Análisis descriptivo del proceso de deshidratación de aire con tamices moleculares en la Refinería Estatal de Esmeraldas

(1)

(2)

II

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS

TEMA: “ANÁLISIS DESCRIPTIVO DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE AIRE CON TAMICES MOLECULARES EN LA REFINERÍA ESTATAL DE

ESMERALDAS”

TESIS DE GRADO

Previa la obtención del título de Tecnólogo de Petróleos

AUTOR: Cristian D. Puente C.

DIRECTOR: Ing. Fausto Ramos Aguirre M.Sc

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III

DECLARACIÓN

Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor.

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IV

CERTIFICACIÓN DEL DIRECTOR DE TESIS

Quito 21 de agosto de 2011

Sr. Ing. MBA. MSc. Jorge Viteri Moya DECANO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL Presente.

De mi consideración:

Me permito infórmale que la tesis: “ANÁLISIS DESCRIPTIVO DEL PROCESO

DE DESHIDRATACIÓN DE AIRE CON TAMICES MOLECULARES EN LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS””, realizada por el Señor PUENTE CARRERA CRISTIAN DAVID, previa a la obtención del título de TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS, ha sido concluida bajo mi dirección y tutoría, por lo tanto muy comedidamente solicito a su autoridad el tramite subsiguiente. Por la atención a la presente, le anticipo mi agradecimiento.

Atentamente,

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V

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VI

DEDICATORIA

A mis padres, con todo mi amor y cariño, por lo que valen, porque admiro su fortaleza, y por lo que han hecho en mí. En gran parte gracias a sus consejos, valores y apoyo incondicional, hoy puedo ver realizado el sueño de culminar esta carrera dentro de mis estudios universitarios; por estas y muchas razones más, les dedico todo mi trabajo y esfuerzo puesto para la realización de esta tesis.

(7)

VII

AGRADECIMIENTO

Primeramente a Dios que me ha dado la fortaleza espiritual durante este ciclo de mi vida.

Muy especialmente a mis padres, quienes me ha enseñado con su ejemplo a vencer todas las adversidades que la vida nos presenta, a ser mejor cada día, y que con esfuerzo, esmero y amor se pueden cumplir todas las metas que nos planeamos.

A mis hermanos, por brindarme todo su apoyo, comprensión y cariño incondicional; por ser en mi vida una guía y una motivación para superarme en todos los ámbitos.

A mi tutor, Ing. Fausto Ramos Aguirre M. Sc, quien me ha orientado, ha compartido y ha asesorado durante el desarrollo de esta tesis con gran esmero y sacrificio.

A la Universidad Tecnológica Equinoccial y en especial a la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, por permitirme ser parte de una generación de triunfadores y gente productiva para el país.

A EP REFINERÍA EMERALDAS, por autorizarme a recopilar información necesaria para la elaboración de mi tesis.

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VIII

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CARÁTULA………. II

DECLARACIÓN………. III CERTIFICACIÓN DEL DIRECTOR DE TESIS………...……… IV CERTIFICACCIÓN DE LA EMPRESA………. V DEDICATORIA……….. VI AGRADECIMIENTO……….……….…….. VII ÍNDICE DE CONTENIDOS………...…….…. VIII ÍNDICE GENERAL……….….….. IX ÍNDICE DE GRÁFICOS……….………..….. XV ÍNDICE DE TABLAS………..…………... XVIII ÍNDICICE ANEXOS………..……… XIX

RESUMEN……….………. XX

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IX

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO PÁG.

CAPÍTULO 1

1.1INTRODUCCIÓN……….

1.2PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………..

1.3JUSTIFICACIÓN………

1.4OBJETIVOS………..

1.4.1 OBJETIVO GENERAL………..

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………..

1.5METODOLOGÍA………

1.5.1 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN……….. 1.5.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN………..

1.6HIPÓTESIS……….

1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL……….

1.6.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS………

1.7VARIABLES………

1.7.1 VARIABLES DEPENDIENTES……….………

1.7.2 VARIABLES INDEPENDIENTES………

1.7.3 VARIABLES INTERVINIENTES……….

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO……….

2.1 NEUMÁTICA……….

2.2 VENTAJAS DE LA NEUMÁTICA………..

2.3 DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA………..

2.4 APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA……….

2.5 PROPIEDADES DEL AIRE SECO………..

(10)

X

2.6 PRODUCCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO………..

2.6.1 COMPRESOR……….

2.6.1.1 TIPOS DE COMPRESORES……….

2.6.1.1.1 COMPRESOR DE PISTÓN……… 2.6.1.1.2 COMPRESOR DE DIAFRAGMA (MEMBRANA)….. 2.6.1.1.3 COMPRESOR MULTICELULAR (ALETAS)………. 2.6.1.1.4 COMPRESOR DE TORNILLO……….

2.6.1.1.5 COMPRESOR DE ROOTS………

2.6.1.1.6 COMPRESOR AXIAL………

2.6.1.1.7 COMPRESOR RADIAL………

2.6.1.1.8 COMPRESOR CENTRÍFUGO………..

2.7 ACCIONAMIENTO DEL COMPRESOR………

2.8 SELECCIÓN DEL COMPRESOR………

2.9 TIPO DE APLICACIÓN……….

2.10 COMPRESORES PARA AIRE………

2.11 TRATAMIENTO DE AIRE………

2.12 UNIDAD PREPARADORA DE AIRE (UPA o FRL)………

2.13 FILTRADO DE AIRE COMPRIMIDO……..………

2.14 FILTROS DE AIRE………

2.15 REGULACIÓN DE PRESIÓN……….

2.16 LUBRICADORES DE AIRE COMPRIMIDO……..………...

2.17 ACUMULADORES………..

2.18 TIPOS DE ACUMULADORES………..

2.18.1 ACUMULADOR DE CONTRAPESO……….

2.18.2 ACUMULADOR CARGADO POR MUELLE………

2.18.3 ACUMULADOR DE PISTÓN………..

2.18.4 ACUMULADOR DE GAS NO SEPARADO………

2.18.5 ACUMULADOR DE DIAFRAGMA………

2.18.6 ACUMULADOR DE VEJIGA………..

2.19 CARACTERÍSTICAS DEL ACUMULADOR………

(11)

XI

2.20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO ………

2.21 DIÁMETRO DE LAS TUBERÍAS………

2.22 SECADO INDUSTRIAL DEL AIRE……….

2.22.1 SECADO POR ABSORCIÓN………

2.22.2 SECADO POR ADSORCIÓN………

2.22.3 SECADO POR ENFRIAMIENTO……….

2.22.4 SECADO POR GLICOL……….

2.23 TAMIZ MOLECULAR………

2.23.1 CAPACIDADES DE ADSORCIÓN………

2.23.2 DIFERENCIA ENTRE ADSORCIÓN Y ABSORCIÓN………...

2.24 TIPOS DE TAMICES MOLECULARES………..

CAPÍTULO III

3.1 DESCRIPCIÓN DE LA EP PETROECUADOR REFINERIA ESMERALDAS.

3.2 ESQUEMA DE REFINACIÓN………

3.3 UNIDADES DE PROCESO………..

3.3.1 UNIDAD NO CATALITICA 1………..

3.3.2 UNIDAD NO CATALITICA 2………..

3.3.3 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA 1……….

