor

razonable.

51

Fig. Nº 8: Diagrama simplificado de un evaporador de efecto Triple con

alimentación en retroceso


C. Evaporadores de efecto múltiple con alimentación en paralelo

La alimentación en paralelo en los evaporadores de efecto múltiple implica la

adición de alimentación nueva y la extracción de producto concentrado en cada

uno de los efectos (Figura 9). El vapor de cada efecto continúa usándose para

calentar el siguiente. Este método de operación se utiliza principalmente

cuando la alimentación está casi saturada y el producto son cristales sólidos, tal

como sucede en la evaporación de salmueras para la producción de sal.

Fig. Nº 9: Diagrama simplificado de un evaporador de efecto Triple con

alimentación en paralelo


Vapor

Vapor de agua, TS

Alimentación

Concentrado del

primer efecto

Concentrado del

segundo efecto

Producto

Concentrado

Vapor Vapor

(1) (2) (3)

Al condensador

al vacío

Condensado

Vapor T1

Vapor de agua, TS

Alimentación, TA

Concentrado del

primer efecto

Concentrado del

segundo efecto

Vapor T2 Vapor, T3

(1) (2) (3)

T1 T2 T3

Al

condensador

al vacío

CondensadoConcentrado del

Tercer efecto

Alimentación, TA

CondensadoCondensado

52

D. Evaporadores de efecto múltiple con Sistema de corriente Mixta

En este tipo de disposición, la solución diluida puede alimentarse a cualquiera

de los efectos, mientras que las concentradas pueden alimentarse a un efecto

anterior o posterior. En la Figura 10, se muestra un sistema de paso mixto, en

el que la solución diluida se alimenta al tercer efecto, mientras que la solución

que abandona este efecto sirve de alimento al primero. La corriente que

alimenta el segundo efecto es la solución concentrada que abandona el primer

efecto, obteniéndose la solución concentrada final en este efecto.

Fig. Nº 10. Diagrama simplificado de un evaporador de efecto Triple

con alimentación en retroceso


3.3.5. Análisis Energético en Evaporadores

A. Entalpías de vapores y líquidos

Por nomenclatura, las entalpías por unidad de masa de las corrientes de vapor se

designarán por “H”, mientras que las del líquido por “h”.

Entalpía de Vapor:

La entalpía por unidad de masa de un vapor que se encuentra a una temperatura

“T” se puede expresar como el sumatorio de la correspondiente a la entalpía de

saturación “HVSAT” más la integral entre la temperatura de ebullición “Te” y la que

posee T, de su calor especifico por dT:

Vapor T1

Vapor de

agua, TS

Alimentación,

TA

Concentrado del

primer efecto

Concentrado del Tercer efecto

Producto

Concentrado, Tc

Vapor T2 Vapor, T3

(1) (2) (3)

T1 T2 T3

Al

condensador

al vacío

CondensadoCondensadoCondensado

53

= + ∫

………………………………...…. (41)

La entalpia “HVSAT” es la entalpía que posee el vapor a su temperatura de

condensación. El calor específico del vapor de agua (CPV) depende de la presión.

Entalpía de Líquidos:

Como la entalpia es una función de estado, la correspondiente a un líquido (h) se

debe expresar en función de una temperatura de referencia. Si esta temperatura

es “T*”, y el líquido se encuentra a una temperatura “T”, se obtiene:

= ∫

∗= −) (∗ ……………..…………....…. (42)

Generalmente, la temperatura de referencia es la de congelación del agua

(0°C).La entalpia del líquido a su temperatura de ebullición se denomina hSAT.

Calor Latente de Evaporización:

Calor latente de evaporación o condensación (λ) será la diferencia entre las

entalpías de saturación del vapor y del líquido, ya que las temperaturas de

evaporación y condensación coinciden.

= − ……………..………….……………. (43)

Entalpías de Vapores y Líquidos en un evaporador:

Las entalpias de las corrientes líquidas, del alimento (hA) y del concentrado (hc),

se expresarán:

= ∫

∗= ) − (∗ …………………..…….…. (44)

= ∫

∗= ) − (∗ …………………..….….…. (45)

La entalpía del vapor que aparece en la ecuación 45, será distinta si la solución

que se concentra presenta o no aumento ebulloscópico (Elevación del punto de

54

Ebullición). En el caso de que no exista aumento en el punto de ebullición de la

solución concentrada, la entalpía del vapor será la del líquido saturado (hSAT) más

el calor latente (λ):

= + .….…….…….……………………………… (46)

= −) (∗ + .….…….………………………… (47)

En la que Te que es la temperatura de ebullición de la solución.

Para el caso de que exista aumento ebulloscópico, la temperatura de ebullición

de la solución (T) será superior a la del agua pura (Te), por lo que la entalpía del

vapor a una temperatura (T), será determinada por la ecuación:

= + −) ( ………………………..…..... (48)

= + + −) ( ………………………..... (49)

= −) (∗ + + −) ( ………..…….. (50)

Para facilitar los cálculos, la temperatura de referencia que suele elegirse es la de

ebullición del agua pura, es decir: T* = Te lo que hace que para el caso que no

exista aumento ebulloscópico, la entalpia del vapor que abandona la cámara de

evaporación coincida con el calor latente de condensación. Asimismo, la entalpía

de la corriente de concentrado se anulará, ya que Tc = Te = T.

B. Aumento ebulloscópico o Elevación del Punto de Ebullición

El agua hierve a una temperatura determinada, siempre que la presión

permanezca constante. Si la presión varía, la temperatura de ebullición también.

Para soluciones acuosas, la temperatura de ebullición ya no sólo depende de la

presión, sino también de la cantidad de soluto que contienen. De tal forma que

la presencia del soluto hace que la temperatura de ebullición aumente. La

determinación del aumento ebulloscópico que presentan las soluciones

alimentarias es de suma importancia en el cálculo de evaporadores, por ello se

darán a continuación expresiones y modos de calcularlo.

55

C. Modelo Matemático para evaporadores de Múltiple efecto

De los diferentes casos que se pueden estudiar, sólo se realizará el estudio en un

evaporador de tres efectos, cuyo sistema de paso es en contracorriente o

retroceso (Figura 11). El modelo matemático que se plantea y su resolución

serían análogos en cualquier otro tipo de circulación y número de efectos.

Para plantear el modelo matemático deben realizarse los balances másicos

globales y de componente, así como los entálpicos y ecuaciones de velocidad de

transferencia de calor a través del área de intercambio de cada efecto.

Fig. Nº 11. Diagrama simplificado de un evaporador de efecto Triple con

alimentación en retroceso


Por nomenclatura, las corrientes que abandonan un efecto poseerán el

subíndice de ese efecto.

Balance Másicos:

= + + + ……………………….. (51)

= ……………………….…….…………. (52)

= − …………………….……….…………... (53)

= − ………………………………….……... (54)

= − …………………….……….…………... (55)

Condensado Condensado Condensado

Concentrado

del tercer

efecto

Concentrado

del segundo

efecto

Producto

Concentrado

(3)(2)(1)

Vapor

mV, TV, HV

mv, TV, hV V1, TS1, h1 V2, TS2, h2

Co

nd

ensa

do

ra

l

Va

cío

Alimentació

n

V1, H1, T1

T1 T2 T3

V2, H2, T2 V3, H3, T3

Vapor Vapor

L2, X2, Cp2,

T2

L3, X3, Cp3,

T3

FA, XA,

CPA, TA

L1, X1, Cp1,

T1

Vapor

V3, TS3, h3

56

Balance Entálpicos:

Los balances entálpicos realizado para cada uno de los efectos conducen a las

ecuaciones:

+ = + + ………….... (56)

+ = + + ………....….. (57)

+ = + + ……………... (58)

Al sustituir las ecuaciones de entalpías, en cada una de las corrientes,

reordenando y simplificando se obtienen:

) − ( = −) ∗ ) + −)൫

∗) + +

−) −)൯ −) ∗ ) ……….………………………….…….. (59)

൫ + −) =)൯ −) ∗) + −)൫

∗ ) +

+ −) −)൯ −) ∗ ) ………………………..….……. (60)

൫ + −) =)൯ −) ∗) + −)൫

∗ ) +

+ −) −)൯ ) − ∗) …………………..…..….…... (61)

Las temperaturas de referencia (T*), para el cálculo de las entalpías de las

distintas corrientes, es la Temperatura de congelación del agua (0°C)

Temperatura de referencia efecto 1 : ∗ = °



El aumento ebulloscópico o elevación del punto de ebullición (EPE), de cada

efecto, es la diferencia entre la temperatura de ebullición de la solución que

abandona la cámara de dicho efecto, y la ebullición del agua pura a la presión

de esta cámara.

Elevación del punto de ebullición efecto 1 : = −



57

Reemplazando las temperaturas de referencias y elevación de puntos de

ebullición; simplificando y reemplazando (HSAT1=Cp1(TS1-0°C)+λ1; HSAT2=Cp2(TS2-

0°C)+λ2; HSAT3 =Cp3(TS3-0°C)+λ3) se obtiene:

) − ( = −) (° + ) + (

− −) (° …………….…………..………. (62)

) + ( = −) (° + ) + (

– −) (° ………………………….. (63)

) + ( = −) (° + ) + (

− ) − (° ……….……..….....…. (64)

A pesar de que el vapor que abandona las cámaras de evaporización sea

recalentado, se supone que cuando entra a la cámara de condensación del

efecto siguiente lo hace como vapor saturado, es decir para el primer efecto

está ingresando V1λ1 y para el segundo efecto está ingresando V2λ2. Esto se

supone que las ecuaciones anteriores se simplifiquen:

= + ) + ( − …………….. (65)

= + ) + ( – …........…. (66)

= + ) + ( − ….........…. (67)

Donde:

mv, V1, V2, V3 = Flujo másico del vapor y vahos de los efectos 1, 2 y 3 (kg/h)

λv, λ1, λ2 = Calor latente de evaporización del Vapor, Efecto 1 y 2

(KJ/Kg), evaluados a TV, T1 y T2.

L1, L2, L3 = Flujo másico de soluto que salen de los efectos 1, 2 y 3

(kg/h)

FA = Flujo másico de alimentación de soluto al Efecto 1 (kg/h)

CP1, CP2, CP3, CPA = Calor especifico a presión constante del soluto de los

Efectos 1,2 y 3 y de ingreso del agua de cola (KJ/kg°C)

58

CPV = Calor especifico a presión constante del Vapor (KJ/kg°C)

T1, T2, T3 = Temperaturas de operación de los Efectos 1,2 y 3 (°C)

TA = Temperatura de ingreso del agua de cola (°C)

EPE1, EPE2, EPE3 = Elevación del punto de ebullición de los efectos 1,2 y 3 (°C)

HSAT1, HSAT2, HSAT3 = Entalpias del vapor saturado, a salida de los efectos 1,2 y 3

(KJ/kg°C), evaluados a T1, T2 y T3.

Estas ecuaciones son generales, es decir, se supone que existe aumento

ebulloscópico o elevación del punto de ebullición. Sin embargo, en el caso que

no exista aumento ebulloscópico se simplifica bastante.

Ecuaciones de Velocidad:

El calor transmitido a través del área de intercambio de cada efecto se obtiene

a partir de las siguientes ecuaciones:

= = ) − ( …………………..…. (68)

= = −) ( …………………..…. (69)

= = −) ( …………………..…. (70)

Donde:

q1, q2, q3 = Flujo de transferencia de calor (KW)

λv, λ1, λ2 = Calor latente de evaporización del Vapor, Efecto 1 y 2 (KJ/Kg)

L1, L2, L3 = Flujo másico de soluto que salen de los efectos 1, 2 y 3 (kg/h)

mV = Flujo másico de Vapor (kg/h)

U1, U2, U3 = Coeficientes de transmisión de calor de los efectos 1, 2 y 3

(KW/m2°C)

A1, A2, A3 = Área de transferencia de calor de los efectos 1, 2 y 3 (m2)

T1, T2, T3 = Temperaturas de operación de los Efectos 1,2 y 3 (°C)

TS1, TS2 = Temperaturas de condensación de los vahos, que salen de los

efectos 2 y 3 (°C)

TV = Temperatura de condensación del vapor, que sale del efecto 1 (°C)

Se supone que los vapores que entran a las cámaras de condensación son

saturados, y que el único calor que ceden es el de condensación.

59

3.4. INDICADORES

Los Indicadores tienen la finalidad de comparar Unidades de Consumo

energético, unidades monetarias y emisiones al medio ambiente con unidades

de Producción o Unidades de servicio efectuado. Estos indicadores son

elaborados en función de la Planta Consumidora en Análisis, ya sea de

Producción o de Servicios. Entre los indicadores se encuentran los indicadores

energéticos, indicadores económicos e indicadores Ambientales.

3.4.1. Indicadores Energéticos (IE)

Son indicadores que pueden ser usados para determinar la eficiencia

energética de los procesos y operaciones, y subsecuentemente, el potencial de

ahorro de energía. Los indicadores son una referencia de cómo los sistemas

consumidores de energía pueden funcionar; aunque debe tenerse en cuenta

que, nunca opera dos sistemas de la misma manera y las variaciones de

consumo son inevitables. Por esta razón, los índices energéticos son

desarrollados internamente a lo largo de cierto periodo de tiempo usando

como información una base de datos.

۷۳ =ܕܝܛܖܗ۱ ܉íܚ܍ܖ۳܍܌ܗ

ܖ܃ ۴ܗܜ܋ܝ܌ܗܚ۾܍܌܌܉܌ ܔ܉ܖ………………...…. (71)

3.4.2. Indicador Ambiental (IA): Compara las cantidades de emisiones nocivas (CO2,

material particulado, sulfuro de Hidrogeno, etc.) enviadas a la atmosfera por

unidad de producción.

ۯ۷ =ܕ܍ܛ܍ܛ܉܍܌.ܖܗ܂ ܕܜ܉܉ܔ܉ܛܗ܌ܜ ܉ܚ܍ܛܗ

ܖ܃ ܗܜ܋ܝ܌ܗܚܘ܍܌܌܉܌ ܔ܉ܖ……..…. (72)

3.4.3. Indicador Económico (IEc): Compara la facturación que se incurre por el

consumo de petróleo R 500 por unidad de producción.

=܋۷۳$܃ ܕܝܛܖܗ܋ܚܗܘ ܀ܗ܍ܔܗܚܜ܍۾܍܌ܗ

ܖ܃ ۴ܗܜ܋ܝ܌ܗܚ۾܍܌܌܉܌ ܔ܉ܖ……….…. (73)

60

3.5. EVALUACION ECONOMICA

Un plan de reemplazo de activos físicos es de vital importancia en todo

proceso económico, porque un reemplazo apresurado causa una disminución

de liquidez y un reemplazo tardío causa pérdida; esto ocurre por los

aumentos de costo de operación y mantenimiento, por lo tanto debe

establecerse el momento oportuno de reemplazo, a fin de obtener las mayores

ventajas económicas. La necesidad de llevar a cabo un análisis de reemplazo

surge a partir de diversas fuentes, tal como:

Rendimiento Disminuido:

Debido al deterioro físico, capacidad esperada del rendimiento a un nivel de

confiabilidad o productividad no está presente.

