MINIMIZACIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA EN LA INDUSTRIA

VI CAIQ 2010

AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

MINIMIZACIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA EN LA

INDUSTRIA VITIVINÍCOLA

Rosa Ana Rodríguez*, Stella Maris Udaquiola, Susana Beatriz Acosta

Facultad de Ingeniería. Univ. Nac.de San Juan– San Martín 1109 (O).Capital San Juan. Argentina

E-mail: [email protected]

RESUMEN. - La industria vitivinícola es una de las principales

actividades económicas de la Provincia de San Juan, Argentina. El mayor

consumo de energía en este tipo de industrias es el de energía eléctrica,

que además es una de las más caras y de mayor impacto medioambiental,

por lo que requiere de mayor esfuerzo de estudio para la optimización de

su consumo. Durante la elaboración del vino, existen diversas etapas en las

cuales la temperatura debe mantener un nivel óptimo, para lo cual los

sistemas de refrigeración son imprescindibles. Se estima que

aproximadamente, se consume sólo en refrigeración, entre un 50 y un 70%

del total de la energía usada en una bodega. En este trabajo, se presenta el

diseño de una red de intercambio de calor aplicando la tecnología Pinch,

en base a los requerimientos mínimos de frío durante las distintas etapas de

vinificación en blanco, cuyo objetivo principal es disminuir el consumo de

energía (servicios auxiliares de frío) en el proceso. Para ello, se trabajó en

una bodega de mediana envergadura ubicada en la provincia. La reducción

del consumo de energía eléctrica obtenida varió entre un 51 % y un 75,2%.

Palabras clave: refrigeración, vitivinícola, optimización.

* A quien debe enviarse toda la correspondencia

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AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

1. Introducción

En el sector vitivinícola, el principal problema medioambiental lo originan los

elevados consumos de agua, energía eléctrica, el volumen de residuos generados o

los efluentes vertidos, que presentan notables variaciones estacionales.

La gran mayoría de los sistemas productivos actuales no se pueden considerar

compatibles con la sostenibilidad del ecosistema terrestre. El consumo de recursos

no renovables ha ido evolucionando de manera creciente y en la actualidad, las

empresas deben plantearse su situación en relación a estos factores para ser

competitivas en una sociedad, que cada vez valora más la protección del medio

ambiente. En este marco, para la convergencia hacia una vitivinicultura sostenible,

es importante considerar los impactos ambientales derivados de todas las etapas

del ciclo de vida de la elaboración del vino, para reducirlos en las etapas que esto

sea posible.

El concepto de ecoeficiencia desarrollado por el Consejo Empresarial Mundial

sobre el Desarrollo Sostenible, en la década de 1990, (Schmidheiny, 1992), es

adecuado para esta industria, ya que el enfoque práctico hace posible el equilibrio

ambiental y económico en una forma integrada. Este concepto representa uno de

los caminos más tangibles de la sostenibilidad para los agentes económicos. Sus

objetivos son reducir el consumo de recursos (energía, agua y materias primas),

así como el impacto en la naturaleza (por ejemplo, las emisiones transmitidas por

el agua, eliminación de residuos y la dispersión de sustancias nocivas), mientras

que por otro lado, mantener o mejorar el valor del producto fabricado (producción

de una cantidad equivalente, o incluso más).

La industria del vino tiene la capacidad de manejar algunos de los aspectos

ambientales y potencialmente reducir la extensión de los impactos. Éstos afectan

potencialmente a la comunidad y al clima mundial. Los impactos relacionados con

la elaboración del vino son: el consumo de agua y energía, las emisiones gaseosas

y la generación de grandes cantidades de residuos sólidos.

Focalizándose en el consumo de energía, cabe destacar que el elevado

crecimiento de la economía en los últimos años se ha traducido en una

extraordinaria expansión de dicho consumo. El uso eficiente de la energía

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constituye una de las más importantes opciones tecnológicas para enfrentar la

expansión antes mencionada.

