En esta área de investigación del Programa de Procesos de Fábrica de Cenicaña se tratan las operaciones unitarias donde su principio fundamental de operación es la acción de una fuerza y la transformación de la energía. Son ejemplo la generación, conversión y uso de energías térmica y mecánica, el calor y su transferencia, las fuerzas, presiones, la dinámica o movimiento de los cuerpos. Se trabaja en la conservación de la masa y la energía para analizar sistemas estáticos y dinámicos, contribuyendo a la mejora de los equipos y sus procesos. Ejemplo de lo anterior son los procesos que se llevan a cabo en las estaciones de recepción, preparación, molienda, generación y uso de vapor y energía eléctrica, principalmente.
Esta área de procesos físico-mecánicos se divide en tres sub-áreas:
Procesos de extracción
Se investiga en las operaciones para recepción adecuación y molienda de caña, evaluando los procesos y equipos involucrados en estas operaciones en busca la mejora en el desempeño operativo, energético y económico. Se trabaja en la generación de estrategias que permitan atenuar los efectos del proceso batch de cosecha y transporte sobre los procesos de tipo continuo empleadas al interior de la fábrica.
Se aplican técnicas de medición del nivel de preparación de la caña por parte de las máquinas picadoras y desfibradoras. Se cuenta con instrumentación para variables físicas para analizar el desempeño estructural estático y dinámico de este tipo de máquinas roto-dinámicas. Se apoya al proyecto transversal CATE (Corte, Alce, Transporte y Entrega de la caña), con el objetivo de proponer alternativas tecnológicas y operativas que mejoren el desempeño de estos procesos.
En el proceso de extracción por molienda se desarrollan proyectos encaminados a la mejora en la extracción de jugo de la caña. El programa cuenta con un equipo móvil para preparación de muestras de caña y bagazos, denominado “Laboratorio Móvil”, el cual permite determinar la curva de extracción del tándem y el desempeño de cada una de las unidades de molienda. Se cuenta con aplicaciones computacionales (CENIMOL®) para la determinación de los ajustes apropiados de cada molino y predicción de la cargas consumidas. Los datos de consumo energético pueden ser corroborados en campo a través del registro de variables como el torque y las RPM. Se trabaja en estrategias de control de las operaciones con el fin de reducir la variabilidad en los indicadores de desempeño tales como: eficiencia de extracción y humedad de bagazo.
Generación y uso de la energía
La investigación en los procesos de generación y uso de energía enmarcan todo lo relacionado a los procesos termoquímicos como la combustión, pirólisis y gasificación y al uso eficiente de la energía térmica y eléctrica.
El objetivo principal de esta área está enfocado a generar alternativas que mejoren los indicadores clave de desempeño como consumo de combustible, libras de vapor por tonelada de caña, energía eléctrica generada, entre otros. Para ello se han implementado y desarrollado metodologías y herramientas experimentales y virtuales como principales recursos para la investigación.
Entre ellos se destaca la metodología para la evaluación de la eficiencia térmica de calderas del sector sucroenergético colombiano, el estudio del comportamiento de los gases de combustión y aire en calderas a través de la dinámica computacional de fluidos (ANSYS CFD), herramientas virtuales de modelación de escenarios operativos que generen alternativas de ahorro energético (CENIPROF®) y de gestión de la información (REE ®) para el mejoramiento de los equipos y de los procesos. El uso y manejo del agua en el proceso es uno de los puntos claves en esta área de investigación, trabajando en forma conjunta con los ingenios se realizan los balances de agua del proceso, identificando los puntos de mejora en cuanto consumo del recurso y gasto energético. De manera particular se observan las posibilidades de mejora en los sistemas de condensación, incluyendo la distribución y tratamiento del agua. Además se analizan las alternativas de aprovechamiento energético de la biomasa residual de la labor de cosecha.
Gestión y desempeño de los equipos o activos físicos
Uno de los aspectos más importantes en las labores de investigación del Programa de Procesos de Fábrica, es la de gestión y desempeño de los equipos o activos físicos del proceso. En esta división se tratan los temas concernientes al análisis de las causas de las fallas y detrimentos del desempeño de los diferentes equipos del proceso sucro-energético, a través del análisis (técnicas de medición por galgas de deformación o strain gages) y modelamiento del estado de esfuerzos (ANSYS Mechanical®) a fin de proponer alternativas de mejora al diseño de los equipos. A su vez, se desarrollan los diseños para prototipos y equipos piloto requeridos en la investigación del Programa de Procesos de Fábrica, como ejemplo se han diseñado equipos piloto para procesos de evaporación, cristalización, fermentación, vagones de descarga lateral, pirolisis de biomasa. En forma conjunta con entidades educativas de la región se han desarrollado proyectos de investigación en el tema específico del desgaste de los componentes de las máquinas de preparación y molienda a fin de encontrar alternativas tecnológicas de mejora en la disminución de los efectos del mismo. Adicionalmente, se realizan actividades de investigación en cuanto a la generación de herramientas para mejorar la gestión y confiabilidad de los equipos y su impacto en los procesos.