Requisitos Alterados:

El equipo o sistema (activo físico) existente no puede cumplir con los

nuevos requisitos de exactitud, velocidad u otras especificaciones. A

menudo las opciones son reemplazar por completo o reforzarlo.

Obsolescencia:

Como consecuencia de la competencia internacional y del rápido avance

tecnológico, los sistemas y activos actuales instalados funcionan

aceptablemente, aunque con menor productividad que el equipo que se

comprara en breve.

3.5.1. VALOR ACTUAL NETO (VAN):

El Valor Actual Neto (VAN) es el método más conocido a la hora de evaluar

proyectos de inversión a largo plazo. El Valor Presente Neto permite

determinar si una inversión cumple con el objetivo básico financiero:

MAXIMIZAR la inversión. El VAN depende de las siguientes variables:

La Inversión Inicial (I): Corresponde al monto o valor del desembolso que la

empresa hará en el momento de contraer la inversión. En este monto se

61

pueden encontrar: El valor de los activos fijos, la inversión diferida y el capital

de trabajo.

Los Flujos de Caja: Corresponde a los flujos de caja futuro en la que la empresa

incurre anualmente u en otro periodo de tiempo.

La tasa de descuento: Es la tasa de retorno requerida sobre una inversión. La

tasa de descuento refleja la oportunidad perdida de gastar o invertir en el

presente por lo que también se le conoce como tasa de oportunidad.

Valor Actual Neto (VAN) :

La metodología de obtención del VAN consiste en descontar al momento actual

(es decir, actualizar mediante una tasa) todos los flujos de caja futuros del

proyecto. A este valor se le resta la inversión inicial, de tal modo que el valor

obtenido es el valor actual neto del proyecto.

Al evaluar el VAN puede ocurrir tres posibilidades:

Si VAN >0, La Inversión producidora ganancias por encima de la rentabilidad

exigida, por lo tanto el Proyecto puede aceptarse.

Si VAN < 0, entonces la Inversión producirá ganancias por debajo de la

rentabilidad exigida, por lo tanto el proyecto deberá rechazarse.

Si VAN = 0, entonces la Inversión no producirá ganancias ni perdidas, por lo

tanto dado que el proyecto no aporta valor monetario por encima de la

rentabilidad exigida, la decisión debería basarse en otros criterios, como la

obtención de un mejor posicionamiento en el mercado u otros factores.

El Valor del VAN se obtiene en función a la siguiente ecuación:

ۼۯ܄ =((+ −ܜ( ) ∗ ܜ܄

∗ (+ ܜ(− ۷… … … … … . . (ૠ)

Donde:

V୲ୀ Flujo de caja anual (U$/año)

i = Tasa de interés (%)

I = Inversión inicial realizada (U$)

t = Periodos de tiempo en años

62

Para la determinación del Vt se tiene la siguiente ecuación:

=ܜ܄ −ܜۯ …ܜ۽۱ . . ( ૠ )

Donde:

At = Ingresos, ahorro o ganancia obtenida en cada periodo de tiempo

analizado. (Para cada año)

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual.

3.5.2. TASA INTERNA DE RETORNO (TIR):

Se define como la tasa de descuento o tipo de interés que iguala el VAN a cero,

es decir, se efectúan tanteos con diferentes tasas de descuento consecutivas

hasta que el VAN sea cercano o igual a cero y obtengamos un VAN positivo y

uno negativo. Al realizar la evaluación del TIR se tienen tres posibilidades de

solución:

Cuando la TIR > tasa de descuento (i): El proyecto es aceptable.

Cuando la TIR = i: El proyecto es postergado.

Cuando la TIR < tasa de descuento (i): El proyecto no es aceptable.

La TIR se evalúa según la siguiente ecuación:

ۼۯ܄ = = −۷+((+ (–ܜ(܀۷܂ ∗ ( −ܜۯ (ܜ۽۱

܀۷܂ ∗ (+ ܀۷܂ ܜ(… . . (ૠ)

3.5.3. RENTABILIDAD DE LA INVERSIÓN:

Para evaluar la conveniencia de invertir en determinado proyecto se debe tener

un Indicador de rentabilidad.

La peculiaridad de las inversiones en Cambio Tecnológica de Equipos debido la

búsqueda o motivada por la Eficiencia Energética es que la Inversión se paga

con los Ahorros o Egresos que se obtienen al ejecutar el Proyecto.

Para este tipo de Proyecto tenemos los siguientes Indicadores de Rentabilidad:

63

3.5.3.1. PERIODO DE RETORNO DE LA INVERSION (PRI)

Es in Indicador económico que nos permite determina el tiempo en que se

tarda en recuperar una inversión, también es conocido como Pay-Back y se

define como el cociente entre la Inversión realizada, con respecto a los

ahorros mensuales o en un periodo de tiempo definido, según la siguiente

ecuación:

=۷܀۾۷

−ܜۯ) (ܜ۽۱( (ܔ܉ܝܖ܉ … … … … … … . ( ૠૠ)

Donde:

I = Inversión inicial realizada. (U$)

At = Ingreso o Ahorro Anual (U$/anual)

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual (U$/anual)

Normalmente si el valor del Periodo de RETORNO DE LA INVERSION (PRI) es

menor que la mitad de la vida útil estimada del Proyecto o Sistema que forma

parte de la mejora, la inversión es rentable.

3.5.3.2. RETORNO DE LA INVERSIÓN (RI)

Es un Indicador de Rentabilidad de la Inversión que permite conocer

porcentaje que representa el ahorro anual neto, respecto de la Inversión

inicial.

Se toma en cuenta la vida útil estimada del equipo o sistema del Proyecto. Se

expresa mediante la siguiente ecuación:

=۷܀ܜۯ) ܜ۽۱ ۲)

۷%ܠ … … … … … … . ( ૠૡ)

Donde:

I = Inversión inicial realizada. (U$)

At = Ingreso o Ahorro Anual (U$/anual)

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual (U$/anual)

D = Depreciación (U$/anual)

Es típico considerar que la inversión es rentable si RI es mayor del 15%.

64

3.6. NORMATIVIDAD AMBIENTAL

El Sector Industrial Pesquero cuenta con una normatividad vigente la cual

tiene por finalidad la conservación del medio ambiente.

Resolución Ministerial N° 621-2008-PRODUCE. Los titulares de las plantas de

harina y aceite de pescado y de harina residual de pescado están obligados a

realizar la innovación tecnológica para mitigar sus emisiones al medio

ambiente. Debiendo sustituir el sistema de operación de secado directo por el

de secado indirecto y aprovechando los vahos de secado como fuente de

energía en la planta evaporadora de agua de cola de película descendente.

R.M. N° 242-2009-PRODUCE.- Se modifica la Resolución Ministerial Nº 621-

2008-PRODUCE, que trata sobre la innovación del sistema de secado, por

sistemas de secado a vapor indirecto, secado con recirculación de gases

calientes, sistemas de secado de material particulado (finos de harina) u otros,

siempre que sus emisiones estén en los rangos aprobados por el Decreto

Supremo Nº 011-2009-MINAM.

Decreto Supremo Nº 011-2009-MINAM.- Aprueban Límites Máximos

Permisibles para las emisiones de la Industria de Harina y Aceite de Pescado y

Harina de Residuos Hidrobiológicos.

65

CAPITULO IV:

MATERIALES Y

METODOS

66

4.1. MATERIALES Y EQUIPOS

Para la Evaluación de los Sistemas Actuales y de los Sistemas Propuestos (Sistemas

con Cambio Tecnológico), se emplearán materiales, instrumentos y equipos que

permitan el monitoreo adecuado de las variables de estudio.

4.1.1. INSTRUMENTACIÓN DE LA PLANTA

- Termómetros

- Termocuplas

- Manómetros

- Caudalimetros

- Refractómetro (Modelo de mano)

- Analizador Digital de gases de la combustión

4.1.2. MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DEL DEPARTAMENTO DE

ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD

El Laboratorio de Aseguramiento de la Calidad, cuenta con materiales,

instrumentos y equipos para la determinación de porcentajes de Humedad,

grasas y sólidos para cada etapa productiva. Estos materiales, instrumentos y

equipos son:

- Balanzas de precisión eléctrica

- Balanza infrarroja para humedad

- Centrífugas

- Estufas

- Reactivos

- Mufla destilador de agua

- Desaguadores

- Análisis de agua

- Demás equipos complementarios para los análisis respectivos.

67

4.1.3. INSTRUMENTACIÓN ADICIONAL

- Termómetro infrarrojo, para lecturas de temperaturas exteriores

- Higrómetro para determinación de Humedades Relativas

4.2. METODO DE INVESTIGACIÓN

Para la Evaluación del aprovechamiento de los vahos del proceso de secado, en

una Planta Evaporadora de Película Descendente, generado por el cambio

tecnológico de Secadores de Fuego Directo a Secadores Indirectos a Vapor, se

empleará el método experimental. Este método investiga las posibles relaciones

causa-efecto entre variables, de cada sistema evaluado.

4.2.1. DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La planta pesquera VLACAR S.A.C., ubicada en la zona industrial 27 de Octubre,

emplea actualmente la Tecnología de Secado a fuego directo, para la

producción Harina y Aceite de Pescado. Lo cual implica una calidad medio

regular del producto (Harina FAQ) y emisiones toxicas al medio ambiente,

conteniendo energía residual sin aprovechar.

La planta actualmente cuenta con una licencia de Operación de 180 Tm/h de

procesamiento de materia prima. Para la etapas de Secado y Evaporación

cuenta con 4 secadores a fuego directo con capacidad 45 Tm/h c/u y 1 planta

de agua de cola de película descendente Tipo SHE (Evaporador de Energía a

Vapor) con capacidad de 108000 Litros/h de alimentación de agua de Cola. Esta

Planta de agua de Cola es abastecida de Vapor por un Caldero de 1000 BHP.

Para el proyecto del cambio Tecnológico, la planta ha decidido reemplazar la

mitad de su capacidad instalada de tecnología de Secado a fuego Directo por

Secado a Vapor, por lo que se tomará 2 secadores de fuego directo y se

reemplazará por dos secadores indirectos (a vapor), con capacidad de 45 Tm/h

c/u, empleándose los vahos generados en el secado a vapor, como medio

calefactor, en una planta de agua de cola de película descendente Tipo WHE

(Evaporador de Energía Residual), con capacidad de 54000 Litros/h de

alimentación de agua de cola.

68

En el presente Informe de Tesis nos basaremos en la Evaluación del

aprovechamiento de los vahos del proceso de secado, en una Planta

Evaporadora de Película Descendente, generado por el cambio tecnológico de

Secadores de Fuego Directo a Secadores Indirectos a Vapor con capacidad

Instalada de 90 Tm/h de procesamiento de Materia Prima. El cual cumple con la

Normativa R.M. 621-2008-PRODUCE.

Para la capacidad restante de 90 Tm/h, se empleara la tecnología de secado a

fuego directo, con implementación de torres lavadoras de gases y empleara

una planta evaporadora de película descendente Tipo SHE, de menor capacidad

siendo de 54000 Lt/h de alimentación de agua de cola. Siendo estos sistemas

aprobados por la normativa R.M. 242-2009-PRODUCE. Este último sistema se

omitirá del análisis, ya que solo nos enfocaremos en el sistema del Cambio

Tecnológico de Secadores de Fuego Directo por Secadores Indirectos a Vapor

con aprovechamiento de sus vahos en una planta evaporadora de película

descendente Tipo WHE.

4.2.1.1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ACTUAL

El sistema actual de Secado y Evaporación para la capacidad instalada de

90 Tm/h, está compuesto por los siguientes equipos principales:

Sistema de Secado

- 2 secadores a Fuego Directo de 45 Tm/h c/u. La cámara de Combustión del

secador es abastecida de combustible, de un Tanque de Petróleo R500 con

capacidad de 60000 m3.

Sistema de Evaporación

- 01 Planta de agua de cola con capacidad de 108000 L/h de alimentación de

agua de cola.

- 01 Tanque de Agua de Cola con capacidad de 431 Tm.

- 01 Tanque de Concentrado con capacidad de 52 Tm.

69

Sistema de Generación de Vapor

- 01 Caldero Pirotubular de 1000 BHP, abastecido de combustible del Tanque

de Petróleo de R500 con capacidad de 60000m3.

DIAGRAMA N°5: ESQUEMA DEL SISTEMA ACTUAL DE SECADO Y EVAPORACIÓN DE LA

PLANTA DE HARINA Y ACEITE DE PESCADO

LEYENDA

Flujo


CALDEROPIROTUBULAR

FLUJO DE

PETRÓLEO

R500

PLANTA DE AGUA DE

COLA PELICULA

DESCENDENTE TIPO SHE

TANQUE DE

AGUA DE COLA

TANQUE DE

CONCENTRADO

FLUJO DE

PETRÓLEO

R500

TANQUE DE

PETRÓLEO

R500

TANQUE DE

PETRÓLEO

R500

KEKES DE

PRENSA Y

SEPARADORA

CO

NC

EN

TR

AD

MIX

HARINA

Leyenda:

Flujo de Petróleo R500

Flujo de Agua de Cola

Flujo de Concentrado

Flujo de Keke de

Prensa y Separadora

Flujo de Mix

Flujo de Harina FAQ

SECADORES A FUEGO

DIRECTO

70

DIAGRAMA N°6: FLUJOGRAMA DEL SISTEMA ACTUAL

Tanque de petróleo

Cámara de combustión

del secador

Gases

Calientes

Cuerpo del

secador

Vahos

Emisión de Vahos

con

contaminantes al

medio ambiente

Calderos

Piro tubulares

Planta de agua de

cola Película

descendente (SHE)

Vapor de

agua

Concentrado

Keke de

Prensa

HARINA FAQ

Combustible

R500

Combustible

R500

Agua de

cola

71

DESCRIPCIÓN:

a) Un tanque de petróleo R500 de 60000m3 de capacidad, abastece de

combustible al caldero piro tubular de 1000BHP,

b) El caldero Piro tubular abastece de vapor, a la planta de agua de película

descendente SHE, en el primer efecto.

c) Un Tanque de 431 Tm de capacidad abastece de agua de cola, a la planta

evaporadora de película descendente SHE, en el segundo efecto.

d) Del primer Efecto de la planta evaporadora, se obtiene concentrado, y se

almacena en un Tanque de almacenamiento de 52 Tm de capacidad.

e) Un tanque de Petróleo R500 de 60000m3 de capacidad, abastece de

combustible a los secadores de Fuego directo.

f) El Mix que resulta ser una mezcla de keke de prensa, keke de separadora y

concentrado proveniente de la Planta de agua cola, es ingresado a los

Secadores a Fuego Directo para el proceso de Secado y obtención de Harina

FAQ.