Teniendo en cuenta la industria vitivinícola, una de las más importantes en la

provincia de San Juan, es importante señalar que el mayor consumo de energía en

la industria vitivinícola es el de energía eléctrica. La incidencia del consumo

energético sobre el costo de producción bruto, en este sector, es aproximadamente

del 0,5-2% del precio de venta de un hl de vino (Jolibert, 1991). Cabe aclarar que,

si bien este insumo ha disminuido sus precios en este último tiempo, el mismo

constituye un ítem de costo importante para los industriales, comerciantes y

usuarios residenciales.

En el proceso de elaboración del vino, existen diversas etapas donde la

temperatura debe mantenerse por debajo de la temperatura ambiente, siendo los

sistemas de refrigeración imprescindibles para asegurar la calidad del producto

obtenido. En esta industria, la energía eléctrica es usada especialmente en las

etapas prefermentativas, fermentativas y post-fermentativas de elaboración del

vino (López, 1994) y (López et al., 1999). Los procesos de enfriamiento son

caracterizados por altos consumos de energía, como así también de agua, y la

toxicidad de los refrigerantes usados. Se estima que aproximadamente, se

consume en refrigeración, entre un 50 y un 70% del total de la energía usada en

una bodega (Palacios et al., 2009).

Con el objetivo de minimizar el consumo de energía eléctrica, y así, tender a un

desarrollo de la industria sostenible, se planteó el diseño de una nueva red de

intercambio calórico, que optimizara el uso de este recurso. Los datos fueron

recabados en una bodega de mediana envergadura de la provincia de San Juan.

2. Proceso de elaboración de vino

La vendimia tiene lugar desde principios de febrero mediados de abril. Una vez

recepcionada la uva en la bodega, es transportada al lagar. El sinfín conduce la

uva directamente a la estrujadora, previo análisis del fruto para determinar su

estado sanitario y su contenido en azúcares y ácidos. La pasta resultante es

trasladada por medio de la bomba de vendimia hasta las prensas, donde se separa

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el mosto, que se le adiciona anhídrido sulfuroso con el fin de evitar que se

produzcan fermentaciones no deseadas.

La pasta sobrante va recibiendo presiones crecientes conforme se va

solidificando por falta de líquido. Estos últimos, son mostos de inferior calidad

que se procesan por separado.

Antes de entrar en la fase de fermentación se realiza un desborre a fin de que

las partículas sólidas suspendidas en ellos se vayan depositando, por decantación,

en el fondo del depósito.

La fermentación es el proceso mediante el cual los azúcares contenidos en el

mosto se transforman en alcohol, principalmente, junto con otros compuestos

orgánicos. Esta fermentación alcohólica se lleva a cabo por la acción de las

levaduras que al quedarse sin aire van metabolizando los azúcares en alcohol y

gas carbónico.

Finalizada la fermentación se somete el vino a dos o tres trasiegos para

eliminar los restos sólidos. Por último, se lleva a cabo una clarificación para

eliminar los posibles sólidos en suspensión y se concluye con el filtrado. Todas las

etapas pueden ser visualizadas en la figura 1.

En la elaboración de vinos finos blancos, es fundamental tener un estricto

control de la temperatura en las distintas etapas de vinificación, ya que ésta afecta

directamente la calidad del producto. A fin de mantener una temperatura óptima,

durante todo el proceso es necesario extraer el calor generado en cada una de las

etapas; siendo de fundamental importancia los sistemas de refrigeración,

responsables del elevado consumo de energía eléctrica total en las bodegas.

3. Integración calórica. Tecnología Pinch

En un proceso existente, es posible separar las operaciones tendientes a

recuperar calor del resto de las operaciones (por ejemplo, transformaciones

químicas, transformaciones físicas, separaciones, etc.). Conforme a sus

necesidades o disponibilidades energéticas, las corrientes materiales que

intervienen en el proceso se pueden clasificar en corrientes frías y corrientes

calientes.

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Fig. 1. Etapas de elaboración de vino blanco

Esta clasificación no se basa en las temperaturas de las respectivas corrientes

sino en las tareas que hay que efectuar sobre ellas. De este modo, se designan

como corrientes calientes a aquéllas que deben liberar energía (corrientes a ser

enfriadas) y, como corrientes frías a aquéllas que deben recibir un flujo calórico

(corrientes a ser calentadas).

