Análisis de la potencial incorporación de un sistema de trigeneración alimentado con gas natural en la industria láctea de la Costa Caribe Colombiana

1. Análisis de la potencial incorporación de un sistema
de trigeneración alimentado con gas natural, en la
industria láctea de la Costa Caribe Colombiana
Ing. Lesmes Corredor, Ph. D. -Universidad del Norte
Grupo de investigación en Uso Racional de la Energía y Preservación del Medio Ambiente Categoría A1 Colciencias
Ing. Neil Cervantes- Coolechera Ltda
Otoniel Ahumada, Mauricio Baldovino, David Acosta, Samuel Solorzano, Billy Palmezano (Estudiantes de Ingeniería Mecánica
Universidad del Norte)

2. Coolechera inició su operación en el año 1933 por 38 ganaderos
residentes en el departamento del Atlántico, con el objetivo de
comercializar la producción de sus hatos, brindar a la comunidad
productos saludables y contribuir con la generación de empleo en la
región. La Cooperativa inició sus labores con leche envasada en
botellas de vidrio, con una producción de 4.000 litros diarios.
Hoy la Cooperativa cuenta con 1.100 asociados y un promedio de
captación de 360.000 litros diarios.
HISTORIA

3. Certificación
INVIMA del
SISTEMA HACCP
para la línea de
producción de
leche en polvo
entera y
descremada.
Sello de Calidad
de Producto
ICONTEC
Certificado de
Gestión de la
Calidad ICONTEC
NUESTRAS CERTIFICACIONES

4. Habilitación Internacional

5. Leche en polvo entera y descremada
Presentación bultos de 25kilos y
empaque por gramos en foil
laminado.
LECHE UAT EMPAQUE
FLEXIBLE Y TETRAPAK
Leche Saborizadas UAT
Queso Costeño Queso
Fresco
SUERO COSTEÑO
YOGURT y BEBIDAS
LACTEAS
Mantequilla con sal y
sin sal en bultos de
25kilos y barras de
100grs.
Arequipe
Jugos Bonga
Refrescos y Agua Tratada

6. ZONA DE INFLUENCIA

9. 0
50.000.000
100.000.000
150.000.000
200.000.000
250.000.000
300.000.000
350.000.000
Facturación Gas Planta Barranquilla
desde enero 2015 a septiembre 2016

10. 0
50.000.000
100.000.000
150.000.000
200.000.000
250.000.000
300.000.000
350.000.000
400.000.000
Facturación de energía Planta Barranquilla
desde enero 2015 a septiembre 2016

11. PLANTA BARRANQUILLA
ENERGÍA ELECTRICA
2,945 MVA L. LÍQUIDA
4,045 MVA
1,1 MVA L. POLVO
CALDERAS Y QUEMADORES
400 BHP L. LÍQUIDA
1550 BHP
1.115 BHP L. LÍQUIDA
CHILLERS
285 L. LÍQUIDA
325 TR
40 L. POLVO
BANCOS DE HIELO
155 TR L. LÍQUIDA
200 TR
45 TR L. POLVO
AIRES ACONDICIONADOS
130 TR L. LÍQUIDA
150 TR
20 TR L. POLVO
CUARTOS FRÍOS 40 TR L. LÍQUIDA 40 TR

12. Estacionalidad
• Debido a marcada estacionalidad de las lluvias en la región caribe, los
consumos térmicos de la industria láctea se ven condicionados aun
teniendo gran cantidad de huésped térmicos para aprovechamiento
energético.

13. Consumo eléctrico fluctuante
• El consumo energético en la planta estudiada es muy variable a lo
largo de los meses debido a que los niveles de producción dependen
de las condiciones climáticas y demanda de productos producidos.

14. Situación Actual.
• El pico máximo de consumo observado de energía eléctrica fue de
1737,08 kWhe, mientras el promedio fue de 1050 kWhe. El eléctrico
es aproximadamente el 23% del consumo total mensual de energía.
Perfiles día a día de los consumos de energía eléctrico.

15. Porcentaje consumo promedio al año
(kWhe)
RANGOS
Consumo kWhe Frecuencia
290 - 580 400
580 - 870 2224
870 - 1160 2077
1160 - 1450 1054
1450 - 1740 11
Total 5766
7%
39%
36%
18%
0%
290 - 580 580 - 870 870 - 1160 1160 - 1450 1450 - 1740

16. Potencial de cogeneración y/o
trigeneración.
La marcada estacionalidad dada por el índice de cogeneración entre el consumo
térmico y el eléctrico.
Índice energético. Relación consumo térmico y eléctrico.

