APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS PROCESOS PETROLIFEROS

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Facultad de 

Facultad de 

II

ngeniería Ambiental y 

ngeniería Ambiental y 

Recursos

Recursos

Naturales 

Naturales 

OPERACIONES UNITARIAS II OPERACIONES UNITARIAS II

Mg. NAPOLEÓN JÁUREGUI NONGRADOS Mg. NAPOLEÓN JÁUREGUI NONGRADOS

TEMA DE INVESTIGACIÓN TEMA DE INVESTIGACIÓN

APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS

PROCESOS PETROLIFEROS PROCESOS PETROLIFEROS GRUPO N GRUPO Noo 66 INTEGRANTES: INTEGRANTES: -

- CARRANZA CARRANZA TARAZONA, TARAZONA, CHRISS CHRISS KELLYKELLY -

- CASTILLO CASTILLO LIÑAN LIÑAN JOHN JOHN FELIX FELIX GUILLERMOGUILLERMO -

- GRANDA GRANDA ROMERO, ROMERO, FABIOLA FABIOLA ALEXANDRAALEXANDRA -

- MOSTACERO MOSTACERO PERALES, PERALES, MIGUEL MIGUEL ANGELANGEL -

- CALDERON CALDERON FIGUEROA, FIGUEROA, EDDER EDDER JESUSJESUS -

- BARRUETA BARRUETA ARIZABAL, ARIZABAL, MAJORIEMAJORIE -

- RAMOS RAMOS HIDALGO, HIDALGO, CESAR CESAR OCTAVIOOCTAVIO -

- ORIHUELA ORIHUELA CAGALAYA, CAGALAYA, MARANELLYMARANELLY -

- FUENTES FUENTES POLAR, POLAR, WILLIAM WILLIAM ARTUROARTURO -

- VARGAS VARGAS BACA, BACA, JENRYJENRY

FECHA DE EXPOSICIÓN:

FECHA DE EXPOSICIÓN: 29 DICIEMBRE DEL 201029 DICIEMBRE DEL 2010 BELLAVISTA

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DEDICATORIA

DEDICATORIA

El presente trabajo está dedicado al Mg. Napoleón El presente trabajo está dedicado al Mg. Napoleón Jáuregui Nongrados profesor de la Facultad de Ingeniería Jáuregui Nongrados profesor de la Facultad de Ingeniería Ambiental y

Ambiental y Recursos Naturales Recursos Naturales por por incentivar y incentivar y cultivarcultivar en nosotros la investigación y formulación de una tesis, y en nosotros la investigación y formulación de una tesis, y a los futuros estudiantes de ingeniería ambiental que a los futuros estudiantes de ingeniería ambiental que tengan el interés de adquirir conocimientos acerca de la tengan el interés de adquirir conocimientos acerca de la aplicación de la transferencia de calor en los procesos aplicación de la transferencia de calor en los procesos petrolíferos.

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PRESENTACIÓN PRESENTACIÓN

Este trabajo es un aporte al conocimiento de las Este trabajo es un aporte al conocimiento de las diferentes aplicaciones que se le puede dar a la diferentes aplicaciones que se le puede dar a la transferencia de calor en los procesos petrolíferos.

transferencia de calor en los procesos petrolíferos.

El presente trabajo ha sido elaborado por un grupo de El presente trabajo ha sido elaborado por un grupo de alumnos

alumnos interesados interesados en aportar en aportar conocimientos conocimientos para para queque las personas estén al tanto acerca de

las personas estén al tanto acerca de este problema.este problema.

Este trabajo va dirigido a los diferentes sectores que Este trabajo va dirigido a los diferentes sectores que conforman nuestra sociedad y lleva en si la finalidad de conforman nuestra sociedad y lleva en si la finalidad de informar a las personas las diferentes formas de informar a las personas las diferentes formas de transferencia de calor que se puede dar en una planta transferencia de calor que se puede dar en una planta petrolífera y sus aplicaciones.

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INDICE INTRODUCCIÓN……….. 6 RESUMEN……….. 7 ABSTRACT……….. 8 CAPÍTULO GENERALIDADES……….. 9 1.1 ANTECEDENTES……….……….,….. 10 1.2 PROBLEMATICA……… 13

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA……… 22

1.4 OBJETIVOS………... 23

1.3.1 Objetivo general………. 23

1.3.2 Objetivos específicos……….. 23

1.5 HIPÓTESIS……….. 23

1.6 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA………. 23

1.7 MARCO TEÓRICO……….. 24

1.7.1 Transferencia de calor………. 24 1.7.2 Conducción……….. 25 1.7.3 Convección……….. 26 1.7.4 Radiación………. 28 1.8 MARCO LEGAL……… 31 CAPÍTULO II METODOLOGÍA……… 33 2.1 MÉTODOS………... 34 2.1.2 MÉTODO DE LA OBSERVACIÓN……… 34 2.1.3 MÉTODO INDUCTIVO……….. 34 2.1.4 MÉTODO DEDUCTIVO……… 34 2.1.5 MÉTODO ANALÍTICO……… 35 2.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACION……….. 35 2.2.1Encuesta……… 35

2.2.2 Diseñodel cuestionario……… . 36

2.2.3 Función de las preguntas……….. 37

2.2.4 Objetivo……… 37

2.2.5 Formulación de preguntas………. 37

2.2.6 Formato de Respuesta………. 37

2.2.7 Trabajo de Campo……… 37

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CAPÍTULO III

INGENIERIA………. 42

3.1 INTERCAMBIADORES DE CALOR SOLDADOS BLOCK…. 43 3.2 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACA Y SHELL….. 45

3.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR A PLACAS…….. 48

3.4 PROCESOS PETROQUÍMICOS……… 53

3.5 CRACKING DEL PETRÓLEO………. 57

CAPÍTULO IV PROPUESTAS, RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES….. 60

4.1 PROPUESTAS………. 61

4.2 CONCLUSIONES………... 65

4.4 RECOMENDACIONES……… 69

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INTRODUCCION

El propósito de este trabajo de investigación dar cuenta de la importancia del petróleo en nuestra vida y la contaminación que genera sus procesos. Desde su formación hasta la legislación que rige en nuestro país acerca del mismo.

Los hidrocarburos son un tipo de contaminantes que afectan a la calidad del agua, suelo, aire de manera importante. Los derrames de petróleo, cada día son más frecuentes en los océanos, dejan estelas de contaminación de efectos a muy largo plazo.

La formación de una película impermeable de petróleo sobre el agua en las zonas de derrame afecta rápida y directamente a las aves y a los mamíferos acuáticos ya que obstruye el intercambio gaseoso y desvía los rayos luminosos que aprovecha el fitoplancton para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis.

El petróleo o aceite mineral es una sustancia compuesta por muchas clases de hidrocarburos. Por medio del proceso conocido con el nombre de destilación fraccionada, son separados los hidrocarburos y se utilizan para una diversidad de propósitos.

