Análisis energético y exergético de un secador spray en una planta de producción de café soluble en Guayaquil

Abstract

Los análisis exergéticos y energéticos resultan eficientes para diseñar y mejorar procesos industriales. El proceso en estudio se centra en el secado para la producción de café soluble, el cual consume 16% del combustible que se quema y alcanza un consumo eléctrico de 308 MJ/h. Este estudio propone mediante el levantamiento de información, realizar un análisis termodinámico del proceso, que permita identificar dónde están ubicadas las mayores pérdidas energéticas y exergéticas para proponer modelos matemáticos que permitan maximizar la eficiencia energética y exergética del proceso utilizando modelos de regresión multivariable y una red neuronal artificial, desarrollados en MATLAB y Python. El análisis realizado mostró que la eficiencia energética y exergética del sistema se encontraba entre 19.20% a 25.07% y 7.98% a 9.37% respectivamente, los equipos que más pérdidas de energía tenían eran la sección de secado (45.98%) y la caldera (44.52%). Las mayores pérdidas de exergía se dieron en la caldera, sección de secado e intercambiador de calor del aire de secado, 1267 MJ/h (59.93%), 315 MJ/h (13.4%) y 249 MJ/h (11.75%) respectivamente. Mediante el algoritmo de optimización se obtuvieron eficiencias energéticas y exergéticas de 26.32% y 9.73% respectivamente, estimándose un ahorro de energía de 368 MJ/h, además se encontró que las pérdidas de calor por parte del caldero y sistema de secado se redujeron en 7.14% y 5.95% respectivamente al utilizar las condiciones de operación óptima. Proponiendo un sistema de control para fijar las variables óptimas, se estima que las pérdidas de energía se reducirán hasta un 7.12% y la destrucción de exergía en 1.72%.