ENERGIAS RENOVABLES

1. ANÁLISIS COMPARATIVO
PRODUCTIVO Y ENERGÉTICO
PARA MÓDULOS DE
PRODUCCIÓN DE AZÚCAR
ORGÁNICA
Dr. Ing. Daniel Marcelo
Mgtr. Ing. Raúl La Madrid Olivares
Ing. Hans Santamaría Chipana
Bach. Paul Ian Villar Yacila
SECCIÓN ENERGÍA – FACULTAD DE
INGENIERÍA
www.udep.edu.pe
Av Ramón Mugica 131. Piura. Perú 1
XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI SPES)
Piura, 10 – 14.11.2014.

2. 2
INTRODUCCIÓN
• La producción de panela granulada en Piura es una actividad
relevante en las comunidades rurales, teniendo un importante
impacto en los aspectos: social, económico y ambiental.
• Se hace necesario realizar una evaluación productiva y energética
basada en principios termodinámicos para conocer el estado de los
distintos módulos paneleros
• Esta evaluación permite cuantificar dichos indicadores que, a su vez,
ayudan a identificar mejoras tecnológicas que logren aumentar la
competitividad de esta cadena productiva.
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3. 3
PROCESO PRODUCTIVO DE
PANELA GRANULADA
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4. INDICADORES PARA EVALUACIÓN
MÓDULOS PANELEROS
• Se han analizado siete tipo de indicadores, los cuales se listan a
continuación:
1. Eficiencia del cultivo (I1)
2. Eficiencia de bagazo (I2)
3. Pérdidas de energía en la chimenea (I3)
4. Pérdidas de calor en las paredes (I4)
5. Eficiencia global del módulo panelero (I5)
6. Eficiencia energética de la hornilla (ηe)
7. Capacidad de producción (ηpanela-tiempo)
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4

5. 5
Eficiencia del cultivo (I1)
• Este indicador expresa la razón de la masa de panela producida entre
la caña de azúcar procesada:
1
pa
ca
m
I
m
=
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6. 6
Eficiencia del bagazo (I2)
• En el proceso de producción de panela granulada se espera que con el
mismo bagazo que se genere se pueda dar calor al proceso. Este
indicador permite conocer el grado de autoabastecimiento energético
de cada módulo panelero de la siguiente manera:
2 100%
bg bu
bg
m m
I
m
-
= *
• Tanto el bagazo generado como el bagazo usado deben estar en base
seca de manera que se pueda ofrecer una comparación directa:
( ), 100
100
bg húmedo bg
bg
m w
m
* -
=
( ), 100
100
bu húmedo bu
bu
m w
m
* -
=
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7. 7
Pérdidas de energía en la chimenea (I3)
• Con este indicador se calcula la cantidad de energía térmica perdida
en los gases de escape en comparación con la energía suministrada
por el bagazo a la hornilla en la cámara de combustión:
3 100%ch
d
Q
I
Q
= *
• La energía perdida en la chimenea (Qch) se obtiene de la siguiente
manera:
( ),ch k k amb kQ n h h= * -å
• La energía disponible por el combustible (Qd) es:
,d bu húmedo bhQ m PCI= *
17765 20270
100
bu
bh
w
PCI = - *
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8. 8
Pérdidas de calor en las paredes (I4)
• Este indicador permite determinar el grado de aislamiento térmico de
la hornilla. Se define de la siguiente manera:
4 100%
pp
d
Q
I
Q
= *
• Se calcula el calor perdido en las paredes haciendo el siguiente
balance de energía:
pp d v chQ Q Q Q= - -
• El nuevo término introducido en la ecuación anterior (Qv) es la
energía aprovechada en el proceso, la cual se distribuye de la
siguiente manera:
v ae ch pQ E E E= + +
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9. 9
Pérdidas de calor en las paredes (I4)
• A su vez, para cada uno de los términos anteriores se plantean las
siguientes ecuaciones:
( ), ,ae ae p ae sat agua amb ae fgE m C T T m h= * * - + *
( ), ,ch ch p ch sal ch ambE m C T T= * * -
( ), ,p pa p p sal p ambE m C T T= * * -
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10. 10
Eficiencia global del módulo panelero (I5)
• Es la relación entre el bagazo seco usado en la hornilla y la panela
producida:
5
bu
pa
m
I
m
=
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11. 11
Eficiencia energética de la hornilla (ηe)
• Apoyados en los conceptos de eficiencia y segunda ley de la
termodinámica, podemos afirmar que este indicador relaciona la
energía aprovechada en el proceso y la energía disponible por el
combustible:
100%v
e
d
Q
Q
h = *
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12. 12
Capacidad de producción (ηpanela-tiempo)
• Este indicador es el cociente de la masa de panela producida en
kilogramos, entre el intervalo de tiempo (horas) transcurrido desde el
encendido de la hornilla hasta la hora de salida del último ‘punteo’:
pa
panela tiempo
m
tiempo
-h =
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13. 13
RESULTADOS
• Se analizaron tres módulos paneleros ubicados en el distrito de
Montero, provincia de Ayabaca, en el departamento de Piura – Perú.
Designación Ubicación
Tipo de planta
panelera
M1
Santa Rosa de Chonta
Montero
Ayabaca - Piura - Perú
Tipo Ward
CIMPA
M2
Marmas Bajo – Montero
Ayabaca - Piura - Perú
Tradicional
M3
Santa Lucía – Montero
Ayabaca - Piura - Perú
Tradicional
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14. 14
Módulo de Santa Rosa de Chonta
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15. 15
Módulo de Marmas Bajo
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16. 16
Módulo de Santa Lucía
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17. 17
METODOLOGÍA
LISTA DE MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Bolsos de lona
Tachos o baldes plásticos industriales
Bolsas de plástico con cierre hermético resellables
Cooler para traslado de muestras
Analizador de gases
Termocuplas con rango de operación [0-200°C] y [0-1200°C]
Barómetro
Higrómetro
Refractómetro
Balanzas
Taladro y brocas
Cajas de cintas para medición de pH
• A continuación se muestran los materiales equipos e instrumentos
con los que se realizaron las mediciones para obtener los indicadores:
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18. 18
METODOLOGÍA
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• Con la lista de materiales se obtuvo lo siguiente:
DATOS OBTENIDOS
Pesaje del bagazo combustible, caña de azúcar y bagazo fresco
Medición de intervalos de tiempo
Medición del porcentaje de extracción
Medición de la temperatura en la base de la chimenea
Medición de la composición de los gases en la chimenea
Medición de la temperatura del jugo en las pailas
Medición de pH y grados Brix de los jugos
Medición de las condiciones ambientales
Pesaje del bagacillo, de la cachaza y de la panela granulada
Medición de humedad de la panela, bagazo fresco y bagazo combustible