Es importante adentrarse en todos los aspectos relacionados con los derrames petroleros, no es un proceso simple que ha ocurrido a lo largo de los años y según la tendencia que presenta el hombre dichos derrames disminuirán pero no en su totalidad, el caso es que deben aumentar las medidas preventivas y mucho mas las medidas que condenan la contaminación de las aguas para de esta manera poder tener un mundo un poco mejor.

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RESUMEN

En el presente trabajo de investigación da a conocer, las diferentes aplicaciones que se le puede dar a las transferencias de calor que ocurren en una empresa petrolífera.

También se detalla lo importante que es el petróleo en nuestra vida Noche y día nos movemos en un mundo marcado por la huella petroquímica. Desde la cobija que abriga nuestro sueño hasta el disciplinado reloj que nos despierta cada mañana, muchos de los objetos que nos rodean son producto de esa rama de la industria, en la cual se sostiene gran parte de nuestro estilo y calidad de vida. Así como también lo importante que es darle un manejo adecuado a la refinación del petróleo evitando los tan temibles derrames de petróleo que ocasiona grandes impactos al ambiente.

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ABSTRACT

In the present investigation revealed, the different applications that can give heat transfers that occur in an oil company.

He also outlined the importance of oil in our life Night and day we move in a world marked by the footprint petrochemicals. Since the blanket that shelters our dream to the disciplined clock that wakes us up every morning, many of the objects that surround us are the product of the domestic industry, which holds much of our lifestyle and quality of life.

As well as how important it is to give an adequate management of oil refining as fearsome avoiding oil spills resulting in major impacts to the environment.

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CAPÍTULO I

GENERALIDADES

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El petróleo fue conocido en la antigüedad, pero hace relativamente poco tiempo que se lo industrializa, transformándolo en muchísimos productos útiles. Antiguamente, luego de extraer el queroseno de este mineral, el resto se desechaba. A principios del pasado siglo del petróleo crudo sólo se extraía gasolina, queroseno y aceite negro. Hoy día, el petróleo es destilado, separándose así primero la nafta o gasolina, luego el kerosene y, por último, el gas-oil.

El petróleo o aceite mineral es una sustancia compuesta por muchas clases de hidrocarburos. Por medio del proceso conocido con el nombre de destilación fraccionada, son separados unos de otros estos hidrocarburos y se utilizan para una diversidad de propósitos. La destilación fraccionada se basa en el hecho de que cada uno de los componentes posee una temperatura de ebullición determinada, alcanzada la cual se transforma en vapor, separándose de los demás; a continuación la sustancia vaporizada se convierte en líquida por enfriamiento. Pues bien, por destilación fraccionada se obtienen entre otros los siguientes productos: gases, éter de petróleo, gasolina, kerosene, gas-oil, aceite combustible, aceites lubricantes, vaselina y parafina. Como residuo de la destilación quedan el alquitrán o pez y el coque.

Antiguamente, las sustancias tintóreas eran escasas y caras, y se extraían, casi en su totalidad, de productos animales y vegetales. Tan sólo los ricos y los nobles podían usar vestimentas teñidas con algunas de ellas. A partir del descubrimiento del benceno se lograron centenares de colorantes nuevos que, con sus matices brillantes y delicados, embellecen nuestras vestimentas, las telas que tapizan nuestros muebles, los tejidos de

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nuestros cortinados y los innumerables artículos de material plástico que adornan nuestros hogares.

Como el más valioso de todos los componentes del aceite mineral es la gasolina, y como la proporción de ésta en el petróleo es baja, se han ideado procedimientos especiales para aumentar la cantidad de gasolina a partir de un volumen determinado de petróleo. Esto se logra mediante lo que se conoce con el nombre de craqueo, palabra que deriva de la inglesa "cracking", y que significa ruptura. Y efectivamente, mediante elevadas presiones y temperaturas se logra romper las moléculas de los productos más pesados y transformarlos en gasolina. También se puede obtener gasolina mediante la polimerización o condensación de los productos más ligeros, operación que consiste en unir moléculas simples para formar otras más complejas.

Por el milagro de la química, con el derivado del alquitrán se obtienen sustancias que imitan el aroma de las flores y las plantas silvestres, tales como las esencias utilizadas en repostería y en la fabricación de perfumes para tocador y jabones.

Además del alquitrán también se obtienen la aspirina, que calma el dolor y ahuyenta la fiebre; la cafeína, que estimula el corazón; las sulfas, que tantas vidas salvan, y el T.N.T. o trinitrotolueno, poderoso explosivo. Pero las bondades del alquitrán no terminan allí, ya que de él se obtienen más de doscientas sustancias útiles al hombre. Nadie sabe cuanto petróleo hay en el mundo. El doctor Arrhenius, famoso científico sueco, en cierta ocasión manifestó que el consumo mundial de petróleo estaba aumentando tan rápidamente, que para 1940 la humanidad ya habría consumido todos sus recursos.

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que desde su predicción se han descubierto nuevos campos. Todos los años se descubren nuevos pozos, pero también todos los años consumimos enormes cantidades en distintas aplicaciones. Aún así, pasarán muchas generaciones por la Tierra antes de que hayamos consumido en su totalidad el petróleo que hay en el subsuelo del planeta.

Durante las últimas tres décadas, el Oriente ha sufrido una seria degradación y deforestación. Los derrames de petróleo (grupos verdes alegan que derramó más de 20 mil millones de galones de subproductos tóxicos de perforación, en cuerpos de agua locales, y más de 17 millones de galones de crudo) y la tala para acceso, exploración y actividades de producción, han dañado al bosque circundante, y han perjudicado la vida de la gente local. A mediados de la década de los 90, las tierras que alguna vez fueron utilizadas para cultivar quedaron desnudas, y permanecieron en los sitios cientos de hoyos de desperdicio. En agosto de 1992, la ruptura de una tubería provocó un derrame de 275,000 galones (1.04 millones l) y causó que el Río Napo fluyera negro durante días, los que forzó a Perú y a Brasil a declararse en estado nacional de emergencia, debido a las regiones afectadas.

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La contaminación por hidrocarburos de las aguas marinas es uno de los problemas que más afecta a nivel mundial donde la repercusión sobre las enfermedades que afectan también al hombre y el ecosistema natural. La extracción de petróleo es responsable de la deforestación, degradación y destrucción de las tierras alrededor del mundo entero. El proceso de extracción de petróleo involucra la liberación de subproductos tóxicos de perforación a los ríos locales, mientras que las tuberías rotas y las fugas dan como resultado derrames persistentes de petróleo. Además, la construcción de caminos para tener acceso a sitios remotos en donde hay petróleo, abre las puertas a los colonizadores y a los urbanizadores para que accedan a tierras salvajes.

Tubería petrolera en el bosque lluvioso de Ecuador. Figura Nº 1

Algunos de los depósitos más prometedores de petróleo y gas en la tierra, se encuentran inmersos en los bosques lluviosos. A pesar de que estos combustibles fósiles se pueden extraer de un modo ambientalmente amigable, los gobiernos y las compañías petroleras optan normalmente por lo que les conviene, sin tener consideración con el medio ambiente o los intereses de la gente local (que es la más afectada por la producción).

