MONOGRAFIA ESTUDIO DE SISTEMA DE TRASIEGO DE PRODUCTOS QUIMICOS LIQUIDOS PARA LIPESA COLOMBIA S.A.
PRESENTADO POR: DIEGO ANDRES CASTAÑEDA WILMAR ALBERTO MARTINEZ
DIRECTOR ING. FABIO ROA
FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA
BOGOTA COLOMBIA FEBRERO DE 2014
Nota de aceptaci贸n. ____________________ ____________________ ____________________ ____________________ ____________________
Presidente del Jurado ________________
Jurado _________________
Jurado _________________
__________________________________________________________________
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Contenido Lista de ilustraciones .................................................................................................................... 4 1.
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................. 5
2.
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 6 2.1 Objetivos específicos ......................................................................................................... 6
3.
INTRODUCCION ...................................................................................................................... 7
4.
JUSTIFICACION ...................................................................................................................... 8
5.
ANTECEDENTES .................................................................................................................. 10
6. DESCRIPCION DE LA EMPRESA LIPESA COLOMBIA S.A Y RIESGOS ASOCIADOS A LOS QUIMICOS QUE MANEJAN. ................................................................ 12
7.
6.1.
Quien es Lipesa Colombia S.A. ................................................................................ 12
6.2.
Riesgos asociados al manejo de químicos líquidos en la empresa............... 12
6.2.1.
Guía para manejo seguro y gestión ambiental de sustancias químicas ... 13
6.2.2.
Productos peligrosos manejados en la empresa ............................................ 15
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................................... 17
8. ALTERNATIVAS EXISTENTES DE TRASIEGO Y PESAJE DE PRODUCTOS QUÍMICOS (LÍQUIDOS). .............................................................................................................. 20 8.1.
Tipos de succión ......................................................................................................... 21 Succión positiva: ...................................................................................................... 21
8.1.1.
8.1.2 Succión negativa: ........................................................................................................... 21 8.2.
Sistemas manuales ...................................................................................................... 22
8.3.
Trasiego por bomba vertical de tubo o caña ........................................................ 22
8.4.
Bomba de doble diafragma neumática ................................................................... 25
8.5.
Elementos de pesaje ................................................................................................... 27 Sensores de presión................................................................................................ 27
8.5.1.
9.
8.5.1.1.
Galgas extensiométricas .................................................................................... 27
8.5.1.2.
Celdas de carga .................................................................................................... 28
8.5.1.2.1.
Celdas de carga de botella ............................................................................ 28
8.5.1.2.2.
Celdas de viga. .................................................................................................. 28
SISTEMAS DE CONTROL ................................................................................................... 30 9.1.
Electroválvulas neumáticas reguladoras de presión ......................................... 30
9.2.
Tipos de control on/off................................................................................................ 30
9.3.
Sistema de control PID ............................................................................................... 30
9.4.
Supervisión y control mediante software .............................................................. 31 3
10. PROPUESTA PARA LA OPTIMIZACION DEL PROCESO DE TRASIEGO DE PRODUCTOS QUIMICOS EN LIPESA COLOMBIA S.A ....................................................... 32 10.1.
Parámetros a considerar. ....................................................................................... 32
10.1.1.
Caudal y presión ................................................................................................... 33
10.1.2.
Temperatura........................................................................................................... 34
10.2.
Elección del tipo de sistema ................................................................................. 34
10.2.1.
Bombas neumáticas ............................................................................................ 34
10.2.2.
Materiales en suspensión .................................................................................. 34
10.2.3.
Material bomba...................................................................................................... 35
10.2.4.
Dimensión de la bomba ...................................................................................... 35
10.2.5.
Medición de cantidad de materia prima adicionada al reactor. ....................... 36
10.2.6.
Sistema de control ............................................................................................... 36
11.
CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 37
Bibliografía ..................................................................................................................................... 38
Lista de ilustraciones Ilustración 1 procesamiento de químicos, tomado de (ministerio del medio ambiente)(p.25) ....................................................................................................... 14 Ilustración 2 Planta de producción Lipesa Colombia S.A ........................................ 17 Ilustración 3 Reactor (planta de producción Lipesa Colombia S.A) ......................... 18 Ilustración 4 Proceso de mezcla .............................................................................. 19 Ilustración 5 (UNICAUCA, pág. 2) ........................................................................... 21 Ilustración 6 (UNICAUCA, pág. 2) ........................................................................... 21 Ilustración 7 (MARZO PUMPS) ............................................................................... 24 Ilustración 8 Partes bomba neumática doble diafragma (AGUAMARKET) ............. 25 Ilustración 9 Celda de carga tipo viga (RICE LAKE WEIGHING SYSTEM, pág. 1) 29 Ilustración 10 MEZZANINE ..................................................................................... 33 Ilustración 11 Grafica elección caudal bomba. (YAMADA PUMPS) ........................ 35 Ilustración 12 Diagrama de control .......................................................................... 36
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1. AGRADECIMIENTOS
A los docentes del programa por su apoyo y asistencia a través del proyecto, por su paciencia, guía y colaboración. A todos nuestros compañeros de pregrado que en muchos momentos ayudaron a resolver problemas, por su amistad y apoyo. A nuestras familias que fueron de gran ayuda con su acompañamiento incondicional, sus buenos consejos
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2. OBJETIVO GENERAL Realizar un estudio de un sistema de trasiego de productos químicos para la planta de producción de la empresa Lipesa Colombia S.A
2.1 Objetivos específicos - Describir los diferentes métodos de trasiego o vaciado de tambores existentes en la industria. -Describir los diferentes tipos de sensores para la medición de la cantidad de materia prima depositada en el reactor (pesaje). -Analizar el mejor sistema de trasiego y control para ser aplicado en la planta de producción de químicos de Lipesa Colombia S.A.
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3. INTRODUCCION En la industria colombiana hay diversidad de procesos industriales que son realizados de forma muy manual, en la actualidad hay diferentes desarrollos tecnológicos que nos ayudan a optimizar procesos, reducir riesgos y tener una mejor calidad en la producción. Ya que con prácticas manuales se puede llegar a poner en peligro la integridad de quienes intervienen en el mismo, adicional a esto la realización de procesos de forma manual condiciona que la precisión y exactitud de un ciclo a otro varié en algunos casos de forma significativa. Teniendo en cuenta el caso particular de la empresa Lipesa S.A. en el proceso de producción de mezclas, encontramos un problema en la dosificación de materia prima (variedad de químicos en estado líquido) ya que el proceso es realizado de forma 100% manual y de una manera completamente rustica, ocasionando así posibles derrames y poniendo en peligro de diferentes formas la integridad de quienes intervienen a lo largo del proceso, por ejemplo posibles accidentes por aplastamiento ya que el operario tiene que manipular tambores de 220kg, teniendo posible contacto físico con químicos corrosivos y nocivos para la salud, accidentes causados por derrames de materia prima durante el proceso de trasvase de tambores al reactor. Hoy en día hay diversidad de tecnologías de fácil acceso que pueden ayudar al desarrollo de este problema que garantice la repetitividad y precisión en el proceso de dosificación y medición de la materia prima agregada al reactor (pesaje), adicional a esto la automatización de este proceso ayudara a reducir la cantidad de accidentes de una forma significativa, sin contar con el rendimiento de la materia prima y con esto aumentar las ganancias de la empresa Lipesa Colombia S.A. En la presente monografía encontraremos posibles soluciones al problema presentado en el proceso de fabricación y pesaje de soluciones químicas.
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4. JUSTIFICACION La manipulación de sustancias peligrosas como lo son químicos industriales requiere cuidados y procedimientos bien definidos para tener una buena salud ocupacional, por eso la importancia y necesidad de implementar la automatización a estos procesos ya que con ello se reduce al máximo el contacto directo de las personas, minimizando
pérdidas económicas
y mejorando la calidad en los
procesos. A modo de ejemplo, en el 2013 se presentaron 5 accidentes de trabajo ocasionados por salpicaduras de ácidos cuando se estaba realizado el vaciado de los tambores, y adicionalmente se tuvieron pérdidas de 2350 kg por derrames de materia prima. Los residuos generados en estos procesos se disponen para la entrega a un contratista para que este sea quien de la disposición final a estos residuos con lo cual generan gastos que pueden mitigarse con la implementación de un mejor procedimiento. En el 2013 se hizo un estudio interno de las pérdidas económicas causadas por los derrames de productos químicos al momento de ser depositados en el reactor. En la tabla 1 se observan los resultados obtenidos Tabla 1 Estudio interno derrames
Valor promedio 1 Cantidad kg kg Total Materia prima en derrames
2350
$15.250 $35.837.500
El estudio arrojo una pérdida de 2350 kg con un valor promedio de $15.250 por kg para un total de $35.837.500. La planta Lipesa Colombia S.A de producción de químicos, en su proceso de fabricación utiliza como materia prima productos químicos para mezclarlos entre sí en diferente proporción (solución)
de acuerdo a la solicitud del cliente. Los
métodos utilizados actualmente en este proceso pueden susceptibles de mejorar 8
ya que en la actualidad se realizan manualmente, con una mejor alternativa para realizar este proceso la empresa progresara en tĂŠrminos de calidad, salud ocupacional y cuidado del medio ambiente.
