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UNIVERSIDAD NACIONAL DELCALLAO
Facultad de Ingeniería Ambiental y Recursos Naturales
OPERACIONES UNITARIAS II
Mg. NAPOLEÓN JÁUREGUI NONGRADOS
TEMA DE INVESTIGACIÓN
APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOSPROCESOS PETROLIFEROS
GRUPO No 6
INTEGRANTES:- CARRANZA TARAZONA, CHRISS KELLY- CASTILLO LIÑAN JOHN FELIX GUILLERMO- GRANDA ROMERO, FABIOLA ALEXANDRA- MOSTACERO PERALES, MIGUEL ANGEL
- CALDERON FIGUEROA, EDDER JESUS- BARRUETA ARIZABAL, MAJORIE- RAMOS HIDALGO, CESAR OCTAVIO- ORIHUELA CAGALAYA, MARANELLY- FUENTES POLAR, WILLIAM ARTURO- VARGAS BACA, JENRY
FECHA DE EXPOSICIÓN: 29 DICIEMBRE DEL 2010
BELLAVISTA – CALLAO2010
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OPERACIONES UNITARIAS II 2
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado al Mg. Napoleón
Jáuregui Nongrados profesor de la Facultad de Ingeniería
Ambiental y Recursos Naturales por incentivar y cultivar
en nosotros la investigación y formulación de una tesis, y
a los futuros estudiantes de ingeniería ambiental que
tengan el interés de adquirir conocimientos acerca de la
aplicación de la transferencia de calor en los procesos
petrolíferos.
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PRESENTACIÓN
Este trabajo es un aporte al conocimiento de las
diferentes aplicaciones que se le puede dar a la
transferencia de calor en los procesos petrolíferos.
El presente trabajo ha sido elaborado por un grupo de
alumnos interesados en aportar conocimientos para que
las personas estén al tanto acerca de este problema.
Este trabajo va dirigido a los diferentes sectores que
conforman nuestra sociedad y lleva en si la finalidad deinformar a las personas las diferentes formas de
transferencia de calor que se puede dar en una planta
petrolífera y sus aplicaciones.
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INDICE
INTRODUCCIÓN………………………………………………….. 6RESUMEN………………………………………………………….. 7
ABSTRACT……………………………………………………….. 8
CAPÍTULOGENERALIDADES……………………………………………….. 91.1 ANTECEDENTES………………………….…………….,….. 10
1.2 PROBLEMATICA…………………………………………… 131.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA……………………… 221.4 OBJETIVOS………………………………………………... 23
1.3.1 Objetivo general…………………………………. 231.3.2 Objetivos específicos………………………….. 23
1.5 HIPÓTESIS………………………………………………….. 231.6 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA………………………. 231.7 MARCO TEÓRICO………………………………………….. 24
1.7.1 Transferencia de calor…………………………. 241.7.2 Conducción……………………………………….. 251.7.3 Convección……………………………………….. 26
1.7.4 Radiación…………………………………………. 281.8 MARCO LEGAL………………………………………… 31
CAPÍTULO IIMETODOLOGÍA…………………………………………………… 332.1 MÉTODOS………………………………………………………... 342.1.2 MÉTODO DE LA OBSERVACIÓN…………………… 342.1.3 MÉTODO INDUCTIVO………………………………………….. 342.1.4 MÉTODO DEDUCTIVO……………………………… 342.1.5 MÉTODO ANALÍTICO………………………………… 352.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACION…………………………….. 35
2.2.1Encuesta…………………………………………………… 352.2.2 Diseño del cuestionario………………………… . 362.2.3 Función de las preguntas…………………….. 372.2.4 Objetivo…………………………………………… 372.2.5 Formulación de preguntas……………………. 372.2.6 Formato de Respuesta…………………………. 372.2.7 Trabajo de Campo……………………………… 37
2.3 ENCUESTA…………………………………………………. 38
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OPERACIONES UNITARIAS II 5
CAPÍTULO IIIINGENIERIA……………………………………………. 423.1 INTERCAMBIADORES DE CALOR SOLDADOS BLOCK…. 433.2 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACA Y SHELL….. 45 3.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR A PLACAS…….. 483.4 PROCESOS PETROQUÍMICOS………………… 533.5 CRACKING DEL PETRÓLEO………………………. 57
CAPÍTULO IVPROPUESTAS, RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES….. 60
4.1 PROPUESTAS……………………………………………………. 614.2 CONCLUSIONES…………………………………………........ 654.4 RECOMENDACIONES……………………………………… 694.5 FUENTES BIBLIOGRAFICAS……………………………….. 73
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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 aguaen 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 hidrocarburosy 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 manerapoder 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 depetróleo que ocasiona grandes impactos al ambiente.