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Uno de los casos más extremos y mejor conocidos de explotación del bosque lluvioso ocurrió en Ecuador, en donde el gigante petrolero de Estados Unidos, Texaco (posteriormente Chevron-Texaco), degradó seriamente un ecosistema durante más de una generación. Las operaciones de la compañía petrolera afectaron las vidas de miles de indígenas y de colonizadores.

Los procesos de extracción de petróleo son sucios y destructivos. Los derrames de las tuberías rotas y los subproductos tóxicos de perforación, pueden ser vertidos directamente en arroyuelos locales y ríos. Algunos de los químicos más tóxicos se almacenan en fosas abiertas de desperdicio, y pueden contaminar las tierras y los cuerpos de agua circundantes.

Los derrames de petróleo son alarmantes en el bosque lluvioso. Un derrame severo de petróleo podría tener un impacto devastador, dada la variedad de sistemas de ríos desde praderas flotantes, bosques pantanosos y lagos con forma de herradura, hasta barras de arena que serían afectados. El derrame de petróleo de Exxon Valdez fue difícil de limpiar, aún cuando se limitaba a playas rocosas; atender un derrame de tamaño similar en el Amazonas sería mucho más complicado.

La contaminación por petróleo también se produce por su liberación accidental e intencionada en el ambiente, provocando efectos adversos sobre el hombre o sobre el medio, directa o indirectamente.

La contaminación involucra todas las operaciones relacionadas con la explotación, refinería y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora.

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Efectos sobre el suelo: Las zonas ocupadas por pozos, baterías, playas de maniobra, piletas de purga, ductos y red caminera comprometen una gran superficie del terreno que resulta degradada. Esto se debe al desmalezado y alisado del terreno y al desplazamiento y operación de equipos pesados. Por otro lado los derrames de petróleo y los desechos producen una alteración del sustrato original en que se implantan las especies vegetales dejando suelos inutilizables durante años.

Efectos sobre el aire: Por lo general, conjuntamente con el petróleo producido se encuentra gas natural. La captación del gas está determinada por la relación gas, petróleo, si este valor es alto, el gas es captado y si es bajo, es venteado y/o quemado por medio de antorchas. El gas natural está formado por hidrocarburos livianos y puede contener dióxido de carbono, monóxido de carbono y ácido sulfhídrico.

Efectos sobre el agua: En las aguas superficiales el vertido de petróleo u otros desechos produce disminución del contenido de oxígeno, aporte de sólidos y de sustancias orgánicas e inorgánicas. En el caso de las aguas subterráneas, el mayor deterioro se manifiesta en un aumento de la salinidad, por contaminación de las napas con el agua de producción de petróleo de alto contenido salino

Lo que hace que los contaminantes sean peligrosos, el es

proceso de ―magnificación biológica‖. Este proceso

consiste en que los organismos pequeños se contaminan al ingerir estos metales, y posteriormente, otros

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manera que la contaminación en la cadena alimenticia va incrementándose gradualmente y llega hasta el hombre, causando a todos ellos problemas en sus funciones y en el desarrollo de sus actividades y reproducción, en última instancia son la causa de su muerte.

Transporte de petróleo, es el que ha producido los mayores accidentes con graves consecuencias ecológicas.

La contaminación marítima por hidrocarburos se puede producir durante las operaciones cotidianas de los buques, ya sea de forma accidental, esto es, rebalse de tanques, roturas de mangueras, de líneas, pérdidas de pequeñas cantidades del casco, errores personales durante maniobras; o de forma intencional, como los lastres sucios, el limpiado de tanques, sentinas, basura, aguas contaminadas.

Si las sustancias contaminantes alcanzan la costa, debido a la alta permeabilidad de la arena, los hidrocarburos pueden penetrar hacia el subsuelo contaminando las napas y dejando rastros irreparables en los reservorios de agua dulce.

Anualmente se vierten al mar entre 3 y 4 millones de toneladas de petróleo.

Las actividades navales son responsables del 33% de los derrames de petróleo en el ambiente marino, los accidentes de los buques petroleros sólo el 12%, y las instalaciones terrestres y descargas urbanas del 37%. Se estima que 130.000 toneladas se vierten por año en el mar desde plataformas petrolíferas marinas. Se ha calculado que la pérdida y derrame crónico de petróleo asociado a su producción en el mar es de 100Kg. De vertido de crudo cada 1.000 toneladas extraídas.

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Figura Nº 2

Repostaje en el mar o el bunkering, es la práctica de transferir combustible de un barco a otro. Una maniobra muy arriesgada porque provoca vertidos de hidrocarburos al mar con mucha frecuencia.

Generalmente, se realiza con gabarras de pequeño tamaño que cargan menos de dos mil toneladas. Sin embargo, en Gibraltar se realiza incluso con buques o

―gasolineras flotantes‖, que transportan ente 80.000 y

100.000 toneladas, algo que no está permitido en ningún

otro lugar de la Unión Europea. Tres son las ―gasolineras flotantes‖ que actúan en Gibraltar.

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Figura Nº 3

Las Refinerías, de crudo contribuyen también en gran medida a la contaminación del medio ambiente. En concreto, según estudios, la contribución de la contaminación marina por hidrocarburos está generada en casi un 20% por plantas costeras, como las refinerías. De las diez refinerías que existen en España, sólo una no se encuentra en la costa y se trata de la que la empresa Repsol tiene en Puertollano (Ciudad Real). En esta ciudad, por ejemplo, los niveles de asma son significativamente más elevados que en la localidad de Ciudad Real, donde existe una gran influencia de la contaminación atmosférica generada por el complejo de Repsol.

Según el Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes, las refinerías de petróleo emiten a la atmósfera (sin contabilizar los gases de efecto invernadero) 27.142 Toneladas anuales de contaminantes y vierten directamente al agua 9.850 Toneladas de sustancias peligrosas. A pesar de que son

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sólo 10 instalaciones, el refino es el tercer sector en cuanto a vertidos directos de contaminantes al agua.

Plataformas petrolíferas, la explotación en plataformas petrolíferas es otra fuente importante de contaminación por hidrocarburos. Aunque la producción petrolífera española no es muy importante todavía existe extracción de hidrocarburos en varias plataformas, casi todas marinas.

Efectos sobre la flora y la fauna: Cuando se produce un vertido, el primer efecto que se detecta es que aparecen

aves ―petroleadas‖. Las aves, al cubrir su plumaje con

aceites e hidrocarburos, pierden la capacidad protectora y aislante con lo que en la mayoría de los casos mueren por hipotermia. Las aves que han estado en contacto con el petróleo también pueden perder su flotabilidad y su capacidad de vuelo

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Figura Nº5

.

La falta de luz provocada por la película de fuel oil reduce el aporte de oxígeno al ecosistema marino. Además, estas manchas contaminan o matan al plancton, formado por multitud de pequeños organismos que viven cerca de la superficie y que constituyen la base de toda la cadena alimentaria.