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5. ANTECEDENTES El trasiego de líquidos se ha realizado durante muchos años de diferentes formas, en un principio el método más utilizado era por vertimiento gracias a la gravedad, con el pasar del tiempo se han venido implementando diferentes tipos de trasiego pasando por bombas manuales, bombas mecánicas con motor eléctrico y bombas neumáticas. “La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III adc, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII adc. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo”.(AVDIAZ, pág. 1) Estas bombas son de gran ayuda para manejar fluidos que sean de fácil manipulación o que estén almacenados en un tanque de gran tamaño, pero al momento de manejar recipientes más pequeños, o al encontrar en la industria gran variedad de presentaciones en cuanto a los recipientes contenedores de materia prima, las grandes industrias de producción de químicos industriales optan por implementar complejos sistemas de trasiego, haciendo procesos accionados por
medio eléctrico, mecánico, hidráulico o neumático, a su vez todo el
mecanismo será controlado por un operario encargado de dirigir el dispositivo encargado del trasiego. Un ejemplo de trasiego de tambores encontrados en la industria es por medio de estructuras metálicas, en ella se asegura el tambor, colocando una válvula previamente en la boca de salida del tambor, el operario da vuelta a la estructura colocándola horizontalmente y se dispone dar apertura a la válvula para realizar el vaciado del mismo, otra forma con la cual se logra manipular los tambores es por medio de sistemas de elevación, estos son elementos que se encuentran sujetos y ubicados en la parte superior de la planta de producción, son por ejemplo, diferenciales, grúas, polipastos, puente grúa, que cuentan con desplazamiento vertical, horizontal y lateral. 10
Estos elementos cuentan con accesorios para asegurar el tambor de tal forma que se pueda girar y trasladar dentro de la planta de producción. (PORTAL DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL) De la misma manera el proceso de trasiego involucra la actividad de pesaje ya que es necesario conocer la cantidad de líquido que ha sido trasvasado y una de las formas más fáciles para llegar a este dato es por medio del peso del liquido Una de las primeras formas con las cuales se podría llegar a estimar el peso aproximado de determinado material era por medio de las balanzas como eran. “- Balanza dos platillos, con un peso que puede correr por uno de los brazos, de un platillo, pendiendo del brazo de palanca un peso móvil. - Balanza Ganchos, sin platillos, que se conoce con el nombre de romana. En Roma se popularizó esta balanza. Sus dos brazos tienen distinta longitud y el objeto que se quiere pesar se cuelga del más corto. A lo largo del brazo largo se desliza un peso o pilón, hasta que los brazos quedan en equilibrio. Las marcas situadas en el brazo del pilón indican el peso del objeto. Al utilizar el principio de la palanca, tiene la ventaja que el pilón puede ser de mucho menor masa que el objeto a medir. -Balanza para líquidos a modo de cacerola de mango prolongado que hace las veces de brazo de romana.”(CEIBAL) “La balanza (del latín: bis, dos, lanx, plato) es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas. Al igual que una romana, o una báscula, es un instrumento de medición que permite medir la masa de un objeto”.(CEIBAL) .Con el pasar del tiempo los métodos con los cuales se calcula el peso se fueron perfeccionando gracias a los desarrollos tecnológicos, pasando por basculas mecánicas hasta llegar a las basculas electrónicas y a los sensores de carga y/o de presión con los cuales podemos determinar el peso de determinado material por medio de una señal eléctrica que posteriormente se presentan en el desarrollo del trabajo y así determinar el peso con gran exactitud. 11
6. DESCRIPCION DE LA EMPRESA LIPESA COLOMBIA S.A Y RIESGOS ASOCIADOS A LOS QUIMICOS QUE MANEJAN. 6.1.
Quien es Lipesa Colombia S.A.
“LIPESA, es una empresa fabricante de diferentes especialidades químicas, con operaciones desde 1980. Se especializa en la formulación, desarrollo, fabricación y ventas de productos químicos. La misión de la empresa es desarrollar, fabricar y comercializar soluciones químicas para satisfacer las necesidades de sus clientes del sector Petrolero, tratamiento de aguas, pulpa y papel, azúcar y siderúrgicas a través de una organización sana e inteligente. Bajo la filosofía de "Crecimiento con Bienestar" ser un modelo en Soluciones Químicas Productivas”.(LIPESA COLOMBIA S.A) Los principales clientes son: Ecopetrol, Familia, Manuelita, Acerías paz del rio, Gerford.
6.2.
Riesgos asociados al manejo de químicos líquidos en la empresa.