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OPERACIONES UNITARIAS II 8
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 usup 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 IGENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
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OPERACIONES UNITARIAS II 10
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 delproceso 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; acontinuación 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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OPERACIONES UNITARIAS II 11
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 losproductos 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 ylas 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 lasbondades 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.
Obviamente, su aseveración fue un tanto exagerada, ya
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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 deperforación, 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 hoyosde 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.
1.2 PROBLEMÁTICA
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OPERACIONES UNITARIAS II 13
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 decaminos 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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OPERACIONES UNITARIAS II 14
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 losquímicos 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 lagoscon 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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OPERACIONES UNITARIAS II 15
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 carbonoy 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 enun 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
organismos mayores se alimentarán de ellos, de tal
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OPERACIONES UNITARIAS II 16
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 losbuques, 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, debidoa 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 losderrames 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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OPERACIONES UNITARIAS II 17
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 hidrocarburosal 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 ―gasolinerasflotantes‖ que actúan en Gibraltar.
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OPERACIONES UNITARIAS II 18
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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OPERACIONES UNITARIAS II 19
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 aparecenaves ―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
Figura Nº 4
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APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS PROCESOSPETROLÍFEROS
OPERACIONES UNITARIAS II 20
Figura Nº5
.
La falta de luz provocada por la película de fuel oil reduceel 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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OPERACIONES UNITARIAS II 21
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 generarefectos 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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OPERACIONES UNITARIAS II 22
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 losefectos 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 desarrollode 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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OPERACIONES UNITARIAS II 23
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 largodel 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
dentro del mismo proceso y minimización de uso de servicios
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OPERACIONES UNITARIAS II 24
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 oconducción. 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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OPERACIONES UNITARIAS II 25
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 transmitehasta 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 JosephFourier 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
velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el
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OPERACIONES UNITARIAS II 26
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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OPERACIONES UNITARIAS II 27
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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OPERACIONES UNITARIAS II 28
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 laconducción 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 radiaciónelectromagnética 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 elformalismo 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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OPERACIONES UNITARIAS II 29
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.
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiaciónincidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas
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OPERACIONES UNITARIAS II 30
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. Seobserva 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 queun 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, juntocon 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
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OPERACIONES UNITARIAS II 31
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 avelocidades 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 noresteLa 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.
a. El control de la descarga de contaminantes en la atmósfera.
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OPERACIONES UNITARIAS II 32
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
Transporte De Hidrocarburos‖
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OPERACIONES UNITARIAS II 33
CAPÍTULO II
METODOLOGÍA
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OPERACIONES UNITARIAS II 34
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/oletradas 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.
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OPERACIONES UNITARIAS II 35
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:
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OPERACIONES UNITARIAS II 36
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 10Fuentes Polar William 10
Granda Romero Fabiola 10
Mostacero Perales Miguel 10
Orihuela Cagalaya Marianelly 10
Ramos Hidalgo cesar 10
Vargas Baca Jenry 10
TOTAL 100Cuadro 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
situación psicológica, es decir, ser objetivo, y
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OPERACIONES UNITARIAS II 37
Facilitar el examen y la comparación de las
respuestas.