Aunque el impacto agudo es más bien de tipo físico, al impedir la capa de hidrocarburos acumulada el paso de la luz y el oxígeno, hay que considerar la aparición de efectos eco toxicológicos a medio largo plazo. Estos pueden ser derivados de la presencia de sustancias tóxicas en el petróleo o a la aparición de otras sustancias de degradación de éstas que pueden ser más peligrosas. El petróleo contiene una gran colección de sustancias contaminantes que son tóxicas para la fauna y el ser humano. Entre ellas se encuentran algunos compuestos orgánicos volátiles (COVs), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) o metales pesados.

La fauna sufre efectos tóxicos por exposiciones. Por inhalación de gases que se desprenden cuando el hidrocarburo se está volatilizando; por ingestión, al

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contaminar la cadena alimentaria; y por contacto dérmico. Los vapores que se desprenden pueden dañar el sistema nervioso central de los animales, el hígado y los pulmones. Pueden provocar efectos muy graves en el sistema respiratorio y sobre la piel. A través de la ingestión de petróleo, pueden perder la capacidad de alimentarse o digerir por daños celulares en el tracto intestinal. Algunos estudios muestran incluso, que, a largo plazo, pueden aparecer afecciones reproductivas.

En consecuencia, la contaminación por hidrocarburos tiene un impacto directo sobre la pesca y el marisqueo y, por tanto, en la economía y en la seguridad alimentaria. Efectos en el Hombre: Las más preocupantes son los PAHs y sus derivados. Los PAHs se consideran compuestos orgánicos persistentes, ya que su estructura molecular es muy estable, por lo que pueden permanecer en el medioambiente durante largos periodos de tiempo. Presentan una baja solubilidad en agua, pero en cambio son liposolubles y pueden acumularse en los tejidos grasos de los organismos (bioacumulación) incrementando de esta forma su peligrosidad.

Los principales impactos de los PAHs en la salud humana se centran en sus propiedades genotóxicas, es decir, causan daños al material genético pudiendo generar efectos mutagénicos y promover el desarrollo de tumores (carcinogénesis). De hecho, estudios epidemiológicos realizados tras accidente como el Prestige ha confirmado estos efectos sobre la salud humana.

Aunque los compuestos más estudiados han sido los PAHs, no hay que infravalorar la peligrosidad de sus

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derivados alquílicos. Éstos son más persistentes que los primeros y en algunas ocasiones también más tóxicos. La alquilación de los PAHs (la introducción de una cadena de hidrocarburo en una molécula orgánica, en este caso de PAH) disminuye la solubilidad en agua pero incrementa su concentración en tejidos grasos y por lo tanto su bioacumulación.

Las vías de exposición a hidrocarburos aromáticos son tres: respiratoria, dérmica y digestiva. Durante las labores de limpieza son la respiratoria y la dérmica. Entre los efectos inmediatos que puede causar la inhalación de los vapores que se desprenden de este fuel están los daños pulmonares y la depresión transitoria del sistema nervioso central. A través de la piel, aunque los efectos inmediatos no son de extrema gravedad, puede producir irritación, dermatitis. Igualmente, se pueden absorber PAHs, dada su liposolubilidad, y a largo plazo fomentar el desarrollo de cáncer de piel.

La contaminación por metales pesados y por partículas es también muy característica de las zonas industriales donde existe procesado de hidrocarburos. Las emisiones de PM10 disminuyen la calidad del aire e incrementan las afecciones respiratorias.

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles son las aplicaciones de la transferencia de calor en los procesos petrolíferos?

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1.4 OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVOS GENERALES

 Conocer e identificar la transferencia de calor dentro de un proceso petrolífero.

 Determinar los procesos petrolíferos los cuales formen parte de la problemática medioambiente en nuestro país.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Dar a conocer el grado de contaminación que producen estos procesos petrolíferos en la región amazónica.  Conocer experiencias y modelos de los procesos

petrolíferos más eficientes que se realicen en el extranjero y se puedan aplicar en nuestro país.

1.5 HIPÓTESIS

Recopilamos una serie de información y datos para poder determinar la aplicación de calor en procesos petrolíferos, ya que se usan en diferentes proceso industriales calentando o enfriando un fluido que es de vital eficacia para todo fase de producción.

El proceso de experimentación ha sido desarrollado a lo largo del trabajo, confirmando nuestra hipótesis como verdadera, ya que es algo real y aplicable a todos los campos de transferencia de calor.

1.6 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Actualmente, las crisis energéticas han llevado a buscar cualquier diseño en la maximización de recuperación de calor

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auxiliares, para el ahorro de energía, aunque no es una tarea fácil.

1.7 MARCO TEÓRICO

1.7.1 TRANSFERENCIA DE CALOR

Se define como el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

Figura N° 5

El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de

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moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación.

1.7.2 CONDUCCIÓN

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la

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que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analógicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría complicada.

Figura N° 6 1.7.3 CONVECCIÓN

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

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Figura N° 7

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima. De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, como la cámara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado  junto al panel exterior —que está más frío— desciende, mientras que al aire cercano al panel interior —más caliente—

asciende, lo que produce un movimiento de circulación.

El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la habitación se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la

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eficiencia sea máxima. De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas. La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.

1.7.4 RADIACIÓN

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía radiante se había postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de

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Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.

Figura N° 8

La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. Como puede demostrarse a partir de la ley de Planck, el poder emisor de una superficie es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. El factor de proporcionalidad se denomina constante de Stefan-Boltzmann en honor a dos físicos austriacos, Joseph Stefan y Ludwig Boltzmann que, en 1879 y 1884 respectivamente, descubrieron esta proporcionalidad entre el poder emisor y la temperatura. Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energía radiante de forma continua, se funde si se ilumina con una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que emite.

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absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.

Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía radiante disminuye con la temperatura. La ley de desplazamiento de Wien, llamada así en honor al físico alemán Wilhelm Wien, es una expresión matemática de esta observación, y afirma que la longitud de onda que corresponde a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este hecho, junto con las propiedades de transmisión del vidrio antes mencionadas, explica el calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol, máxima en las longitudes de onda visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el invernadero. En cambio, la energía emitida por los cuerpos del interior del invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayores, correspondientes al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio. Así, aunque la temperatura del

(32)

aire en el exterior del invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior.

Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen estos fenómenos. Por ejemplo, las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades muy altas están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma controlada en un proceso llamado ablación para impedir un sobrecalentamiento del interior de la cápsula. La mayoría del calor producido por el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en aumentar la temperatura de la cápsula.

1.8 MARCO LEGAL

Actualmente las compañías petroleras en el Perú extraen petróleo crudo, principalmente, de dos regiones del país.

1) La región costera/marítima en el noreste peruano 2) La selva húmeda amazónica en el noreste

La selva amazónica es un ecosistema frágil con suelos delgados, altamente erosionables, un alto nivel de precipitación anual, numerosas fuentes de aguas superficiales y una gran diversidad de vida acuática en los ríos y corrientes de la región. La industria petrolera enfrenta muchos problemas ambientales entre ellos.