3.3.4 DESTILACIÓN AL VACIO………..

3.3.5 UNIDAD REDUCTORA DE VISCOSIDAD 1………

3.3.6 OXIDADORA DE ASFALTOS……….

3.3.7 UNIDAD CATALÍTICA 1………..

3.3.7.1 Craqueo Catalítico Fluido, FCC……… 3.3.7.2 Concentración de Gases, Gascon……….

3.3.7.3 Merox 300………

3.3.7.4 Merox 200……….

3.3.8 UNIDAD CATALÍTICA 2………

3.3.8.1 Hidrodesulfurizadora de Diesel, HDS……… 3.3.8.2 Tratamiento de gas combustible, U y U1. ………

(12)

XII

3.3.8.3 Tratamiento de aguas amargas Z y Zl……… 3.3.8.4 Unidades de Recuperación de Azufre S y Sl………

3.3.9 UNIDAD CATALÍTICA 3……….

3.3.9.1 Merox Jet Fuel………

3.3.9.2 Reforma UOP………

3.3.9.3 Hidrotratadora de Naftas, HDT………

3.3.9.4 Reformadora CCR……….

3.3.10 UNIDAD DE TERMINALES………

3.3.10.1 Sistema de Almacenamiento y Transferencias………

3.3.10.2 Llenaderas………..

3.3.10.3 Terminal Petrolero, TEPRE………. 3.3.11 UNIDAD DE TRATAMIENTO DE AGUAS………

3.3.11.1 Agua Cruda………..

3.3.11.2 Agua Clarificada………

3.3.11.3 Agua Filtrada……….

3.3.11.4 Agua Desmineralizada……… 3.3.11.5 Agua de Enfriamiento……… 3.3.11.6 Tratamiento de efluentes……….. 3.3.11.7 Sistema de Teas……….

3.3.12 UNIDAD UTILIDADES………..

3.3.12.1 Generación de Vapor……….. 3.3.12.2 Generación Eléctrica……….. 3.3.12.3 Distribución de combustibles……… 3.3.12.4 Sistema de Aire………. 3.4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE AIRE………..……

3.4.1 TOMA DE AIRE………

3.4.2 COMPRESORES CENTRÍFUGOS……….

3.4.2.1 Principio de operación de los compresores centrífugos……… 3.4.2.2 Precauciones de Seguridad……… 3.4.2.3 Parada Automática de Emergencia………

(13)

XIII

3.4.2.4 Mantenimiento programado………..… 3.4.2.5 Componentes del sistema de lubricación del compresor………

3.4.2.6 Depósito de Aire……….

3.4.2.7 Bombas e Impulsores……….. 3.4.2.8 Refrigerante de Aceite……… 3.4.2.9 Filtros de Aceite……….. 3.4.2.10 Válvula de transferencia……….. 3.4.2.11 Dispositivos de Seguridad, Control y Mando……… 3.4.2.12 Características del aceite………. 3.5 ENFRIADORES (Aftercooler) ………..

3.6 ACUMULADORES……….

3.7 PRE-FILTROS……….

3.8 CÁMARAS SECADORAS………..

3.8.1 Proceso de desecado en las cámaras desecantes. ……… 3.8.2 Capacitadores y sensores eléctricos………. 3.8.3 Característica recomendada por el fabricante para las cámaras secadoras

del sistema de aire de la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas….

3.9 ALÚMINA ACTIVADA……….

3.9.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA ALÚMINA ACTIVADA…. 3.10 CAMBIO DE ALÚMINA ACTIVA EN EL SECADOR YME 1501 A………..

3.11 POST FILTROS………..

3.12 CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN (PICAL 1514)……….

3.13 LINEAS DE DISTRIBUCIÓN………

3.13.1 Aire Instrumentos……….

3.13.2 Aire de Planta………...

3.14 REQUERIMIENTOS DE AIRE……….

CAPÍTULO IV

4.1 OBSERVACIONES REALIZADAS………..

(14)

XIV

4.3 CALIDAD DEL AIRE EN LA EP PETROECUADOR REFINERIA ESMERALDAS………..

4.4 CONDICIONES DEL PROCESO…………..………

4.5 CONDICIONES DE LOS EQUIPOS………..

4.6 PASIVOS AMBIENTALES DE LOS EQUIPOS EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AIRE……….. 4.7 MANEJO AMBIENTAL DE LA ALÚMINA ACTIVADA SATURADA DE

ACUERDO AL PLAN DE MANEJO AMBIENTAL (PMA) DE LA EP PETROECUADOR REFINERÍA ESMERALDAS………....

4.8 EFICIENCIA DEL PROCESO………

4.9 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO……….

4.10 MAPAS DE RIESGOS………

CAPÍTULO V

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XV

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO PÁG.

GRÁFICO 2.1 COMPRESOR DE PISTÓN………..………. GRÁFICO 2.2 COMPRESOR DE DIAFRAGMA………..……….. GRÁFICO 2.3 COMPRESOR MULTICELULAR (ALETAS)……… GRÁFICO 2.4 COMPRESOR TORNILLO………..………. GRÁFICO 2.5 COMPRESOR DE ROOTS………..…. GRÁFICO 2.6 COMPRESOR AXIAL……….……. GRÁFICO 2.7 COMPRESOR RADIAL………..………. GRÁFICO 2.8 COMPRESOR CENTRÍFUGO……… GRÁFICO 2.9 FILTRO DE AIRE………..…….. GRÁFICO 2.10 REGULADOR DE PRESIÓN……….……… GRÁFICO 2.11 LUBRICADOR DE AIRE COMPRIMIDO……….…… GRÁFICO 2.12 ACUMULADOR DE CONTRAPESO……… GRÁFICO 2.13 ACUMULADOR CARGADO POR MUELLE……….… GRÁFICO 2.14 ACUMULADOR DE PISTÓN……….….… GRÁFICO 2.15 ACUMULADOR DE GAS NO SEPARADO……… GRÁFICO 2.16 ACUMULADOR DE DIAFRAGMA……… GRÁFICO 2.17 ACUMULADOR DE VEJIGA……… GRÁFICO 2.18 PARTES DE UN ACUMULADOR……… GRÁFICO 2.19 SECADO POR ABSORCIÓN……… GRÁFICO 2.20 SECADO POR ADSORCIÓN……… GRÁFICO 2.21 SECADO POR ENFRIAMIENTO……… GRÁFICO 2.22 SECADO POR GLICOL………... GRÁFICO 2.23 CONDICIONES TIPICAS DE LA PLANTA DE SECADO POR GLICOL……….……… GRÁFICO 2.24 TAMIZ MOLECULAR……… GRÁFICO 2.25 DIFERENCIA ENTRE ADSORCIÓN Y ABSORCIÓN……… GRÁFICO 2.26 TIERRA DE FULLER………..