2.2.3 FUNCIÓN DE LAS PREGUNTAS
Trasladar los objetivos del estudio a un lenguaje
familiar para los entrevistados y
Ayudar a conseguir un alto nivel de motivación en el
entrevistado para que colabore.
2.2.4 OBJETIVO:
Clasificar la información
2.2.5 FORMULACIÓN DE PREGUNTAS:
Palabras sencillas, claras y de un solo significado
2.2.6 FORMATO DE RESPUESTA:
Cerrada
2.2.7 TRABAJO DE CAMPO:
Se realizo en el campus de la Universidad Nacional
Mayor de San Marcos, en un periodo de 5 días, logrando
llegar a la cantidad especificada en la muestra de
nuestra población, de 100 encuestas.
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OPERACIONES UNITARIAS II 38
2.3 ENCUESTA
1. ¿Conoce algún proceso de transferencia de calor que se
emplea en la industria petrolera?
2. ¿Qué procesos de transferencia de calor conoce usted?
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
Conducción
Convección
Radiación
Mecanismos
Simultaneos
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
1
Si (85%)
No(6%)
No sabe/ No
opina(9%)
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OPERACIONES UNITARIAS II 39
3. ¿Existe contaminación ambiental por este tipo de proceso?
4. ¿Califica que los procesos de transferencia de calor son
rentables para la industria y/o medio ambientes?
5. ¿Qué tipo de transferencia de calor cree usted que es el más
contaminante?
0.00%
10.00%20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
1
Si (60%)
No(35%)
No sabe/ Noopina(5%)
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
Conducción
Convección
Radiación
Mecanismos
Simultaneos
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
1
Si (76.%)
No(21.%)
No sabe/ No opina(3%)
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OPERACIONES UNITARIAS II 40
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%)
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OPERACIONES UNITARIAS II 41
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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OPERACIONES UNITARIAS II 42
CAPÍTULO IIIINGENIERIA
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OPERACIONES UNITARIAS II 43
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 superiore 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 lacompatibilidad 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 deaplicaciones 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.
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OPERACIONES UNITARIAS II 44
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 aguaproducida
Industria Farmacéutica
- Condensadores de sobrecarga, calentadores,
refrigeradores
Química / Petroquímica
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OPERACIONES UNITARIAS II 45
- 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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OPERACIONES UNITARIAS II 46
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 escompacto, con bajo peso proporciona una huella
extremadamente pequeña.
Imagen N° 10 Intercambiador de Calor de Placa y Shell
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OPERACIONES UNITARIAS II 47
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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OPERACIONES UNITARIAS II 48
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 diseñadaspara 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 transferenciade 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 barrasuperior 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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OPERACIONES UNITARIAS II 49
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 poratrás 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 susnecesidades 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 selogra a una velocidad relativamente baja de líquidos. Esto,
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OPERACIONES UNITARIAS II 50
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 esparticularmente 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 omás 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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OPERACIONES UNITARIAS II 51
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 decalor. Esto y menores necesidades de espacio, las tasas
de flujos reducidos, y las bombas más pequeñas
Imagen N° 12
Mantenimiento al Intercambiador de Calor a Placas
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OPERACIONES UNITARIAS II 52
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 yalimentación 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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OPERACIONES UNITARIAS II 53
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, laviscosa 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 cadenasproductivas 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.
Las principales cadenas petroquímicas son las del gasnatural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y
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OPERACIONES UNITARIAS II 54
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 etanorecuperado 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 procesode 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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OPERACIONES UNITARIAS II 55
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 laproducción 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 derefinerías, 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 derivadosdel 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,
llantas para toda clase de vehículos, juntas, sellos, etc.
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OPERACIONES UNITARIAS II 56
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 delresto 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 laproducción 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 deciclohexano 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.
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OPERACIONES UNITARIAS II 57
Cuadro No. 1 Procesos de la Industria del petróleo basados enla separación física de componentes aprovechando diversosprincipios como los siguientes:
Proceso Agente Ejemplos de aplicacionesDestilación Adición/remoción
de calorSeparación del petróleo crudo ensus destilados.