(33)

b. El control de la descarga de contaminantes en aguas superficiales

c. La reinyección de agua de formación en agua subterráneas y d. El manejo de residuos sólidos y peligrosos.

Establece el nuevo marco regulatorio que busca el equilibrio dinámico entre el desarrollo de actividades de hidrocarburos, la libre competencia y la conservación de los recursos naturales y del ambiente, con la finalidad de lograr de la persona humana y el desarrollo nacional.

Leyes del sector:

 Ley N° 28661 .- ―Ley General Del Ambiente‖

 Ley N° 26221.- (20/08/93) Ley Orgánica de Hidrocarburos  Decreto Supremo N° 042-2005-EM (14/10/05).- Aprueban

Texto Único Ordenado de la Ley Orgánica de Hidrocarburos.

 Ley N°26834 ―Ley De Áreas Naturales Protegidas‖

 Ley N° 26839 ―Ley Sobre La Conservación Y

 Aprovechamiento Sostenible De La Diversidad Biológica‖

 Reglamentos y normas

 Ley N°28054 ―Reglamento De La Ley De Promoción Del

Mercado De Biocombustible‖

 D.S. N° 065-2006-EM ―Reglamento De Protección

 Ambiental En Las Actividades De Hidrocarburos‖

 D.S. N° 055-93-EM ―Reglamento De Las Actividades De

Exploración Y Explotación De Hidrocarburos‖

 D.S. N° 052-2003-EM ―Reglamento De Seguridad Para El

 Almacenamiento De Hidrocarburos‖

 D.S. Nº 019- 98-MTC ―Reglamento De Normas Para La

Refinación De Hidrocarburos‖

 D.S. Nº 26-94-EM ―Reglamento De Seguridad Para

(34)

CAPÍTULO II

(35)

2.1 MÉTODOS

El presente trabajo se ha estructurado a base de 4 métodos generales, ya que para hablar de “Las aplicaciones de la transferencia de Calor en los procesos  Petrolíferos”  se debe primero tener en claro las

definiciones, así como la morfología de este concepto. Así pues este trabajo tiene los siguientes pasos:

2.1.1 MÉTODO DE LA OBSERVACIÓN

Para nuestro trabajo lo ideal hubiese sido ideal visitar empresas de servicios petroleros lo cual no se pudo hacer debido al tiempo para visitar dichos lugares por lo cual nos basamos en artículos y fotografías que nos brindó ciertas tesis referidas al tema, lo cual nos sirvió de abundante apoyo.

2.1.2 MÉTODO INDUCTIVO:

Se partió de una información generalizada, una definición general, como es las ―Las aplicaciones de la  transferencia de Calor en los procesos Petrolíferos” .

Mediante encuestas conocer el nivel de conocimiento respecto a este tema entre personas preparadas y/o letradas académicamente a este tema.

2.1.3 MÉTODO DEDUCTIVO:

Se analizó parte por parte la información obtenida y se examinó si éste se ajusta a la realidad de nuestro país para así llegar a una conclusión particular.

(36)

2.1.4 MÉTODO ANALÍTICO:

Se ha fragmentado la ―Las aplicaciones de la  transferencia de Calor en los procesos Petrolíferos” en

sus pilares (elementos), y estudiado cada uno de ellos en forma particular para así conocer las causas, efectos y las soluciones.

2.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACION

Este trabajo de investigación tiene, aparte de la revisión bibliográfica, las siguientes técnicas:

 Encuestas  Entrevistas

2.2.1 ENCUESTA

Para realizar la encuesta, primero se definió como objetivo general, el objetivo es saber si los futuros profesionales están informados sobre este tema, además conocer sobre el tipo de calidad de los procesos aplicados actualmente, y su rentabilidad, lo cual nos permitió analizar al detalle los factores que inciden en la escasez de avances y alternativas.

Como segunda parte se eligió el marco de la encuesta, la cual teníamos 2 opciones: Si era Muestreo por conglomerado o por Muestreo por Cuotas. Se eligió la primera, ya que podíamos seleccionar varios grupos de personas:

(37)

Es por ello que se definió solo 1 bloque, los estudiantes de la carrera de ingeniería Industrial de la Universidad Nacional mayor de San Marcos.

Estos datos arrojan una muestra de 100 encuestas para poder hacer viable nuestra investigación.

El trabajo de toma de encuestas se dividió entre todos los integrantes del grupo, dependiendo de sus horarios, se dividió de la siguiente forma:

Entrevistador

Nº Encuestas

a realizar CarranzaTtarazona, Chriss 10 Barrueta Arizabal Majorie 10 Calderon Figueroa Edder 10 Castillo Liñan Jhon 10 Fuentes Polar William 10 Granda Romero Fabiola 10 Mostacero Perales Miguel 10 Orihuela Cagalaya Marianelly 10 Ramos Hidalgo cesar 10 Vargas Baca Jenry 10 TOTAL 100

Cuadro Nº 1: El trabajo de toma de encuestas 2.2.2 DISEÑO DEL CUESTIONARIO

La función del cuestionario consiste en:

 Colocar a todos los entrevistados en la misma

(38)

 Facilitar el examen y la comparación de lasFacilitar el examen y la comparación de las

respuestas. respuestas.

2.2.3 FUNCIÓN DE LAS PREGUNTAS 2.2.3 FUNCIÓN DE LAS PREGUNTAS

 Trasladar los objetivos del estudio a un lenguajeTrasladar los objetivos del estudio a un lenguaje

familiar para los entrevistados y familiar para los entrevistados y

 Ayudar a conseguir un alto nivel de motivación en elAyudar a conseguir un alto nivel de motivación en el

entrevistado para que colabore. entrevistado para que colabore. 2.2.4 OBJETIVO:

2.2.4 OBJETIVO:

 Clasificar la informaciónClasificar la información

2.2.5 FORMULACIÓN DE PREGUNTAS: 2.2.5 FORMULACIÓN DE PREGUNTAS:

 Palabras sencillas, claras y de un solo Palabras sencillas, claras y de un solo significadosignificado

2.2.6 FORMATO DE

2.2.6 FORMATO DE RESPUESTA:RESPUESTA:

 CerradaCerrada

2.2.7 TRABAJO DE CAMPO: 2.2.7 TRABAJO DE CAMPO:

Se realizo en el campus de la Universidad Nacional Se realizo en el campus de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, en un

Mayor de San Marcos, en un periodo de 5 días, lograndoperiodo de 5 días, logrando llegar a la cantidad especificada en la muestra de llegar a la cantidad especificada en la muestra de nuestra población, de 100

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2.3 ENCUESTA 2.3 ENCUESTA 1.

1. ¿Conoce algún ¿Conoce algún proceso de proceso de transferenctransferencia ia de de calor que calor que sese emplea en la

emplea en la industria petrolera?industria petrolera?

