Diseño de una bomba de calor para el aprovechamiento energético en una industria del bocadillo en la provincia de Vélez, Santander.

Abstract

Colombia, alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Acuerdo de París, se comprometió a reducir en un 20% sus emisiones de GEI para 2030. El sector de alimentos es altamente demandante en energía y emisor de GEI. En la provincia de Vélez, Santander, la producción de bocadillo generó 59,5 Gg CO₂eq en 2015, lo que evidencia su impacto ambiental. En este contexto, el proyecto se planteó diseñar una bomba de calor para aprovechar energéticamente los flujos residuales de una industria de bocadillo en Vélez, dando respuesta a la pregunta de investigación. La metodología constó de tres etapas. Primero, se recopilaron datos operativos mediante balances de masa y energía, BFD y PFD, para caracterizar los flujos de calor residual y construir un perfil energético. En la segunda etapa, se desarrolló y simuló una bomba de calor estándar adaptada a las condiciones de la planta bajo dos alternativas, evaluando su viabilidad técnica y representando la opción seleccionada en diagramas Layout, Plot plan y vista isométrica. Finalmente, se analizó el desempeño de la bomba con diferentes fluidos de trabajo considerando propiedades termodinámicas, costos y sostenibilidad. El análisis del proceso en El Horizonte S.A.S. permitió cuantificar entradas y salidas, obteniendo una producción de 1.709,57 kg/lote en 2,5 horas, equivalente a 3 lotes diarios y 1.617 toneladas anuales. Los balances de energía mostraron que la caldera es el mayor consumidor (2.973.480 kJ/lote), con pérdidas del 55 % en la distribución de vapor, evidenciando la necesidad de recuperar calor residual del escaldado y caldera. Se diseñaron y simularon dos alternativas de bomba de calor, obteniéndose COP de 4,56 y 4,18, con producciones proyectadas de 782.888 y 1.507.840 kg/año. La evaluación económica (PE2, CAPEX y OPEX) indicó que la alternativa 2 es la más favorable por su menor costo operativo y mejor relación inversión-beneficio. Finalmente, la evaluación de refrigerantes descartó los halogenados por su alto GWP y ODP, destacándose el agua (R-718) como opción óptima por su COP de 4,19, bajo costo, mínima masa requerida y nulo impacto ambiental.