A continuación se describirán los principales equipos que conforman el sistema

actual:

4.2.1.1.1. SECADORES A FUEGO DIRECTO

Estos tipos de Secadores se caracteriza por ser de contacto directo y de

flujo paralelo entre el Mix a deshidratar y el elemento calefactor, el cual son

gases calientes de la combustión diluidos en el aire. El producto que se

obtiene es una Harina del Tipo FAQ ( C alidad Medio Regular).

Estos secadores están compuestos por una cámara de Combustión y un Cuerpo

del Secador donde se realiza el secado del Mix. En la cámara de Combustión

Estática se realiza la combustión del Petróleo R500 con aire comburente.

Estos Secadores a Fuego Directo, con los que cuenta actualmente la empresa,

tienen una alimentación de aire de dilución hacia la cámara de Combustión, de

Temperatura Ambiente. Este aire de dilución se mezcla con los gases calientes

72

producidos por la reacción de combustión del Petróleo R500 con aire

comburente a temperatura ambiental. Los gases calientes son enfriados por

el aire de dilución, y estos a una temperatura cercana de 600ºC

abandonan la cámara de combustión (el cual es un sistema estático) e

ingresan al cuerpo del secador donde entran en contacto directo con el mix

que ingresa por la parte superior del cuerpo del secador (el cual es un

sistema rotatorio), en un flujo paralelo los gases calientes diluidos con

aire provocan el mecanismo de deshidratación a nivel de partícula, ya que el

Mix dentro del cuerpo del secador viaja a lo largo de este a través de un

movimiento browniano. Se presenta un diagrama del Secador a fuego Directo.

DIAGRAMA N° 7: SECADOR A FUEGO DIRECTO

Fuente: Elaboración propia

CUERPO DEL SECADORCAMARA DECOMBUSTIÓN

PETROLEOR500

AIRE DECOMBUSTIÓN

AIRE DEDILUCIÓN

INGRESO DEMIX

PÉRDIDAS PORRADIACIÓN

PÉRDIDAS PORRADIACIÓN

SALIDA DEHARINA

SALIDA DEVAHOS Y GASESDE COMBUSTIÓN

73

A continuación se presenta las características técnicas de los equipos de

secado a fuego directo, para la capacidad instalada de 90 Tm/h:

CUADRO Nº 6

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SECADORES ACTUALES

ITEM MARCACAP.

TON/HCARACTERISTICAS

SECADOR

01

FABRICACION

NACIONAL45

Tipo: Contacto Directo

Cámara de Combustión: 3,60m de

Diámetro y 2,50m de largo

Cuerpo de Secador: 4,00m de

Diámetro y 17,20m de largo.

Potencia Motor Eléctrico: 110 HP

SECADOR

02

FABRICACION

NACIONAL45

Tipo: Contacto Directo

Cámara de Combustión: 3,60m de

Diámetro y 2,50m de largo

Cuerpo de Secador: 4,00m de

Diámetro y 17,20m de largo.

Potencia Motor Eléctrico: 110 HP


74

4.2.1.1.2. PLANTA DE AGUA DE COLA SHE (STEAM HEAT EVAPORATOR)

El agua de cola proveniente de las centrifugas, son almacenadas en un

tanque de almacenamiento de Fierro con capacidad de almacenamiento

de 431 Tm, para luego ser bombeados a la Planta de agua de Cola. En el

tanque no debe permanecer mucho tiempo ya que se descompone con

facilidad a temperaturas menores de 165°C o un PH mayor a 4,5 por

ataque microbiano. El agua de cola ingresa con un concentración de 6,5%

de sólidos totales y sale como concentrado de 38% de sólidos Totales.

La planta de agua de cola SHE, es del Tipo de película descendente, de tres

efectos. Esta planta de agua de cola (PAC), es de sistema Mixto, es decir el

agua de cola es alimentada por el segundo Efecto, luego el concentrado

que sale del segundo efecto ingresa al tercer efecto, y el luego el

concentrado que sale del tercer efecto ingresa al primer efecto, y el

concentrado que sale del primer efecto es el concentrado final, que se

almacena en un Tanque de Almacenamiento de Concentrado con

capacidad de 52 Tm. Este Concentrado ingresará al proceso en la etapa de

secado.

Además el primer efecto es alimentado con Vapor Vivo, proveniente de un

caldero Pirotubular de 1000 BHP.

DESCRIPCIÓN DE PROCESO EN EL SEGUNDO EFECTO:

El agua de cola, es alimentada por la parte superior del segundo efecto,

donde es distribuido a cada uno de las placas calefactoras. El Vapor Vivo se

distribuye internamente por las placas calefactoras para trasmitir su calor

hacia el agua de cola de manera indirecta. El líquido forma una película

delgada a medida que fluye hacia abajo por las paredes externas de la

placa, accionado por la fuerza de gravedad y la evaporación del agua. El

principio de película descendente provee tiempo de retención breve

combinado con temperaturas relativamente bajas, lo cual mantiene al

mínimo la degradación del producto.

75

COMPONENTES DE EQUIPO:

Los efectos están construidos de acero inoxidable, en cuyo interior se

ubican Placas verticales, separadores, Bombas centrifugas, distribuidores,

válvulas e Instrumentación:

A. Placas Verticales: Cuyas dimensiones son de 6,00m de largo y 1,25m de

ancho, estas placas verticales tienen una abertura interior por donde fluye

el vapor de 2 pulg.

B. Separadores: Cada efecto posee un separador de gases-liquido y un ducto

de traspaso de los vahos generados, ambos construidos de acero

Inoxidable.

C. Distribuidores: El número de distribuidores es idéntico al número de

efectos y se instalan en la parte superior, para el abastecimiento de vapor y

vahos a cada efecto.

D. Sistema de recirculación: En cada efecto, el líquido se almacena en el

fondo donde mediante una bomba centrifuga, es recirculada hacia la parte

superior del efecto, a través de dos Tuberías de Acero Inoxidable, ubicadas

en la parte externa de la calandria del efecto.

E. Válvulas e Instrumentación: La planta de agua de cola posee un conjunto

de válvulas de bola, mariposa entre otras. Además de vacuometros,

sensores de temperatura, etc.

La planta de agua de cola cuenta con un Condensador barométrico, para

realizar el vacio del sistema. Este condensador está construido de acero

inoxidable, cuenta con una columna barométrica, para condensación y

precipitación de los vahos del último efecto. Mediante aspersión de agua

de mar a temperatura ambiente, se produce la condensación de los vahos,

lo que provoca la precipitación del condensado a un estanque de agua.

Parte de los vahos que tiene contacto directo con el agua de mar, no se

condensan, para lo cual se instala una cañería en la parte superior del

condensador Barométrico y mediante una bomba de Vacio se extrae los

incondensables. La precipitación de los vahos condensados junto la bomba

de vacío, se efectúa el vacio del sistema.

76

CUADRO Nº 7

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA PLANTA EVAPORADORA ACTUAL


CARACTERÍSTICAS DESCRIPCIÓN

Tipo de EvaporadorDe Película descendente, SHE (STEAM HEATEVAPORATOR)

Capacidad 108 Tm/h de alimentación de agua de cola.

MaterialConstruida en Acero Inoxidable. Cada efectoestá apoyado sobre cuatro columnas deAcero al carbono. En perfil estructural.

Placas por efecto 30 placas de 6m de largo y 1,25m de ancho

Marca AHLSTROM: VARKAUS FINLAD

N° de efectos 3

Área de transferenciade calor

225 m2 por efecto

77

4.2.1.2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA PROYECTADO

El sistema Proyectado de Secado a Vapor y Evaporación para la capacidad

instalada con innovación Tecnológica de 90 Tm/h, está compuesto por los

siguientes equipos:

Sistema de Secado

- 2 secadores Rotatubos de 45 Tm/h c/u.

Sistema de Evaporación

- 01 Planta de agua de cola Tipo WHE con capacidad de 54000 L/h de

alimentación de agua de cola.

- 01 Tanque de Agua de Cola con capacidad de 200 Tm.

- 01 Tanque de Concentrado con capacidad de 50 Tm.

Sistema Auxiliar del sistema Proyectado

- 01 Separador de Arrastre

- 01 Ducto de transporte de Vahos de Secado

- 01 Sistema de lavado de gases

Sistema de Generación de Vapor

- 02 Calderos Pirotubulares de 1000 BHP, abastecido de combustible del

Tanque de Petróleo de R500 con capacidad de 60000m3.

78

DIAGRAMA N°8: ESQUEMA DEL SISTEMA ACTUAL DE SECADO Y EVAPORACIÓN

DE LA PLANTA DE HARINA Y ACEITE DE PESCADO


CALDEROSPIROTUBULARES

FLUJO DE

PETRÓLEO

R500

PLANTA DE AGUA DE COLA

PELICULA DESCENDENTE

TIPO WHE

TANQUE DE

AGUA DE COLA

TANQUE DE

CONCENTRADO

TANQUE DE

PETRÓLEO R500

KEKE DE

PRENSA Y

SEPARADORA

CO

NC

EN

TR

AD

OHARINA PRIME

Leyenda:

Flujo de Petróleo R500

Flujo de Agua de Cola

Flujo de Concentrado

Flujo de Keke de Prensa y

Separadora

Flujo de Mix

Flujo de Harina Prime

Flujo de Vahos

Flujo de Vapor

SECADORES ROTATUBOS A

VAPOR

MIX CICLON

SEPARADOR

SISTEMA DE

LAVADO DE

GASES

VAHOS

LIMPIOS AL

MEDIO

AMBIENTE

79

DIAGRAMA N°9: FLUJOGRAMA DEL SISTEMA PROYECTADO

Tanque de petróleo

Combustible

R500

Calderos

Piro tubulares

Secadores indirectos

(Rotatubos)

Vapor de

agua

Planta evaporadora

de película

descendente (WHE)

Vahos de

secado

Sistema de lavado de

gases

Vahos de

secado

Incineración de

Vahos en Calderos

Cero emisiones de

vahos sin

contaminantes

Agua de

cola

Flujo de

Concentrado

Keke de

Prensa

HARINA FAQ

80

DESCRIPCIÓN:

a) Un tanque de petróleo R500 de 60000m3 de capacidad, abastece de combustible

al caldero pirotubulares de 1000BHP.

b) El caldero Piro tubular abastece de vapor, a los secadores Rotatubos de 45 Tm/h

c/u.

c) Un Tanque de 200 Tm de capacidad abastece de agua de cola, a la planta

evaporadora de película descendente WHE, en el segundo efecto, por el interior

de los tubos.

d) Los vahos de secado son enviados, mediante un ducto, al primer efecto de la

planta evaporadora de película descendente WHE, por el exterior de los tubos, el

cual es aprovechado como medio calefactor. De este efecto se obtiene efluentes

debido a la condensación de los vahos y son enviados al sistema de canaletas de

la planta. Los vahos que no han sido condensados en este efecto, son extraídos

mediante un exhaustor y luego son enviados a una torre lavadora de gases.

e) Del primer Efecto de la planta evaporadora, por el lado del interior de los tubos,

se obtiene concentrado, y se almacena en un Tanque de almacenamiento de 50

Tm de capacidad.

f) El Mix que resulta ser una mezcla de keke de prensa, keke de separadora y

concentrado proveniente de la Planta de agua cola, es ingresado a los Secadores

a Vapor para el proceso de Secado y obtención de Harina PRIME.

4.2.1.2.1. SECADORES ROTATUBOS

El Mix que resulta ser una mezcla de keke de prensa, keke de separadora y

concentrado proveniente de la Planta de agua cola, es ingresado a los Secadores

Rotatubos para el proceso de Secado Indirecto. El producto que se obtiene es

una Harina del Tipo STEAM DRIED (HARINA PRIME).

El Secador a Vapor Rotatubos, realiza la operación de secado del Mix con alto

contenido de humedad en forma indirecta, al poner en contacto, mediante

rotación, el material a secar con el exterior de tubos calefaccionados con vapor

proveniente de un caldero Pirotubular de 1000 BHP. Los vahos de secado son

evacuados fuera del equipo sin la necesidad de aire de arrastre y el producto

81

seco es descargado por el centro de la parte posterior a una caja de descarga

sellada, de donde se puede retirar con un tornillo o correa transportadora.

El equipo de secado indirecto, está constituido por un cilindro de doble pared, en

cuyo interior se ubica longitudinalmente haces de tubos que giran

conjuntamente con el cuerpo. Tanto los tubos como el cuerpo del secador son

alimentados con vapor proveniente de caldera.

Su diseño con tubos montados en bancos o paquetes le permite una fácil

mantención. El banco puede ser retirado efectuando la reparación en el exterior

del secador y permitiendo que éste siga funcionando.

COMPONENTES DEL EQUIPO:

- Un cilindro de doble pared, cuyas dimensiones generales dependen del modelo.

El cilindro va provisto de una tapa en su extremo de alimentación, la cual va

apernada y cerrada a la atmosfera. El equipo va unido a dos llantas de rodado,

que van apoyadas sobre soportes con polines autolineantes y la del extremo de

la alimentación esta soportada, además, axialmente por polines regulables.

- El banco de tubos está compuesto por tubos de acero al carbono, que van

soportados por espejos, soldados a la pared del cilindro.

- En el extremo de la descarga del secador va una junta rotatoria para el ingreso

del vapor, que a su vez entrega a una cámara de distribución que alimenta el

banco de tubos a la camisa del cilindro.

- En el ingreso del vapor se tiene una válvula de globo para la regulación.

Asimismo, en ese extremo de descarga del secador se encuentra un colector de

condensados, que evacua a través de una junta rotatoria, tras la cual se ubica un

filtro para vapor tipo canastillo y una trampa de vapor tipo flotador.

- Ambas juntas rotativas van unidas a las respectivas tuberías de alimentación de

vapor y extracción de condensados.

- Dos bases de apoyo para el secador, cada una compuesta por un marco

construido con perfiles laminados, sobre los cuales van instalados cuatro polines

autolineantes y dos bases de apoyo axial con polines regulables.

82

- El conjunto de mando del secador está compuesto por un motor eléctrico, unido

a un reductor de velocidad mediante un acoplamiento hidráulico. El reductor va

acoplado a un contra eje.

- La alimentación al secador es a través de un tornillo.

- El equipo dispone de varios accesorios, entre los que se cuenta un ventilador,

que es el encargado de extraer los vahos de la deshidratación para la calefacción

de plantas evaporadoras.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL SECADOR ROTATUBOS

- Incorpora un diseño especial de las áreas de secado para conseguir un manejo

adecuado de tortas muy pegajosas, disminuyendo el ensuciamiento a través del

tiempo. Tiene una gran zona al comienzo para presecar kekes muy húmedos y

reducir el ensuciamiento de la zona de tubos propiamente tal. Esto permite

mantener la capacidad durante campañas largas, sin que baje la velocidad de

proceso.