Dado que el calor fluye desde una temperatura mayor hacia otra menor, es

posible satisfacer la demanda de calentamiento de las corrientes frías con la

energía disponible en las corrientes calientes, mediante el solapamiento de ambas

corrientes.

Un problema de síntesis de redes de intercambio calórico consiste en

determinar la estructura que se corresponda con el costo total anual mínimo de la

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red (costos de capital anualizados y costos de servicios auxiliares para los equipos

de intercambio energético).

La tecnología pinch representa un conjunto de técnicas termodinámicas que

garantizan un nivel de energía mínimo en el diseño de la red de intercambiadores.

Es una metodología simple para el análisis sistemático de los procesos químicos y

de los servicios auxiliares a partir de la primera y segunda ley de la

termodinámica. La aplicación de estas técnicas facilita el diseño ingenieril del

proceso para discernir la ganancia fundamental dentro de la integración térmica

entre el proceso químico y los sistemas de utilidades circundantes. Esto facilita la

optimización del consumo total de utilidades y de las áreas del proceso y la

configuración, a priori, del sistema de utilidades para la simulación detallada final

Se debe determinar el requerimiento de servicio de frío en el sistema, con el

objetivo de reducirlo en el circuito de refrigeración. El método utilizado es el De

los Intervalos de Temperatura (Linnhoff et al., 1978a) y (Linnhoff et al., 1978b).

Este método nos permite estimar los requerimientos mínimos de todas las redes de

intercambio posible, conociendo los requerimientos de calentamiento y

enfriamiento de las corrientes de proceso como así también, la mínima

aproximación de temperatura en los intercambiadores de calor.

Para aplicar el método elegido, se considera que las capacidades caloríficas de

las corrientes del proceso son constantes, y no existen restricciones de disposición

en la planta o razones de seguridad por la que dos corrientes no se puedan acoplar

y la mínima diferencia de temperatura permitida para la transferencia de calor

(ΔTmin), se aplica para todos los acoplamientos posibles. En este trabajo, la

aproximación mínima de temperatura para la red fue elegida como una variable de

diseño y se realizaron el cálculo para valores iguales a 5, y 10 K.

En la primera etapa se ajustan las temperaturas de entrada y de salida de todas

las corrientes, según ecuación (1) y (2).

2min

ΔT

CT*

CT (1)

2min

ΔTT*H

H

T (2)

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Donde:

:*C

T Temperatura ajustada corriente fría

:*H

T Temperatura ajustada corriente caliente

:minT Diferencia mínima de temperatura

Una vez ajustadas las temperaturas queda definido un conjunto de intervalos

por los límites de temperaturas de inicio y final de las corrientes. Por ejemplo,

para el caso de Tmin: 5 los intervalos resultantes fueron:

Intervalo I: Definido por la temperatura de inicio de la corriente caliente (H1),

y por la temperatura final de las corrientes frías (C1, C2). En este intervalo

solamente se encuentra la corriente caliente (H1).

Intervalo II: Limitado por la temperatura final de las corrientes frías (C1, C2)

y final de la corriente caliente (H1). En este intervalo se encuentran las corrientes:

H1, C1 y C2.

Intervalo III: Temperatura de inicio de las corrientes calientes (H1, H3), y por

la temperatura inicial de la corriente C1. En este intervalo se encuentran las

corrientes: C1, C2, H2 y H3.

Intervalo IV: Temperatura de inicio de la corriente fría C1 y por la temperatura

final de H2. Se encuentran las corrientes: C2, H2 y H3.

Intervalo V: Temperatura final corriente caliente (H2), y por la temperatura

inicial de corriente fría C2. Encontramos las corrientes C2 y H3.

Intervalo VI: Temperatura de inicio de la corriente C2 y temperatura final de

la corriente H3. Se encuentra solamente la corriente caliente (H3).

Una forma sencilla de visualizar los intervalos de temperatura definidos y las

corrientes involucradas en cada intervalo se muestran en la tabla 2, para ΔTmin= 5

K y en tabla 3 para ΔTmin= 10 K. En la tabla se grafican los niveles de

temperatura en forma decreciente mediante líneas horizontales, y cada una de las

corrientes mediante líneas verticales.