El ministerio salud y protección social propone las normas NTC OHSAS 18001, NTC OHSAS 18002, NTC OHSAS 18011 para la implementación de un sistema gestión enfocado a la salud laboral, en este caso estas normas darán las directrices para el desarrollo de un adecuado para el manejo de las sustancias químicas
peligrosas
manejadas
en
la
planta
de
Lipesa
Colombia
S.A.(MINISTERIO DE SALUD Y PROTECCION SOCIAL) Las normas OHSAS 18000 son sistemas de gestión internacionales para la salud y la seguridad ocupacional.(OHSAS 18001 HEALTH & SAFETY SATANDARD, 2014)
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6.2.1. Guía para manejo seguro y gestión ambiental de sustancias químicas El ministerio de medio ambiente propone como norma guía para el cuidado del medio ambiente la norma ISO 14000 donde establece procedimientos de control de los procesos para minimizar los impactos al medio ambiente y aquellos de preparación ante emergencias, se crean o se fortalecen los sistemas de gestión con la ejecución de los programas de gestión ambiental. Es necesario que estos procedimientos incluyan condiciones específicas de operación que cubran situaciones que pudieran conducir a desviaciones de la política o los objetivos ambientales y que estas condiciones sean monitoreadas permanentemente. Es conveniente que las actividades de mantenimiento tengan en cuenta
estos
procedimientos.(MINISTERIO DE PROTECCION SOCIAL)
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En la ilustración 1 tomada del ministerio de medio ambiente se describen los factores a tener en cuenta de acuerdo con la etapa de producción en una planta donde se manejen sustancias químicas en general.
Ilustración 1 procesamiento de químicos, tomado de (ministerio del medio ambiente)(p.25)
En la guía propuesta por el medio ambiente señala que “La gran mayoría de los residuos y de las emisiones despedidas por una empresa fabricadora de sustancias químicas se pueden evitar llevando un control estricto de cada uno de sus procesos”. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE). “Las operaciones mal desarrollada, los equipos y artefactos defectuosos o en mal estado como bombas, tuberías, tanques mal sellados o incluso malos procedimientos de manejo, pueden provocar que la cantidad de sustancias inmersas en el aire aumente, aumentando así el riesgo para el personal en el área de trabajo”. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE).
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“Por esta razón, el primer mecanismo recomendado de control de emisiones consiste en la implementación de equipos adecuados. Está implementación debe ir acompañado de un replanteamiento de la forma cómo se realizan los procesos y operaciones para generar propuestas de minimización del contacto de las sustancias contaminantes con la atmósfera de la instalación”.(MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE).
6.2.2. Productos peligrosos manejados en la empresa La empresa Lipesa Colombia S.A, en sus procesos utiliza entre otros los siguientes
químicos,
a
continuación
se
presentan
las
recomendaciones
ambientales de acuerdo a su hoja de seguridad: -Acetona: evitar que el producto penetre en cauces de agua y en el sistema de alcantarillado. -Ácido clorhídrico: evitar la generación de vapores y su emisión al ambiente. -Ácido nítrico: Evitar contacto el suelo, aguas y desagües. -Ácido sulfúrico:La sustancia es nociva para los organismos acuáticos. -Benceno: “El Benceno se puede transferir al aire desde del agua y el suelo. Una vez en el aire, el Benceno reacciona con otros químicos y se descompone dentro de unos pocos días. En el aire se puede fijar a la lluvia o nieve y volver al suelo por deposición húmeda”.(MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, pág. 138) -Cloro: puede generar reacciones químicas en las que intervienen el hipoclorito de Sodio y agentes oxidantes fuertes. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, pág. 152). -Cloro benceno: produce toxicidad en los animales y plantas. -Dicromato de sodio: Muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático 15
-Etilendiamina: Cuando se elimina en el suelo, este material puede filtrarse en las aguas subterráneas. -Fenol: El Fenol no permanece ni en el aire, ni en el suelo o el agua superficial, ya que reacciona foto químicamente en el aire y en el agua superficial, y es biodegradado aeróbica y anaeróbicamente tanto en el agua como en el suelo.(MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, pág. 232). -Formaldehido:Evitar que el líquido derramado entre en el alcantarillado y espacios cerrados.
Estos químicos tienen en características en común, tales como que son inflamables, corrosivas, producen daños a la salud al ser inaladas o al tener contacto con la piel de quienes las manipulan, también pueden causar daños al medio ambiente.
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7. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA En la planta Lipesa Colombia S.A de producción de químicos, en el proceso de fabricación, muchas de las materias primas que se utilizan para realizar soluciones tienen diferentes presentaciones, lo cual implica tener una manipulación directa con las mismas. La ilustración 2 muestra la planta de producción de la empresa.
Ilustración Figure 1 Planta 2 Planta de producción de producción Lipesa Colombia S.A
El operario recibe una orden de producción donde se relaciona una cantidad de materias primas que se van a requerir para la fabricación, el procede al alistamiento de los componentes y se dispone a iniciar el proceso.
