Evaluación tecno-económica de la integración de un sistema de almacenamiento térmico para recuperación de calor en la industria cervecera

Abstract

Hoy en día diferentes sectores de la industria mantienen una búsqueda constante por alcanzar una importante reducción de sus costos energéticos, acompañada de la mitigación de su huella de carbono. El abundante recurso solar que presenta el país permite que la integración solar térmica posea un alto potencial para poder suplir la demanda energética en procesos industriales. Sin embargo, en el caso de una cervecería, su aplicabilidad podría llegar a ser limitada debido a la naturaleza batch de la producción. Estos procesos se caracterizan por ser cíclicos y requerir una gran cantidad de energía en un comienzo a comparación del resto del tiempo. Con la finalidad de abordar la dependencia en el tiempo de los procesos de este sector, se propone un sistema de almacenamiento térmico que permita la recuperación de calor de los flujos que participan del proceso cervecero. En el presente trabajo, se evalúa la integración transiente de una serie de soluciones de almacenamiento térmico en función de su recuperación de calor, implementadas de manera independiente o complementarias a la integración solar. A partir de la aplicación del análisis Pinch sobre una cervecería nacional, en particular el modelo Indirect Sink Source Profile, se logra identificar un potencial de recuperación de calor indirecto de 379 kWh. Este método, acompañado de un modelo de optimización de la recuperación de calor, permitió generar 9 soluciones de almacenamiento térmico a partir de la reducción del nivel de recuperación establecido. Posteriormente, estas soluciones son simuladas para un año de operación, para finalmente ser evaluadas en térmicos de su desempeño energético, factibilidad económica, competitividad y su impacto ambiental a través de la reducción de emisiones de CO₂. Al analizar el desempeño energético de cada solución, se tiene que las diferencias atribuibles a pérdidas internas entre los valores señalados por el análisis Pinch y los obtenidos mediante simulaciones, pueden llegar a alcanzar los 10 °C y 13 MWh al año para las temperaturas alcanzadas por los flujos y la energía recuperada, respectivamente. Desde el punto de vista económico, para una tasa del 7% y el costo base de inversión, la alternativa con integración solar muestra un período de retorno de 5 años, mientras que la opción sin integración presenta tiempos de retorno de 6 a 7 años, dependiendo del grado de aislación térmica en el estanque. Con respecto al LCOH, el caso con integración presenta un valor mínimo de aproximadamente 70 USD/MWhₜₕ, ofreciendo un valor competitivo frente al costo específico del gas natural y GLP considerados en este estudio. Por último, este valor es menor que el LCOH que propone el escenario de integración solar de A. Crespo et al. (2019), que corresponde a 104 USD/MWhₜₕ, lo que permite concluir acerca de la oportunidad de mejora que representa la implementación de un sistema de almacenamiento térmico en conjunto con tecnologías de energía solar.