Absorción Solvente Eliminación de CO2 y H2Shidrocarburos líquidos y gaseosos.
Adsorción Absorbente Separación de parafinas normalese isoparafinas.
Cristalización Remoción decalor
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 decatalizador recirculado en plantasFCC.
Permeación Membranas Recuperación de hidrógeno decorrientes 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
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OPERACIONES UNITARIAS II 58
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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OPERACIONES UNITARIAS II 59
especie de arcilla que puede darse en forma de terrones,
píldoras, granos pequeños o como un polvo superfino y
cuya acción desintegradora sumada a la del calor y la
presión, favorece el fraccionamiento en componentes más
livianos y produce más y mejor compuesto como
resultado.
Una modalidad moderna de craqueo catalítico del
petróleo es el proceso fluido. Este utiliza un ―fluid cat
cracker‖, que es una máquina de, en algunos casos,
hasta sesenta metros de altura. A lo largo de kilómetrosde tuberías y reactores circulan a elevadas temperaturas
grandes cantidades de vapor, aire y catalizador
pulverizado. A determinada altura de la operación los
finísimos granos del catalizador se revisten del carbón
separado del petróleo, y dejan entonces de actuar
mediante la acción de un regenerador; sin embargo, se
quema y consume el carbón, el catalizador quedanuevamente en condiciones de funcionar seguidamente
una y otra vez.
En el proceso fluido el catalizador es tan fino que cuando
es agitado en mezcla con aire u otros gases, aumenta su
volumen y fluye como un líquido pudiendo así ser
controlado por válvulas. Este modo de trabajar con unasustancia sólida como si se tratara de un fluido ha
constituido un progreso de las labores de refinería.
El craqueo del petróleo permite obtener de un barril de
petróleo crudo una cantidad dos veces mayor que la
extraída por simple destilación. Actualmente es un
procedimiento fundamental para la producción de
gasolina de alto octanaje.
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OPERACIONES UNITARIAS II 60
CAPÍTULO IV
PROPUESTAS, RECOMENDACIONES Y
CONCLUSIONES
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OPERACIONES UNITARIAS II 61
4.1 PROPUESTAS
4.1.1 INTERCAMBIADORES DE CALOR ESPIRALES
Utilizan a los intercambiadores de calor espirales de Tranter HES
para una gran variedad de usos de la industria, especialmente
para las industrias de proceso. Como resultado de la flexibilidad
del diseño adaptado por encargo, pueden ser utilizados como los
calentadores, los refrigeradores, los interchangers, los
condensadores y evaporadores.
Figura No 14
Los intercambiadores de calor espirales se adaptan ideal para
manejar los líquidos "difíciles", tales como líquidos de los lodos,
de las mezclas, el heavyfouling, viscosos y/o partícula-cargados,
pero también donde los líquidos tienen que condensar o
evaporarse en las gotas de presión baja. Cada cambiador de calor
espiral es un producto por encargo y puede ser hecho de
cualquier material frío-realizable y soldable.
Capacidades espirales del cambiador de calor:
Espaciamientos de canal 5 milímetros 70 milímetros
Anchura del canal 50 milímetros 2000 milímetros
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OPERACIONES UNITARIAS II 62
Superficie por la unidad 0.1 m ² 800 m ²
Grueso de la bobina 2 milímetros 8 milímetros
Barra del vacío 60 de la presión del diseño
°C del °C 450 de la temperatura -100 del diseño
El concepto de un cambiador de calor espiral es tan simple como
es sofisticado. Dos o cuatro tiras de metal largas, sobre las cuales
el espaciador tachona se sueldan con autógena, se hieren
alrededor de una base, así creando dos o cuatro canales
equidistantes del solo-paso. La forma concéntrica de los fluir-
pasos y los pernos prisioneros crean turbulencia ya en losnúmeros de Reynolds bajos. Optimizando el traspaso térmico del
patrón de flujo es realzado, mientras que se reduce el ensuciar.