2.

2. ¿Qué proceso¿Qué procesos de ts de transferencia ransferencia de calor de calor conoce ustconoce usted?ed?

0% 0% 5% 5% 10% 10% 15% 15% 20% 20% 25% 25% 30% 30% 35% 35% 40% 40% Conducción Conducción Convección Convección Radiación Radiación Mecanismos Mecanismos Simultaneos Simultaneos 0.00% 0.00% 20.00% 20.00% 40.00% 40.00% 60.00% 60.00% 80.00% 80.00% 100.00% 100.00% 1 1 Si (85%) Si (85%) No(6%) No(6%) No sabe/ No No sabe/ No opina(9%) opina(9%)

(40)

3.

3. ¿Existe con¿Existe contaminación ataminación ambiental por mbiental por este tipo este tipo de procesode proceso??

4. ¿Califica que los procesos de transferencia de calor son 4. ¿Califica que los procesos de transferencia de calor son

rentables para la industria

rentables para la industria y/o medio ambientes?y/o medio ambientes?

5.

5. ¿Qué tipo de tr¿Qué tipo de transferencia de ansferencia de calor cree ucalor cree usted que es el másted que es el máss contaminante? contaminante? 0.00% 0.00% 10.00% 10.00% 20.00% 20.00% 30.00% 30.00% 40.00% 40.00% 50.00% 50.00% 60.00% 60.00% 1 1 Si ( Si (6060%%)) No( No(3535%%)) No sabe/ No No sabe/ No opina( opina(5%5%)) 0% 0% 5% 5% 10% 10% 15% 15% 20% 20% 25% 25% 30% 30% 35% 35% 40% 40% Conducción Conducción Convección Convección Radiación Radiación Mecanismos Mecanismos Simultaneos Simultaneos 0.00% 0.00% 20.00% 20.00% 40.00% 40.00% 60.00% 60.00% 80.00% 80.00% 1 1 Si (76.%) Si (76.%) No(21.%) No(21.%) No sabe/ No No sabe/ No opina(3%) opina(3%)

(41)

6. Considera que la adopción de medidas en cuanto a la protección del medio ambiente, utilizados en los procesos de transferencia de calor son suficientes para asegurar la seguridad ambiental?

7. ¿Considera que los organismos encargados en el control de seguridad ambiental son suficientes?

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 1 Si (62%) No(36%) No sabe/ No opina(2%) 0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 1 Si (10%) No(88%) No sabe/ No opina(2%)

(42)

8. ¿Conoce algún método o avance tecnológico eficiente para reemplazar los procesos de transferencia de calor?

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 1 Si (5%) No(92%) No sabe/ No opina(3%)

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CAPÍTULO III

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3.1 INTERCAMBIADORES DE CALOR SOLDADOS BLOCK

El Intercambiador de Calor soldado Block de WCR es la última innovación en intercambiadores de calor compactos soldados.

El equipo consiste en la transferencia placas soldadas corrugadas de acero inoxidable o otro material apropiado. El marco consta de cuatro columnas, las cabezas superior e inferior y cuatro paneles con las conexiones. El diseño totalmente atornillado permite el desmontaje rápido de la estructura de acero para un fácil acceso al centro para la limpieza, mantenimiento, reparación o reemplazo. Sin juntas entre las placas, los problemas relacionados con intercambiadores de calor de placas, tales como la compatibilidad de las juntas, la temperatura y presión, se eliminan.

El Block de WCR tiene tres corrugaciones de placa: patrón de Chevron para la transferencia de calor más eficiente, patrón del hoyuelo de una brecha de 3 mm y el patrón claro horizontalmente para los lodos de aplicaciones de tipo de lodos. Las corrugaciones especiales resultan a actuaciones de transferencia de calor similar a la del intercambiador de calor a placas con empaques.

(45)

Imagen N° 9 Intercambiadores de calor soldados Block

Aplicaciones:

 Petróleo y Gas

- Intercambiadores TGE, intercambiadores aminee, el crudo / refrigeradores de aceite de ventas, condensadores de sobrecarga

 Las solicitudes de refinería

- Alimentación / intercambiadores inferiores, condensadores despojados, intercambiadores de agua producida

 Industria Farmacéutica

- Condensadores de sobrecarga, calentadores, refrigeradores

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- Calentadores / enfriadores, intercambiadores, condensadores

 Automotor.

- Acabados metálicos, calentadores, refrigeradores, calentadores de imprimación

 Industria de Pulpa y Papel

- Refrigeradores clorato de licor, extractor de recuperación de condensador, calentadores de aceite térmico

 Industria siderúrgica

- El petróleo extractor de intercambiadores, calentadores de aceite

Especificaciones:

 Presiones de hasta 450 psig  Temperaturas de hasta 600 ° F

 Superficie máxima de hasta 3.440 pies cuadrados  Las tasas máximas de flujo de hasta 17.000 GPM

 Enfoque de temperaturas de 5 ° F -Disponible en 316L, Titanio, Hastelloy Avesta 254 SMO, Incoloy 825, níquel 200, Monel, tántalo

 Limpieza mecanica en ambos lados

 El diseño compacto requiere poco espacio

3.2 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACA Y SHELL

 Los intercambiadores de calor de placa y Shell están

diseñados para económico rendimiento de transferencia de calor y menor coste del ciclo de vida.

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 La versión única atornillada permite el desmontaje

rápido de la cáscara para un fácil acceso para la limpieza, mantenimiento, reparación o reemplazo.

 El diseño de la placa conjunta y soldadura son

resistentes y se ponen a prueba para numerosas condiciones cíclicas. Material de la placa, la ausencia de  juntas y diseño mecánico/estructural permite su uso en

muchas aplicaciones agresivas.

 El intercambiador de calor de placa y Shell de WCR

puede ser configurado para satisfacer las necesidades de casi cualquier requisito de proceso en términos de unidades de transferencia, la caída de presión, las presiones y temperaturas de diseño, así como los requisitos de la tubería.

 El intercambiador de calor de placa y Shell de WCR es

compacto, con bajo peso proporciona una huella extremadamente pequeña.

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Aplicaciones:

 Petróleo y Gas

- TEG intercambiadores, intercambiadores aminee, el crudo / refrigeradores de aceite de ventas, condensadores de sobrecarga

 Las solicitudes de refinería

- Intercambiadores, condensadores, intercambiadores de agua producida Industria Farmacéutica.

