Optimización del secado de almendra a través del mejoramiento de condiciones operacionales

Jorge Mendoza B. Extractora Monterrey

Extractora Monterrey

LocalizaciónKm 7 vía Puerto Wilches – El Pedral

Santander (zona central)

Capacidad de procesamiento de RFF

25 ton RFF/h

Capacidad de procesamiento de almendra

6,15 ton Almendra/h (nominal)

Generalidades

Procesamiento RFF GuineensisProcesamiento RFF híbrido

Procesamiento RFF híbrido ANA9 expellers

Año de inicio de operación planta

1961

Localización de plantas de beneficio

3

Contenido de la presentación

4

1. Objetivos

2. Marco teórico

3. Plan de trabajo

4. Generalidades acerca de los procesos

5. Planteamiento del problema

6. Identificación de equipos

7. Configuración anterior de equipos

8. Cálculos desarrollados

9. Análisis termográfico

10. Ejecución

11. Resultados y análisis de costos

12. Conclusiones

Objetivos

• Mejorar de forma práctica, el secado en los silos de almendra producida para su posterior procesamiento en la planta de extracción de aceite de palmiste.

• Aumentar la capacidad de procesamiento en toneladas de almendra por hora.

• Determinar la relación de costo-beneficio por el proceso de secado propuesto.

5

Marco Teórico

• Silo: recipiente rectangular o cilíndrico de gran capacidad, para el almacenamiento de un producto.

• Radiador: equipo utilizado para la transferencia de calor por conducción entre dos corrientes de flujo másico.

• Sistema de Inyección de Aire:conjunto mecánico de equipos para tomar aire del ambiente y pasarlo por el radiador para finalmente distribuir en el silo.

• Silo para Secado de Almendra:conjunto de equipos utilizados para retirar la humedad presente en la almendra, a través de una corriente de aire previamente acondicionado.

6

Plan de trabajo

1. Identificación del estado actual de silos y capacidad nominal de los equipos.

2. Información histórica de capacidad de procesamiento de almendra.

3. Identificar equipos que limitan el secado de almendra (cuello de botella).

4. Establecimiento de plan de mejora para los equipos a optimizar, de acuerdo con necesidades y relación costo-beneficio.a) Cálculo de caudal requerido de aire

caliente.

b) Calculo de energía térmica requerida.

5. Evaluación de resultados.

Entrada de Aire

Radiador 1

Radiador 2

Radiador 3

7

Generalidades acerca de los procesos

• Planta de capacidad de proceso de 25 ton/h de RFF (Instalada 28 ton/h). Año 2018 cerró con 123.184 ton RFF procesadas.

• Planta de palmiste de capacidad de 3,29 ton/h de almendra (Instalada de 6,15 ton/h). Año 2018 cerró con 20.135 ton almendra procesadas con 6.128 horas efectivas de proceso.

• Por temas de humedad en planta no se ha superado la capacidad de 3,9 ton/h de almendra en años anteriores.

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Prom

PROM. 2.018 3,29

Año 2.018 3,3 3,4 3,9 3,6 3,6 2,9 3,2 3,4 3,5 2,6 3,1 2,7

Año 2.019 3,4 3,6

3,29

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Capacidad de procesamiento Almendra (ton/h)Año 2019 (enero y febrero)

Año 2018

8

Planteamiento del problema

• A pesar de contar con gran cantidad de equipos de prensado, dando alta capacidad deprocesamiento, se encontraban limitaciones en el secado, lo cual impedía incrementar lastoneladas procesadas por día, esta condición llevó a que durante la temporadas de alta cosecha,los inventarios de almendra se incrementaron en detrimento de la calidad y de los costos de laplanta.