Esto puede llegar a ocasionar derrames de los mismos, generando así la perdida de materia prima o accidentes al operario que los manipula, ya que tiene que manipular un tambor de 220 kg colocándola sobre una estiba, levantar la estiba con un monta carga en una base, luego empujar la base hasta el reactor y por ultimo abrir el tambor para vaciarla por completo dentro del reactor.
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En la ilustración 3 se evidencia como se está realizando el procedimiento actualmente, se puede observar como los tambores se encuentran de forma horizontal sobre las estibas junto al reactor.
Ilustración 3 Reactor (planta de producción Lipesa Colombia S.A)
Esta actividad implica esfuerzo físico y riesgo químico a los operarios que tienen contacto directo con el tambor, otro problema es que al vaciar el tambor, el operario es quien tiene que estar pendiente del indicador de peso en la base del reactor, este procedimiento lo tiene que realizar para cada una de las mezclas.
De acuerdo a lo anterior se determinó el problema que motivó la realización de este documento y la cual se expresa así:
Cuáles son los métodos utilizados en la industria química para el trasiego de líquidos y a partir de este conocimiento, cual método puede recomendarse para su utilización en la empresa Lipesa Colombia S.A.
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En las siguientes fotografías (Ilustración 4) se evidencia como es el proceso de trasiego de químicos a los reactores durante su producción de soluciones químicas.
Ilustración 4 Proceso de mezcla
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8. ALTERNATIVAS EXISTENTES DE TRASIEGO Y PESAJE DE PRODUCTOS QUÍMICOS (LÍQUIDOS). El manejo y trasiego de sustancias químicas es un tema el cual tiene un procedimiento especifico de acuerdo a la ubicación geográfica, a la historia la empresa, al capital de la misma, al interés por la implementación de nuevos procesos y nuevas tecnologías, la gran mayoría de químicos en estado líquido son almacenados en tambores para facilitar su uso y comercialización. Por ello es necesario un mecanismo el cual me permita realizar el vaciado de estos de una forma rápida, segura y eficiente. A continuación encontraremos algunas alternativas y procesos para realizar el vaciado de estos -Tipos de succión -Sistemas Manuales -Trasiego por bomba vertical de tubo o caña -Bomba de doble diafragma neumática
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8.1.
Tipos de succión
8.1.1. Succión positiva: En la ilustración 5 se evidencia como los depósitos de líquido están por encima del nivel de la bomba logrando así que el fluido llegue por gravedad hacia ella.
Ilustración 5(UNICAUCA,
pág. 2)
8.1.2 Succión negativa: En la ilustración 6 se puede observar como el fluido está por debajo del nivel de la bomba lo que requiere que la bomba tenga que hacer un esfuerzo para lograr succionarlo.
Ilustración 6(UNICAUCA,
pág. 2)
21
8.2.
Sistemas manuales
En los sistemas manuales se utiliza la propiedad física de la gravedad, consiste en ubicar el recipiente a una mayor altura con respecto al punto donde se quiere hacer el trasiego, la viscosidad del producto determinara la velocidad con la cual se realice el vaciado.
8.3.
Trasiego por bomba vertical de tubo o caña
Esta es la bomba más utilizada en procesos de vaciado de tambores, bidones, garrafas etc. Según el fabricante de bombas Marzo Pumps describe la bomba de trasiego vertical así. “Las
bombas de trasiego vertical son centrífugas autocebantes livianas y
portátiles, no tienen sello mecánico ni empaquetaduras por lo tanto no tienen pérdidas, lo que las hacen seguras para el manejo de líquidos peligrosos. Diseñadas para el vaciado y dosificado de productos desde tambores, contenedores, bidones, pailas, bateas, no requieren mantenimiento y pueden ser operadas por una sola persona. Disponen de un variador electrónico de velocidad y caudal regulable. Las accionadas por motor neumático también son aptas para regular su caudal mediante la variación del flujo de aire comprimido”(MARZO PUMPS)
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También muestra ejemplos de líquidos compatibles con estas bombas:
-Ácido clorhídrico -Solución de hidróxido de sodio -Ácido sulfúrico, ácido fórmico -Clorato de amonio -Reveladores fotográficos -Solución de hidróxido de potasio -Líquidos de fijación de baños -Ácido acético -Ácido nítrico -Ácido fluorhídrico -Blanqueadores -Ácido fosfórico -Ácidos de frutas -Aguas -Ácido láctico -Ácido bórico -Acido crómico -Soluciones jabonosas “También se pueden bombear solventes aromáticos, no aromáticos, acetonas, cetonas, etc.
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En la ilustracion 7 se evidencia cual es la forma de instalacion en un tambor de 220kg
Ilustraci贸n 7(MARZO PUMPS)
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8.4.