(16)

XVI

GRÁFICO 2.27 ARCILLAS ACTIVADAS……… GRÁFICO 2.28 BAUXITA……… GRÁFICO 2.29 ALÚMINA……….. GRÁFICO 2.30 CARBÓN ACTIVADO……… GRÁFICO 2.31 GEL DEL SÍLICE………. GRÁFICO 2.32 ZEOLITA……….. GRÁFICO 3.1 ESQUEMA DE LA EP PETROECUADOR REFINERÍA ESMERALDAS………..…… GRÁFICO 3.2 TOMA DE AIRE……… GRÁFICO 3.3 COMPRESORES SISTEMA ANTIGUO……… GRÁFICO 3.4 COMPRESORES SISTEMA NUEVO……… GRÁFICO 3.5 DIAGRAMA COMPRESOR CENTRÍFUGO……… GRÁFICO 3.6 ENFRIADOR AFTERCOOLER……….. GRÁFICO 3.7 ACUMULADORES DE AIRE………. GRÁFICO 3.8 PRE FILTROS DE AIRE COMPRIMIDO……… GRÁFICO 3.9 CÁMARAS SECADORAS………. GRÁFICO 3.10 PROCESO DE DESECADO………. GRÁFICO 3.11 SENSOR DE HUMEDAD………. GRÁFICO 3.12 SECADOR DE AIRE PNEUMATIC……… GRÁFICO 3.13 ALÚMINA ACTIVADA………. GRÁFICO 3.14 CAMARA DESPRESURIZADA……… GRÁFICO 3.15 EXTRACCIÓN DE LA ALÚMINA……… GRÁFICO 3.16 EXTRACCIÓN CON AGUA Y LAVADO……… GRÁFICO 3.17 SECADO CON AIRE……….. GRÁFICO 3.18 LLENADO CON ALÚMINA DE CAMARA DE SECADO………. GRÁFICO 3.19 POST-FILTROS……… GRÁFICO 3.20 CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN COMPRIMIDO SECO………….. GRÁFICO 3.21 VÁLVULA DE CONTROL CON SISTEMA NEUMÁTICO………... GRÁFICO 4.1 COMPRESORES ANTIGUOS…..……… GRÁFICO 4.2 AIRE EP PETROECUADOR REFINERÍA ESMERALDAS………....

(17)

XVII

GRÁFICO 4.3 CONDICIONES DE LOS EQUIPOS………... GRÁFICO 4.4 TAMIZ MOLECULAR SATURADA EN RECIPIENTES METALICOS..

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XVIII

ÍNDICE DE TABLAS

TABLAS PÁG.

Tabla 3.1 Unidades de la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas………. Tabla 3.2 Condiciones de operación y características de los equipos del sistema de aire de la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas………..… Tabla 3.3 Recomendaciones del Fabricante para las cámaras secadoras………….. Tabla 3.4 Condiciones Estándares de Diseño de Operación………. Tabla 3.5 Especificaciones del Equipo de Secado 4000CABII-A4-B1F01C/S ALÚMINA ACTIVADA……….. Tabla 4.1 Situación geográfica y condiciones meteorológicas de la ciudad de Esmeraldas……… Tabla 4.2 Tipos de muestreos y niveles permitidos de contaminantes………...

69

91 113 116

117

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XIX

ÍNDICE ANEXOS

ANEXOS PÁG.

ANEXO 1. TUBERIAS E INSTRUMENTOS DEL SITEMA DE AIRE SECCION 1……….

ANEXO 2. TUBERIAS E INSTRUMENTOS DEL SITEMA DE AIRE SECCION 2……….

ANEXO 3. NEMA (NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTERS ASSOCIATION)…….

ANEXO 4. HOJAS MSDC ALÚMINA ACTIVADA………...

ANEXO 5. MAPA DE RIESGOS 1………..

ANEXO 6. MAPA DE RIESOG 2………

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XX RESUMEN

Este trabajo tiene como objetivo principal hacer un análisis descriptivo del proceso de deshidratación del aire en la Refinería Esmeraldas de la Empresa EP PETROECUADOR, la cual consta de cinco capítulos los cuales hacen referencia a:

En el primer CAPÍTULO (I) se define los objetivos, justificación del tema y los métodos con los cuales se llevó a cabo esta tesis.

El segundo CAPÍTULO (II) se expone los conceptos básicos de neumática y de los diferentes componentes de un sistema de aire, junto con ejemplos de cada uno de ellos, lo cual nos permitirá conocer el funcionamiento de un sistema de aire.

El tercer CAPÍTULO (III) se hace una breve descripción de la Refinería Esmeraldas, desde su construcción, sus diferentes ampliaciones, se especifica todos los productos que se derivan del petróleo, como también se realiza una breve explicación de todas las unidades que conforman la refinería, así también se expone todo lo referente a la deshidratación del aire en el área de utilidades, permitiéndonos conocer sus funciones, para qué sirve y sobre todo de que se trata este sistema.

El cuarto CAPÍTULO (IV) se expone las observaciones realizadas, condiciones del proceso y equipos, como también se dan a conocer los pasivos ambientales, eficiencia, mantenimientos y mapa de riesgos.

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XXI SUMMARY

This job has as main objective to make a descriptive analysis of air drying process in the Esmeraldas Refinery PETROECUADOR EP, which consists on five chapters which refer to:

Chapter one (I) is defined objectives, justification for the subject and the methods by which was held this view.

Chapter two (II) sets out the basics of pneumatics, explains basics of the different components of an air along with examples of each, allowing us to see how an air system.

Third chapter (III) a brief description of the Esmeraldas refinery, since its construction, its various extensions, specify all the products that are derived from petroleum, as is a brief explanation of all the units of the refinery and also exposes everything related to the dehydration of air in the area of utilities, letting us know their roles, what it is especially concerned this system.