899

715

528 521

376 491 400442

73

361

182

96

376

4521,7

3,4

3,9

3,6 3,6

2,9

3,23,4 3,5

2,6

3,1

2,7

3,43,6

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

ene.-18 feb.-18 mar.-18 abr.-18 may.-18 jun.-18 jul.-18 ago.-18 sep.-18 oct.-18 nov.-18 dic.-18 ene.-19 feb.-19 Cap

acid

ad d

e p

roce

sam

ien

to (

ton

elad

as/h

)

Ton

elad

as d

e A

lme

nd

ra

Meses del año (2018 – inicio 2019)

Capacidad de procesamiento de almendra (toneladas/h)

9

Identificación de Equipos

• Dos silos de secado rectangular. Capacidad de 30 ton cada uno.

• Tres radiadores externos de tiro forzado para cada silo.

• Radiadores entre 430.000 – 550.000 BTU/h.

• Ventilador entre 11.000 – 11.680 CFM. Tiro inducido con transmisión de poleas. VARIABLE SILO 1 SILO 2

Ventiladores por silo 1 1

Caudal nominal del Ventilador (CFM) 11.680 11.000

Capacidad nominal de Cada radiador (BTU/h) 550.000 430.000

Total Energía para intercambio (BTU/h) 1.650.000 1.290.000

Ventiladores por silo 1 1

Caudal nominal del Ventilador (CFM) 14550 14550

Total Energía requerida (30°C a 80°C) 1.875.000 1.875.000

Capacidad nominal de Cada radiador (BTU/h) 625.000 625.000

CONDICIONES ACTUALES

CONDICIONES REQUERIDAS TEÓRICAMENTE

VARIABLE VALORNumero de silos 2

Capacidad por silo (ton) 30

Radiadores por silo 3

Tipo de Inyección de aire A tres niveles

Capacidad de la planta (kg/h) 3,29

Humedad de proceso en mes pico (%) 4,19

10

• Los datos del sistema de inyección de aire indican:

Configuración antes del proceso de mejora

11

Marco Teórico

12

Cálculos desarrollados

• Para el calculo del caudal de aire requerido, se usa una constante de secado por kilo de almendra igual a0,824 (m3/h)*kg.

• Para el cálculo de la energía requerida, se usó la capacidad máxima instalada de prensas Expeller (6,15ton/h), según el caudal de aire.

VARIABLE SILO 1 SILO 2

Ventiladores por silo 1 1

Caudal nominal del Ventilador (CFM) 11.680 11.000

Capacidad nominal de Cada radiador (BTU/h) 550.000 430.000

Total Energía para intercambio (BTU/h) 1.650.000 1.290.000

CONDICIONES ACTUALES

Ventiladores por silo 1 1

Caudal nominal del Ventilador (CFM) 14550 14550

Total Energía requerida (30°C a 80°C) 1.875.000 1.875.000

Capacidad nominal de Cada radiador (BTU/h) 625.000 625.000

CONDICIONES REQUERIDAS TEÓRICAMENTE

Flujo ADPA (kg) 6.150

Humedad (%) 16%

Temperatura Ambiente (°C) 30

Delta de Temperatura (°C) 60

Condiciones de entrada ADPA

Caudal de aire Teórico (m3/h) 24.720

Tiempo de residencia x Silo (h) 4,88

Condiciones de entrada teóricamente

13

Cálculos desarrollados

• Se determina que la eficiencia actual de los ventiladores no supera el 80% de lo requerido.

Silos de

Secado

Capaci

dad

(kg)

Marca

Ventila

dores

Caudal

de Placa

(CFM)

Caudal de

placa

(m3/h)

Potencia

Motor

(hp)

Velocidad

Motor

(rpm)

Diametro

Polea

Conducida

(mm)

Diametro

Polea

Conductora

(mm)

Velocidad

Ventilador

(rpm)

Caudal

Requerido

(m3/h)

Caudal

Requerido

(CFM)

Eficiencia

actual

Ventilador

1 30.000 Tornado 11.680 19.844 35 1.778 335 200 1.030 24.720 14.550 80%

2 30.000 Tornado 11.000 18.689 50 1.787 400 250 1.062 24.720 14.550 76%

14

Cálculos desarrollados

• En la energía requerida se determina un total de 3’750.000BTU/h para calentar el aire cuyo caudal teórico es 14.500CFM (o 24.720 m3/h) y bajar la humedad de la almendra en 16 puntos porcentuales.