- El diseño termodinámico de las áreas de secado, los flujos de vapor, los de

condensado y la evacuación de incondensables permiten que el equipo entregue

la capacidad nominal sin requerir del ingreso de aire para bajar la presión parcial

de agua de los vahos. Es decir el secado del Mix se produce en ausencia de aire,

utilizando el vapor desprendido en la deshidratación como vehículo de

transmisión de calor, de modo que existe un mínimo contacto entre la pared del

cilindro, los tubos y el Mix a secar. Debido a esto la temperatura de los vahos es

cercana a los 100º C del vapor de agua puro a presión atmosférica, por lo que la

recuperación del calor utilizado en equipos como plantas evaporadoras WHE

(Waste Heat Evaporator) es muy eficiente.

- Los tubos están instalados de tal manera que si fuese necesario su cambio, la

operación se realiza fácilmente con una mínima intervención en el equipo.

- El equipo ha sido diseñado para una presión de 10 kg/cm² (150 Psi), por lo que

no hay riesgo que se destruya ante un error de operación con las calderas con

que normalmente se opera. Por otra parte, la presión de operación requerida

para alcanzar la capacidad nominal de secado es de 6 kg/cm² (90 Psi), por lo que

83

se pueden manejar fácilmente situaciones de mayores requerimientos de

secado.

- La descarga del producto seco se efectúa por el centro de la parte posterior, a

través de una caja de humos de dimensiones reducidas, por lo que casi no existe

la posibilidad de emisión de vapores en la zona seca del equipo.

- Su construcción es muy robusta, debido al cálculo con alta resistencia a la fatiga,

lo que garantiza una larga duración en servicio. Por otra parte, la precisión

mecánica exigida por control de calidad durante la fabricación y el diseño de los

elementos de rodado para servicio pesado, garantizan un funcionamiento

silencioso y libre de vibraciones que puedan acortar la vida del equipo.

CUADRO Nº 8

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SECADORES PROYECTADOS

ITEM MARCACAP.

TON/HCARACTERISTICAS

SECADOR01

ATLAS STORD 45

Tipo: Contacto Indirecto (Vapor)Rotatubos

Cuerpo de Secador: 3,00m deDiámetro y 21,00m de largo.

Capacidad de evaporación: 80,00Kg. de agua/ hora

Modelo ATD3522-18

SECADOR02

ATLAS STORD 45

Tipo: Contacto Indirecto (Vapor)Rotatubos

Cuerpo de Secador: 3,00m deDiámetro y 21,00m de largo.

Capacidad de evaporación: 80,00Kg. de agua/ hora

Modelo ATD3522-18


84

4.2.1.2.2. PLANTA EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE WHE (WASTED HEAT

EVAPORATOR)

Los vahos de secado son enviados al primer efecto de la planta evaporadora

WHE, como medio de calefacción. Mientras que el agua de cola proveniente del

Tanque almacenamiento de 200 Tm de Capacidad, ingresa a la calandria del

segundo efecto de la planta evaporadora, con una concentración de 6,5% de

sólidos totales en flujo contracorriente. Del primer efecto se obtiene

concentrado con 38% de sólidos Totales. Este concentrado se envía a un Tanque

de Almacenamiento de Concentrado con capacidad de 50 Tm, para luego ser

enviado al proceso en la etapa de secado.

La planta evaporada del tipo película descendente WHE, fabricado con material

de Acero Inoxidable; para la obtención de concentrado producido por la

evaporación de agua de cola (subproducto en la elaboración de harina de

pescado). La planta está diseñada para utilizar como medio calefactor los vahos

generados en el secado de harina de pescado, en secadores indirectos

(Secadores Rotatubos).

La planta evaporadora está constituida por dos (02) calandrias con una superficie

total de calefacción de 192 m2 dando como resultado una capacidad de

evaporación de 44763.16 Kg agua/h, equivalente a una capacidad de

procesamiento de 54 000 Kg agua de cola/h. El soluble concentrado obtenido en

el proceso, presentara una concentración de sólidos de aproximadamente del

38%. El valor de concentración final dependerá de la frescura y del tipo de

pescado que se procese.

La planta evaporada del tipo película descendente WHE, tiene la característica de

trabajar a temperatura reducidas y con bajo tiempo de residencia para el líquido

a procesar, lo cual ayuda a minimizar efectos térmicos dañinos sobre las

propiedades nutricionales del soluble concentrado obtenido del proceso de

evaporación del agua de cola (desnaturalización de proteínas, degradación de

vitaminas, etc.)

85

APROVECHAMIENTO DE VAHOS EN UNA PLANTA EVAPORADORA DE PELICULA

DESCENDENTE WHE

El aire contiene vapores de agua que pueden entregar humedad por

condensación. Igualmente, todos los gases que contengan vapores, pueden

formar humedad cuando son enfriados a temperaturas suficientemente bajas.

Los Vahos de secado contienen grandes cantidades de vapores de agua, que

pueden ser utilizados cuando estos vahos se condensan y de esta manera liberar

el calor de condensación.

La descarga de los vahos en un secador Rotatubos a Vapor, son una mezcla de

aire y vapor de agua. Las operaciones de secado, particularmente se ejecutan a

presión atmosférica.

Los vahos de secado son enviados en una planta evaporadora de película

descendente WHE. Condensando estos vahos en el primer efecto de la Planta

evaporadora WHE, se puede recuperar una pequeña o gran cantidad de la

energía calorífica utilizada en el proceso de secado.

La cantidad de energía recuperada en una planta evaporadora WHE, dependerá

de la calidad de los vahos. Esto quiere decir, que en el caso de vahos de secado

con muy pequeñas cantidades de no condensables, toda la energía calorífica

puede ser recuperada en una planta evaporadora de película descendente WHE.

Los vahos de secado condensados son enviados a un Tanque de almacenamiento

de 20 m3, los cuales serán utilizados para operaciones de limpieza. Mientras que

los vahos que no pudieron ser condensados, en el primer efecto o calandria son

extraídos, mediante un exhaustor. Luego estos vahos no condensados, son

conducidos a una torre lavadora de gases, con el objetivo de disminuir la carga

de contaminantes emitidos al medio ambiente.

86

COMPONENTES DEL EQUIPO

Se presenta los principales componentes:

A. Efectos

El evaporador está constituido por 02 efectos, siendo el casco y el cuerpo de

calor constituido por un haz de tubos en material de acero inoxidable en calidad

AISI 304 bajo la norma ASTM – 249.

B. Bombas

Cada una de los efectos presentan bombas centrifugas para la recirculación de

agua de cola y/o soluble concentrado, cada una de estas bombas son

seleccionados según las propiedades físicas del fluido a tratar en cada efecto, las

que son: viscosidad y temperatura; así como también de las condiciones de

operación del sistema, siendo el caudal, ADT (altura dinámica total. Además de

las efetos, la planta de agua de cola presenta una bomba para generar el vacio

en las calandrias de los efectos, para transportar el concentrado obtenido, para

alimentar de agua de cola a las calandrias y evacuar el condensado sucio de las

chaquetas de las mismas.

C. Boquillas Aspersora

La planta de agua cola para ser del tipo película descendente, presenta en la

parte superior de cada una de los efectos, una Boquilla Aspersora del tipo cono

lleno, presentando un ángulo de aspersión de 95º, este dispositivo tiene la

capacidad de cubrir todo el área correspondiente al banco de tubos en la placa

Portatubos, en la cual el agua de cola es esparcida e ingresa por cada uno de los

tubos formándose dentro de ella una película fina la cual desciende a lo largo de

cada uno de los tubos generándose de esta manera la evaporación del agua de

cola, debido a que el exterior del banco de tubos es bañada por los vahos

provenientes de un secador Rotatubos, el cual viene hacer el medio energético

para que pueda ocurrir este proceso. Las boquillas a instalar están fábricas en

acero inoxidable en calidad AISI 304.

87

D. Tubos de calefacción:

Fabricados de Acero Inoxidable, cuyas dimensiones son 160 Tubos de 1 ½’’plg.,

de diámetro y 10,00m de largo

E. Separadores:

Cada efecto posee un separador de gases-liquido y un ducto de traspaso de los

vahos generados, ambos construidos de acero Inoxidable.

F. Distribuidores:

El número de distribuidores es idéntico al número de efectoss y se instalan en la

parte superior, para el abastecimiento de vahos de Secado a cada efecto.

G. Válvulas e Instrumentación:

La planta de agua de cola posee un conjunto de válvulas de bola, mariposa entre

otras. Además de vacuometros, sensores de temperatura, etc.

H. Condensador Barométrico:

Construido en acero Inoxidable.

I. Exhaustor de Vahos.

La planta evaporadora WHE, presenta un exhaustor de vahos el cual genera una

depresión en la calandria del primer efecto, permitiendo fluir los vahos

generados en el secador Rotatubos, provenientes desde el dámper de regulación

de la cámara colectora de vahos ubicado en la parte superior del secador.

El Exhaustor de vahos presenta las siguientes características técnicas:

Diseño exahustor tipo centrifugo, con rodete de alabes curvos hacia atrás,

fabricación integra con material de Acero Inoxidable.

Sistema motriz conformada por poleas y fajas, este sistema permite desarrollar

una velocidad de giro del rotor de 2400 RPM, por el cual se necesitara un motor

de 20HP de 3550 RPM.

Presión estática

Capacidad de 1,200 kg/h, con potencia de motor de 20 HP.

Instalado en una plataforma de operación con escalera de acceso. Y barandas.

88

CUADRO Nº 9

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA PLANTA EVAPORADORA PROYECTADO WHE


CARACTERÍSTICAS DESCRIPCIÓN

Tipo de EvaporadorDe Película descendente, WHE ( WASTED HEAT

EVAPORATOR)

Capacidad 54 Tm/h de alimentación de agua de cola.

Material

Construida en Acero Inoxidable. Cada efecto está

apoyado sobre cuatro columnas de Acero al

carbono. En perfil estructural.

Placas por efecto160 Tubos de 1 ½’’plg., de diámetro y 10,00m de

largo

Marca ATLAS STORD

N° de efectos 2

Área de transferencia

de calor192 m2 por efecto

89

2.4.1.2.3. SISTEMA AUXILIAR DEL SISTEMA PROYECTADO

A. SEPARADOR DE ARRASTRE

El separador de Arrastre, es un equipo que se encuentra localizado en el

tramo del ducto de Vahos de Ø24”, entre la salida de los vahos proveniente

del secador rotatubos y el ingreso de vahos a la planta de agua de cola

WHE. Este equipo es empleado para la separación de los líquidos y gases.

Los vahos pueden arrastrar gotitas de líquido en ebullición. Para evitar

transportar esta mezcla de líquido - vahos, que es arrastrado por el vapor,

se utilizan separadores de arrastre.

Los separadores de arrastre están constituidos por persianas de láminas

inclinadas, que se encuentran instaladas en la proximidad de la salida de

los vahos de secado. Este equipo está construido de Acero al Carbono en

ASTM – A36.

B. DUCTO DE VAHOS DE SECADO

Es utilizado para el transporte de los vahos desde el secador Rotatubos

hasta el primer efecto de la planta evaporadora WHE. Este ducto es de

Ø24”, construido de Acero Inoxidable AISI 304.

C. SISTEMA DE LAVADO DE GASES

Cuando los vahos (Aire Húmedo) pasan a través de la calandria del primer

efecto del evaporador, los vapores se condensan aportando su calor

latente de evaporización al agua de cola, que se evapora dentro de los

tubos. Los vahos (mezcla vapor aire) es enfriada por esta acción y sale a

través de la chimenea del exhaustor del evaporador a 80°C como una

mezcla de aire vapor saturado.

Estos vahos enfriados son conducidos a un sistema de lavado de gases. El

cual cuenta con sprays de agua, que limpian los vahos de secado enfriados,

permitiendo reducir la carga contaminante emitida al medio ambiente.

Este es un equipo construido de acero estructural ASTM A36. Se empleará

agua de mar para el lavado de los vahos de secado enfriados.

90

Temperatura de Ingreso de vahos = 80°C

Temperatura de salida de los vahos = 45°C

Temperatura de ingreso de agua de mar = 20 – 22 ° C

Temperatura de salida del agua de mar = 39°C

4.2.2. PROCEDIMIENTO OPERATIVO

Se evaluará los sistemas, mediante balances de materia y de energía,

indicadores energéticos, indicadores ambientales, calidad del producto y

evaluación económica del sistema. Para realizar esta evaluación se tomará

como datos: Los parámetros de operación del sistema (Presión, temperatura,

flujo másico, etc.), características de los equipos térmicos, consumo de

combustible, emisiones de vahos al medio ambiente, análisis de la calidad de

producto e inversiones monetarias realizadas.

A. BALANCE DE ENERGIA DEL SISTEMA ACTUAL: Se evaluara los balances de

energía del sistema actual (Secado a fuego directo y evaporación), según las

formulas enunciadas en el Capítulo III. Se determinará principalmente la

eficiencia del sistema y el consumo de combustible – R500.

B. BALANCE DE ENERGIA SISTEMA DEL SISTEMA PROYECTADO

Se evaluara los balances de energía del sistema proyectado (Secado a Vapor


descendente), según las formulas enunciadas en el Capítulo III. Se determinará

principalmente la eficiencia del sistema y el consumo de combustible – R500.

C. DETERMINACION DE LOS INDICADORES:

Teniendo los resultados de los balances de energía de la Situación Actual y

Proyectado, se elaboran los siguientes Indicadores:

Indicadores Energéticos:

- Indicador Térmico de proceso productivo actual (Galones R500

consumidos/Tm Harina producida).

91

- Indicador Térmico de proceso productivo con cambio Tecnológico (Galones

R500 consumidos/Tm Harina producida).

- Indicador Térmico del proceso de secado y evaporación actual (Galones

R500 consumidos en secado y evaporación/Tm Harina producida).

- Indicador Térmico del proceso de secado y evaporación con cambio

Tecnológico (Galones R500 consumidos en secado y evaporación/Tm Harina

producida).

Indicadores Económicos:

- Costo Especifico Térmico de proceso productivo actual ($ de Galones R500

consumidos/Tm Harina producida).

- Costo Especifico Térmico de proceso productivo con cambio Tecnológico ($ de

Galones R500 consumidos/Tm Harina producida).

- Costo Especifico Térmico del proceso de secado y evaporación actual ($ de

Galones R500 consumidos en secado y evaporación/Tm Harina producida).

- Costo Especifico Térmico del proceso de secado y evaporación con cambio

Tecnológico ($ de Galones R500 consumidos en secado y evaporación/Tm

Harina producida).