Bomba de doble diafragma neumática
Según el fabricante de bombas Aguamarket define este tipo de bombas así “Las bombas de doble diafragma están constituidas por un motor neumático coaxial colocado centralmente. En su eje están fijadas las membranas de nueva generación. En las dos extremidades los dos cuerpos bomba alojan las válvulas de bola y las relativas sedes de retención del conducto de aspiración y descarga producto”.(AGUAMARKET) En la ilustración se 8 nombran las partes internas de una bomba neumáticas de doble diafragma.
Ilustración 8 Partes bomba neumática doble diafragma (AGUAMARKET)
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En la tabla 1 se encuentran las ventajas y desventajas de las dos tipo de bombas, además su valor comercial. Tabla 2 Comparación bombas
TIPO
BOMBA VERTICAL DE TUBO O CAÑA
VENTAJAS DESVENTAJAS Fáciles de transportar por su Su manipulación debe tamaño y peso. ser cuidadosa porque el motor Se encuentra en la parte superior del tambor. Se puede reemplazar el motor eléctrico por un motor neumático para el manejo de sustancias inflamables.
valor Con motor eléctrico: $ 3'100.000
Con el uso se pueden presentar daños en el tubo, la mayoría de bombas presentan Con motor calentamiento en el NEUMATICO: acople mecánico entre $ 4'500.000 el motor y el tubo lo cual genera desgaste reduciendo la vida útil.
En caso de ser usadas para el vaciado de tambores se adapta un tubo para introducirlo en el la boca del tambor
Las fugas en la succión de la bomba generan perdida de eficiencia, ya que la bomba estaría succionando aire en vez De acuerdo a de líquido. su tamaño que va desde BOMBA NEUMATICA Siendo su fuente de energía Es necesario realizar un 1/4 " a 3" el aire comprimido son lavado después de ($800.000ideales para el bombeo trabajar con cualquier $5'000.0000) fluidos inflamables. sustancia, para alargar la vida útil y reducir costos de mantenimiento.
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8.5.
Elementos de pesaje
Cuando se busca un sensor para pesar, siempre se asocia con un elemento que recibe un esfuerzo o una deformación y de acuerdo a esto se adaptan principios físicos para lograr convertir esto a una señal que para este caso sería eléctrica, a continuación se encontrara una descripción de los elementos más utilizados en la industria para realizar pesaje. Enfocándose en sensores que se adapten a tanques o reactores.
8.5.1. Sensores de presión
Hoy en día gracias a los avances tecnológicos existen distintos tipos de sensores, tales como: -Galgas extensiométricas -Celdas de carga
8.5.1.1. Galgas extensiométricas En el libro instrumentación industrial de Antonio Creus las describen así, “Los elementos de galgas extensiométricas se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que ene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión”. (CREUS, pág. 98) “Existen dos tipos de galgas extensiométricas, galgas cementadas, formadas por varios bucles de hilo muy no que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico, y galgas sin cementar, donde los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.”(CREUS, pág. 98) 27
También define unas características como lo son: - Pequeño tamaño y construcción robusta -Variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas. - Son capaces de dar respuestas en frecuencias de hasta un millón de ciclos por segundo.
8.5.1.2. Celdas de carga Son elementos que basan su funcionamiento interno en galgas extenciometricas, están construidas de diferentes formas y tamaños, son muy utilizadas en plataformas donde se necesite medir dinámicamente el peso.
8.5.1.2.1.
Celdas de carga de botella
Según el libro de (RICE LAKE WEIGHING SYSTEM, pág. 1) describe la celda de botella como “el diseño más temprano de celda de carga. Para proteger las galgas extensiométricas, la botella es sellada herméticamente o solidada. Las celdas de botella están hechas de un acero de alta aleación y tienen un acabado de epoxi o están hechas de acero inoxidable. Sus rangos de clasificación de excitación van de 10VCC hasta 20VCA/CC”.
8.5.1.2.2.
Celdas de viga.
Según el libro de (RICE LAKE WEIGHING SYSTEM, pág. 1) describe que la celda de viga al corte “está diseñada para básculas de bajo perfil y aplicaciones de procesamiento. La cavidad de la galga extensiométrica de la celda viga al corte contiene un diafragma delgado de metal sobre el cual las galgas extensiométricas están montadas. Capacidades típicas de vigas al corte van de 1.000lbs hasta 20.000lbs, aunque algunos fabricantes ofrecen vigas al corte de hasta 28
40.000lbs.Un termino de la viga al corte tiene los huecos de montaje, mientras que el termino opuesto es donde se carga a la celda” En la ilustración 9 se observa una celda de carga tipo viga , la cual cuenta con pernos de fijación, la ubicación de las galgas estenciometricas y la carga aplicada.
Ilustración 9 Celda de carga tipo viga(RICE LAKE WEIGHING SYSTEM, pág. 1)
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9. SISTEMAS DE CONTROL
9.1.