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Tabla 2. Corrientes del proceso para ΔTmin =5 K

IntervalosT*

Temperatura

(ºK )

H1

C 1 C 2 H2

H3

VI266,0

283,5

IV278,5

V

288,5

III

C ORR IE NTE S DE L PROC E S O

295,5

I293,5

II

271,0

Tabla 3. Corrientes del proceso para ΔTmin = 10 K

IntervalosT*

Temperatura

(ºK )

H1

C 1 C 2 H2

H3

263,5

273,5

V

276,0

IV

III

C ORR IE NTE S DE L PROC E S O

296,0

286,0

I293,0

II

Si se observa detenidamente los rangos de temperaturas de las corrientes y los

intervalos definidos, se advierte que en cada intervalo están incluidas una o más

corrientes, tanto frías como calientes. En función de ello y teniendo en cuenta que

la capacidad calorífica de cada una de las corrientes es conocida, podemos

calcular el contenido calórico de cada uno de los intervalos (ΔHi), mediante la

ecuación (3) obteniendo los contenidos calóricos de todos los intervalos,

expuestos en tabla 4, para ΔTmin= 5 K y en tabla 5 para ΔTmin= 10 K.

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ervalopHPCi TmCmCH int. ( 3)

Donde:

CpCm. Caudal de capacidad calorífica de la corriente fría

HpCm. Caudal de capacidad calorífica de la corriente caliente

ervaloTint Diferencia de temperatura del intervalo

Tabla 4. Contenido calórico de intervalos para ΔTmin = 5 K

IntervalosTemperatura

(ºK)

ΔT intervalo

(K)

ΔHi- intervalo

(W/K)

ΔH intervalo (W)

Deficiencia / Exceso

I -2,0 -1,81E+04 3,62E+04293,5

II -3,94E+04 Exceso

295,5Deficiencia

288,51,54E+03 DeficienciaIII -5,0 -3,08E+02

-5,0 7,87E+03

283,5IV -5,0 -1,45E+04 7,24E+04 Deficiencia

278,5V 7,10E+01 Deficiencia

VI -5,0 -1,18E+04

-7,5 -9,47E+00

266,0

271,05,90E+04 Deficiencia

Tabla 5. Contenido calórico de intervalos para ΔTmin = 10 K

IntervalosTemperatura

(ºK)

ΔT intervalo

(K)

ΔHi- intervalo

(W/K)

ΔH intervalo (W)

Deficiencia / Exceso

IV -2,5 -9,47E+00 2,37E+01273,5

V -10,0 -1,18E+04 1,18E+05263,5

II -7,0 7,87E+03 -5,51E+04286,0

III -10,0 -1,45E+04 1,45E+05276,0

I -3,0 2,60E+04 -7,79E+04296,0

Exceso293,0

Exceso

Deficiencia

Deficiencia

Deficiencia

Para la localización del punto pinch, así como la determinación del consumo

mínimo de servicios se efectúa el balance de energía en cada uno de los intervalos,

mediante un diagrama de cascada.

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Tabla 6. Diagrama de cascada ∆Tmin:: 5

Donde:

:SQ Servicio auxiliar de vapor

:CWQ Servicio agua de enfriamiento

El procedimiento para el diagrama de cascada consta de dos etapas: en la

primera etapa, se asume que con Qi = 0, se obtiene la cascada de calor con el

mayor déficit. En la segunda etapa, se elimina el mayor déficit de la cascada

adicionando calor de alguna fuente externa (servicio auxiliar) al primer intervalo,

271,0

295,5

293,5

283,5

278,5

1

4

288,5

2

3

5

R1

R2

R3

R4

R5

Ro Ro=0 W

R1= 3,62E+04

R2= -3,17E+03

R3= -1,63E+03

R4= 7,08E+04

R5= 7,09E+04

R0= 3,17E+03=Qs

R1= 3,94E+04

R2= 0 (PINCH)

R3= 1,54E+03

R4= 7,40E+04

R5= 7,40E+04

266,0

6

R6

R5= 1,30E+05 R5= 1,33E+05=QCW

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lo que provoca que un flujo de calor dé justamente cero en un intervalo. Este

punto es el punto pinch.