Esto da lugar a un acuerdo y a una construcción del ahorro de
espacio que se puedan integrar fácilmente en cualquier planta y
reduce costes de la instalación.
4.1.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TIPO CASCO YTUBOS
Figura No15
Los Intercambiadores de Calor están construidos por lo general
bajo las normas TEMA Y ASME VII en lo referido a condiciones
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OPERACIONES UNITARIAS II 63
mecánicas y se observan para sus soldaduras los dictados de
ASME IX o AWS.
Las características constructivas y materiales seleccionados
dependerán de las condiciones operativas y de los fluidos que
intervienen en el proceso.
Los tubos son mandrilados o soldados a las placas porta-tubos,
según los requerimientos, las placas pueden ser fijas o flotantes.
Los cabezales son desmontables y los haces tubulares pueden
ser fijos o extraíbles.
4.1.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR COMPACTOS
Figura No16
El calentamiento global es una preocupación principal hoy. Hay
una creciente preocupación en la industria para reducir tanto el
uso de energía como las emisiones de CO2 asociadas. Entre las
medidas a tomar en la industria podemos mencionar las acciones
que pueden llevarse a cabo para recuperar la energía del proceso
y mejorar de esta forma el uso eficiente de la energía. Esto nosólo reduce el coste del suministro de energía primaria y
disminuye las emisiones de CO2, sino que también proporciona
beneficios en términos de reducción del rechazo de calor, en el
equipo asociado y en los costes de operación. Al hacer tales
inversiones, también es importante maximizar el retorno financiero
y que no se pierdan las oportunidades existentes de ahorro
energético y reducción de emisiones. En este artículo
consideramos el uso de intercambiadores de calor compactos
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OPERACIONES UNITARIAS II 64
(CHEs) para mejorar la recuperación de calor, ya que estos
equipos a menudo alcanzan altos niveles de ahorro comparando
con los sistemas convencionales.
El tipo dominante de intercambio de calor en las plantas de
proceso hoy es el de tubo y carcasa. En muchos casos, es una
selección apropiada para el servicio requerido, pero en otras se
eligen simplemente por ―defecto‖, sin consideraciones
alternativas. Si el ingeniero se abre a tecnologías alternativas,
tales intercambiadores de calor compactos, muchas
especificaciones de intercambio de calor parecen diferentes.
Hay muchos tipos diferentes de intercambiadores de calor
compactos. El más común es el intercambiador de calor de placa
y carcasa encamisado. Todos los CHEs usan placas corrugadas
entre el medio de calentamiento y enfriamiento. El diseño
proporciona las ventajas de alta turbulencia, altos coeficientes de
transferencia de calor y resistencia de fouling altas. Loscoeficientes de transferencia de calor permiten áreas de
transferencia de calor más pequeñas en comparación.
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OPERACIONES UNITARIAS II 65
4.2 CONCLUSIONES
La destilación es un proceso fundamental en la industria de
refinación del petróleo, pues permite hacer una separación de
los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de
ebullición.
La destilación atmosférica y al vacío es el primer proceso que
aparece en una refinería.
El petróleo se separa en fracciones que después de
procesamiento adicional, darán origen a los productos
principales que se venden en el mercado: el gas LPG
(comúnmente utilizado en estufas domésticas), gasolina paralos automóviles, turbosina para los aviones jet, diesel para los
vehículos pesados y combustóleo para el calentamiento en
las operaciones industriales.
Existe una gran competencia entre las grandes potencias por
el dominio de los principales yacimientos petrolíferos, que
acuden a todos los medios, incluso a la fuerza, para
apoderarse de ellos, debido a la importancia que tiene elaceite mineral, tanto en tiempos de paz como de guerra, por
su uso en automóviles, camiones, aeroplanos, barcos y
tanques. Aparte de sus importantísimas aplicaciones como
combustible y lubricante, sirve para otros numerosísimos
usos.
El negocio del petróleo es un riesgo permanente para los
pozos y para los usuarios en materia de incendios yexplosiones. Es por ello que las empresas involucradas toman
las medidas necesarias para evitar cualquiera de estos
desastres.