• La caída de presión se calcula en 18,5 inH2O.

• Se proponen 3 radiadores para el silo 2 de capacidad de

590.000BTU/h cada uno, según fabricante, con las

mismas medidas de área para no modificar la entrada de

aire caliente a cada nivel del silo. El silo 1 tiene buen

rendimiento.

• No es aconsejable realizar en este caso, los radiadores

con mas de 5 filas de tubos, debido a que la presión se

cae demasiado y hace ineficiente el sistema.

15

Cálculos desarrollados

• Se inicia calculando los diámetros de las poleas que garanticen el caudal de aire requerido según localculado.

• Con cambios a realizar, se espera

llegar a valores en la eficiencia

cercanos al 100%.

Silos de

Secado

Capaci

dad

(kg)

Marca

Ventila

dores

Velocidad

Ventilador

(rpm)

Tipo Polea

Requerida

Potencia

Motor (hp)

Eficiencia

actual

Ventilador

1 30.000 Tornado 1.400 3SPB320 50 100%

2 30.000 Tornado 1.400 3SPB320 50 100% 16

Análisis termográfico de equipos

Termografía infrarroja a silos revelan patrones de calentamiento distribuidos de forma uniforme por el equipo, según lo esperado.A nivel general, se observa que los radiadores elevan la temperatura del aire de 32°C a 65°C. 17

Ejecución

• Se cambian las poleas conductoras y conducidas de ambos Ventiladores, para llevar las rpm

necesarias que garanticen el caudal de aire para el silo de secado. Incluso, dicho cambio arribó

en un aumento en la potencia del motor del silo 2.

Cambio de polea motor Silo 2. 18

899

715

528 521

376 491400

442

73

361

182

96

376

452

208253

72 5174

140

1,7

3,4

3,93,6 3,6

2,93,2

3,4 3,5

2,6

3,1

2,7

3,43,6

4,24,0 3,9

4,54,8

5,3

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1,0

2,0

3,0

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5,0

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0

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200

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500

600

700

800

900

1.000

ene.-18 feb.-18 mar.-18 abr.-18 may.-18 jun.-18 jul.-18 ago.-18 sep.-18 oct.-18 nov.-18 dic.-18 ene.-19 feb.-19 mar.-19 abr.-19 may.-19 jun.-19 jul.-19 ago.-19

Cap

acid

ad d

e p

roce

sam

ien

to (

ton

/h)

Inve

nta

rio

de

alm

end

ra (

ton

)

Año 2018 a Agosto 2019

Capacidad de procesamiento de almendra (toneladas(h)

Resultados

La capacidad de la planta se ha llevado a valores mensuales hasta de 5,0ton/h, haciendo que los inventarios

de almendra puedan llevarse a valores bajos.

19

Resultados• Se observa que la capacidad de planta es independiente del porcentaje de humedad de proceso, dado que

esta ultima es un parámetro de procesamiento que debe cumplirse.

• La humedad de procesamiento siempre se mantiene por debajo de 4%.

• Se incrementa la capacidad de procesamiento de almendra por hora, sin sacrificar el parámetro de procesamiento en la humedad.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,0%

0,5%

1,0%

1,5%

2,0%

2,5%

3,0%

3,5%

4,0%

4,5%

ene.-18 feb.-18 mar.-18 abr.-18 may.-18 jun.-18 jul.-18 ago.-18 sep.-18 oct.-18 nov.-18 dic.-18 ene.-19 feb.-19 mar.-19 abr.-19 may.-19 jun.-19 jul.-19

Cap

acid

ad p

roce

sam

ien

to

alm

end

ra (

ton

/h)