Fourth chapter (IV) is presented observations, process conditions and equipment, as well as environmental liabilities discussed, efficiency, maintenance and risk map.

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1

CAPÍTULO I

1.1. INTRODUCCIÓN

El área de utilidades en una refinería es de vital importancia ya que si esta no funciona, los demás procesos tampoco.

Utilidades es la responsable de la producción o suministro de:  Energía eléctrica.

 Vapor para procesos (50 150 y 600) psi  Aire (Planta, Procesos y de instrumentos.)  Agua para uso industrial y domestico.  Combustibles.

La producción de aire se la realiza mediante compresores y dependiendo del uso o destino a este aire se lo somete a procesos de desecado para que no provoque daños a equipos o procesos.

El objetivo de este trabajo es analizar la producción y procesamiento del aire en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas.

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1. El desconocimiento de las condiciones actuales de los equipos que se encuentran en el proceso de deshidratación del aire puede ser perjudicial, ya que, si no existe un adecuado mantenimiento y control del proceso, la refinería puede verse seriamente afectada.

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2

1.2.3. El porcentaje de humedad del aire en toda industria es de alta importancia, ya que si no se tiene un adecuado nivel calidad de aire seco, todas las herramientas y maquinarias que utilizan dicho aire tendrán problemas de corrosión, reducción de la vida útil y problemas de eficiencia.

1.2.4. Si el aire para instrumentos no cumple con las especificaciones de contenido de humedad, provocara daños en equipos eléctricos y electrónicos integrantes del sistema de control y adquisición de datos (SCADA) en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas., lo que resultará en la paralización de procesos con gravísimos daños.

1.3. JUSTIFICACIÓN

Realizar un análisis descriptivo del proceso de deshidratación del aire a través de tamices moleculares en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas., otras industrias y en toda locación petrolera será importante, debido a la presencia de humedad en el aire por lo cual en los equipos neumáticos y eléctricos producen corrosión, baja de presión en los equipos, reducción de eficiencia, disminución significativamente de la vida útil de los mismos y herramientas. El desecado ayuda a disminuir el porcentaje de humedad del aire, para obtener un aire seco y que será utilizado en todas las maquinaria y procesos.

En la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas, es necesario determinar el porcentaje de humedad con que el aire ingresa a los compresores, el porcentaje de humedad de los desecadores de alúmina activada, la presión tanto en salida y entrada de los compresores, salchicha de almacenamiento, columna de desecado. Con esta información actualizada se realizará un análisis descriptivo adecuado de las condiciones actuales del proceso.

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3

Existen otros métodos de desecado de aire que se aplican en el área petrolera por ejemplo:  El desecado con glicoles (Mono, Di o Trietilenglicol)

 Inyección en la línea aire de inhibidores termodinámicos como metanol, glicoles.

 Inyección de inhibidores cinéticos

 Deshidratación con tamices moleculares

Para el presente trabajo se realiza el análisis de deshidratación con tamices moleculares ya que este es el sistema instalado en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas..

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Verificar las condiciones operacionales de maquinarias y equipos que intervienen en el proceso de deshidratación del aire con tamices moleculares en la Refinería Estatal Esmeraldas, y analizar los resultados actuales de este proceso.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.4.2.1 Describir los diferentes equipos que se encuentran dentro del proceso de deshidratación del aire en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas. .

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4

1.4.2.3 Analizar la calidad del aire al ingreso a los compresores y a la salida de los desecadores de alúmina activa.

1.5. METOLOGÍA

La metodología a ser utilizada es:

1.5.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN Para el desarrollo de ésta tesis se utilizará:

MÉTODO ANALÍTICO.- Permitirá estudiar detalladamente las condiciones operativas del proceso de deshidratación de aire

MÉTODO DEDUCTIVO.- Con los datos obtenidos se realizará el análisis descriptivo del proceso de deshidratación de aire con tamices moleculares en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas.

1.5.2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN Las técnicas de investigación que se manejara son:

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5 1.6. HIPÓTESIS

Las hipótesis formuladas para esta tesis son:

1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL

Si no se controla la calidad del aire para procesos, planta e instrumentos se provocara grandes daños a la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas.

1.6.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS

 El proceso de desecado de aire con tamices moleculares esta actualmente instalado en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas. y es el más adecuado.

 La calidad de aire producido es la adecuada para los procesos.  El proceso es económicamente sustentable.

1.7. VARIABLES

Las variables que se tomaran en cuenta son:

1.7.1 VARIABLES DEPENDIENTES.

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6

1.7.1.2 Si se realiza dicho análisis descriptivo del proceso de deshidratación del aire con tamices moleculares se logrará diagnosticar los problemas existentes en los equipos que conforman el proceso en la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas.

1.7.1.3 Si se realiza un correcto análisis descriptivo del proceso de deshidratación del aire con tamices moleculares, se logrará tener un diagnóstico de las condiciones actuales de los equipos e instrumentos de este proceso.

1.7.2 VARIABLES INDEPENDIENTES.

El análisis descriptivo del proceso de deshidratación del aire con tamices moleculares se obtendrá un adecuado funcionamiento con datos actualizados de funcionamiento de la EP PETROECUADOR Refinería Esmeraldas, permitirá tener optimización de los equipos que utilizan este aire deshidratado, a la vez se puede aumentar la vida útil y operación de los mismos.

1.7.3 VARIABLES INTERVINIENTES

1.7.3.1 Problemas en los equipos de presión neumática.

1.7.3.2 Mejor funcionamiento del proceso.

1.7.3.3 Optimizar las facilidades de operación del proceso.

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CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

A continuación se exponen los conceptos básicos de neumática y los componentes de un sistema de aire junto, con ejemplos de cada uno de ellos, lo cual nos permitirá conocer el funcionamiento de un sistema de aire.

2.1. NEUMÁTICA

La palabra “neumática” proviene del griego “pneuma” que significa aliento o soplo. Aunque el término debe aplicarse en general al estudio del comportamiento de los gases, este término se ha adecuado para comprender casi exclusivamente los fenómenos de aire comprimido. 1

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.

Existen variados sistemas de transmisión de energía para generar y controlar un movimiento, entre otros se encuentran los sistemas mecánico, que emplean elementos

1

BÁEZ Portilla., Diccionario de Terminología Empleada en Refinería, Refinería Estatal Esmeraldas.,

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8

tales como engranajes, palancas, transmisiones por correas, cadenas, etc. Sistemas eléctricos que utilizan motores, alternadores, transformadores, conmutadores, etc., oleo hidráulicos donde se usan bombas, motores, cilindros, válvulas, etc., y neumáticos compresores, actuadores lineales y rotativos, válvulas, etc.