Los vertidos accidentales causados por naufragios o roturas
de tuberías pueden causar mareas negras (apariciones de
manchas de petróleo en el mar), lo que afecta tanto a peces
como a aves, incluso al hombre.
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OPERACIONES UNITARIAS II 66
En las refinerías el petróleo está sometido a temperaturas y
presiones que lo pueden hacer explotar espontáneamente en
caso de fuga.
Los hidrocarburos son sustancias altamente inflamables, por
esto los incendios petrolíferos son muy difíciles de apagar y
exigen técnicas de sofocamiento especiales.
Debemos agradecer a la Química moderna, ya que los
productos extraídos del petróleo no terminan allí. En el
automóvil que nos lleva al trabajo, no sólo la nafta que
consume el motor es derivado del petróleo, también el caucho
sintético de los neumáticos, el material plástico del volante, eltablero, los tejidos de fibras artificiales que tapizan los
asientos y la pintura con la que tapamos el último choque.
Es difícil sospechar que el alcohol de la loción que refrescó el
cutis de un hombre después de afeitarse, el cepillo de dientes
y el jabón que uso para ducharse, los cosméticos que
completan la rutina de aseo de su esposa, el detergente que
usa en la cocina, el vinagre con que se enderezó la ensaladaque acompañaba la comida, los envases y vajillas plásticas
que conservan los alimentos que no se consumieron ese día;
el vasito plástico donde tomamos el café y el carrizo con el
que removemos el azúcar; en la bolsa donde botamos la
basura antes de salir y los zapatos de goma que nos
pondremos al llegar, todos ellos, provienen del petróleo.
Noche y día nos movemos en un mundo marcado por lahuella 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.
Si logramos imaginar cómo sería nuestra vida si no existieran
los fertilizantes, los detergentes, las inyectadoras, los envases
plásticos, las pinturas, los solventes, el nylon, las mangueras,
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OPERACIONES UNITARIAS II 67
y pare usted de contar, habremos entendido el significado y
valor de la industria petroquímica. Por muchos que sean los
metros que separan al petróleo bajo tierra de nuestra vista, su
presencia, procesada y transformada, nos acompaña en cada
día y espacio de nuestra vida, gracias a la petroquímica, por
cuya obra los hidrocarburos derivan en artículos tan útiles al
escolar como al astronauta, al ama de casa como al médico,
al constructor y al agricultor, a la industria y al comercio.
Quienes hacen la petroquímica redescubren día a día el
principio de transformación que por tanto tiempo afanó a los
alquimistas y constatan el aporte que la ciencia y el desarrolloindustrial dan a un mejor vivir. El petróleo forma parte de la
naturaleza que se ofrece al hombre para ser transformada en
su beneficio y la petroquímica es un gran invento del ser
humano, por el cual éste pone la naturaleza a su servicio. Un
invento que a cada paso marca una huella de bienestar y
progreso. Como la que hace 29 años dejó el primer hombre
en la Luna, con un zapato hecho con productos petroquímico. Cuando se tienen playas contaminadas por petróleo requieren
por lo menos un año para su recuperación, sólo cuando
tienen corrientes y olas fuertes, pero las playas que no tienen
estas características tardan varios años en recuperarse. Los
estuarios y marismas sufren el mayor daño y no pueden
limpiarse eficazmente.
Al estar en el mar la contaminación por crudo dañaría losanimales de superficie, en especial para las aves marinas,
pero también para los mamíferos y reptiles acuáticos. El
petróleo daña el plumaje de las aves marinas, que también
pueden ingerirlo al intentar limpiarse.
El comportamiento de un derrame de petróleo en el agua
dependerá de: el volumen derramado, las propiedades físicas
del hidrocarburo y de ciertos variables del entorno
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OPERACIONES UNITARIAS II 68
Unos de los factores más importantes que determinan
seriamente el impacto ambiental del derrame son: el volumen
y el tipo de petróleo derramado, el clima, las condiciones del
mar, la época del año y el cuerpo de agua donde esto ocurre.