Indicadores Ambientales:

- Emisiones de Material Particulado emitidos al medio ambiente del sistema de

secado a fuego directo (Tm de Material Particulado emitidos al medio

ambiente/Tm de Harina)

- Emisiones de Material Particulado emitidos al medio ambiente del sistema de

secado a Vapor (Tm de Material Particulado emitidos al medio ambiente/Tm

de Harina)

- Emisiones de Sulfuro de Hidrogeno emitidos al medio ambiente del sistema

de secado a fuego directo (Tm de H2S emitidos al medio ambiente/Tm de

Harina)

- Emisiones de Sulfuro de Hidrogeno emitidos al medio ambiente del sistema

de secado a vapor (Tm de H2S emitidos al medio ambiente/Tm de Harina)

92

D. BENCHMARKING:

Se realiza un benchmarking energético entre ambas condiciones de cálculo.

E. CUANTIFICACION DE LOS AHORROS DE ENERGIA:

Se cuantificación los ahorros de energía en función al benchmarking realizado,

determinándose los ahorros de energía y facturación en un horizonte anual.

F. CUANTIFICACION DE LAS EMISIONES AL MEDIO AMBIENTE:

Se cuantifica las emisiones de CO2, Material particulado y H2S, de las dos

condiciones de operación, determinándose el flujo de emisiones no emitidas

como resultado del cambio tecnológico.

G. EVALUACION ECONOMICA:

Se determina la Rentabilidad de la Inversión, Tasa Interna de Retorno y el Pay-

back, este último es el método utilizado por los Programas de Ahorro de

Energía (recuperación de la inversión en función a los ahorros obtenidos).

93

CAPITULO V

CALCULOS, RESULTADOS Y

DISCUSIONES

94

5.1. ANÁLISIS ENERGÉTICO DE LOS EQUIPOS ACTUALES DE SECADO Y

EVAPORACIÓN

Para la capacidad Actual de procesamiento de 90 Tm/h, la cual es objeto de

estudio.

Se realizara los siguientes análisis energéticos:

- Análisis Energéticos en los secadores a fuego directo

- Análisis Energético en plantas de agua de cola (situación actual)

- Determinación del consumo Total de Combustible

Para el detalle de los datos y cálculos para los Secadores a Fuego Directo y

Sistema de Evaporación, se verán en el anexo A: Anexos de Cálculo.

5.1.1. ANALISIS ENERGETICOS EN LOS SECADORES A FUEGO DIRECTO

Para el análisis energético, se tomara dos (02) secadores a fuego de la

planta Harina y Aceite de Pescado.

El objetivo principal del análisis energético es calcular el requerimiento el

consumo de combustible.

Para realizar el análisis energético en lo secadores se cuenta con los

siguientes datos:

95

CUADRO N° 10: DATOS PARA ANALISIS ENERGETICO EN CAMARA DE

COMBUSTION


DESCRIPCION SIMBOLO VALOR UNIDAD

Temperatura de entrada del CombustibleR500

Tc 90 °C

Calor especifico del combustible R500 CPc 0,458 Kcal/kg°C

Poder calorífico Inferior del combustibleR500

PCI 10120 Kcal/kg

Temperatura de entrada del aire decombustión

TAC 100 °C

Calor especifico del aire de combustión aTAC

CPAC 0.241 Kcal/kg°C

Temperatura de entrada del aire dedilución

TAD 20 °C

Calor especifico del aire de combustión aTAD

CPAD1 0,24 Kcal/kg°C

Temperatura de los gases de lacombustión a la salida de la cámara decombustión

Tg1 600 °C

Calor especifico de los gases de lacombustión a Tg1

CPg -- Kcal/m3°C

Calor especifico del aire a Tg1 CPAD2 0.267 Kcal/kg°C

Exceso de aire e 20 %

Flujo de aire para la combustión -- Kg/h

Flujo másico de aire de dilución -- Kg/h

Flujo másico de gases de la combustión -- m3/h

Flujo de Combustible -- Kg/h

96

CUADRO N° 11: DATOS PARA ANILISIS ENERGETICO EN EL CUERPO DEL SECADOR



Flujo másico de aire de dilución -- Kg/h

Calor especifico del combustible R500 CPc 0,458 Kcal/kg°C

Flujo másico de gases de la combustión 14,70 ∗ m3/h

Calor especifico de los gases de lacombustión a Tg1

CPg 0,352 Kcal/m3°C

Temperatura de los gases de la combustión ala salida de la cámara de combustión

Tg1 600 °C

Calor especifico del aire a Tg1 CPAD2 0.267 Kcal/kg°C

Calor especifico de los gases de lacombustión a Tgf

CPgf 0,332 Kcal/m3°C

Temperatura de los gases de la combustión ala salida del cuerpo del secador

Tgf 160 °C

Calor especifico del aire a Tgf CPADf 0,243 Kcal/kg°C

Flujo de Mix en los Secadores 44715,00 Kg/h

Flujo de Harina 21677,00 Kg/h

Temperatura Inicial del Mix TMIX 80 °C

Temperatura Final de la Harina THH 95 °C

Calor especifico del Mix CPmix 0,66 Kcal/kg°C

Calor especifico de la Harina CPHH 0,61 Kcal/kg°C

Flujo de vahos 23038,00 kg/h

Entalpia de vapor saturado eval. a Tgf y 1 atm hVAHOS 636,78 Kcal/kg

Emisividad de la superficie lateral ∈୪ 0,93

Emisividad de las superficies de las tapas ∈ 0,50

Temperatura de la superficie lateral Tsl 60 °C

Tem.de la superficies de las Tapas frontales Tsf 80 °C

Temperatura del ambiente Ta 20 °C

97

Del anexo A: Anexos de Cálculo, sección 1.1: Análisis Energético en

Secadores a Fuego Directo, se obtiene los siguientes resultados:

CUADRO N° 12: RESULTADOS DEL ANALISIS ENERGETICO EN LA CAMARA DE

COMBUSTION


FLUJO DE CALORES O ENERGIAS ENTRANTES

DESCRIPCION SIMBOLOVALOR

(Kcal/h)%

Flujo de Calor debido a la reacción delcombustible

Q1 17589572,00 94,44

Flujo de Calor debido alprecalentamiento del combustible

Q2 71644,48 0,39

Flujo de Calor del aire de combustión Q3 523602,63 2,81

Flujo de Calor del aire de dilución 1 Q4 439919.52 2,36

TOTAL Qe 18624738,63 100,00

FLUJO DE CALORES O ENERGIAS SALIENTES

DESCRIPCION SIMBOLOVALOR(Kcal/h)

%

Flujo de Calor de los gases de lacombustión a la salida de la cámara decombustión

Q5 5396174,78 28,97

Flujo de Calor del aire de dilución 2 a lasalida de la cámara de combustión

Q6 13197604,32 70,86

Flujo de Calor perdido por radiación porparedes laterales de la cámara decombustión

Q7 30959,53 0,17

TOTAL Qs 18624738,63 100,00

98

CUADRO N° 13: RESULTADOS DEL ANALISIS ENERGETICO EN EL CUERPO DE SECADOR

DE CONTACTO DIRECTO


CUADRO N° 14: RESULTADOS PRINCIPALES DEL ANALISIS ENERGETICO




(Kcal/h)%

Flujo de Calor de los gases de lacombustión a la salida de la cámara decombustión

Q5 5396174,78 25,75

Flujo de Calor del aire de dilución 2 a lasalida de la cámara de combustión

Q6 13197604,32 62,98

Flujo de Calor del mix a la entrada delcuerpo del secador, debido a sutemperatura

Q8 2360952,00 11,27

TOTAL Qes 20954731,10 100,00

FLUJO DE CALORES O ENERGIAS SALIENTES

DESCRIPCION SIMBOLOVALOR(Kcal/h)

%

Flujo de Calor de salida de los vahos haciala atmosfera

Q9 14670137,64 70,01

Flujo de Calor de los gases de lacombustión a la salida del cuerpo delsecador que se expulsan a la atmosfera

Q10 1357212,77 6,48

Flujo de calor que liberan hacia laatmosfera el aire de dilución a la salida delcuerpo del secador

Q11 3563314,14 17,00

Flujo de calor que sale con la Harina dePescado a la salida del cuerpo del secador

Q12 1256182,15 5,99

Flujo de Calor perdido por radiación 2 porparedes laterales del cuerpo del secador

Q13 107884,40 0,52

TOTAL Qss 20954731,10 100,00



(Kcal/h)%

Calor de Ingreso al Secador Q5 + Q6 18593779,10 Kcal/h

Calor Útil QUTIL 13565367,78 Kcal/h

Eficiencia del Secador ݒݏ 72,96 %

Flujo másico de Combustible 472,95 Gal/h

Flujo másico del Aire de Dilución 91650,03 Kg/h

99

5.1.2. ANALISIS ENERGETICO EN PLANTAS DE AGUA DE COLA (SITUACIÓN

ACTUAL)

La planta de Harina y aceite de pescado cuenta actualmente con una

Planta de agua de cola (PAC) de película descendente. El objetivo

principal del análisis energético es calcular el requerimiento de flujo

másico de vapor y la Economía, que se utiliza actualmente en cada planta

de agua de cola.

Consideraciones:

- La planta de agua de cola, esta dimensionada para toda la capacidad de la

planta (Licencia de 180 Tm/h). Para los cálculos de la planta evaporadora

se realizará en base a la capacidad nominal de la planta siendo de 108 000

kg/h de agua de cola. El objetivo será determinar la Economía de Planta

evaporadora.

- Con la economía de la planta evaporada se determinará el flujo de vapor,

para la capacidad de 52 000 kg/h de agua de cola, lo que implica la

capacidad de procesamiento de harina de aceite de pescado de 90 Tm/h.

(Véase Anexo B: Balance de materia)

Para realizar el análisis energético en la planta evaporadora se contará

con los siguientes datos:

100

CUADRO N° 15: DATOS DE OPERACIÓN DE PLANTA DE AGUA DE COLA DE

PELICULA DESCENDENTE - SISTEMA MIXTO


Del anexo A: Anexos de Cálculo, sección 2.1: Análisis energético en

plantas de agua de cola (situación actual), se obtiene los siguientes

resultados:

CUADRO N° 16: RESULTADOS OBTENIDOS


CaracterísticasPresión

Absoluta(bar)

Temperatura(°C)

Flujo Másico(KG/H)

Concentración(%

sólidos/soluto)

Agua de cola TA0 75,00 FA0 108000 XA0 6,50%

Concentrado T3 85,95 - X3 38,00%

Vapor vivo PV 1,20 TV 104,81 - -

Tercer efecto P3 0,60 T3 85,95 - -

Primer efecto P1 0,34 T1 72,02 - -

Segundoefecto

P2 0,19 T2 58,97 - -

Placas porefecto

30 Placas de 6m de largo y 1,25m de ancho.

N° de efectos 3

Área detransferenciade calor

225 m2 por efecto

Marca AHLSTROM: VARKAUS FINLAD

DESCRIPCION SIMBOLO VALOR

Flujo másico de soluto que salen de los efectos 1 L1 77853,44 kg/h


Flujo de Concentrado que sale del efecto 1 X1 9,02%


Flujo másico de Vahos del 1 V1 30146,56 kg/h



Flujo másico de Vahos Total VT 89526,32 kg/h

Economia de Planta E 2,92

101

Determinación de flujo másico de vapor

Del Anexo B: Balance de materia, se tiene que el flujo de agua de cola es

de 52000 kg/h y un flujo de vahos evaporado de 43105 kg/h.

ܧ = 2,92 ݒ ℎݏ ݒ ݎ

ݎ

Para determinar el flujo másico de vapor, se calcula con la siguiente

fórmula:

=/

ைோ =43105 ݒ ℎݏ ݒ ݎ ℎ/

2,92 ݒ ℎݏ ݒ ݎ / ݒ ݎ

= ૠ, /

Determinación de flujo másico de combustible

Se utiliza la siguiente ecuación:

= ∆

∗ 100%

Mediante esta fórmula se hallará el flujo másico de combustible,

necesario para poder generarse en un caldero pirotubular 1000 BHP, que

opera a 100 PSI manométricos.

De tablas de vapor a la PMAN=100PSI:

∆ = 489,58 Kcal / Kg

La eficiencia del calor Pirotubular es de = 82%.

El poder calorífico del combustible R500 es de 36144,40 Kcal/gal

Reemplazando valores:

=ૠ, / ∗ૡ ,ૡ/

ૡ% /,* 100%

= ,ૡ/

102



5.1.3. DETERMINACIÓN DEL CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIBLE

Se determinará el flujo total de combustible que utilizará en los

Secadores a fuego Directo y en el Evaporador.

= +

= 472,95 gal/h + 243,85 gal/h

= ૠ,ૡܐ/ܔ܉



5.2. ANÁLISIS ENERGÉTICO DE LOS EQUIPOS PROYECTADO PARA EL CAMBIO

TECNOLOGICO DE SECADO Y EVAPORACIÓN

Para la capacidad de 90 Tm/h, la cual será objeto de estudio para el Cambio

Tecnológico.

Se realizara los siguientes análisis energéticos:

- Análisis Energéticos en los secadores Rotatubos (Vapor)

- Análisis Energético en plantas de agua de cola (Propuesta Tecnológica)

- Análisis del aprovechamiento de los vahos de secado en la Planta

Evaporadora WHE.

Para el detalle de los datos y cálculos para los Secadores Rotatubos y

Evaporación se verán en el anexo A: Anexos de Cálculo.