Los sistemas neumáticos proporcionan la energía necesaria para controlar una amplia gama de maquinaria y equipamiento industrial, además los sistemas neumáticos lo hacen con aire comprimido.

2.2. VENTAJAS DE LA NEUMÁTICA

 El aire es de fácil captación y abunda en la tierra.

 El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas.

 Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables.

 El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete.

 Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente.

 Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.

 Energía limpia.

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9 2.3. DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA

 En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables.

 Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado.

 Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.

 Altos niveles de ruido generados por la descarga del aire hacia la atmósfera

2.4. APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA NEUMÁTICA

En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:

 Maquinaria para toda la industria.

 Máquinas, herramientas e instrumentos.

 Maquinaria para la elaboración de alimentos.

 Equipamiento para robótica y manipulación automatizada.

 Equipo para montaje industrial.

 Maquinaria para la minería.

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10  Etc.

Otras aplicaciones dan en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:

Aplicación automotriz: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc.

Aplicación Aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.

Aplicación Naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares.

Aplicación Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontológico, etc.

2.5. PROPIEDADES DEL AIRE SECO

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11

2.5.1. PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO 2

• Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas.

• Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno.

• Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas).

• Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.

• Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras.

• Limpio: El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero.

• Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es simple si, por tanto, precio económico.

• Velocidad: Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas.

• A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas.

2

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12

Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas.

• Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes).

• Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes.

• Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).

• Escape: El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

• Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara ; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen rendimiento (cadencias elevadas).

2.6. PRODUCCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

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13 2.6.1. COMPRESOR

El compresor es una máquina cuyo objetivo es lograr que el aire a la salida de éste tenga un nivel de presión mayor, este propósito lo logrará el compresor al absorber una determinada cantidad de energía la que finalmente se transformará mediante algún mecanismo en energía de presión o energía neumática.

El principio mediante el cual se logra el aumento de presión puede ser de dos tipos.

1. Principio de desplazamiento.

Se refiere en este caso al hecho de que el aumento de presión se logra por compresión, es decir, el compresor admite una cantidad de aire atmosférico y posteriormente reduce su volumen, a causa de la reducción del volumen necesariamente se eleva la presión.

2. Principio dinámico

(37)

14 2.6.1.1. TIPOS DE COMPRESORES

Como podemos darnos cuenta en la industria existen un gran número de compresores con los cuales se puede trabajar dependiendo el tipo de necesidad y tipo de trabajo que se requiere, lo cual permite realizar una adecuada selección del compresor previo un estudio y análisis tomando en cuenta estas variantes como pueden ser: temperaturas, caudales, tipos de fluidos, viscosidades, tiempo de trabajo, área de trabajo, potencia requerida (HP), capacidad, costo, etc., Tomando en cuenta estos parámetros y después de haber realizado un correcto análisis se podrá determinar el compresor más idóneo para la planta o industria.

2.6.1.1.1. COMPRESOR DE PISTÓN

Este compresor funciona en base a un mecanismo de excéntrica que controla el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro como se puede ver en el gráfico 2.1. Cuando el pistón hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cámara por lo que aumenta el volumen de la cámara, por lo que disminuye la presión interna, esto a su vez provoca la apertura de la válvula de admisión permitiendo la entrada de aire al cilindro.

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15

GRÁFICO 2.1: COMPRESOR DE PISTÓN

Fuente: Manual Hidráulica Neumática – “Inacap”

Elaborado por: Cristian D. Puente C.

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16

2.6.1.1.2. COMPRESOR DE DIAFRAGMA (MEMBRANA)

El movimiento obtenido del motor, acciona una excéntrica y por su intermedio el conjunto biela – pistón. Esta acción somete a la membrana a un vaivén de desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiración y compresión. Como se indica en el gráfico 2.2.

GRÁFICO 2.2: COMPRESOR DE DIAFRAGMA

(40)

17

Debido a que el aire no entra en contacto con elementos lubricados, el aire comprimido resulta de una mayor pureza, por lo que lo hace especialmente aplicable en industrias alimenticias, farmacéuticas, químicas y hospitales.

2.6.1.1.3. COMPRESOR MULTICELULAR (ALETAS)

El rotor gira accionado por el eje del motor ubicado en forma excéntrica en el interior de una carcasa. Este rotor es provisto de un cierto número de aletas que se ajustan a la superficie interior de la carcasa por acción de la fuerza centrífuga, formando verdaderas células o cámaras que aumentan el volumen en una primera etapa.

Este aumento de volumen conlleva una disminución de la presión por lo cual se produce la aspiración de aire desde la atmósfera. En la otra parte del ciclo las cámaras comienzan a reducir paulatinamente su volumen con lo cual se logra el aumento de presión, como se indica en el gráfico 2.3.

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18

GRÁFICO 2.3: COMPRESOR MULTICELULAR

2.6.1.1.4. COMPRESOR DE TORNILLO

Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire, como se puede visualizar en el gráfico 2.4. Esta situación genera un aumento de la presión interna del aire y además por la rotación y el sentido de las hélices es impulsado hacia el extremo opuesto.

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19

a utilizar un mecanismo de transmisión externo que permita sincronizar el movimiento de ambos elementos.

Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m³/h y 25 bar) pero menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y capacidad. 3

GRÁFICO 2.4: COMPRESOR TORNILLO

3

(43)

20 2.6.1.1.5. COMPRESOR DE ROOTS

En este tipo de compresores el aire es tomado en la entrada por los denominados émbolos rotativos y trasladado hasta la descarga, modificando ligeramente el volumen y por lo tanto el nivel de presiones que se alcanza es relativamente bajo entre 1 y 2 bar.

GRÁFICO 2.5: COMPRESOR DE ROOTS

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21

El accionamiento también se asegura exteriormente, ya que por la forma de los elementos y la acción del roce no es conveniente que los émbolos entren en contacto. Una representación clara del compresor de roots se muestra en el gráfico 2.5.

2.6.1.1.6. COMPRESOR AXIAL

El proceso de obtener un aumento de la energía de presión a la salida del compresor se logra de la siguiente manera. La rotación acelera el fluido en el sentido axial comunicándole de esta forma una gran cantidad de energía cinética a la salida del compresor, y por la forma constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio de modo que obligan a una reducción de la velocidad.

GRÁFICO 2.6: COMPRESOR AXIAL

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22

Esta reducción se traduce en una disminución de la energía cinética, lo que se justifica por haberse transformado en energía de presión como se puede visualizar en la gráfica 2.6.

Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200.000 a 500.000 m³/h) con flujo uniforme pero a presiones relativamente bajas (5 bar).

