El secado de los productos extruidos requiere mucha energía. Pero al hacer este proceso 100% eléctrico, se puede ahorrar mucha energía.
La electrificación ha sido una palabra de moda durante algún tiempo en muchas industrias. En el transporte, la mayor eficiencia y los menores costos operativos de los trenes de tracción eléctrica ya han desencadenado una revolución. En la construcción de casas y oficinas, las bombas de calor eléctricas han demostrado que las conexiones a la red de gas natural ya no son necesarias. En la industria, la electrificación con bombas de calor es una de las soluciones que se están desarrollando junto con los biocombustibles y el hidrógeno, para sustituir a los combustibles fósiles y avanzar hacia la consecución de los objetivos del acuerdo climático de París.
Coeficiente de rendimiento
En los hogares y las oficinas, las bombas de calor son conocidas por generar «mágicamente» alrededor de 3 a 5 unidades de energía térmica por cada unidad de energía eléctrica consumida. En otras palabras, su Coeficiente de Rendimiento (COP) en ese caso es de entre 3 y 5. Eso suena como un móvil perpetuo, lo cual no es por supuesto. Todo lo que hacen las bombas de calor es transformar el calor de baja temperatura en calor de alta temperatura. Siempre consumen no sólo electricidad, sino también mucho calor de baja temperatura de una fuente externa. En los edificios, esa fuente externa puede ser el aire exterior, o la energía contenida en el agua subterránea o la tierra. Hasta hace poco, la mayoría de las bombas de calor sólo eran capaces de aumentar las temperaturas a no más de 80°C. Cuanto menor sea la diferencia de temperatura, mejor será el COP. En los últimos años se ha desarrollado una nueva generación de bombas de calor que pueden lograr aumentos de temperatura de hasta 125°C. Esto permite un salto cuántico en la eficiencia térmica del proceso de secado.
El procesamiento de alimentos por extrusión requiere de energía
Esto tiene el potencial para el procesamiento de alimentos por extrusión, donde se utiliza maquinaria que consume energía. La molienda, extrusión, secado, recubrimiento y enfriamiento de una tonelada métrica de alimento acuático extruido o de alimento para mascotas requiere entre 250 y 380 kWh de energía térmica y eléctrica, dependiendo de las especificaciones del producto y la eficiencia del proceso. El secador representa alrededor del 50% de esa energía. Para una línea de extrusión de diez toneladas por hora, las empresas suelen gastar entre 200.000 y 300.000 dólares al año en gas. Así que, ¿dónde mejor empezar a mejorar la eficiencia energética de una planta, reducir sus emisiones de CO2 y disminuir sus costos operativos?
6 principales flujos de energía
Como se ha dicho antes, el secador consume la mitad de los costes de energía, por lo que se pueden obtener grandes ganancias. Mirando el balance energético de un proceso de secado típico, hay básicamente 6 flujos de energía principales:
- la energía contenida en el producto caliente entrante,
- el producto caliente que sale
- el aire ambiente entrante
- el aire de escape que sale
- radiación
- La energía consumida por los quemadores de gas o los intercambiadores de calor de vapor
La radiación en un secador debidamente aislado es insignificante. Por lo tanto, el aire de escape que sale contiene casi toda la energía que los quemadores de gas o los calentadores de vapor han inyectado en el proceso más la contribución energética neta del producto. Esa energía se ha utilizado para evaporar el agua del producto y para calentar el aire de salida de modo que pueda contener tanta agua como sea posible sin condensación. Hay una gran oportunidad de mejorar la eficiencia general del secador si podemos recuperar la energía del aire de escape y reutilizarla en el proceso de secado.
Desarrollar un secador 100% eléctrico
La empresa de equipos de alimentación Geelen Counterflow de los Países Bajos estudió más a fondo el principio de recuperar la energía del aire de escape y reutilizarlo para el secado. El secador eléctrico desarrollado se probó ampliamente en 2016 a escala piloto 1:8, conectado a una línea de extrusión operativa de 11 mtph en una planta de alimentos para mascotas super-premium. La situación en el lugar fue monitoreada por el sistema de diagnóstico remoto. Las enseñanzas extraídas de los datos condujeron a la ampliación del secador eléctrico a una unidad a escala completa. La mayor parte de 2017 se utilizó para probar los componentes a escala completa y optimizar el costo, la capacidad de fabricación y el acceso para el mantenimiento. Durante las pruebas de 2016, se observó un COP (Coeficiente de Rendimiento) entre 2,4 y 3,0, dependiendo de la temperatura del aire de secado requerida para un producto determinado. Esto dio como resultado una reducción del consumo de energía neta del secador de alrededor del 65%. Los secadores convencionales a gas o vapor normalmente no consumen más de 2.700 kJ por litro de agua evaporada. La versión eléctrica requerirá menos de 1.000 kJ. Dado que los secadores a gas consumen alrededor del 50% de la energía total de la línea de extrusión, se puede lograr una gran mejora en la intensidad energética total por tonelada de producto. Las emisiones de CO2 por tonelada de producto pueden reducirse en un 99%, siempre que la electricidad provenga de fuentes renovables certificadas. Hasta el 65% del agua se recupera. Los ahorros anteriores se traducirán en una reducción significativa de los costes operativos de secado. La cifra exacta depende del precio del gas y la electricidad, pero incluso en los países europeos con precios de gas relativamente bajos, como los Países Bajos, el ahorro de costes energéticos es superior al 25%.
Configuración híbrida opcional
Si se está considerando la posibilidad de ampliar o mejorar la capacidad de producción de alimentos para peces o alimentos para animales domésticos, vale la pena analizar la evolución de los mercados de la energía y las políticas fiscales en materia de energía y carbono. Tenga en cuenta que su nueva secadora debería funcionar durante 30 años, consumiendo más energía que cualquier otro equipo de su planta. Dependiendo de dónde se encuentre su planta, puede que descubra que, además de los importantes beneficios ambientales, la rentabilidad financiera de esta tecnología de secado limpio es menor de lo que espera. La primera unidad a escala completa se construirá en uno de los clientes de Geelen, que quiere mantener todas las opciones abiertas. Por eso la empresa instala quemadores de gas y bombas de calor con intercambiadores de calor. Esto proporciona una función opcional de «aumento» de temperatura para productos que requieren temperaturas de aire de secado más altas. También proporciona redundancia de la fuente de calor y un escenario de retroceso para cuando los costos de electricidad suban o los costos de gas bajen. La configuración híbrida abre la oportunidad de optimizar los costos de secado en función de los precios de la energía; hacer funcionar la secadora con la bomba de calor si los precios de la electricidad son bajos durante la noche, o cuando hay una gran cantidad de electricidad de bajo costo en la red proveniente de molinos de viento o paneles solares; y hacer funcionar la secadora con gas si los precios de la electricidad son altos.