Flujo másico de Vapor 14761,99 kg/h

Flujo másico de combustible 243,85 gal/h


Flujo másico de combustibleTotal para secado y Evaporación

716,80 gal/h

103

5.2.1. ANALISIS ENERGETICOS EN LOS SECADORES ROTATUBOS (VAPOR)

Para el cambio de Tecnológico de sistema de secado, se evaluará dos (02)

secadores Rotatubos de 45 Tm/h (Capacidad Nominal). El objetivo principal

del análisis energético es calcular el requerimiento de flujo másico de

vapor, el flujo de vahos producidos del secado de la harina de pescado y el

consumo de combustible. Para realizar el análisis energético en lo

secadores se cuenta con los siguientes datos:

CUADRO N° 19: DATOS PARA ANALISIS ENERGETICO EN EL SECADOR

ROTATUBOS



ROTATUBOS



Humedad Relativa Estado Inicial ଵ 60% -

Humedad Relativa Estado Final ଶ 100% -

Presión Absoluta del Proceso P 101,32 Kpa

Temperatura Inicial de la mezcla de aire húmedo T1 20,00 °C

Temperatura de Salida de la mezcla de aireHúmedo

T2 95,00 °C

Presión de saturación del agua a la temperaturade la mezcla de aire Húmedo (20°)

Ps1 2,338 kPa

Presión de saturación del agua a la temperaturade la mezcla de aire Húmedo (95°)

Ps2 84,55 Kpa

Constante de Gases Ideales R 8,3135 KJ/K-kmol

Peso Molecular Ma 29,00 kg/Kmol


Calor especifico del Aire Cpa 1,004 KJ/kg°C

Calor de vaporización del agua en el punto triple 0ݎ 2500 KJ/kg°K

Calor especifico del vapor de agua Cpw 1,86 KJ/kg°K

Temperatura Inicial de la mezcla de aire húmedo Ti 20 °C

Temperatura Final de la mezcla de aire húmedo Tf 95 °C

Emisividad de la superficie lateral ∈୪ 0,93

Emisividad de las superficies de las tapas ∈ 0,50

Temperatura de la superficie lateral Tsl 60 °C

Temperatura de la superficies de las Tapasfrontales

Tsf 80 °C

Temperatura del ambiente Ta 20 °C

104


ROTATUBOS


Del anexo A: Anexos de Cálculo, sección 1.2: Análisis Energético en

Secadores a Vapor (Rotatubos), se obtiene los siguientes resultados:

CUADRO N° 22: RESULTADOS DEL ANALISIS ENERGETICO EN LOS SECADORES

ROTATUBOS


CUADRO N° 23: RESULTADOS PRINCIPALES DEL ANALISIS ENERGETICO –

SECADOR Y CALDERO



Flujo de Mix en los Secador ௫ 44715,00 Kg/h

Flujo de Harina ுு 21677,00 Kg/h

Flujo de vahos ு 23038,00 kg/h

Temperatura Inicial del Mix Ti 80 °C

Temperatura Final del Mix Tf 95 °C

Calor especifico del Mix CPmix 0,66 Kcal/kg°C

Calor especifico de la Harina CPh 0,61 Kcal/kg°C

DESCRIPCIONSIMBOL

OVALOR

(Kcal/h)%

Flujo de Calor por el calentamiento delMix

QCAL 442678,50 2,88

Flujo de Calor necesario para el Secado QS 14814084,26 96,50

Flujo de calor por Perdidas por Radiación QRAD 95395,86 0,62

TOTAL QT 15352158,62 100,00

DESCRIPCION SIMBOLO VALOR %

Calor de Ingreso al Secador QT 15352158,62 Kcal/h

Calor Útil QUTIL 13565367,78 Kcal/h

Eficiencia del Secador ݒݏ 88,61 %

Flujo másico de Vapor 91650,03 Kg/h

Flujo másico de Combustible - Caldero 517,98 Gal/h

105

5.2.2. ANALISIS ENERGETICO EN PLANTAS DE AGUA DE COLA (PROPUESTA

TECNOLOGICA)

La empresa implementará equipos y maquinarias para el proyecto del

cambio tecnológico, para la cual instalará una planta de agua de cola de

película descendente Tipo WHE (Evaporador de calor Residual), cuya

capacidad Nominal será de 54 000 kg/h de alimentación de agua de cola,

el cual aprovecharán los vahos provenientes de los Secadores Rotatubos,

como medio calefactor en su primer efecto. El objetivo principal del

análisis energético es calcular el requerimiento de flujo másico de Vahos

de Secado y la Economía para la planta de agua de cola.

Para realizar el análisis energético en la planta evaporadora se contará

con los siguientes datos:

CUADRO N° 24: PLANTA DE AGUA DE COLA DE PELICULA DESCENDENTE TIPO

WHE- SISTEMA EN CONTRACORRIENTE


CaracterísticasPresión

Absoluta(bar)

Temperatura(°C)

Flujo Másico(KG/H)

Concentración(%

sólidos/soluto)

Agua de cola TA 75,00 FA54000,0

0XA 6,50%

Concentrado T2 70°C - X2 38,00%

Vahos deSecado

TVAHO

S95°C - -

Primer efecto P1 0,31 T1 70°C - -

Segundoefecto

P2 0,18 T2 58°C - -

Tubos porEfecto

160 Tubos de 1 ½’’plg., de diámetro y 10,00m de largo

N° de efectos 2

Área detransferenciade calor

192 m2 por efecto

Marca ATLAS STORD

106

Del anexo A: Anexos de Cálculo, sección 2.2: Análisis Energético en Plantas

de Agua de Cola (Propuesta Tecnológica), se obtiene los siguientes

resultados:



Determinación de flujo másico de Vahos de Secado Necesario para la

Evaporación ) (

Del Anexo B: Balance de materia, se tiene que el flujo de agua de cola es

de 52000 kg/h y un flujo de vahos evaporado de 43105 kg/h.

ܧ = 1,95 ݒ ℎݏ ݒ ݎ

ℎݏ

Para determinar el flujo másico de vapor, se calcula con la siguiente

fórmula:

=/

ௌ =43105 ݒ ℎݏ ݒ ݎ ℎ/

1,95 ݒ ℎݏ ݒ ݎ / ℎݏ

= , /








Flujo másico de Vahos Total VT 44763,16 kg/h

Economia de Planta E 1,95

107



5.2.3. EVALUACIÓN DE LOS VAHOS DE SECADO EN UNA PLANTA EVAPORADORA

DE PELÍCULA DESCENDENTE TIPO WHE

Para este punto se determinará si la cantidad de vahos proveniente del

secado de harina de pescado, es suficiente para el abastecimiento de

calefacción de la planta evaporadora WHE.

Del Item anterior se determino que el flujo de vahos de secado suficiente

para la evaporación del agua de cola es de:

= , /

Del balance de materia se obtiene que los vahos provenientes del secado

será de:

= ૡ, /

Por lo que:

>

Demostrándose que el flujo de vahos provenientes del secado es capaz de

abastecer a la planta evaporadora de película descendente WHE.

Los vahos sobrantes serán de:

= −

= (ૡ, − ,) /

= ,ૡૠ /


Flujo másico de vahos de secadoNecesario para la evaporación

22105,13 kg/h

Flujo másico de combustible 0 gal/h

108

5.3. ELABORACIÓN DE INDICADORES

Se realizará los Indicadores tanto para el sistema actual como para el sistema

proyectado:

5.3.1. ELABORACIÓN DE INDICADORES PARA EL SISTEMA ACTUAL DE SECADO Y

EVAPORACIÓN

5.3.1.1. Indicadores Energéticos (IEA)

A. Indicador Energético de Proceso de Secado

De acuerdo al cuadro N°14, se determinó que se consume en el secador a

fuego Directo, un total de 472,95 gal/h de Petróleo R500, para producir

21,677 Tm de harina/h.

= ,ૡ –

B. Indicador Energético de Proceso de Evaporación

De acuerdo al cuadro N°17, se determinó que el caldero para producir

14761,99 kg/h de vapor, para calefacción en la planta de agua de cola, se

requiere de 243,85 gal/h de Petróleo R500, para producir 21,677 Tm de

harina/h.

= , − ó

C. Indicador Energético de Proceso de Secado y Evaporación

De acuerdo al cuadro al Item 5.1.3, se determino que el consumo de

Petróleo R500 para los procesos de secado y evaporación será de 716,80

gal/h, para producir 21,677 Tm de harina/h.

= ,ૠ

109

5.3.1.2. Indicadores Económicos (IEc)

A. Indicador Económico de Proceso de Secado

Tomando los datos del anexo H, se obtiene que el precio del petróleo

R500 es de 2,52 U$/gal, y con los datos anteriores se tiene:

= ,$ −

B. Indicador Económico de Proceso de Evaporación



= ૡ,$ − ó

C. Indicador Económico de Proceso de Secado y Evaporación



= ૡ,$

5.3.1.3. Indicadores Ambientales (IA)

A. Indicador Ambiental de Proceso de Secado

Tomando los datos del balance de materia, se obtiene que para el

proceso de secado se emita 23,038 Tm/h de vahos de secado a la

Atmosfera, para un consumo Total de 716,80 Gal/h de Petróleo R500

para los procesos de secado y evaporación:

= ,

110

5.3.1.4. Indicadores de Calidad (IC)

Según el cuadro N°01, se obtiene que el porcentaje de proteínas es

61%, del 21,677 Tm de harina/h. Con respecto a un consumo Total de

716,80 Gal/h de Petróleo R500 para los procesos de secado y

evaporación:

= ,ૡ

5.3.1.5. Indicadores Comerciales (ICO)

Según datos de ventas, se obtiene que la tonelada de harina FAQ se

vende a U$1463,00. Con respecto al consumo Total de Petróleo R500/

Tm de Harina, en los procesos de secado y evaporación:

= ,$

5.3.2. ELABORACIÓN DE INDICADORES PARA EL SISTEMA PROYECTADO DE

SECADO Y EVAPORACIÓN

5.3.2.1. Indicadores Energéticos (IEB)

A. Indicador Energético de Proceso de Secado

De acuerdo al cuadro N°23, se determinó que el caldero para producir

91650,03 kg/h de vapor, para calefacción en el secador, se requerirá de

517,98 gal/h de Petróleo R500, para producir 21,677 Tm de harina/h.

= , −

B. Indicador Energético de Proceso de Evaporación

De acuerdo al cuadro N°26, se determino que la planta evaporadora

WHE, requerirá de 22105,13 kg/h de vahos necesarios para el proceso de

evaporación, lo que implica que no consumirá Petróleo R500, para la

producción de 21,677 Tm de harina/h.

111

= − ó

C. Indicador Energético de Proceso de Secado y Evaporación

De acuerdo al punto 5.2.3, los vahos de secado son capaces de abastecer

de vahos a la planta evaporadora, lo que implica un consumo Total de

517,98 gal/h de Petróleo R500, para producir 21,677 Tm de harina/h.

= ,

5.3.2.2. Indicadores Económicos (۰܋۷۳)

A. Indicador Económico de Proceso de Secado

Tomando los datos del anexo H, se obtiene que el precio del

petróleo R500 es de 2,52 U$/gal, y con los datos anteriores se tiene:

= ,$ −

B. Indicador Económico de Proceso de Evaporación



= $ − ó

C. Indicador Económico de Proceso de Secado y Evaporación



= ,$

112

5.3.1.3. Indicadores Ambientales (IA)

A. Indicador Ambiental de Proceso de Secado

Tomando los datos del balance de materia, se obtiene que para el

proceso de secado se emita 0 Tm/h de vahos de secado a la

Atmosfera, para un consumo Total de 517,98 Gal de Petróleo R500

para los procesos de secado y evaporación:

=

5.3.1.4. Indicadores de Calidad (IC)

Según el cuadro N°01, se obtiene que el porcentaje de proteínas es

67%, del 21,677 Tm de harina/h. Con respecto a un consumo Total de

517,98 Gal/h de Petróleo R500 para los procesos de secado y

evaporación:

= ,ૡ

5.3.1.5. Indicadores Comerciales (ICO)

Según datos de ventas, se obtiene que la tonelada de Harina Prime se

vende a U$1705,00. Con respecto al consumo Total de 23,90 Gal de

Petróleo R500/Tm de Harina, en los procesos de secado y evaporación:

= ૠ,$

113

5.4. BENCHMARKING

El Benchmarking se realizará de acuerdo a los valores hallados en el ítem 5.4

CUADRO N° 27A: RESULTADOS OBTENIDOS


IND. UNIDAD

SISTEMAACTUAL DESECADO Y

EVAPORADO

SISTEMA CONCAMBIO

TECNOLOGICODE SEC.Y

EVAP.

VARIACIÓNDIFERENCIA

PORCENTUAL(%)

Indicadores Energéticos

IE1Gal de Petróleo R500 –

Secado /Tm Harina21,82 23,90 +2,08 --

IE2Gal de Petróleo R500–

Evaporación / Tm Harina11,25 0,00 -11,25 --

IE3Gal de Petróleo R500 Total

/Tm Harina33,07 23,90 -9,17 -27,73%

Indicadores Económicos

IEc1U$ consumo de PetróleoR500 - Secado/Tm Harina

54,99 60,23 +5,24 --

IEc2U$ consumo de PetróleoR500 – Evaporación / Tm

Harina28,35 0,00 -28,35 --

IEc3U$ consumo de PetróleoR500 - Total/Tm Harina

83,34 60,23 -23,11 -27,73%

Indicadores Ambientales

IATm de vahos al medio

ambiente / Gal de PetróleoTotal R500

0,032 0,00 -0,032 -100,00%

Indicadores Calidad

ICTm de Proteínas / Gal de

Petróleo Total R5000,018 0,028 +0,01 +55,56%

Indicadores Comerciales

ICO1U$ por ventas de 1 Tm de

harina /Gal de Petróleo Total R500

44,24 71,34 +27,10 +61,26%

114

COMENTARIO:

A. Indicadores Energéticos:

Realizando el Benchmarking entre los sistemas actuales y proyectados se

aprecia lo siguiente:

- Para el Indicador IE1, se observa un incremento en el consumo de

combustible de 2,08 Gal. de petróleo R500 – Secado / Tm de harina,

representando un desmejoramiento del 9,53%.

- Para el Indicador IE2, se observa una reducción en el consumo de

combustible de 11,25 Gal. de petróleo R500 – Evaporación / Tm de harina,

representando un mejoramiento del 100,00%.

- Para el Indicador IE3, se observa una reducción en el consumo de

combustible de 9,17 Gal. de petróleo R500 Total / Tm de harina,


B. Indicadores Económicos:



- Para el Indicador IEc1, se observa un incremento en los costos de

combustible de 5,24 U$ consumo de petróleo R500 – Secado / Tm de

harina, representando un desmejoramiento del 9,53%.

- Para el Indicador IEc2, se observa una reducción en los costos de

combustible de 28,35 U$ consumo de petróleo R500 – Evaporación / Tm de

harina, representando un mejoramiento del 100,00%.

- Para el Indicador IEc3, se observa una reducción en los costos de

combustible de 23,11 U$ consumo de petróleo R500 Total / Tm de harina,


115

C. Indicadores Ambientales:



- Para el Indicador IA, se observa una reducción de las emisiones de vahos al

medio ambiente de 0,032 Tm de vahos/ Gal petróleo Total R500,


D. Indicadores Calidad:



- Para el Indicador IC, se observa un Incremento del contenido de proteínas

de 0,01 Tm Proteínas / Gal de Petróleo Total R500, representando un

mejoramiento del 55,56%

E. Indicadores Comerciales:



- Para el Indicador ICO, se observa un Incremento del precio de venta de

27,00 U$ por ventas de 1 Tm de harina / Gal Petróleo Total R500,


DETERMINACIÓN DEL INDICADOR DE INGRESO BRUTO ECONÓMICO

El indicador global que determina la viabilidad del Proyecto, será el Indicador de

Ingreso Bruto Económico (IBE):

IBE = ΔIEc3+ ΔICO2

Donde:

ΔIEc3 = Variación del Indicador Económico 3 del sistema total secado y

evaporación, entre el sistema actual y proyectado

= 23,11 U$ Ahorro por Combustible R500 / Tm Harina

116

ΔICO2 = Variación del Indicador Comercial 2 de Venta de Harina, entre el

sistema actual y proyectado

ΔICO2 = (71,34 U$ Ingreso Venta/Gal R500)*(23,90 Gal R500/Tm Harina) –

(44,24 U$ Ingreso Venta/Gal R500)*(33,07 Gal R500/Tm Harina)

ΔICO2 = 242 U$ Ingreso Venta / Tm Harina

Reemplazando:

IBE = ΔIEc3+ ΔICO2

IBE = 23,11 U$ Ahorro por R500/Tm Harina + 242 U$ Ingreso Venta/Tm Harina

IBE = 265,11 U$ Ingreso Bruto Económico/Tm Harina

CUADRO N° 27B: RESULTADOS OBTENIDOS

UNIDAD ΔIEc3 ΔICO2 IBE

U$ Ingreso o

Ahorro/Tm harina23,11 242,00 265,11

117

5.5. ANÁLISIS ECONÓMICO

Se realizará el análisis para determinar la rentabilidad del proyecto del

Cambio Tecnológico de secadores directos por secadores a vapor con

aprovechamiento de vahos en una planta evaporadora de película

descendente WHE.