Cuando se efectúan estas acciones de eliminación de la
fuente, se evita la pérdida del crudo y también se reducen los
daños que causan al medio ambiente, al destruir las fuentes
generadoras de vida, así como también a las distintos
especies que viven en las orillas de los cuerpos de agua.
La mejor manera de atacar el problema de contaminación por
petróleo es prevenir el incidente. La finalidad de estos planes de contingencia, es que tan
pronto como se produzca un suceso de derrame, se inicien
las operaciones anticontaminación con medios adecuados
para minimizar los daños.
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OPERACIONES UNITARIAS II 69
4.3 RECOMENDACIONES
Las compañías petroquímicas deben enfrentarse a varios temas:
Sales en la materia base (corrosión y problemas de
suciedad) y los compuestos aromáticos (fuente de
COV):
Las refinerías del petróleo no les gustan las sales en su materia
base puesto que éstas corroen y ensucian el equipamiento del
proceso. El primer paso de la refinación es la desalación donde
una colada de agua caliente extrae las sales. Si no es común
utilizar inhibidores antioxidantes o que eviten la corrosión en elcombustible. Si la materia base contiene productos aromáticos
con buenas solubilidades como el benceno o el tolueno entonces
algunos serán desalados en el efluente y este será la mayor
fuente compuestos orgánicos volátiles en el agua residual de una
refinería.
Compuestos aromáticos, orgánicos, aceites, grasaseliminados:
Un tratamiento directo de las aguas residuales es con el carbón
activado reduce el contenido de los compuestos aromáticos
debajo de los límites aceptables. Además, el carbón también
captura el aceite, la grasa y otros compuestos orgánicos. El
carbón activado también se utiliza para quitar los hidrocarburos
pesados del hidrógeno y de corrientes de gases ligeros en larefinería. (tratamiento del gas de la refinería). Otro uso del del
carbón activado es realzar el lodo activado de la refinería de
petróleo. Esto está determinado por la adición de CAA (carbón
activado accionado) en el lodo.
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OPERACIONES UNITARIAS II 70
Fenol y nitrógeno amoniacal eliminado con un
tratamiento biológico:
En orden de eliminar el Fenol y el nitrógeno la mejor solución es
usar un tratamiento biológico gracias al peróxido de hidrógeno por
ejemplo. Además usando un catalizador como el H2O2 es posible
eliminar COD, DBO5 y la toxicidad de las aguas residuales. Los
fenoles son transformados en compuesto menos biodegradables
los cuales pueden ser eliminados por subsecuente coagulación y
precipitación.
Los contaminantes orgánicos e inorgánicos de aguasresiduales de la refinería:
Un proceso para eliminar contaminantes orgánicos e inorgánicos
solubles e insolubles de aguas residuales de la refinería, el
empleo de corrientes la ultrafiltración y la ósmosis inversa es
proporcionada. Antes del paso de la ultra filtración, primero las
aguas residuales se pasan a través de un sistema que las
ablanda para quitar cationes metálicos bivalentes y trivalentesantes de ser pasado al paso de ósmosis inversa para evitar que
se ensucie.
Separación de la fase aceitosa del agua:
Uno de los mayores temas de la industria petroquímica es
también eliminar el aceite del agua después de los procesos o en
caso de escapes que pueden aparecer en la red de tuberías. Pararesolver el desafío usted puede utilizar nuestra tecnología de
separación por membranas. En el acontecimiento de la limpieza
alcalina de petroleros, los niveles de contaminación por
emulsionantes son extremadamente altos. La corrección del pH
es importante y puede ser necesario utilizar un coagulante mineral
por ejemplo.
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Lluvia de agua aceitosa:
La eliminación del aceite por la filtración o la flotación depende de
su solubilidad, del nivel de DBO5 y la concentración de fenoles. El
agua puede ser biológicamente purificada. Después que un
tratamiento terciario se puede realizar una transformación para
eliminar los SS y los fenoles residuales.