- Condensadores de sobrecarga, calentadores, refrigeradores

 Química / Petroquímica

- Calentadores / enfriadores, intercambiadores, condensadores

 Desodorización de aceite vegetal

- Refrigeradores, calentadores e intercambiadores

 El aceite caliente / sistemas de aceite térmico

 El amoníaco y otros Sistemas de refrigeración

Especificaciones:

 Diámetros del mural de 7,5 "a 39,30"

 Placa de conexiones laterales de 3 / 4 "a 8"  Shell conexiones laterales de 3 / 4 "a 16"  Presiones de hasta 800 psig

 Temperaturas de hasta 600 ° F

 Superficie máxima hasta 2.900 pies cuadrados  Enfoque de temperaturas de 2 ° F

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 Disponible 316L, Titanio, Hastelloy, Avesta 254 SMO, Incoloy 825, 200 de níquel, Monel

 limpieza mecánica de forro del costado  El diseño compacto requiere poco espacio

3.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR A PLACAS

El tipo de intercambiador de calor de placas es el tipo más económico y eficiente de intercambiador de calor en el mercado con su bajo costo, flexibilidad, facilidad de mantenimiento y alto rendimiento térmico. Las corrugaciones de las placas de WCR están diseñadas para lograr la turbulencia en el área de transferencia de calor con el fin de obtener los más altos coeficientes de transferencia de calor posible con la caída de presión más baja posible y permitir a los enfoques temperatura cercana.

Consiguiente, esto significa menor área de transferencia de calor, intercambiadores de calor más pequeño y, a veces, menos intercambiadores de calor beneficiando al cliente con necesidades de espacio menor, la reducción de las tasas secundaria de flujo y bombas más pequeñas. El intercambiador de placas de WCR se compone de una serie de placas con juntas que se fija entre una barra superior de carga y una barra guía inferior. Las placas se comprimen por medio de pernos de sujeción entre un marco estático (La cabeza) y un marco móvil (El seguidor) Los fluidos entran en el intercambiador de calor de placas a través de conexiones estructurales y se distribuyen a las placas. El flujo de pasajes entre las placas es controlada por la alternancia de la colocación de juntas. Estos están

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disponibles en habitaciones individuales y las unidades multi-pasos, dependiendo de la aplicación.

Imagen N° 11 Intercambiadores de Calor a Placas Eficiencia y Flexibilidad

 Fácil de quitar y limpiar

Simplemente quite los pernos de sujeción y deslice por atrás la parte del marco móvil. Ahora el paquete de placas puede ser inspeccionado, puede usar la presión de limpieza, o eliminado para su reacondicionamiento si es necesario.

 Expandible

Una característica muy importante del intercambiador de calor de placas es que es ampliable. El aumento de sus necesidades de transferencia de calor mediante simple adición de placas en vez de comprar un nuevo intercambiador de calor, ahorrando tiempo y dinero.

 Alta Eficiencia

Debido a los patrones de presión en las placas y las brechas en relación estrecha, turbulencia muy alta se

(51)

combinado con la lucha contra los resultados de flujo direccional en los coeficientes de transferencia muy alta de calor.

 Tamaño compacto

Como resultado de la alta eficiencia, menor área de transferencia de calor se requiere, resultando en un intercambiador de calor mucho más pequeño que se necesitarían para el mismo deber con otros tipos de intercambiadores de calor. Normalmente, un intercambiador de calor de placas requiere entre 20-40% de los espacio requerido por un intercambiador de calor tubo & Shell.

 Cierre de la temperatura Enfoque

Las mismas características que le dan al intercambiador de calor de placas su alta eficiencia permiten también llegar a temperaturas cercanas enfoque que es particularmente importante en la recuperación de calor y aplicaciones de regeneración. Temperaturas Enfoque de 1ºF son posibles

 Múltiples Funciones en uno solo equipo

El intercambiador de calor de placas puede ser construido en secciones, separadas con placas simples de divisor o más complicados cuadros con conexiones adicionales. Esto hace que sea posible calentar, regenerar y enfriar un líquido en un intercambiador de calor o calentar o enfriar varios fluidos con el mismo enfriamiento o calentamiento de origen.

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 Evite la contaminación cruzada

Cada medio es individualmente empacados con juntas y como el espacio entre las juntas se ventila a la atmósfera, la contaminación cruzada de los líquidos se elimina.

 Menos ensuciamiento

Turbulencia muy alta se alcanza como resultado de la pauta de las placas, los puntos de muchos contactos, y la separación estrecha entre las placas. Esto, combinado con la superficie lisa de la placa reduce considerablemente en comparación con incrustaciones de otros tipos de intercambiadores de calor.

 Costos más bajos

Altos coeficientes de transferencia de calor significa menos área de transferencia de calor y intercambiadores de calor menores, y as veces menos intercambiadores de calor. Esto y menores necesidades de espacio, las tasas de flujos reducidos, y las bombas más pequeñas

Imagen N° 12

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Aplicaciones:

 Petróleo

- Refinería - Enfriamiento de salmuera, el petróleo crudo /  intercambiador de agua, tratamiento de petróleo crudo /  intercambiador de petróleo crudo sin tratamiento.

- MTBE - Productos de calefacción, refrigeración y intercambio, chaqueta de agua de refrigeración, condensación.

- Alkylotion - Refrigeración, al enterarse de fluidos corrosivos, condensador isobuteno y con un intercambiador de reactor.

- Petróleo y Gas - Enfriadores de agua de mar, el calor de tratamiento de crudo de petróleo.

- Deshidratación / Disolución - Intercambiador de petróleo crudo, agua / intercambiador de petróleo crudo, intercambiador de agua, refrigeración del aceite crudo. - Desulfurización - intercambiador de líquido magro y rico

y refrigeración, condensador de gases ácidos. - Procesamiento de hidrocarburos

- Metanol - pre-calientamento, refrigeración por agua, la refrigeración de los productos líquidos.

- Óxido de propileno - refrigeración de Hidróxido de sodio, refrigeración de la mezcla de reacción, recuperación de calor del líquido del reactor de fondo.

- Glicol etileno - Producto de refrigeración, calefacción y alimentación del reactor del intercambiador.

- Óxido de etileno - intercambiador del ciclo rico y magro del agua, enfriador del ciclo magro del agua.

- Etileno-propileno - Agua de refrigeración y calefacción, condensadores de propileno, refrigeración de propileno, precalentamiento de nafta.

- Formaldehído - precalentamiento de metanol, enfriamiento de formol, enfriamiento de agua.

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 Polímero

- Fibras acrílicas - Calefacción y refrigeración de los disolventes, la refrigeración del reactor.

- De nylon - refrigeración y calefacción del agua, la refrigeración del sal de nylon, condensadores e intercambiadores.

- Poliéster - refrigeración de Glicol, calefacción del disolvente.

- Polietileno - Pelleter agua y sistemas de refrigeración de agua.

- Poliol - calefacción y refrigeración del agua, alimentación del reactor de calefacción y refrigeración, refrigeración de productos poliol, calefacción de la mezcla de poliol.

- Polipropileno - Circulante, pellets, matercooling refrigerados, condensadores y intercambiadores.

- PVC - Chaqueta del reactor de agua de refrigeración. - Viscosa - Calefacción y Refrigeración de NaOH, la

viscosa y acides diferentes, calefacción de la solución de giro del baño.

3.4 PROCESOS PETROQUÍMICOS

Además de los combustibles, del petróleo se obtienen derivados que permiten la producción de compuestos químicos que son la base de diversas cadenas productivas que terminan en una amplia gama de productos conocidos genéricamente como productos petroquímicos, que se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras.

