Rational efficiency in agro-industrial process with cold chain : thermodynamic and exergoeconomic measurement

Abstract

The cold chain is the succession of links such as pre-cooling, refrigeration, freezing, and refrigerated transport. The physical variables of the heat transfer process are temperature control, relative humidity, dew point, and cooling surface. This paper aims at highlighting the use of thermodynamic tools such as exergy, anergy and entropy to measure rational efficiency in the different equipment and flows of a thermal process, through a transversal methodology that quantifies efficiencies in a relative, absolute, and comparative way. This study focused on the production structure of the agro-industrial cold chain by steam compression (refrigerant R404A), for the meat processing in channel, in the “Rastro Frigorífico Servicios Integrales del Bajío-TIF 333” in the city of Leon-Guanajuato, central region of Mexico. The results from the literature allowed to classify the critical points of greater exergy destruction, and the unproductive teams responsible for inefficiencies and residues production, which impact the hidden cost structure of the process, and affect negatively the process sustainability. This work integrates the thermoeconomic and productivity concepts that direct the nonlinear learning of thermodynamic science, relevant in the formation of an engineer.

A corrente de frio é uma sucessão de elos, como pré-resfriamento, refrigeração, congelação e transporte refrigerado. As variáveis físicas do processo de transferência de calor são: temperatura, humidade relativa, ponto de condensação e superfície de refrigeração. O propósito do artigo é visibilizar o uso de ferramentas termodinâmicas, como exergia, anergia e entropia, para medir a eficiência racional nos diferentes equipamentos e fluxos de um processo térmico, mediante uma metodologia transversal para quantificar as eficiências em forma relativa, comparada e absoluta. Partiu-se de uma estrutura produtiva de corrente de frio agroindustrial por compressão de vapor (com refrigerante R404A), para o processamento de carne em carcaça, no “Rastro Frigorífico Servicios Integrales del Bajío-TIF 333”, na cidade de León-Guanajuato, centro do México. Os resultados obtidos e contrastados permitem classificar os pontos críticos de maior destruição de exergia e os equipamentos improdutivos responsáveis de ineficiências e produção de resíduos, com incidência na estrutura de custos ocultos do processo e impacto negativo sobre a sustentabilidade do processo. Este trabalho integra conceitos como termoeconomia e produtividade, que direcionam a aprendizagem não lineal da ciência termodinâmica, relevante na formação do engenheiro.

La cadena de frío es una sucesión de eslabones, como preenfriamiento, refrigeración, congelación y transporte refrigerado. Las variables físicas del proceso de transferencia de calor son: temperatura, humedad relativa, punto de rocío y superficie de refrigeración. El propósito del artículo es visibilizar el uso de herramientas termodinámicas, como exergía, anergía y entropía, para medir la eficiencia racional en los diferentes equipos y flujos de un proceso térmico, mediante una metodología transversal para cuantificar las eficiencias en forma relativa, comparada y absoluta. Se partió de una estructura productiva de cadena de frío agroindustrial por compresión de vapor (con refrigerante R404A), para el procesamiento de carne en canal, en el “Rastro Frigorífico Servicios Integrales del Bajío-TIF 333”, en la ciudad de León-Guanajuato, centro de México. Los resultados obtenidos y contrastados permiten clasificar los puntos críticos de mayor destrucción de exergía y los equipos improductivos responsables de ineficiencias y producción de residuos, con incidencia en la estructura de costos ocultos del proceso e impacto negativo sobre la sostenibilidad del proceso. Este trabajo integra conceptos como termoeconomía y productividad, que direccionan el aprendizaje no lineal de la ciencia termodinámica, relevante en la formación del ingeniero.