Análisis termoeconómico de una planta de producción de café soluble integrado a una unidad de producción de biocombustibles

Resumen

La creciente demanda de alimentos hace que las industrias de alimentos sean consideradas como no sostenibles a largo plazo, dado a su alto consumo de energía en procesos de calentamiento, enfriamiento y cocción. Además, generan grandes cantidades de desechos orgánicos que van a rellenos sanitarios y no se les da ningún valor agregado. Específicamente la industria de café soluble se considera una de las industrias de alimentos que mayor consumo de energía tiene. Además, se estima que el 40% de su materia prima es desechada como bagazo de café a vertederos. Esto ha hecho que varios estudios se hayan centrado en la valorización del bagazo de café. Dado su alto poder calorífico varias investigaciones se han centrado en estudiar experimentalmente su conversión a biocombustibles. Esto ha permitido proponer alternativas para reducir el consumo de combustibles fósiles y de esta forma acercarse más a una economía circular. Sin embargo, uno de los principales obstáculos para que se pueda llevar a cabo el proceso productivo a gran escala de biocombustibles es su alto costo de producción y su alto impacto ambiental. El análisis exergoeconómico ha sido aplicado a diferentes procesos productivos. Se han determinado oportunidades para reducir el impacto ambiental y costos de producción mediante la cuantificación de la tasa de exergía destruída, costos operativos y de inversión. El objetivo general de esta tesis doctoral es incrementar la eficiencia exergética y reducir los costos operativos de un proceso productivo de café soluble. Para ello, se propone la producción de biocombustibles a partir de bagazo de café. Se llevó a cabo un análisis exergoeconómico de todo el proceso productivo para el diagnóstico de la planta usando datos reales una planta localizada en Guayaquil, Ecuador. Posterior al diagnóstico del proceso productivo, se diseñó el proceso de producción de biocombustibles a partir del bagazo de café. Se propuso finalmente un sistema de trigeneración para la producción integrada de vapor, agua de refrigeración y potencia a base de gas de síntesis y biomasa. Este sistema permite el suministro de las utilidades necesarias a la planta de una forma más eficiente. Finalmente, se concluye que la planta de café soluble de Guayaquil, Ecuador, tiene una tasa de exergía destruída de 12.5 MJ/s y una tasa de costos operativos de 3214.9 $/h de los cuales el 81% se deben a la exergía destruida. Los procesos que mayores costos operativos representan a la planta son la etapa de extracción sólido líquido (952 $/h), la evaporación doble efecto (720 $/h) y el sistema de refrigeración por compresión de vapor (617 $/h). Por otro lado, se demuestra que reemplazar un sistema convencional de generación de vapor, refrigeración y generación de potencia operado con fuel oil No. 6 por un sistema de trigeneración operado con biomasa permite reducir la tasa de exergía destruida total en un 48% y los costos de las utilidades actuales se reducen hasta un 95%.