Ton

elad

as d

e al

men

dra

(to

n)

ene.-18 feb.-18 mar.-18 abr.-18 may.-18 jun.-18 jul.-18 ago.-18 sep.-18 oct.-18 nov.-18 dic.-18 ene.-19 feb.-19 mar.-19 abr.-19 may.-19 jun.-19 jul.-19

% HUMEDAD 4,1% 3,5% 3,8% 4,0% 3,9% 3,5% 3,7% 3,8% 3,5% 3,5% 3,6% 3,6% 3,5% 4,1% 4,2% 3,6% 3,8% 3,9% 4,1%

CAPACIDAD 1,7 3,4 3,9 3,6 3,6 2,9 3,2 3,4 3,5 2,6 3,1 2,7 3,4 3,6 4,2 4,0 3,9 4,5 4,8

Humedad de Almendra y Capacidad de procesamiento almendra

20

Resultados• Se observa el mejoramiento en el tiempo programado para procesamiento de almendra, dado que antes de marzo

2019, era necesario programar 3 turnos de 8 horas, incrementando la mano de obra por baja capacidad.

• El incremento en capacidad de procesamiento de almendra permitió realizar la transición en programación de turnos de trabajo, pasando de 3 turnos a 2 turnos de 10 horas hasta mayo 2019, posteriormente se redujo solo a 1 turno de 10 horas, finalmente alcanzando 1.000 toneladas procesadas al mes.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Cap

acid

ad d

e p

roce

sam

ien

to a

lme

nd

ra (

ton

/h)

Tie

mp

o p

rogr

amad

o p

roce

so (

ho

ras)

Tiempo programado de proceso y capacidad de procesamiento almendra

Tiempo programado Capacidad Planta (ton/h)

3 turnos X 8 horas cada uno 1 turno X 10 horas cada uno

2 turnos X 10 horas cada uno

21

Resultados - Costos

ItemCosto

(miles de pesos)

Costos en la ejecución del cambio de transmisión para elevar el caudal en ambos ventiladores:

Silo 1:

• Polea conductora $ 800

• Mano de obra $ 566

• Ajustes eléctricos (se instala motor con mayor potencial del Silo 2 de 50 HP) $ 200

Costo total para el Silo 1 $ 1.566

Silo 2:

• Polea conductora $ 800

• Mano de obra $ 550

• Ajustes eléctricos (se instala motor nuevo que estaba en stand-by, valorado en 12 millones pesos

$ 200

Costo total para el Silo 2 $ 1.550

Los costos son bajos respecto a la inversión en un silo nuevo de 30 toneladas.

22

Resultados - Costos

ItemCosto

(millones de pesos)

Para los costos de cambio de radiadores, se tienen varias ofertas de la siguiente manera:

Silo 1:

• Radiadores de 590.000BTU/h X 3 unidades $ 8,9

• Montaje de radiador conservando el área $ 2,5

Costo total cambio de los 3 radiadores $ 29,3

Silo 2:

• Radiadores de 590.000BTU/h X 3 unidades $ 8,9

• Montaje de radiador conservando el área $ 2,5

Costo total cambio de los 3 radiadores $ 29,3

23

Conclusiones y observaciones

• El incremento en capacidad de procesamiento de almendra permite entre otros beneficios, ampliar la capacidad de procesamiento de RFF.

• Mejorando la capacidad de secado de los silos de almendra, se eliminarían posibles cuellos de botella, permitiendo incrementar la capacidad de procesamiento de RFF.

• Debido a las condiciones cambiantes en la oferta de fruto durante el primer semestre del 2019, el resultado se ha orientado hacia el incremento y aseguramiento de capacidad de planta, más allá del volumen de almendra procesada.

24

Agradecimientos

• Gerencia General de Grupo Monterrey

• Programa de Procesamiento de Cenipalma

• Comité asesor de plantas de beneficio zona central

• Phina Biosoluciones

25

GRACIAS

26