Estudio revela que vapores y gases de combustión emitidos por calderas industriales pueden ser reutilizados en otros procesos. La investigación se hizo en una empresa de Yumbo que usa carbón.
Bogotá, 10 de agosto de 2024. Los sectores industrial y de transporte son los responsables de más del 50 % del impacto ambiental por emisión de gases de efecto invernadero (GEI), como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y monóxido de carbono (CO); además se hallaron óxidos de nitrógeno (NOx) y de azufre (SOx), que aunque no son GEI en sí mismos, también contribuyen indirectamente al calentamiento global.
El análisis termoeconómico proporcionó datos importantes para mejorar los procesos industriales y reducir sus emisiones de GEI. El estudio fue adelantado por el magíster en Ingeniería Ambiental José Luis Molano Gutiérrez, de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, cuyo objetivo era identificar ineficiencias, reducir costos y mejorar el ahorro energético.
“La termoeconomía es una disciplina que combina la termodinámica y la economía para evaluar la eficiencia y el costo de los sistemas energéticos, especialmente en la industria”, explica el ingeniero mecánico.
En el estudio el magíster utilizó un balance de masa y energía para determinar la energía generada y perdida durante la combustión del carbón, analizó el combustible y cuantificó las emisiones de GEI. Para ello aplicó inteligencia artificial con métodos de modelación (descripción matemática del proceso) utilizando Python para manejar y graficar los datos, trabajo dirigido por el profesor Carlos Humberto Mora Bejarano de la UNAL Sede Palmira. “Quería saber cuánto costaban los gases de combustión en términos de impacto ambiental”, señala el investigador.
En este caso, la energía es la capacidad que tiene la caldera de realizar el trabajo útil antes de que el sistema alcance la temperatura ambiente, de manera que la exergía es la energía utilizable que se puede aprovechar antes de que se convierta en entropía o pérdida de energía no recuperable para el sistema. Por ejemplo, la formación de NOx en forma gaseosa durante la combustión es una muestra de pérdida de energía que no se puede recuperar, aunque el calor latente de los gases de combustión se puede reutilizar para mejorar la eficiencia energética.
Las calderas industriales se utilizan para generar el vapor necesario en diversos procesos de producción. En esta región del país se usan en los ingenios azucareros, cementeras, ladrilleras y fábricas de papel, entre otras. Para este estudio, el tesista hizo el análisis termoeconómico en una importante industria productora de papel, en donde, a partir de estos vapores que se calientan a temperaturas de hasta 1.200 °C, se lleva a cabo la cocción de la pulpa, el secado del papel y la generación de electricidad para otras operaciones de la planta.
Los análisis indicaron que la contribución más notable a la entrada total de exergía o energía aprovechable proviene del combustible. La exergía destruida en la emisión de CO2 es de 2,551 kW, mientras el SO2 es constante, con variaciones mínimas.
“Los resultados sugieren que las emisiones de CO2, H2O, NO2 y S20 muestran un comportamiento estable a lo largo del año, con variaciones mínimas en los niveles de contaminantes, datos valiosos para evaluar y mejorar las prácticas de combustión y reducir el impacto ambiental”, explicó el magíster Molano.
La exergía que actualmente no se aprovecha en los vapores y gases de combustión generados por las calderas se puede reutilizar en diversas aplicaciones dentro del proceso industrial. Por ejemplo, el calor latente de estos gases serviría para precalentar el aire de combustión, aumentar la temperatura de entrada del agua de alimentación a la caldera, e incluso para generar vapor adicional que se puede utilizar en otros procesos industriales.
Este uso de los gases del proceso industrial no solo incrementaría la eficiencia energética, sino que además reduciría el consumo de combustible, y consecuentemente las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
Además, en el trabajo de investigación el costo del combustible mostró fluctuaciones mensuales en términos de costo por kilojulio, con mayo y diciembre como los meses con los costos más altos, “estos picos o variaciones indicarían una mayor demanda de combustible o variaciones en el suministro, que no solo afectan los costos operativos, sino que también pueden tener implicaciones en términos de productividad”, explica el tesista.
El estudio propone la termoeconomía como herramienta para cuantificar los impactos ambientales de las emisiones de GEI y pérdidas de energía en los sistemas energéticos, lo que permite determinar el costo del impacto ambiental y proporcionar una base sólida para implementar políticas de eficiencia energética y reducir las emisiones en estas industrias del país.