17. Alternativas evaluadas y escenarios
Los escenarios propuestos por los autores fueron los siguientes:
• Auto-suficencia eléctrica.
1. Cogeneración: Planta de Motor a gas CUMMINS® C2000N5 de 2
MWe y 2 Intercambiadores de calor.
2. Trigeneración: Planta de Motor a gas CUMMINS C2000N5 de 2
MWe + 1 Equipo de refrigeración TRIGENIE 340 TR y 2
Intercambiadores de calor
• Auto-suficiencia eléctrica y venta de excedentes a la red
1. Trigeneración: Planta de Turbina a gas Centaur® 50 de 4 Mwe +
Equipo de refrigeración TRIGENIE 340 TR y 2 Intercambiadores de
calor

18. Sistemas de cogeneración – Motor a gas

19. Sistemas de trigeneración –
Turbina a gas
TURBINA
Aire

20. Sistemas de trigeneración
Motor a gas

21. Consideraciones
• Para efectos de la simulación, se asumió que la potencia eléctrica era
constante para una hora determinada.
• En la simulación se trabaja con valores a carga máxima.

22. Simulaciones
• El software de simulación permitió obtener el rango de temperaturas para trabajar, utilizando la
alternativa de trigeneración, aprovechando el calor de los gases de escape del motor y economizando el
consumo de gas en el secado.
Gas Natural
(Kg/h)
Out Air to Dryer
Temperature
Exhaust Gas
after chiller (°C)
270 86,4 167,1
273,6 86,9 170,1
277,2 87,3 173,1
280,8 87,8 175,9
284,4 88,3 178,7
288 88,8 181,4
291,6 89,3 184
295,2 89,8 186,6
298,8 90,2 189,1
302,4 90,7 191,5
306 91,2 193,9
309,6 91,7 196,2
313,2 92,2 198,5
316,8 92,7 200,7
320,4 93,1 202,9
324 93,6 205
327,6 94,1 207,1
331,2 94,6 209,1
334,8 95,1 211,1

23. Simulaciones
Simulaciones alternativas desarrollo en el software Aspen HYSYS

24. Costos del proyecto
• Para el análisis del costo se tuvieron en cuenta los precios para la
producción y mantenimiento de cada maquina térmica utiliza, el cual
varia dependiendo la capacidad de estas. Además de considerar una
inflación del dólar en 3%. A continuación se presentan la información
de los costos.
Combustion Engine Project Approximate Costs
Capacity [kW] 500 1000 3000
Project Cost [$USD/kW] 1940 1640 1130
Maintenance Costs
[$USD/kWh]
0.016 0.013 0.01
Gas Turbine Project Approximate Costs
Capacity [kW] 1000 5000 10000
Project Cost [$USD/Kw] 3324 1314 1298
Maintenance Costs
[$USD/kWh]
0.0111 0.0074 0.007
Costos aproximados del proyecto para el motor de combustión
interna.
Costos aproximados del proyecto para la turbina de gas.

25. Análisis de costos
• Auto-suficiencia eléctrica:
Co-generation
Cummins®
2000
Tri-generation
Cummins®
2000
Gas Consumption [m3/h] 503,2 356,5
Electrical Efficiency 46,1% 46,1%
Recovered Heat [kW] 962 469.3
Refrigeration Max [kW] N/A 999
Aproximate Project Cost [k$USD] 6221 6675
Potential Savings [k$USD/y] 710,1 911,8
Investment Return [years] 8,76 7,32
Internal Rate of Return [10 y] 5,53% 6,32%
Costos para el escenario de auto-suficiencia. Motor de combustión interna de 2MW. Trigeneración con
equipo de refrigeración de 340 TR

26. Análisis de costos
• Auto-suficiencia eléctrica y venta de excedentes:
Regular Generation
Tri-generation
Centaur® 50
Gas Consumption [Nm3/h] 1368
Electrical Output [kW] 3800
Electrical Efficiency 28.57%
Recovered Heat [kW] 4091
Refrigeration Max[kW] 999
Revenue for Power Sale [k$USD/y]
882
Approximate Project Cost [k$USD]
12987
Potential Savings [k$USD/y] 1038,96
Investment Return [years] 12,5
Internal Rate of Return -11,4%
Electric grid
Tri-generation
Centaur® 50
Revenue for Power Sale
[k$USD/y]
1702
Potential Savings [k$USD/y] 1203.2
Investment Return [years] 7,8
Internal Rate of Return 3,22%
Costos para el escenario de auto-suficiencia eléctrica y venta de electricidad a la red. Turbinas de gas de 4.6MW.

27. Conclusiones
• Auto-suficencia eléctrica.
• Auto-suficiencia eléctrica y venta de excedentes al distrito.

28. El resumen de este proyecto ya fue aceptado por ASME y espera por
ser presentado en:
El nombre del artículo es: “AN ENERGY AND ECONOMIC SIMULATION OF A NEW
TRIGENERATION SYSTEM IN A TROPICAL DAIRY COMPANY, FUELED BY NATURAL GAS”

29. Muchas Gracias!