19. 19
Comparación y discusión del
rendimiento del cultivo (I1)
• Según la bibliografía consultada este indicador generalmente tiene un
valor de 0.10. Se puede observar en el mismo gráfico la productividad
más alta la tiene el módulo M1 (módulo de Santa Rosa de Chonta).
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20. 20
Comparación y discusión del
rendimiento de bagazo (I2)
• Este parámetro depende mucho de la tecnología empleada en la
construcción de hornillas paneleras. El único módulo panelero
autosuficiente es el módulo M1 (módulo de Santa Rosa de Chonta),
exceso de bagazo del 8.697%. El signo negativo de los otros
indicadores señala que necesitan más combustible del que están
generando para cubrir el requerimiento energético del proceso.
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21. 21
Comparación y discusión de las pérdidas
en la chimenea (I3)
• En los tres módulos, de toda la energía disponible que suministra el
bagazo, aproximadamente, el 40% de dicha energía se pierde en los
gases de escape.
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22. 22
Comparación y discusión de las pérdidas
en las paredes (I4)
• Los valores de este indicador para los módulos M2 y M3 reflejan un
deficiente aislamiento térmico. Cosa distinta sucede con el módulo
M1, esto es debido a que tanto en la cámara de combustión como en
el ducto de humos se emplean dos capas de material, una de ellas es
de ladrillo refractario.
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23. 23
Comparación y discusión del rendimiento
global del módulo panelero (I5)
• El valor más alto lo tiene el módulo M2, debido al bajo
aprovechamiento de la energía en un módulo panelero de tipo
tradicional, también influye la baja extracción del molino (55.1%),
debido a la gran tolerancia que existe entre sus mazas. El módulo M1,
tiene un mejor comportamiento que combina una extracción del
molino de 66% y un mejor diseño en la cámara de combustión.
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24. 24
Comparación y discusión la eficiencia
energética de la hornilla (ηe)
• Los módulos paneleros M2 y M3 reflejan un deficiente
aprovechamiento de la energía en el proceso. El módulo panelero M1
supera ampliamente los valores anteriores, ya que aprovecha
correctamente la energía disponible por el combustible, cuenta con
un buen diseño, el tipo de pailas empleadas tiene una gran influencia,
así como la ubicación de las mismas, etc.
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25. 25
Comparación y discusión de la capacidad
real de producción (ηpanela-tiempo)
• En el módulo M1 cada punteo sale cada 30 min aproximadamente.
En los módulo M2 y M3 hay que esperar 1 hora y 1 hora con 38
minutos, respectivamente, para cada punteo. A igualdad de tiempos
de producción, la cantidad de panela obtenida es mayor el módulo de
santa Rosa de Chonta.
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26. 26
Comparación y discusión de los balances
de energía por módulo
Balance energético del módulo santa Rosa de ChontaBalance energético del módulo Marmas BajoBalance energético del módulo santa Lucía
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27. 27
CONCLUSIONES
• Estos indicadores sirven para diagnosticar el estado en que se
encuentran los módulos paneleros, desde el punto de vista energético
y productivo.
• A través de los indicadores, se pueden identificar los problemas que
existen en los módulos paneleros y así realizar cambios o
mantenimientos respectivos, dependiendo del financiamiento de
cada módulo panelero.
• A pesar de las innovaciones tecnológicas, sigue existiendo un alto
potencial energético que se pierde con los gases de combustión,
debido a las altas temperaturas de los gases en la chimenea y en
algunos casos debido a los excesos de aire.
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28. 28
CONCLUSIONES
• La aplicación de la ingeniería en el diseño de plantas paneleras,
demuestra que dichas plantas pueden aumentar significativamente la
eficiencia energética del módulo panelero, así como el
autoabastecimiento del bagazo, tal como ocurre en el módulo M1
(Módulo de santa Rosa de Chonta), lo cual significa que todavía es
necesario mejorar la tecnología existente en la sierra de Piura.
• El desempeño global de los módulos paneleros ha alcanzado niveles
positivos, gracias a las innovaciones tecnológicas ha permitido un
mejor aprovechamiento de la caña de azúcar.
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29. 29
¡ MUCHAS GRACIAS!
• Dr. Daniel Marcelo Aldana
Email: daniel.marcelo@udep.pe
Telf: +5173-284500
• Mgtr. Raúl La Madrid Olivares
Email: raul.lamadrid@udep.pe
Telf:+5173-284500
• Ing. Hans Santamaría Chipana
• Bach. Paul Ian Villar Yacila
Email: paulian.villar@gmail.com
Telf: 969057045
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