(55)

la de los aromáticos. La cadena del gas natural se inicia con el proceso de reformación con vapor por medio del cual el metano reacciona catalíticamente con agua para producir el llamado gas de síntesis, que consiste en una mezcla de hidrógeno y óxidos de carbono. El descubrimiento de este proceso permitió la producción a gran escala de hidrógeno, haciendo factible la producción posterior de amoníaco por su reacción con nitrógeno, separado del aire. El amoníaco es la base en la producción de fertilizantes.

También a partir de los componentes del gas de síntesis se produce metanol, materia prima en la producción de metil-terbutil-éter y teramil-metil-éter, componentes de la gasolina; otra aplicación es su uso como solvente en la industria de pinturas.

La cadena del etileno se inicia a partir del etano recuperado del gas natural en las plantas criogénicas, el cual se somete a un proceso de descomposición térmica para producir etileno principalmente, aunque también se forma hidrógeno, propano, propileno, butano, butilenos, butadieno y gasolina pirolítica. Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietilenos cuyas características dependen del proceso de polimerización; su aplicación se encuentra en la producción de plásticos, recubrimientos, moldes, etc.

Por otro lado, el etileno puede reaccionar con cloro para producir dicloroetano y posteriormente monómero de cloruro de vinilo, un componente fundamental en la industria del plástico, y otros componentes clorados de uso industrial. La oxidación del etileno produce oxido de

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etileno y glicoles, componentes básicos para la producción de poliéster, así como de otros componentes de gran importancia para la industria química, incluyendo las resinas PET (poli etilén tereftalato), actualmente usadas en la fabricación de botellas para refresco, medicinas, etc. El monómero de estireno, componente fundamental de la industria del plástico y el hule sintético, se produce también a partir del etileno, cuando éste se somete, primero a su reacción con benceno para producir etilbenceno y después a la deshidrogenación de este compuesto. El acetaldehído, componente básico en la producción de ácido acético y otros productos químicos, también se produce a partir del etileno.

Otra olefina ligera, el propileno, que se produce ya sea por deshidrogenación del propano contenido en el gas LP, como subproducto en las plantas de etileno o en las plantas de descomposición catalítica fluida FCC de refinerías, es la base para la producción de polipropileno a través de plantas de polimerización. Otro producto derivado del propileno y del amoníaco es el acrilonitrilo, de importancia fundamental en la industria de las fibras sintéticas. Del propileno se puede producir alcohol isopropílico de gran aplicación en la industria de solventes y pinturas, así como el óxido de propileno; otros derivados del propileno son el ácido acrílico, la acroleína, compuestos importantes en la industria del plástico.

Como derivado de la deshidrogenación de los butenos o bien como subproducto del proceso de fabricación del etileno, se obtiene el 1,3 butadieno, que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros,

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Una cadena fundamental en la industria petroquímica se basa en los aromáticos (benceno, tolueno y xilenos). La nafta virgen obtenida del petróleo crudo contiene parafinas, nafténicos y aromáticos en el intervalo de 6 a 9 átomos de carbono. Esta fracción del petróleo, después de un hidrotratamiento para eliminar compuestos de azufre, se somete al proceso de Reformación BTX, el cual promueve fundamentalmente las reacciones de ciclización de parafinas y de deshidrogenación de nafténicos, con lo cual se obtiene una mezcla de hidrocarburos rica en aromáticos. Estos componentes se separan, primero del resto de los hidrocarburos a través de un proceso de extracción con solvente, y después entre ellos, por medio de diversos esquemas de separación. En procesos ulteriores se ajusta la proporción relativa de los aromáticos a la demanda del mercado, por ejemplo, convirtiendo tolueno en benceno por hidrodealquilación, o bien en la isomerización de xilenos, para aumentar la producción de orto-xileno.

Otro proceso fundamental es la desproporcionalización de los aromáticos pesados para incrementar la producción de benceno, tolueno y xilenos. Una vez separados los aromáticos, se inicia la cadena petroquímica de cada uno de ellos. El benceno es la base de producción de ciclohexano y de la industria del nylon, así como del cumeno para la producción industrial de acetona y fenol; el tolueno participa de una forma importante en la industria de los solventes, explosivos y en la elaboración de poliuretanos. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroquímicas, principalmente la de las fibras sintéticas.

(58)

Cuadro No. 1 Procesos de la Industria del petróleo basados en la separación física de componentes aprovechando diversos principios como los siguientes:

Proceso Agente Ejemplos de aplicaciones Destilación Adición/remoción

de calor Separación del petróleo crudo ensus destilados. Absorción Solvente Eliminación de CO2 y H2S

hidrocarburos líquidos y gaseosos. Adsorción Absorbente Separación de parafinas normales

e isoparafinas. Cristalización Remoción de

calor Eliminación de parafinas en elproceso de producción de lubricantes.

Filtración Material filtrante Remoción de sólidos en corrientes de carga y en productos refinados. Agotamiento Gas de arrastre Recuperación de hidrocarburos de

catalizador recirculado en plantas FCC.

Permeación Membranas Recuperación de hidrógeno de corrientes gaseosas.

3.5 CRACKING DEL PETRÓLEO

La desintegración o "cracking" del petróleo consiste en la ruptura o descomposición de hidrocarburos de elevado peso molecular, como los contenidos en las fracciones de alto punto de ebullición del petróleo crudo, en compuestos de menor peso molecular, de punto de ebullición más bajo Se pueden distinguir, básicamente, dos tipos de "cracking", el térmico y el catalítico.

En el proceso antiguo del "cracking" térmico se empleaba una carga pesada (compuestos de alto peso molecular), temperaturas relativamente bajas y presiones altas. En el proceso moderno se usan cargas ligeras líquidas o gaseosas, temperaturas elevadas (800-900 ºC) y

(59)

presiones bajas. Se utiliza principalmente para la obtención de olefinas a partir de naftas.

El "cracking" catalítico tiene lugar a temperaturas entre 450 y 550 ºC en presencia de catalizadores, los cuales realizan una acción selectiva que orienta la reacción de ruptura en un sentido perfectamente determinado, con lo que se evitan muchas reacciones secundarias indeseadas. Se utiliza principalmente para la obtención de hidrocarburos saturados de cadena corta a partir de otros de cadena más larga.

El craqueo es un proceso químico por el cual se quiebran moléculas de un compuesto produciendo así compuestos más simples.

figuraNo13

Refinería de Shújov de craqueo, Bakú, URSS, 1934.

El procedimiento original, todavía en uso, empleaba calor

y presión y se denomina ―craqueo térmico‖ a una

temperatura de 850-900 °C ("Shújov de craqueo").

Después se ideó un nuevo método: ―craqueo catalítico‖ a

una temperatura de 450-500 °C, que utiliza un catalizador (sustancia que determina en otras cambios químicos sin modificarse ella misma). En el caso de este tipo de craqueo, el catalizador (como Al2O3 o SiO2) es una

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