Electroválvulas neumáticas reguladoras de presión
Las electroválvulas reguladoras generan una presión de acuerdo a un campo magnético que se crea internamente, estas se controlan mediante una corriente de excitación que es directamente proporcional a la presión entregada a la salida.
9.2.
Tipos de control on/off
Es también llamado control todo o nada, consiste en activar o desactivar, una salida dependiendo de la señal entregada por el sensor.
9.3.
Sistema de control PID
Según el libro de (J.ASTROM, pág. 67) un control PID es “ el algoritmo de control más común. La mayoría de los lazos de realimentación se controlan mediante este algoritmo u otro con pequeñas variaciones. Se implementa de muchas formas diferentes, como un controlador único o como parte de un paquete DDC (Control Digital Directo) o un sistema de control de procesos distribuido jerárquico Muchos miles de ingenieros de instrumentación y control en todo el mundo están usando tales controladores en su trabajo diario. El algoritmo PID se puede contemplar desde muchas direcciones diferentes. Se puede ver como un dispositivo que puede operarse con unas pocas reglas heurísticas, pero que también puede estudiarse analíticamente”.
Utilizando este tipo de control podríamos llegar a hacer una automatización muy completa del sistema de trasiego del proceso de llenado de los reactores con la 30
materia prima, ya que podríamos controlar la velocidad del motor neumático de la bomba (encargada de transportar el fluido) de forma automática y así controlar de forma proporcional el caudal saliente de la bomba para así llegar al peso preestablecido por el operario antes de iniciar el proceso. Con un sistema automático de este tipo se aumentara de forma significativa la repetitividad y la precisión del proceso.
9.4.
Supervisión y control mediante software
La Empresa National Instruments de los Estados Unidos de Norteamérica, ha desarrollado el software de instrumentación virtual LabVIEW, el mismo que se ejecuta en plataforma de Windows, tiene una gran versatilidad por estar diseñado mediante programación gráfica. Son instrumentos virtuales (VIs), ya que su apariencia y funcionamiento imitan los de un instrumento real, los mismos que tienen tres partes principales: el panel frontal, el diagrama de bloques y el icono/conector. (ESTRELLA)
Con el software LABVIEW se puede llevar la señal de control de la válvula y la cantidad de peso de cada reactor a un entorno grafico en el cual pueda tener una visualización remota en tiempo real del proceso. Esto nos servirá para crear rutinas y almacenar registros.
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10.
PROPUESTA PARA LA OPTIMIZACION DEL PROCESO DE TRASIEGO DE PRODUCTOS QUIMICOS EN LIPESA COLOMBIA S.A
Teniendo en cuenta los principios misionales de la universidad, este trabajo se enfoca en reducir la contaminación del medio ambiente minimizando al máximo los vertimientos y desperdicios aplicando herramientas industriales innovadoras. La propuesta consiste automatizar el proceso de trasiego de los tambores, para esto se propone un sistema
de bombeo, control y visualización, que se
desarrollaran en el punto 10.2. De acuerdo a un set point dado por el operario en el sistema de visualización, el sistema de control comparará la señal proveniente del sensor de peso, con el valor programado previamente en el set point, de acuerdo a esta diferencia el controlador accionara una electroválvula reguladora de presión que será la que me determine la velocidad y el caudal de la bomba, con esto se asegurara un llenado rápido del reactor y una efectiva medición de la cantidad de materia prima adicionada, al llegar al valor de peso previamente programado el sistema de bombeo se detendrá.
10.1. Parámetros a considerar. En el mercado existen diferentes tipos de alternativas para el bombeo de sustancias químicas, pero en este caso el sistema tiene que cumplir con los siguientes requisitos. a) Debe ser un sistema donde no se utilice la energía eléctrica ya que como se manejan químicos inflamables, si se utilizan motores eléctricos para las bombas pueden llegar a generar chispas que a su vez significaría un riesgo.
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b) El sistema debe tener la posibilidad de realizar lavados de la tubería ya que como son varios productos estos pueden llegar a reaccionar internamente o generar desgastes en los accesorios.
En la ilustración 10 podemos observar que la planta de producción cuenta con tres reactores de 5 metros cúbicos, los cuales se encuentran en un mezzanine, donde se adicionan la materia prima y se descargan las soluciones procesadas por la parte inferior.
Ilustración 10 MEZZANINE
10.1.1.
Caudal y presión
Durante el trasegado de los tambores al reactor en el proceso de producción de soluciones químicas de la planta Lipesa Colombia S.A. se ha estimado un tiempo promedio vaciado por caneca de dos minutos. Esto condiciona que si un tambor contiene alrededor de 50 galones, el caudal de la bomba que se requiere es de 25 gls/min teniendo en cuenta una densidad promedio de 1000 kg/m3. La presión del sistema de bombeo no se tiene en cuenta debido a que la salida del mismo se encuentra a presión atmosférica. 33
10.1.2.