Agua del proceso:
Esta agua tiene un contenido salino y de emulsión muy alto y
puede contentar contaminación por S2-. Se puede causar una
oxidación catalítica preliminar antes de la eliminación porfloculación-flotación y purificación biológica.
Dos procesos se utilizan principalmente:
- purificación fisicoquímica
Esta técnica combina la filtración rápida del agua de lluvia
aceitosa y de la FAD , la cual trata efluentes del lavado del filtro y
agua emulsionada de la desalación y otros procesos.
- reciclajeSeparación de caudales del agua de lastre (salina pero baja en
DOB5) y reciclaje parcial, después de dos estados de purificación
biológica del proceso del agua y la lluvia aceitosa del agua (bajo
contenido salino) para la torre de refrigeración.
Refinerías de petróleo y metales pesados:
De toda la clase de agua tal como agua del proceso diversosmetales pesados deben ser quitados.
La tabla de abajo muestra que metales pesados están
principalmente presente:
Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn
++ ++ + ++ + ++.
Aumentar la proliferación de la Educación Informal Ambiental.
Mejorar los planes de contingencia existentes en la industria.
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OPERACIONES UNITARIAS II 72
Castigar drásticamente a los responsables de los derrames.
Aumentar las medidas preventivas para de una manera u otra
disminuir el riesgo de que ocurra un derrame.
Reducción de la generación y minimización de los impactos de
emisiones atmosféricas por el proceso.
Reducción al mínimo del consumo de agua y de la generación
de efluentes hídricos.
Tecnologías para la prevención y reducción al mínimo de
contaminantes en materias primas y corrientes internas de los
procesos.
Reducción al mínimo de residuos (reducción, reaprovechamientoy reciclaje - 3R).
Tecnologías nuevas o no convencionales para el tratamiento de
residuos y de áreas afectadas.
Evaluación, prevención de impactos y tratamiento de
ecosistemas de interés especial (Selvas, áreas inundadas,
manglares y áreas urbanas: subsuelo y aguas subterráneas).
Tecnologías sostenibles para la exploración y producción depetróleo y gas en áreas sensibles.
Es menester para las empresas del sector mejorar la eficiencia
de sus procesos productivos y certificar normas internacionales
de calidad, lo que a su vez también le otorgará mayores
oportunidades en caso de competir internacionalmente.
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OPERACIONES UNITARIAS II 73
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Book Company, Inc - Compañía Editorial Continental, S.A. de
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La refinación del petróleo crudo en panamá. Un Recurso
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Refinería Panamá, S. A. Colón, Panamá. 1992.
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http://www.pdvsa.com/pep/espanol/pep_tema_t3_es.html
http://www.pdvsa.com/pep/espanol/pep_tema_t8_es.html
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ANEXOS
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ANEXO 1
FORMATO DE ENCUESTA
1. ¿Conoce algún proceso de transferencia de calor que se
emplea en la industria petrolera?
a) Si
b) No
c) No sabe/ no opina.
2. ¿Qué procesos de transferencia de calor conoce usted?
a) Conducción
b) Convección
c) Radiación
d) Mecanismos Simultaneo
3. ¿Existe contaminación ambiental por este tipo de proceso?
a) Si
b) No
c) No sabe/ no opina.
4. ¿Califica que los procesos de transferencia de calor son
rentables para la industria y/o medio ambientes?
a) Si
b) No
c) No sabe/ no opina.
5. ¿Qué tipo de transferencia de calor cree usted que es el
más contaminante?
a) Conducción
b) Convección
c) Radiación
d) Mecanismos Simultaneo
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OPERACIONES UNITARIAS II 76
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?
a) Si
b) No
c) No sabe/ no opina.
7. ¿Considera que los organismos encargados en el control de
seguridad ambiental son suficientes?a) Si
b) No
c) No sabe/ no opina.
8. ¿Conoce algún método o avance tecnológico eficiente para
reemplazar los procesos de transferencia de calor?
a) Sib) No
c) No sabe/ no opina.