2.6.1.1.7. COMPRESOR RADIAL

En este caso, como se indica en el gráfico 2.7, el aumento de presión del aire se obtiene utilizando el mismo principio anterior, con la diferencia de que en este caso el fluido es impulsado una o más veces en el sentido radial. Por efecto de la rotación, los álabes comunican energía cinética y lo dirigen radialmente hacia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al centro, cambiando su dirección.

(46)

23

GRÁFICO 2.7: COMPRESOR RADIAL

2.6.1.1.8. COMPRESOR CENTRÍFUGO

Los compresores centrífugos son los equipos de compresión que más se han desarrollado en los últimos años. Esto se debe a que en muchas aplicaciones han resultado más eficientes que los compresores reciprocantes, esta eficiencia se expresa en términos del consumo total de energía por unidad de costo y por unidad de peso del sistema compresor. Este factor, por ejemplo, ha sido determinante en la selección de los sistemas que deben instalarse en las plataformas construidas costa afuera.

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24

tal sentido se tienen: carcasa dividida en forma horizontal y carcasa dividida en forma vertical, también conocidos como compresores tipo barril; los primeros manejan altos valores de flujo y baja relación de compresión, tienen gran aplicación en líneas de transmisión y procesos; los de tipo barril manejan valores de flujo de medios a altos y alta relación de compresión son empleados; en aplicaciones de levantamiento artificial, reinyección, almacenamiento, etc. En la gráfico 2.8 se representa también un esquema de un compresor centrífugo, donde se observa parte del manejo del cilindro compresor.

GRÁFICO 2.8: COMPRESOR CENTRÍFUGO

Fuente: Centrifugal Compressors, Rolls Royce

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25

peso del sistema compresor, teniendo como función la compresión del gas natural. En estos casos el gas es acelerado por el movimiento de aspas en rápida rotación, corriente arr iba dispositivos internos convierten esa energía cinética en presión a la descarga.

2.7. ACCIONAMIENTO DEL COMPRESOR

Normalmente la energía mecánica que requiere el compresor se obtiene de un motor eléctrico dadas las ventajas que presenta utilizar este tipo de energía.

Generalmente el motor gira un número de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el movimiento a través de un sistema de transmisión compuesto en la mayoría de los casos por un sistema de poleas y correas.

Aunque la aplicación anterior es la más difundida y utilizada industrialmente, el elemento de accionamiento también puede ser un motor de combustión interna. Este tipo de energía es especialmente útil para trabajos en terreno en que no se cuenta con electricidad.

2.8. SELECCIÓN DEL COMPRESOR

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26 2.9. TIPO DE APLICACIÓN

Se dan dos grupos de aplicación del aire comprimido, uno es para propósitos de potencia y el otro es para gases de proceso en refinerías y plantas químicas. Los requerimientos para ambos grupos pueden variar sustancialmente, pero la selección del quipo debe registrar por criterios económicos.

2.10. COMPRESORES PARA AIRE

Las presiones de descarga pueden llegar hasta 4.000 psig. El rango más usual es de 125psig o menos. Para este último rango, aplican los compresores reciprocantes, de tornillos y dinámicos, su selección depende en gran parte por la capacidad requerida. Además se debe considerar los siguientes aspectos:

 Requerimientos de Potencia: El mejor es el axial, seguido del centrifugo y luego los de tornillo y pistones.

 Confiabilidad: Todos los tipos son confiables. Unidades de tamaño moderado requieren un “overhole” cada cinco años mientras que las de trabajo pesado lo requieren pocas veces durante su vida útil.

 Fundaciones: Los compresores alternativos requieren aislamiento de vibraciones y en los de gran tamaño, requieren fundaciones especiales.

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27

 Aire libre de aceite: Los que ms se adaptan son los de tornillo y los dinámicos. Existen construcciones especiales de reciprocantes libre de aceite. Los de aspas deslizantes quedan excluidos.

 Costo del aire: El costo del aire comprimido es un rubro importante, al seleccionar un compresor siempre se debe evaluar este aspecto. El costo del compresor domina la inversión inicial de la instalación y su consumo de energía su vida útil supera de lejos el valor del equipo. Esto significa que se justifica invertir en un equipo más eficiente.

 Recomendaciones especiales:

o Factor de carga: aumenta en instalaciones pequeñas donde solo se tiene uno o dos compresores. El factor de carga se define, como la relación entre la demanda máxima medida, para las condiciones de operación más exigentes, respecto a la capacidad nominal de generación más exigentes, respecto a la capacidad nominal de generación del o los compresores. Este valor nunca debe ser 100% y se recomienda entre 50% y 80% dependiendo del ta maño, tipo y cantidad de compresores de la instalación. Un factor de carga apropiado resulta en:

1. Presión disponible más uniforme, incluso en los periodos de demanda máxima.

2. Periodos de enfriamiento de las unidades, especialmente importante para las que son enfriadas por aire.

3. Disminución del mantenimiento

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28 2.11. TRATAMIENTO DE AIRE

Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya sea antes de su introducción en la red distribuidora o antes de su utilización. Las impurezas que contiene el aire pueden ser:

 Sólidas. Polvo atmosférico y partículas del interior de las instalaciones

 Líquidas. Agua y niebla de aceite.

 Gaseosas. Vapor de agua y aceite

Los inconvenientes que estas partículas pueden generar son:

Sólidas. Desgaste y abrasiones, obstrucciones en los conductos pequeños.

 Líquidas y gaseosas. El aceite que proviene de la lubricación de los compresores provoca: formación de partículas carbonases y depósitos gomosos por oxidación y contaminación del ambiente al descargar las válvulas.

 Por otro lado el agua en forma de vapor provoca: oxidación de tuberías y elementos, disminución de los pasos efectivos de las tuberías y elementos al acumularse las condensaciones, mal acabado en operaciones de pintura.

En la actualidad se ha desarrollado y se está difundiendo cada vez con mayor velocidad los compresores libres de aceite, especialmente desarrollado para la industria alimenticia y farmacéutica, estos pueden ser del tipo pistón o tornillo, la gran ventaja de estos equipos es la entrega de un aire limpio, de alta pureza, pero siempre necesita un sistema de filtración posterior.

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29

El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatológicas.

La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire. 4

El grado de saturación es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como máximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100% , como máximo (temperatura del punto de rocío).

2.12. UNIDAD PREPARADORA DE AIRE (UPA o FRL)

Es una unidad que acondiciona el aire para su utilización en los elementos de trabajo, es decir, realízale filtrado, drenajes de líquido, reduce la presión al nivel requerido y lubrican el aire.