Temperatura
Estos productos al ser dosificados se encuentran a temperatura ambiente es decir entre 18 y 20 grados Celsius, teniendo esto la temperatura no influye en la elección del tipo de sistema.
10.2. Elección del tipo de sistema Como se tiene la limitante de que no se deben utilizar elementos eléctricos como motores, instalaciones, eléctricas, tableros de control
para el trasiego de los
productos químicos inflamables, la mejor opción es optar por un sistema neumático, debido a que la planta de Lipesa Colombia S.A. Posee un compresor de 40 HP que suministra un rango de presión (125-175psi) con un caudal de aire de (195-162cfm), y su red neumática se encuentra en óptimas condiciones.
10.2.1.
Bombas neumáticas
Como se describe en el punto 8.4 para este caso la bomba neumática de doble diafragma es la mejor opción debido que al ser autocebante generan vacío con el desplazamiento de los diafragmas y los sellos de las válvulas. Estas pueden trabajar en seco, el fluido se transporta a través
de la bomba sin generar
turbulencias reduciendo así la probabilidad de producir espumas.
10.2.2.
Materiales en suspensión
Para evitar que a la bomba lleguen solidos se recomienda instalar un filtro en acero inoxidable 304 en la succión de la bomba.
34
10.2.3.
Material bomba
Es recomendable que la bomba sea en un material resistente a la
corrosión
generada por los químicos, por tal motivo es necesario que la bomba este fabricada en polipropileno con empaquetaduras en teflón, con esto se garantizara la adecuada compatibilidad con la mayoría de químicos manejados.
10.2.4.
Dimensión de la bomba
De acuerdo a la gráfica de caudal versus altura dada por el fabricante de bombas Yamada obtiene la demanda de aire requerida por la bomba que cumple con esta necesitad en particular.
Ilustración 11 Grafica elección caudal bomba.(YAMADA PUMPS)
Teniendo en cuenta que nuestro sistema necesita un caudal de 25 galones por minuto como mínimo, a una al tura de 10 metros se obtiene que la presión 35
necesaria para hacer funcionar la bomba es de 30 psi con un caudal de aire de 25 scfm.
10.2.5.
Medición de cantidad de materia prima adicionada al reactor.
Como se describe en el punto 8.5.1.2 el funcionamiento de las celdas de carga, se concluye que la forma más sencilla y precisa para determinar el volumen de cada químico adicionado al reactor es por medio del peso del mismo. Teniendo en cuenta que la empresa cuenta con celdas de carga tipo viga instaladas en las bases de los reactores, se utilizara la señal de salida del transductor para un posterior control.
10.2.6.
Sistema de control
En la ilustración 12 se plantea el diagrama de un posible sistema de control PID (como se describe en el punto 9.3) donde tenemos un set point dado por el operario al iniciar el proceso introduciendo el peso requerido de determinado producto, de acuerdo a la diferencia llamada error arrojada por el comparador el controlador PID enviara una señal para que el error después de un tiempo se aproxime a cero.
Set poi nt
PID
Planta (Bomba)
Sensor (Celda de carga) Ilustración 12 Diagrama de control
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11.
-
CONCLUSIONES
Con la implementación del proceso propuesto el número de accidentes ocurridos en la planta de producción se verán reducidos significativamente.
-
Es importante tener en cuenta al momento de realizar el diseño de un proceso de producción las normas ambientales y de salud ocupacional con las cuales el proyecto pueda verse afectado. Así como también las mejoras que puede tener la planta a corto y largo plazo para no tener que incurrir en futuros gastos innecesarios tanto en infraestructura como en equipos.
-
Las bombas de succión negativa tienen que realizar un esfuerzo mayor para lograr el movimiento del fluido por lo tanto pierde eficiencia con las fugas que puedan tener los ductos.
-
Con un sistema de bombeo con bomba neumática de doble diafragma se reduce la emisión de gases, vapores y olores al ambiente. Además los productos que tienen la propiedad de evaporación tendrían menor probabilidad de hacerlo.
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La empresa Lipesa Colombia S.A tiene que invertir en líneas de tubería o manguera para fluidos químicos la cual tenga un ciclo de lavado para evitar el desgaste de los accesorios.
-
Si se programa la producción de acuerdo a la compatibilidad de los productos, el sistema no tendría la necesidad de realizar ciclos de lavado frecuentes lo que reduciría los tiempos de producción incurriendo en una reducción de gastos.
-
Es importante realizar calibración de los sensores ya que con el tiempo y el trabajo tienden a desajustarse generando errores en la medición. 37
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