En las tablas 6 y 7 se representa los diagramas de cascada para ΔTmin = 5K y

ΔTmin = 10 K respectivamente.

Tabla 7. Diagrama de cascada ∆Tmin:: 10

La cantidad de calor adicionada al primer intervalo es el mínimo de servicio

auxiliar de caliente y el calor que queda hasta el final de la cascada es el mínimo

de servicio auxiliar frío.

Así, en tabla 6, el intervalo I, posee una disponibilidad de calor de +3,62.104W,

por lo tanto no necesita del servicio auxiliar de vapor (Qs = 0 W). El calor del

intervalo I, se transfiere al intervalo II, que posee un defecto -3,94. 104W,

263,5

296

293

276

273,5

1

4

286

2

3

5

R1

R2

R3

R4

R5

Ro Ro=0 W

R1= -7,79E+04

R2= -1,33E+05

R3= 1,18E+04

R4= 1,19E+04

R5= 1,30E+05

R0= 1,33E+05=Qs

R1= 5,51E+04

R2= 0 (PINCH)

R3= 1,45E+05

R4= 1,45E+05

R5= 2,63E+05=QCW

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quedando un valor residual en defecto de -3,17. 103W. Este valor debe satisfacerse

mediante vapor del servicio auxiliar. En la última columna de la tabla se muestra

el balance final con un ingreso de energía de + 3,17. 103 W y un egreso de

energía (por vapor) +1,33. 105W, o sea constituyen los mínimos requerimientos de

calentamiento RHmin y enfriamiento RCmin que satisfacen el 1 y 2 principio de la

Termodinámica.

En consecuencia, el consumo mínimo de servicio caliente está dado por el

ingreso de calor al intervalo cuyos flujos sean positivos o cero. De otro lado, el

consumo mínimo de servicio frío, está especificado por el flujo de calor de salida

del intervalo más frío.

Teniendo en cuenta los requerimientos mínimos, queda definido el punto

pinch, temperatura a la cual el flujo de calor es cero, y se calcula por las

ecuaciones 4 y 5 (Siemiatycze et al., 2009), el punto pinch superior e inferior para

cada una de las zonas frías y calientes.

2min

∆T

PinchTPinch.inf.T (4)

2min

∆T

PinchTPinch.sup.T (5)

Donde:

:Pinch.inf.T Temperatura Pinch inferior o zona fría.

:Pinch.sup.T Temperatura Pinch superior o zona caliente

Los valores son expuestos en la Tabla 8.

Tabla 8. Requerimientos mínimos de Energía

Punto Pinch

inferior

Punto Pinch

superior RHmín RCmín

ΔTmin= 5K 286,0 K 291,0 K 3,17.103 W 1,33.105 W

ΔTmin= 10K 281,0 K 291,0 K 1,33.105 W 2,63.105 W

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Esta tabla proporciona una información valiosísima para el diseño.

La característica principal en este método de diseño de una red óptima de

intercambio calórico, es que “para mantener requerimientos mínimos de energía,

no se debe transferir energía a través del punto pinch” (Linnhoff et al.,1983).

3.3. Diseño de la red interior de intercambiadores

El diseño de redes de intercambiadores de calor se inicia en las inmediaciones

del punto Pinch. El mismo es importante porque divide al proceso, en dos

subsistemas termodinámicamente diferentes. Arriba de la división, el proceso

necesita calentamiento en términos netos; por lo tanto, sólo se requerirán servicios

de calentamiento. Abajo de la división, el proceso tiene exceso de calor en

términos netos, por lo que necesita únicamente servicios de enfriamiento. Dado que

no es posible transferir energía a través del punto pinch, se debe, diseñar dos redes de intercambio

calórico, una por encima y otra por debajo de dicho punto.

3.4. Red por encima del punto pinch del sistema

Para que los cruzamientos de corrientes sean efectivos el sistema debe

satisfacer las siguientes condiciones (Linnhoff et al., 1983).

