Diseño térmico y estructural de un sistema de intercambiadores de calor que incremente la eficiencia energética del sistema de recuperación y consumo de gas carbónico en la Cervecería Bavaria

Abstract

Bavaria S.A, es la compañía cervecera más grande del país, la cual cuenta con sedes en gran parte del territorio nacional. Actualmente, la empresa en su sede en Barranquilla presenta una problemática que tiene que ver con la optimización y eficiencia energética en su planta de recuperación de CO2 de la fermentación. En dicho proceso, la empresa utiliza vapor para evaporar el gas licuado de los tanques de almacenamiento y amoniaco para enfriar la corriente de dióxido de carbono que proviene de la línea del compresor. El uso de estas dos sustancias, generan a la compañía un gasto elevado y generan un impacto ambiental alto.

El presente proyecto, muestra el proceso de diseño de un sistema de intercambiadores de calor que permita el reemplazo parcial o totalmente el uso de vapor y amoniaco en la planta de recuperación de CO2, mediante el aprovechamiento de otros recursos energéticos. Comenzando por la descripción de la problemática, en la cual se identifica aquellos factores que afectan el problema. Seguido por el diseño de especificaciones, donde se detallan los aspectos que debe cumplir la solución planteada y la tecnología existente en el mercado para llevar a cabo el diseño. El diseño conceptual, el cual se realiza el planteamiento de alternativas de solución y la elección de esta, teniendo en cuenta criterios económicos, eficiencia energética y de factibilidad. Para el diseño térmico y mecánico, se presenta el dimensionamiento, escogencia de materiales, cálculo de espesores y simulaciones en softwares especializados. Además, el diseño básico del sistema de colectores solares y tanque de almacenamiento. Finalmente, se presenta el análisis financiero OPEX y CAPEX, el ahorro monetario que supone el remplazo de vapor y amoniaco y la viabilidad en cuanto a inversión del presente diseño.

Bavaria S.A. is the largest brewing company in the country, which has offices in most of the national territory. Currently, the company at its headquarters in Barranquilla has a problem related to the optimization and energy efficiency in its plant for the recovery of CO2 from fermentation. In this process, the company uses steam to evaporate the liquefied gas from the storage tanks and ammonia to cool the carbon dioxide stream coming from the compressor line. The use of these two substances generates high costs for the company and has a high environmental impact. This project shows the design process of a system that partially or totally replaces the use of steam and ammonia in the CO2 recovery plant by using other energy resources. Starting with the description of the problem, which identifies the factors that affect this issue. Then followed by the design specifications, where the aspects that the proposed solution must comply with and the existing technology in the market to carry out the design are detailed. The conceptual design, in which the solution alternatives are proposed and chosen, considering economic, energy efficiency and feasibility criteria. For the thermal and mechanical design, the dimensioning, choice of materials, calculation of thicknesses and simulations in specialized software are presented. In addition, the basic design of the solar collector system and storage tank. Finally, the OPEX and CAPEX financial analysis, the monetary savings from the replacement of steam and ammonia and the investment feasibility of this design are presented.