5.5.1. CONSIDERACIONES:

La planta opera 24 h/dia, 10 dias/mes, 4 meses/año. Se presenta un cuadro

de producción de la planta para una capacidad de procesamiento de

materia prima de 90 Tm/h:

CUADRO N° 28: REQUERIMIENTO DE MATERIA PRIMA Y

NIVELES DE PRODUCCIÓN ESTIMADOS

PERIODOREQUERIMIENTO DE

MATERIA PRIMA (TM)

NIVEL DEPRODUCCIÓN DE

HARINA (TM)

Hora 90,00 21,67

Día 2160,00 520,08

Mes 21600,00 5200,80

Año 86400,00 20803,20


A. EGRESOS:

Inversión por dos (02) Secadores Rotatubos de 45 Toneladas/h cada uno

Marca ATLAS STORD: U$1935000,00. Incluye obras civiles, instalaciones

eléctricas, montaje y pruebas

Inversión por una (01) Planta Evaporadora de Película Descendente Tipo

WHE de 22,50 Toneladas/h de evaporación (54,00 Tm/h de agua de cola),

Marca ATLAS STORD: U$792000,00. Incluye obras civiles, instalaciones


Inversión por una (02) calderos Pirotubulares de 1000 BHP, Marca ATLAS

STORD: U$127500,00, cada uno. Incluye obras civiles, instalaciones


La inversión Total será de: I= U$ 2854500,00

118

Gastos anuales de Operación y Mantenimientos de equipos y maquinarias,

según datos del departamento de Comercialización de VLACAR SAC: COt=

U$17500,00

Tasa de Interés anual para el proyecto: i=12%

B. INGRESOS:

Margen de ganancia entre 1 Tonelada de Harina Prime y 1 Tonelada de

Harina FAQ, según datos del departamento de Comercialización de

VLACAR SAC: U$242,00/Tm de Harina

Para una producción anual de 20803,20 Tm Harina/año, se tiene una

ganancia extra de 5034374,40 U$/año

Ahorro anual por dejar de consumir de Petróleo R500 debido al cambio del

sistema de secado y evaporación. Según cuadro N° 27, se obtiene un

ahorro de 23,11 U$ de Petróleo R500/Tm de Harina. Para una producción

anual de 20803,20 Tm Harina/año, se tiene una ganancia extra de

480761,95 U$/año.

Tenemos por lo tanto un ingreso total de :

Ingreso Económico (At) = Ganancia Extra por venta de Harina +

Ahorro por Combustible

Ingreso Económico (At) = (5034374,40 + 480761,95) U$/año

Ingreso Económico (At) = 5515136,35 U$/año

5.5.2. DETERMINACIÓN DEL VALOR ACTUAL NETO (VAN)

Se determinará el VAN, para un Horizonte de 10 años como vida útil del

Proyecto del Cambio Tecnológico de secadores directos por secadores a

vapor con aprovechamiento de vahos en una planta evaporadora de

película descendente WHE.

Se determinará con la siguiente fórmula:

Aplicando las ecuaciones 95 y 96, y para una producción del

20803,20 Tm/año de Harina PRIME, se tiene:

119

ۼۯ܄ =((+ −ܜ( ) ∗ −ܜۯ) (ܜ۽۱

∗ (+ ܜ(− ۷

Donde:

i = Tasa de interés anual = 12%

I = Inversión inicial realizada = U$ 2854500,00

t = Periodos de tiempo = 10 años

At = Ingreso o Ahorro Anual = U$ 5515136,35

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual =

U$17500,00

ۼۯ܄ =〖൫(ା.)〗൯∗(,ૠ,)

,∗(ା,)− ૡ,

ۼۯ܄ = $܃ ૡૡૠ,

Para un mejor análisis, se determinará el VAN, para cinco (05) Niveles de

Producción escalonadas del 60% al 100%. Se presenta en el siguiente

cuadro:

CUADRO N° 29: DETERMINACIÓN DEL VAN POR NIVELES DE

PRODUCCIÓN

PORCENTAJEPRODUCCIÓNHARINA (Tm)

INGRESO ANUAL -At (U$)

VAN(U$)

60% 12481,92 3309081,81 15743671,34

70% 14562,24 3860595,45 18859846,38

80% 16642,56 4412109,08 21976021,42

90% 18722,88 4963622,72 25092196,47

100% 20803,2 5515136,35 28208371,51


5.5.2. DETERMINACIÓN DE LA TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)

Para la determinación de la Tasa Interna de retorno (TIR), se hace el VAN

igual a cero (0), con lo cual reemplazando en la ecuación N°97 y para una

producción del 100%:

ۼۯ܄ = = −۷+((+ (–ܜ(܀۷܂ ∗ ( −ܜۯ (ܜ۽۱

܀۷܂ ∗ (+ ܀۷܂ ܜ(

= −2854500,00 +((+ (܀۷܂ –) ∗ (,− ૠ,)

܀۷܂ ∗ (+ ܀۷܂ )

120

܀۷܂ = ,%

CUADRO N° 30: DETERMINACIÓN DEL TIR POR NIVELES DE PRODUCCIÓN

PORCENTAJEPRODUCCIÓN HARINA

(Tm)TIR (%)

60% 12481,92 115,26

70% 14562,24 134,61

80% 16642,56 153,94

90% 18722,88 173,27

100% 20803,2 192,59


5.5.3. PERIODO DE REPAGO (PAYBACK):

Para la determinación del periodo de retorno con la Recuperación de la

inversión se realizará con los mismos ahorros o flujos positivos de caja.

Se aplicará la ecuación 98:

=۷܀۾۷

−ܜۯ) (ܜ۽۱( (ܔ܉ܝܖ܉

Donde:

Para una producción del 100%

I = Inversión inicial realizada. (U$) = 2854500,00

At = Ingreso o Ahorro Anual (U$/anual) = 5515136,35

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual

(U$/anual) = 17500,00

=۷܀۾ૡ,

(,− ૠ)

=۷܀۾ ,܉ñܛܗ

CUADRO N° 31: DETERMINACIÓN DEL PRI POR NIVELES DE PRODUCCIÓN


(Tm)PRI

(años)

60% 12481,92 0,87

70% 14562,24 0,74

80% 16642,56 0,65

90% 18722,88 0.58

100% 20803,2 0,52


121

5.5.4. RETORNO DE LA INVERSIÓN

El retorno de la Inversión permite conocer el porcentaje que representa

el ahorro anual neto, respecto de la Inversión Inicial, en función de la

depreciación Anual del sistema a Instalar para el Proyecto. Se utiliza la

ecuación N° 99:

=۷܀−ܜۯ) −ܜ۽۱ ۲)

۷%ܠ

Donde:

Para una producción del 100%:

I = Inversión inicial realizada. (U$) = 2854500,00

At = Ingreso o Ahorro Anual (U$/anual) = 5515136,35

COt = Egresos por Costos de Operación y Mantenimiento anual

(U$/anual) = 17500,00

Donde la depreciación anual (D) del equipo a instalar es igual a la

inversión realizada en los años de vida útil considerada. Por lo que:

Depreciación (D) = Inversión / Vida Útil (U$/año)

Depreciación (D) = 2854500,00/10 (U$/año)

Luego la depreciación es igual a U$ 285450,00

Así mismo el retorno de la inversión es:

=۷܀(,− ૠ,− ૡ,)

ૡ,%ܠ

=۷܀ ૡ,%

CUADRO N° 32: DETERMINACIÓN DEL RI POR NIVELES DE

PRODUCCIÓN


(Tm)RI (%)

60% 12481,92 105,31

70% 14562,24 124,63

80% 16642,56 143,95

90% 18722,88 163,27

100% 20803,2 182,60


122

5.6. ANÁLISIS AMBIENTAL

5.6.1. ANTECEDENTES

Para realizar el análisis ambiental de los sistemas de secado y evaporación

Actuales y Proyectados, se tomará como base las Normativas Ambientales

Vigentes:

La Resolución Ministerial N° 621-2008-PRODUCE, que tiene como objetivo

principal reemplazar los sistemas de secado Directo por Secado Indirecto a

Vapor, siendo sus vahos de secado utilizados como fuente de energía en una

Planta Evaporadora de película descendente Tipo WHE, con la finalidad de

eliminar cualquier tipo de emanaciones nocivas al medio ambiente.

Más adelante se promulgo la R.M. N° 242-2009-PRODUCE, que permitiría el

uso de secado a fuego directo, siempre que sus emisiones estén dentro de

los rangos aprobados por el Decreto Supremo Nº 011-2009-MINAM.

CUADRO 33: DECRETO SUPREMO Nº 011-2009-MINAM

Contaminante

Concentración (mg/m3)

Plantas existentes, las instalacionesnuevas, las que se reubiquen y del

traslado físico.

Sulfuro de hidrógeno, sulfuros 5

Material particulado (MP) 150

Fuente: Diario El Peruano

123

5.6.2. ANALISIS AMBIENTAL DE LOS SISTEMAS ACTUALES Y PROYECTADOS

A. SISTEMA ACTUAL DE SECADO Y EVAPORACIÓN

Actualmente la planta de Harina y aceite de pescado, emiten al medio

ambiente una gran cantidad de vahos con contenido de Sulfuro de

hidrógeno y material particulado.

Según datos de Monitoreo en una Planta de Harina y aceite de pescado, para

secadores a fuego directo sin implementación de Torres Lavadoras de gases

(Ver Anexo J), la cual se aproxima a nuestro modelo de secadores, se tiene:

CUADRO 34: RESULTADOS DE MONITOREO DE PLANTA MODELO DE

HARINA DE PESCADO

Contaminante Concentración (mg/m3)

Sulfuro de hidrógeno, sulfuros 8,10

Material particulado (MP) 539,50

Fuente: Diario El Peruano

Siendo estos resultados mayores a los límites máximos permisibles del

Cuadro N° 30.

B. SISTEMA PROYECTADO DE SECADO Y EVAPORACIÓN

Para este punto, los vahos de secado a vapor, son enviados a una planta

evaporadora de película descendente Tipo WHE, como medio de

calefacción en el primer efecto.

Del Item 5.2.3. se observa que de los 23038,00 kg/h de vahos, solo se

aprovecha en la planta evaporadora 22105,13 kg/h de vahos. Los vahos

sobrantes de 932,87 Tm/h de vahos son conducidos a una torre lavadora

de gases y los gases que no se hayan condensados con conducidos a los

calderos para su incineración. Por lo que no se emitirá al medio ambiente

ningún tipo de emisiones nocivas, por parte del secador a vapor.

124

5.7. DISCUSIONES

A. REFERENTE A LOS ANALIS ENERGETICOS DEL SISTEMA ACTUAL

Secador a Fuego Directo (Cámara de combustión) - cuadro 12:

- Con respecto a los flujos de calores entrantes, se observa que el Flujo de

calor de mayor aporte energético es el flujo de calor debido a la reacción

del combustible representando un 94,44% del Total.

- Con respeto a los flujos de calores de salida, se observa que el flujo que

contiene mayor carga energética es el calor del aire de dilución 2 a la

salida de la cámara de combustión con un 70,86%, seguidamente del calor

de los gases de la combustión a la salida de la cámara de combustión con

un 28,97%. Ambos flujos de calores ingresarán a la cámara de secado, y

tendrán una relación de 2.45 a 1.

- Para esta sección el consumo de combustible se aplica directamente ya

que cuenta con un quemador en la cámara de combustión.

Secador a Fuego Directo (Cuerpo de Secador) - cuadro 13:

- Con respecto a los flujos de calor entrantes, se observa que ingresan dos

flujos de calores provenientes de la cámara de combustión y son el flujo de

calor del aire de dilución 2 con un 70,86%, y el flujo de calor de los gases de

la combustión con un 28,97%. Siendo el flujo de calor del aire de dilución 2,

el que mayor aporte tendrá para el proceso de secado del mix.

- Con respecto a los flujos de calor de salida, se observa que el Flujo de Calor

de salida de los vahos hacia la atmosfera, es que contiene mayor carga

energética, representando un 70,01%, mientras que el aire de que los

flujos de calores de los gases de combustión y de aire de dilución han

aportado calor al proceso de secado, reduciendo su carga energética hasta

17,00% y 6,48% respectivamente. La suma de estos dos últimos flujos de

calores de ingreso Total para el proceso de secado, dando como resultado

135653637,78 Kcal/h.

- El mix ingresa con una temperatura de 80°C, hacia el cuerpo del secador a

fuego directo. En el proceso de secado se gana calor sensible y calor

latente de evaporación para el secado propiamente dicho, por lo que la

125

temperatura se incrementa de 80°C a 95°C. La suma del calor sensible y

calor latente de evaporización, da como resultado el calor útil para el

secado, siendo de 13565367,78 Kcal/h.

- Las incógnitas para el desarrollo del análisis energético son el flujo másico

de aire de dilución y el flujo másico de combustible, teniendo el sistema

dos grupos de ecuaciones del cuerpo del quemador y cuerpo del secador,

lo cual es factible para la obtención de soluciones, siendo el flujo másico de

aire de dilución de 91650,03 kg/h y el flujo másico de combustible de

472,95 Gal/h.

- El análisis energético se realizo en forma global, para ambos secadores,

dando como resultado 72,96% de eficiencia de secado.

B. REFERENTE A LOS ANALIS ENERGETICOS DEL SISTEMA ACTUAL

Planta de agua de cola – Cuadro 16 y 17

- El análisis energético de la planta evaporadora de tres efectos, se realizo

en dos etapas:

Primera etapa

Para una capacidad Nominal del equipo de 108 Tm/h. Dando como

resultados principales un flujo másico de evaporación de 89526,32 kg/h y

una Economía de planta de 2,92 kg de vahos/kg de vapor. Se decidió

realizar el análisis energético de esta forma, para determinar la economía

de planta, ya que con este rendimiento se podría determinar el flujo

másico de vapor, en función a la cantidad de flujo másico de vahos

generados en la evaporación.