Número de corrientes

Se debe disponer de un enlace para que se enfríe cada una de las corrientes

calientes, evitando así la transferencia de calor en el pinch.

Es decir, se debe cumplir la regla: Nº CH ≤ N ºCC

Siendo:

Nº CH el número de corrientes calientes y

N ºCC número de corrientes frías.

Si no se cumplen las reglas, entonces las corrientes se deben bifurcar hasta

satisfacer dichas condiciones.

Flujos calóricos específicos

Para que en la parte superior, los enlaces entre corrientes después de aquéllos

realizados en las inmediaciones del punto pinch, no tengan temperaturas

decrecientes, se debe satisfacer la igualdad: PHCp CmCm ..

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Siendo CpCm. el flujo calórico específico de las corrientes frías y PHCm. es el

flujo específico de las corrientes calientes.

Diferencia de flujo calóricos

Los diferenciales de flujo calóricos para los enlaces entre corrientes se definen

como:

globalpcrucep mCmC

Una regla importantísima para que el diseño sea factible, es que la para

ΔmCpcruce entre las corrientes a enlazar sea igual o menor que ΔmCpglobal.

PHPCcruce CmCmC ..

PHPCglobal CmCmC ..

Donde:

CpCm. Flujo específico de la corriente fría

HpCm. Flujo específico de la corriente caliente

3.5. Red por debajo del punto pinch del sistema

Para que los cruzamientos de corrientes sean efectivos, el sistema debe

satisfacer las condiciones establecidas por Linnhoff y Hindmarsh (Linnhoff et al.,

1983), las cuales son las mismas que las anteriores invirtiendo los signos de

desigualdad:

Número de corrientes

Se debe cumplir la regla: Nº CC ≥ Nº CH

Flujos calóricos específicos

Se debe satisfacer la igualdad: PHCp CmCm ..

Diferencia de flujo calóricos

Los diferenciales de flujo calóricos para los enlaces entre corrientes se definen

como:

globalpcrucep mCmC

La red de intercambio de calor por encima y debajo del punto pinch, se expone

en la tabla 9, para los dos valores de ΔTmin de 5 y 10 K.

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3.5. Diseño de los servicios auxiliares

La temperatura final establecida para las corrientes de Mosto y Vino a

Estabilizar estaba establecida en 8ºC y - 4,5ºC respectivamente, por lo que será

necesario el uso de servicio auxiliar de frío en ambas corrientes. Las

características de los servicios auxiliares necesarios se detallan en la Tabla 10.

Tabla 9. Red Interna de Intercambiadores

Intercambiador Corriente

Fría Corriente Caliente

H (W) Para ΔT=5 K

H (W) Para

ΔT =10 K

I 1 Mosto a

Fermentar Estrujado

de Uva 7,09.104 6,97.104

I 2 Vino

Estabilizado Estrujado

de Uva 5,57.104 5,70.104

I 3 Mosto a

fermentar Mosto 7,08.104 1,47.104

I 4 Vino a

estabilizar Vino a

estabilizar 2,06.104 -

Total Todas las corrientes

frías.

Todas las corrientes calientes

4,04.105 2,74.105

Tabla 10. Servicios Auxiliares

Requerimientos mínimos ΔT=5 K ΔT=10 K

Auxiliar Mosto 7,39.104 W 1,45.105 W

Auxiliar Vino 5,92.104 W 1,18.105 W

RCmín 1,33.105 W 2,63.105 W

La figura 2 muestra la red de intercambiadores de calor resultante de considerar

ΔT igual 5 K. Puede observarse que la red interior está constituida por cuatro

intercambiadores de calor (1-4). En este caso, la red interior está constituida por

tres intercambiadores de calor (1-3). La red auxiliar posee dos intercambiadores

de calor. En la figura 3 se observa la red de intercambio calórico con ΔT igual 10

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K. En este caso, la red interior está constituida por tres intercambiadores de calor

(1-3). La red auxiliar posee dos intercambiadores de calor. En ambas figuras, las

cargas calóricas transferidas en cada intercambiador se indican debajo de los

círculos que representan los equipos de transferencia de calor. En la figura 4 y 5

se muestra el flowsheet de proceso con la red de calor integrado, para ΔT= 5 y

10K, respectivamente.