Consta de tres elementos básicos que son:

1. Filtro con purga

2. Válvula reductora de presión 3. Lubricador

4

(53)

30 2.13. FILTRADO DEL AIRE COMPRIMIDO

En los procesos de automatización neumática se tiende cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada vez menor de los lubricadores.

Consecuencia de esto es que cada vez tenga mas importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el aire comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un filtraje que garantice su utilización. El filtro tiene por misión:

 Detener las partículas sólidas.

 Eliminar el agua condensada en el aire

2.14. FILTROS DE AIRE (ver gráfico 2.9)

Los filtros se fabrican en diferentes modelos y deben tener drenajes accionados manualmente, semiautomática o automáticamente.

Los depósitos deben construirse de material irrompible y transparente.

Generalmente pueden limpiarse con cualquier detergente.

Generalmente trabajan siguiendo el siguiente proceso: El aire entra en el depósito a través de un deflector direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino.

Consecuentemente, la fuerza centrífuga creada arroja las partículas líquidas contra la pared del vaso y éstas se deslizan hacia la parte inferior del mismo, depositándose en la zona de calma.

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31

retiene las impurezas sólidas. Al abrir el grifo son expulsadas al exterior las partículas líquidas y sólidas en suspensión.

El agua no debe pasar del nivel marcado que normalmente traen los elementos, puesto que en la zona turbulenta el agua sería de nuevo arrastrada por el aire.

GRÁFICO 2.9: FILTRO DE AIRE

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32 2.15. REGULACIÓN DE PRESIÓN

Los reguladores de presión son aparatos de gran importancia en aplicaciones neumáticas. Normalmente son llamados mano reductores, que son en realidad reguladores de presión.

GRÁFICO 2.10 REGULADOR DE PRESIÓN

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33

La presión secundaria a su vez actúa sobre la membrana de manera tal que cuando excede la presión del resorte se flecta y el disco superior baja hasta cerrar totalmente el paso de aire desde el primario. Si el aumento de presión es suficientemente alto, la flexión de la membrana permitirá destapar la perforación central con lo cual el aire tendrá la posibilidad de escapar a la atmósfera aliviando la presión secundaria. Cuando la presión vuelva a su nivel normal la acción del resorte nuevamente abre la válvula y la deja en posición normal. Como se indica en el gráfico 2.10.

2.16. LUBRICADORES DE AIRE COMPRIMIDO

Son aparatos que regulan y controlan la mezcla de aire – aceite. Los aceites que se emplean deben:

 Muy fluidos

 Contener aditivos antioxidantes

 Contener aditivos antiespumantes

 No perjudicar los materiales de las juntas

 Tener una viscosidad poco variable trabajando entre 20 y 50° C

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34

GRÁFICO 2.11: LUBRICADOR DE AIRE COMPRIMIDO

Este lubricador actúa de la forma siguiente: el aire, previa filtración y regulación, entra en el aparato y pasa por la estrangulación que le hace adquirir gran velocidad.

Cuando se produce un consumo en la salida, el aire comprimido se pone en movimiento y como en el interior del depósito de aceite existe una presión, el aceite sube por el tubo y la cámara lo deposita (la válvula de retención cierra el paso del aceite de la cámara al depósito), como se puede ver en el gráfico 2.11.

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35 2.17. ACUMULADORES

La misión es mantener un nivel de presión adecuada en la instalación neumática. Su tamaño depende del caudal de consumo y de la potencia del compresor.

Los fluidos usados en los sistemas hidráulicos no pueden ser comprimidos como los gases y así almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos.

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

2.18. TIPOS DE ACUMULADORES

La misión de los acumuladores es almacenar el aire comprimido que sale del compresor, además de mantener un nivel de presión adecuada y cabe recalcar el tamaño depende de las necesidades de caudal de consumo y de potencia del compresor.

2.18.1. ACUMULADOR DE CONTRAPESO

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido

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36

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales.

Su capacidad para almacenar fluidos a presión relativamente constante, tanto si se encuentran llenos como casi vacíos, representa una ventaja con respecto a otros tipos de acumuladores que no poseen esta característica. La fuerza aplicada por el peso sobre el líquido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador.

GRÁFICO 2.12: ACUMULADOR DE CONTRAPESO

(60)

37

Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es que generan sobrepresiones. Cuando se encuentran descargando con rapidez y se detienen repentinamente, la inercia del peso podría ocasionar variaciones de presión excesivas en el sistema. Esto puede producir fugas en las tuberías y accesorios, además de causar la fatiga del metal, lo cual acorta la vida útil de los componentes.

2.18.2. ACUMULADOR CARGADO POR MUELLE

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte, como se indica en el gráfico 2.13.

GRÁFICO 2.13: ACUMULADOR CARGADO POR MUELLE

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38

Suelen ser más pequeños que los cargados por peso y su capacidad es de sólo algunos litros. Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos.

Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas.

A pesar de los sellos del pistón, cierta cantidad de fluido almacenado podría infiltrarse al interior de la cámara del resorte del acumulador.

Para evitar la acumulación de fluido, un orificio de respiración practicado en la cámara permitirá la descarga del fluido cuando sea necesario.

2.18.3. ACUMULADOR DE PISTÓN

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos como se indica en el gráfico 2.14. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico.

Al salir el fluido del acumulador la presión del gas desciende.

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39

GRÁFICO 2.14: ACUMULADOR DE PISTÓN

2.18.4. ACUMULADOR DE GAS NO SEPARADO

Los acumuladores de gas no separado consisten en un depósito en el que se coloca un volumen de fluido y a continuación se le da la presión al gas, como se indica en el grafico 2.15.

Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un máximo y un mínimo dentro del acumulador.

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40

Este acumulador es sencillo de construcción, económico y se puede realizar para caudales medianos. Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite.

GRÁFICO 2.15: ACUMULADOR DE GAS NO SEPARADO

2.18.5. ACUMULADOR DE DIAFRAGMA

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior, como se indica en el grafico 2.16.

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41

Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones medias.

GRÁFICO 2.16: ACUMULADOR DE DIAFRAGMA

2.18.6. ACUMULADOR DE VEJIGA

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GRÁFICO 2.17: ACUMULADOR DE VEJIGA

La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

Observaciones:

 No cargar nunca un acumulador con oxígeno o con aire.  Descargar la presión hidráulica antes de quitar el acumulador.

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2.19. CARACTERISTICAS DEL ACUMULADOR

El acumulador o depósito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa las oscilaciones de presión en la red de tuberías a medida que se consume aire comprimido. Las partes más importantes las podemos observar en el gráfico 2.18.

Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua.