Segunda Etapa

- Del balance de materia para el procesamiento de 90 Tm/h de materia

prima, se obtiene un flujo de vahos de evaporación de 43105 kg/h, y con la

economía de planta obtenida nos da como resultado de 14761,99 kg de

vapor/h.

126

- El consumo de combustible será indirecto, ya que el combustible se

consumirá en un caldero pirotubular de 1000 BHP, para la generación de

vapor de que será suministrado a la planta evaporadora, con una presión

de 1,20 Bar. Para una eficiencia normal de trabajo del 82% en el caldero y

una generación de vapor de 14761,99 kg/h, el consumo de combustible

será de 243,85 gal/h.

Del Cuadro 18

Los análisis energéticos del sistema de secado y evaporación se ha

realizado a plena carga, obteniéndose un consumo total de combustible

R500 de 716,80 gal/h.

C. REFERENTE A LOS ANALIS ENERGETICOS DEL SISTEMA PROYECTADO CON

CAMBIO TECNOLOGICO

Sistema de secado a Vapor – Cuadro 22 y 23

- El mix ingresa con una temperatura de 80°C, hacia el cuerpo del secador a

vapor. En el proceso de secado se gana calor sensible y calor latente de

evaporación para el secado propiamente dicho, por lo que la temperatura

se incrementa de 80°C a 95°C.

- El flujo de calor necesario para el secado, conformado por la suma de los

flujos de calor latente de evaporización y flujo por calentamiento del aire,

es el que mayor carga energética contiene representando el 96,50%,

mientras que el Flujo de Calor por el calentamiento del Mix o flujo de calor

sensible del Mix, representa el 2,88%.

- El calor Total que ingresa a nuestro secador será de 15352158,62 Kcal/h y

el calor útil será de 13565367,78 Kcal/h que es la suma de los calores por

calentamiento del mix y calor latente de evaporización.

- El flujo másico de vapor necesario para las operaciones de secado, será de

91650,03 kg de vapor/h

- El análisis energético se realizo en forma global, para ambos secadores,

dando como resultado 88,61% de eficiencia de secado.

127

- Para el secador Rotatubos a vapor, el consumo de combustible será

indirecto, ya que el combustible se consumirá en un caldero pirotubular de

1000 BHP, para la generación de vapor de que será suministrado al equipo

secador, con una presión de 100 PSI. Para una eficiencia normal de trabajo

del 82% en el caldero y una generación de vapor de 91650,03 kg/h, el

consumo de combustible será de 517,98 gal/h.

Sistema de Evaporación Tipo WHE – Cuadro 25 y 26

- El análisis energético de la planta evaporadora de tres efectos, se realizo

en dos etapas:

Primera etapa

Para una capacidad Nominal del equipo de 54 Tm/h. Dando como

resultados principales un flujo másico de evaporación de 44763,16 kg/h y

una Economía de planta de 1,95 kg de vahos/kg de vahos de secado. Se

decidió realizar el análisis energético de esta forma, para determinar la

economía de planta, ya que con este rendimiento se podría determinar el

flujo másico de vapor, en función a la cantidad de flujo másico de vahos

generados en la evaporación.

Segunda Etapa

- Del balance de materia para el procesamiento de 90 Tm/h de materia

prima, se obtiene un flujo de vahos de evaporación de 43105 kg/h, y con la

economía de planta obtenida nos da como resultado de 22105,13 kg de

vahos/h.

- No existirá consumo de combustible, ya que la planta evaporadora Tipo

WHE, se abastecerá de vahos de secado, cuando los equipos secadores

operen a plena carga.

D. RESUMEN DE LOS ANÁLISIS ENERGÉTICOS:

- Según los resultados de los análisis energéticos: Para el sistema Actual, se

estaría consumiendo un total de 716,80 gal/h de petróleo R500, entre los

128

sistema de secado con fuego directo y generación de vapor para el equipo

de planta de agua de cola. Mientras que para el sistema con cambio de

tecnológico, se estaría consumiendo un total de 517,98 gal/h, lo que

representa un consumo exclusivamente de generación de vapor para el

equipo secador Rotatubos.

- Se realizo un análisis energético en la planta de agua de cola de película

descendente Tipo WHE, solo para determinar la cantidad de vahos que

requerirá para su funcionamiento, siendo de 22105,13 kg/h de vahos de

secado. Siendo los vahos generados en los secadores rotatubos de

23038,00 kg/h, demostrándose que son suficientes para abastecer al

equipo de evaporación.

- Al comienzo de la operación de la planta evaporadora de película

descendente Tipo WHE, no existirá aun carga suficiente de vahos de

secado para su operación normal. Por lo que el equipo de evaporación Tipo

WHE, deberá contar con una estación Reductora de presión y válvula de

seguridad al ingreso del primer efecto para la utilización de vapor vivo a las

mismas condiciones que lo vahos. Luego de un tiempo se inyectará vahos

de secado, para todo el proceso. Por lo que el consumo de vapor en esta

etapa se desprecia, debido a que es un consumo menor y en periodo de

tiempo corto, en comparación con el consumo de vapor y tiempo de

operación de un Secador Rotatubos.

E. REFERENTE AL BENCHMARKING

Indicadores Energéticos – Cuadro 27

- Para el cambio de tecnología de secado a fuego directo por secado a vapor,

se aprecia que se consumirá un adicional de combustible de 2,08 Gal de

Petróleo R500/Tm de Harina.

- Para el cambio de tecnología del sistema de evaporación del Tipo SHE por

WHE, se aprecia que se dejará de consumir 11,25 Gal de Petróleo R500/Tm

de Harina, debido a que se emplean vahos de secado en el evaporador

Tipo WHE.

129

- Para el cambio de tecnología del Sistema Actual de secado y evaporación

por el Sistema de Secado y Evaporación con aprovechamiento de vahos, se

aprecia que se dejará de consumir 9,17 Gal de Petróleo R500/Tm de

Harina.

Indicadores Económicos – Cuadro 27

- Para el cambio de tecnología de secado a fuego directo por secado a vapor,

se aprecia un costo adicional por consumo de combustible de U$ 5,24 por

consumo de Petróleo R500/Tm Harina

- Para el cambio de tecnología del sistema de evaporación del Tipo SHE por

WHE, se aprecia que se ahorrará U$ 28,35 por consumo de Petróleo

R500/Tm Harina. Debido a que no habrá coste adicional por consumo de

combustible por emplear vahos de secado en la planta evaporadora Tipo

WHE.



aprecia que se aprecia que se ahorrará U$ 23,11 por consumo de Petróleo

R500/Tm Harina.

Indicadores Ambientales– Cuadro 27



aprecia que se dejará de emitir al medio ambiente una cantidad de 0,032

Tm de vahos al medio ambiente / Gal de Petróleo Total R500. Debido a que

estos vahos serán aprovechados en la planta evaporadora Tipo WHE, y los

vahos no condensados serán enviados a un torre lavadora de gases.

Indicadores Calidad– Cuadro 27



aprecia un incremento en la cantidad de proteínas de 0,01 Tm de Proteínas

/ Gal de Petróleo Total R500. Debido a que la Harina es obtenida de forma

130

indirecta de transferencia de calor, a diferencia del sistema de secado

convencional de fuego directo, ya que los gases de combustión son

mezclados directamente con el mix y harina producidos, dañando la

calidad y cantidad de proteínas, por contener una gran cantidad de

contaminantes en la combustión.

Indicadores Comerciales– Cuadro 27



aprecia un notable aumento de ganancias por ventas de harina Prime,

siendo 27 U$ por venta de una Tm de Harina prime/Gal de Petróleo Total

R500.

F. REFERENTE AL ANALISIS ECONOMICO

Cuadros 29 al 32

- Para el cambio de tecnológico, se realizará sin incremento de capacidad,

para lo cual solo se reemplazará dos (02) equipos de secadores a fuego

directo, por dos (02) secadores Rotatubos a vapor para una capacidad de

90 Tm/h, además se adquirirá un (01) equipo evaporador de película

descendente Tipo WHE con y dos (02) calderos pitorubulares de 1000 BHP.

Por lo que el costo de inversión por compra de equipos, montaje y puesta

en marcha será de U$ 2854500,00.

- El ingreso adicional por venta de Harina Prime con respecto a la Harina

FAQ, es favorable. Presentando un monto de ahorro de 480761,95 U$/año.

- El proyecto del cambio del cambio tecnológico, da buenos resultados ya

que se ahorra combustible presenta un ahorro económico de 480761,95

U$/año

- Los resultados obtenidos del VAN, a diferentes niveles de producción

escalonada, es Favorable, ya que son mayores a cero, por lo que producirá

ganancias. Debido a que el ahorro o ingreso Total es alto, representando

131

un 192,20%, con respecto a la suma de los montos de Inversión y los

costos de operación. De los cuales el ingreso adicional por la venta de

Harina Prime es un 91,28% del Ahorro o Ingreso Total.

- Los valores obtenidos del TIR, son rentables ya que son mayores a la tasa

de Interés del 12%. Teniendo un valor más bajo de 115,26% y un valor más

alto del192,59%.

- Para el periodo de Repago de la Inversión (PRI), se tiene que para una

producción del 60%, el PRI será de 0,87 años y para una producción del

100% se tiene un PRI del 0,52 años. Para este caso se tomará el valor más

alto de 0,52 años.

- Para el Retorno de la Inversión (RI) a producciones escalonadas, se tiene

que los resultados obtenidos son rentables, presentando para una

producción del 60% un valor de RI del 105,31% y para una producción del

100% se presenta un valor de RI del 182,60%. Se tomará el valor más alto

de RI.

G. REFERENTE AL ANALISIS AMBIENTAL

- Los vahos de secado en un sistema de secado a fuego directo emiten

demasiada carga de contaminantes al medio ambiente y según datos de

otros monitoreos de otras plantas, se visualiza que no cumplirían con los

límites máximos permisibles.

- El sistema de secado Indirecto a vapor, en un secador Rotatubos, con

aprovechamiento de sus vahos en una planta evaporadora de película

descendente, sería la mejor opción para dejar emitir vahos al medio

ambiente. Ya que cumple con los límites máximos permisibles.

132

CONCLUSIONES

Y RECOMENDACIONES

133

CONCLUSIONES

- Realizado los balances de energía y masa, se concluye que para la tecnología

Actual de secado y evaporación se tendrá: El Secador a Fuego Directo, tiene

una Eficiencia del 72,96%, lo que indica un alto porcentaje de calor de ingreso

para el proceso de secado, y además sus vahos no son aprovechados

energéticamente. Para la Planta Evaporadora de Película Descendente se tiene

una economía de planta de 2,92 kg de vahos/kg de vapor, lo cual indica una

Economía de planta Aceptable.

- Realizado los balances de energía y masa, se concluye que para la tecnología

Proyectada de secado y evaporación se tendrá: El Secador a Rotatubos, tiene

una Eficiencia del 88,61%, lo que indica una eficiencia aceptable, con un menor

calor de ingreso para realizar el proceso de secado. Para la Planta Evaporadora

de Película Descendente Tipo WHE, se tiene una economía de planta de 1,95 kg

de vahos evaporado/kg de vahos de secado, lo cual indica una Economía de

planta Aceptable. Esta tecnología propuesta le da un valor agregado a la

energía residual.

- De acuerdo a los análisis energéticos, se concluye que el flujo másico de vahos

de secado Indirecto que representa 23038,00 kg/h es capaz de abastecer a la

planta evaporadora de película descendente Tipo WHE.

- Para el Cambio Tecnológico del sistema de secado y evaporación, se obtendrán

efectos positivos, debido a que se producirán ahorros energéticos, ya que este

sistema emplea energías residuales en la planta evaporadora Tipo WHE,

implicando un menor consumo de combustible Petróleo R500. Siendo el ahorro

de 9,17 Galones-R500/Tonelada de Harina, lo que conlleva un ahorro

económico de 23,11U$/Tonelada de Harina.

- Se realizo un Benchmarking entre los Indicadores Energéticos, dando como

resultado un efecto positivo de ahorro energético, siendo de

134

9,17 Galones/Tm de Harina, lo que implica un ahorro anual de

190765,34 galones dejados de consumir. Representando un mejoramiento del

27,73% cumpliendo con la Hipótesis Planteada.

- Se realizo un Benchmarking entre los Indicadores Económicos, dando como

resultado un efecto positivo de ahorro Económico, siendo de

23,11 U$/Tm de Harina, lo que implica un ahorro anual de U$ 480761,95.

Representando un mejoramiento del 27,73% cumpliendo con la Hipótesis

Planteada.

- Se realizo un Benchmarking entre los Indicadores Ambientales, dando como

resultado un efecto positivo de Impacto al medio ambiente, lo que implica que

se está dejando de emitir vahos con contaminantes al medio ambiente.

Representando un mejoramiento del 100,00% cumpliendo con la Hipótesis

Planteada.

- Se determino que el Indicador de Ingreso Bruto Económico por el cambio

tecnológico, es de 265,11 U$ Ingreso Bruto Económico/Tm Harina, lo que indica

la viabilidad del Proyecto.

- De acuerdo al análisis económico realizado se determinó que el VAN reporta

U$ 28208371,51, el TIR es de 192,59%, el periodo de repago es de 0,52 años y

el Retorno de la Inversión es 182,60%. Estos valores permiten concluir que el

proyecto del cambio tecnológico de secadores directos por secadores a vapor


descendente WHE, es FACTIBLE.

- De acuerdo al análisis ambiental el sistema actual de secado y evaporación no

cumpliría con los Límites Máximos Permisibles establecidos en el D.S. Nº 011-

2009-MINAM; y en cuanto al sistema Proyectado de secado y evaporación se

estaría cumpliendo con la Normativa vigente R.M. N° 621-2008-PRODUCE, ya

que no emitirá ningún tipo emisiones al medio ambiente.

135

RECOMENDACIONES

- Utilizar la Tecnología de Secado a Vapor en reemplazo de la Tecnología de

Secado a Fuego Directo por ser mas económicamente rentable, así como es

menor la cantidad de emisiones de dióxido de carbono que se emiten a la

atmosfera.

- La Tecnología del Secado de a Vapor, puede ser una solución a futuro para

poder seguir mejorando los rendimientos en el Proceso de Secado y el valor

agregado en su producto final (harina PRIME) en las Empresas de harina de

Pescado.

- Al reemplazar los secadores de fuego directo por los secadores a vapor estos

pueden ser utilizados como enfriadores como parte del proceso de harina de

pescado.

- Para el Cambio Tecnológico del sistema de secado y evaporación, se obtendrán

efectos positivos, debido a la producción de Harina PRIME de mayor calidad

con un incremento de 0,01 Tm de Proteínas/ Gal Petróleo Total R500, y de

mejor precio de venta, obteniéndose un ingreso adicional de

242 U$ Venta/ Tonelada de Harina

136

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Documents

Balance de Energía