Fig. 2. Red de intercambiadores propuesta para ΔT=5 K.

.

Fig. 3. Red de intercambiadores propuesta para ΔT=10 K.

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Se observan los cruces de las corrientes y los servicios auxiliares para alcanzar

la temperatura del proceso. La corriente de estrujado de uva, es enfriada con la

corriente de mosto a fermentar y la corriente de vino estabilizado. El enfriamiento

de la corriente de mosto se realiza con la corriente de mosto a fermentar, y con un

servicio auxiliar de frío. La corriente de vino a estabilizar se enfría con la

corriente de vino estabilizado, y requiere de servicio auxiliar para alcanzar la

temperatura del proceso.

Fig. 4. Flowsheet de proceso con la red de calor integrado, para ΔT=5K.

4. Conclusiones

En este trabajo, se aplicó la tecnología pinch, usando el método de intervalos

de temperatura, con el objetivo de obtener una red de intercambio calórico que

minimice el consumo de energía de los servicios auxiliares de frío.

Para cada valor de ΔTmín, se calcula los requerimientos mínimos de servicio de

frío y se compara con la situación actual en la bodega donde se realizó la

recolección de datos. Se puede concluir que al disminuir el ΔTmín de trabajo, se

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observa que, si bien los ahorros de energía son mayores, la complejidad de la red

de intercambio calórico aumenta.

Fig. 5. Flowsheet de proceso con la red de calor integrado, para ΔT=10K.

Así, la reducción del consumo de energía eléctrica obtenida fue del 51% para

ΔT igual a 10K y hasta de un 75,2 % en el caso de utilizarse un ΔT igual a 5 K,

con las consiguientes reducciones de costo de proceso. Desde el punto de vista del

ahorro energético, el ΔT óptimo es de 5K, que da el mayor ahorro de energía

respecto de un sistema de refrigeración sin recuperación de frío, sin embargo, la

complejidad del sistema de intercambio calórico es mayor, aumentando el número

de intercambiadores en la red.

El procedimiento aplicado en este trabajo es una primera aproximación,

teniendo en cuenta que la producción vitivinícola es discontinua, sin embargo, hay

que resaltar que los consumos energéticos obtenidos para este caso en particular,

son los consumos mínimos (el caso más favorable). Por otra parte, es el primer

paso para la obtención de una red de consumo energético óptima.

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6. Bibliografia

Colombie, S. ; Malherbe, S. ; & Sablayrolles, J. (2005). Modeling alcoholic

fermentation in enological conditions: feasibility and interest. American

journal of enology and viticulture, 56(3), 238–245.

Jolibert, f. (1991). Consommations energetiques et filiére vinicole. Bios; 5 (22):

51-53.

Linnhoff, B. Y Flower, J. R. (1978 a, 1978 b). “Synthesis of heat echanger

networks”. Aiche J, 24,633 .

Linnhoff, B.; Mason, D.R. and Wardle, l. (1979). “Understanding Heat

Exchanger Networks”. Comp. Chem. Eng. 3,295.

Linnhoff B. Et al. (1982). User suide a process integration for the efficient use of

energy . Iche, rugby. U. K.

Linnhoff, B.; Hindmarsh, y E. (1983) “The pinch design method for heat

exchanger networks”. Chem. Eng. Sci, 38,5, 745-763.

López, A. (1994). “Tecnología energéticas eficientes en los sectores del vino,

cava, cerveza y destilados”. Alimentación, equipos y tecnología; 2(13):75-80.

López, A.; Grenier, P.; Martinez, G.; Lacarra, G. (1999). “Efficient use of cold in

wineries”, 20 th. International congress of refrigeration, iir, sydney.

Palacios, C. Udaquiola, S. M., Rodriguez, R. A. (2009). “Modelo matemático

para la predicción de las necesidades de frío durante la producción de vino”.

Ciencia, Docencia y Tecnología. Vol. 38. año XX.

Schmidheiny, S. (1992). With the business council on sustainable development.

Changing courseda global business perspective on development and the

environment. Mit press.

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