GRÁFICO 2.18: PARTES DE UN ACUMULADOR

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44

El tamaño de un acumulador de aire comprimido depende:5

 Del caudal de suministro del compresor

 Del consumo de aire

 De la red de tuberías (volumen suplementario)

 Del tipo de regulación

 De la diferencia de presión admisible en el interior de la red.

2.20. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de fabricación, por la gran aplicación de la neumática en todas las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a través de una red de tuberías.

El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. En la planificación de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente las tuberías. El montaje posterior de una red más importante supone costos dignos de mención.

5

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45 2.21. DIÁMETRO DE LAS TUBERIAS

El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad con:

 El caudal.

 La longitud de las tuberías.

 La pérdida de presión (admisible) la presión de servicio la cantidad de estrangulamientos en la red.

2.22. SECADO INDUSTRIAL DEL AIRE

Siempre que existan la presencia de agua (humedad) en el aire es necesario realizar un desecado del mismo para lo cual existen los siguientes procedimientos industriales que son:

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46 2.22.1. SECADO POR ABSORCION

El secado por absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución (un soluto A), o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida. Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A, a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, ta mbién en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoníaco A del aire B por medio de agua líquida C. Al proceso inverso de la absorción se le llama empobrecimiento o desabsorción; cuando el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama deshumidificación, la deshumidificación significa extracción de vapor de agua del aire.

El proceso de Absorción se define como la penetración o desaparición aparente de moléculas o iones de una o más sustancias en el interior de un sólido o líquido. La absorción es un proceso para separar mezclas en sus constituyentes, aprovechando la ventaja de que algunos componentes son fácilmente absorbidos.

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47

GRÁFICO 2.19: SECADO POR ABSORCIÓN

2.22.2. SECADO POR ADSORCIÓN

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48

Las operaciones de adsorción explotan la capacidad especial de ciertos sólidos para hacer que sustancias específicas de una solución se concentren en la superficie de la misma. De esta forma, pueden separarse unos de otros los componentes de soluciones gaseosas o líquidas. Unos cuantos ejemplos indicarán la naturaleza general posible de las separaciones y al mismo tiempo la gran variedad de aplicaciones prácticas. En el campo de las separaciones gaseosas, la adsorción se utiliza para deshumidificar aire y otros gases, para eliminar olores e impurezas desagradables de gases industriales como dióxido de carbono, para recuperar vapores valiosos de disolvente a partir de mezclas diluidas con aire y otros gases y para fraccionar mezclas de gases de hidrocarburos que contienen sustancia s como metano, etileno, etano, propileno y propano. Las separaciones típicas de líquidos incluyen la eliminación de humedad disuelta en gasolina, decoloración de productos de petróleo y soluciones acuosas de azúcar, eliminación de sabor y olor desagradables del agua y el fraccionamiento de mezclas de hidrocarburos aromáticos y parafínicos. La escala de operación va desde el uso de unos cuantos gramos de adsorbente en el laboratorio hasta las plantas industriales, cuyo inventario de adsorbente excede los 135 000 kg.

La adsorción sobre los sólidos se clasifica en adsorción física (ofisisorción) y adsorción química (Oquimisorción); la línea de división entre ambas no está siempre muy clara. En la adsorción física, las moléculas del gas se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de fuerzas intermoleculares de Van der Waals relativamente débiles. En la quimisorción, se produce una reacción química en la superficie del sólido, y el gas se mantiene unido a la misma a través de enlaces químicos relativamente fuertes.

La adsorción física no es específica. Por ejemplo, para que el N2 se adsorba físicamente sobre cualquier superficie sólida basta con que la temperatura sea lo suficientemente baja.

La quimisorción es semejante a las reacciones químicas ordinarias por su elevada especificidad.

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49

Se pueden conseguir industrialmente unos nueve tipos, cuyos diámetros nominales de poro van de 3 a 10 A; estos tipos tienen forma de lentejas, perlas y polvos. Se utilizan para la deshidratación de gases y líquidos, la separación de mezclas de hidrocarburos gaseosos y líquidos y para una gran variedad de procesos. Se regeneran por calentamiento o elución.

Además la capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si está saturado, se regenera de forma simple. A través del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El calor necesario para la regeneración puede aplicarse por medio de corriente eléctrica o también con aire comprimido caliente.6

GRÁFICO 2.20: SECADO POR ADSORCIÓN

6

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50

Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras el otro es regenera (soplándolo con aire caliente), como se indica en el gráfico 2.20.

2.22.3. SECADO POR ENFRIAMIENTO

Los secadores de aire comprimido por enfriamiento como se indica en el gráfico 2.21 se basan en el principio de una reducción de la temperatura del punto de rocío.

Se entiende por temperatura del punto de rocío aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire.

El aire caliente que entra en el secador se enfría mediante aire seco y frío proveniente del intercambiador de calor (vaporizador).

El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a través del separador.

Este aire pre enfriado pasa por el grupo frigorífico (vaporizador) y se enfría más hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 °C) En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados.

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51

GRÁFICO 2.21: SECADO POR ENFRIAMIENTO

2.22.4. SECADO POR GLICOL.

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Los equipos básicos para una planta de deshidratación con glicoles

• Separador de entrada • Columna de absorción • Columna absorvedora • Separador de líquidos • Tambor flash

• Regeneradora o despojadora de agua • Re hervidor

• Bomba de glicol

• Filtros para eliminar impurezas • Acumulador

En cada uno de estos equipos, los profesionales técnicos deben analizar las causas y efectos de las fallas, estos son particulares para cada planta, pero existen criterios y experiencias que se pueden tomar en cuenta para el análisis y solución de problemas.

Se tiene que tomar en cuenta la normativa ambiental del sitio para determinar las condiciones de operación de la panta, los mantenimientos, las mejoras al proceso.7

7

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53

GRÁFICO 2.22: SECADO POR GLICOL

Fuente: Introducción al Tratamiento de Gas, PDVSA

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GRÁFICO 2.23: Condiciones típicas de la planta de secado por glicol

Fuente: Introducción al Tratamiento de Gas, PDVSA

Los procesos de deshidratación de gases naturales más usados a nivel mundial son los basados en glicoles y desecantes sólidos. Debido a su importancia, se presentan a continuación las ventajas de la deshidratación por glicol.

a) Bajo costo de instalación.

b) Baja caída de presión (5 -10 lpc) en comparación con unidades de desecantes sólidos.

c) Proceso continuo no por carga “Batch”

d) La reposición del glicol se realiza fácilmente, mientras que las cargas de las torres de descantes solidos consume mucho tiempo.

e) La unidad de glicol requieren menor cantidad de calor de regeneración por libre de agua removida.