VISITA TECNICA A LA EMPRESA LINDE, PLANTA ENVASADORA DE GASESINFORME DE VISITA

Huancayo, junio de 2014

INTRODUCCIONEl da 29 de mayo del 2014, los alumnos del IX semestre de la facultad de Ingeniera Qumica del Gas Natural y Energa, perteneciente a la Universidad Nacional del Centro del Per realizaron una visita tcnica a la empresa linde, la cual es una empresa que ofrece productos que cubren un amplio rango de aplicaciones en la industria de los gases. Linde Gas se estableci en Per desde el 24 de Marzo de 1953, y desde ese entonces brinda soluciones en las que la satisfaccin y orientacin al cliente, y el mejoramiento continuo son su principal objetivo.El fin de dicha visita tcnica tiene como objeto de adquirir conocimiento del funcionamiento de una planta envasadora de gases.

1. ASPECTOS GENERALES

1.1. OBJETIVORealizar una visita tcnica con el propsito de adquirir conocimiento de las operaciones que conlleva una planta envasadora de gases.

1.2. LOCALIZACIONEn la figura 1, se representa la localizacin de la planta envasadora.

Linde gas SAC

Figura 1. Ubicacin de la planta de Linde

Figura 2. Empresa envasadora de gas Linde en Huancayo

La planta envasadora de gas de Linde se encuentra ubicada en el distrito del Tambo, entre la Av. Manchego Muoz y Av. Trujillo, frente al parque infantil.

1.3. PRODUCCION DE OXIGENO Y NITROGENO PROCESO LINDEEl aire es una materia prima abundante que se obtiene sin coste alguno. Su composicin en un 99% es oxgeno ms nitrgeno mientras que el 1% restante est constituido por diferentes gases nobles donde destaca el argon. De todos modos, segn la temperatura y la posicin pueden aparecer trazas de otros compuestos como pueden ser el CO2o el agua. Aparte de estos compuestos tambin es posible la presencia de diversos compuestos contaminantes de orgenes diversos.Tanto el nitrgeno como el oxgeno son gases que tienen importantes aplicaciones a nivel industrial y aqu se recogen algunas de ellas:NITROGENO Produccin de amonaco Como refrigerante en estado lquido Creacin de atmsferas inertesOXIGENO Industria metalrgica (sopletes, produccin de acero) Industria qumica (reacciones oxidativas) Oxgeno clnicoLa tcnica ms utilizada para separar ambos compuestos es la destilacin, teniendo en cuenta que la diferencia en la temperatura de ebullicin es considerable (12C) y que no se crean azetropos. De todos modos, existen otros procesos alternativos donde destacan por ejemplo los procesos de adsorcin (Pressure Swing Adsortion).La destilacin es un proceso basado en la transferencia de masa entre dos fases y para ello es necesario licuar parcialmente el aire. El proceso para licuar el aire consta de tres etapas: compresin, intercambio de calor y expansin. Para analizar este proceso se utiliza en el diagrama de Haus o diagrama T-S:

Si se comprime el aire y acto seguido este se expande se consigue un enfriamiento que en condiciones ptimas da lugar a un aire parcialmente licuado. La expansin puede ser de dos tipos: isoentlpica o isoentrpica.Expansin isoentlpica. Se obtiene cuando el aire pasa por una angostura o estrechez (tal como una vlvula). El enfriamiento se lleva a cabo gracias a la energa interna de las molculas (basado en el principio Joule-Thomson).Expansin isoentrpica. Se obtiene a partir de un trabajo externo en un sistema mbolo-cilindro. Este tipo de expansin, desde el punto de vista termodinmico est mucho ms favorecido pero tiene varios inconvenientes:1. Debido a complicaciones mecnicas el proceso no es ideal por lo que el efecto frigorfico es menor.2. A temperaturas tan bajas la lubricacin del recipiente para la expansin es complicadaPor estas y otras razones se utiliza una expansin isoentlpica si bien es cierto que en ocasiones se pueden combinar ambas: la expansin isoentrpica a temperaturas altas (para refrigerar) y una posterior expansin isoentlpica (para licuar el aire).A tenor de las dos formas para licuar el aire se configuran dos ciclos: Ciclo de Linde(expansin isoentlpica) Ciclo de Claude(expansin isoentrpica)

CICLO DE LINDELas etapas de las que consta este ciclo seran las siguientes: compresin, intercambio de calor y expansin isoentlpica.Tomando como punto de partida el punto 1, el aire se comprime hasta altas presiones (del punto 1 al 2). La compresin es isotrmica.El aire comprimido se enfra (hasta el punto 3) en un intercambiador de calor.Usando una vlvula se da una expansin isoentlpica hasta llegar al punto 4 (obteniendo una mezcla lquido-vapor).El lquido obtenido es el producto deseado mientras que el vapor obtenido se utilizara para enfriar el aire comprimido.El vapor tras pasar por el intercambiador se emite a la atmsfera.CICLO DE CLAUDEEste ciclo difiere del anterior solo a la hora de darse la expansin ya que el resto de etapas son iguales.Como se puede ver la nica energa que necesita el proceso es la que hay que suministrar a los compresores. Del mismo modo para aumentar la eficacia energtica se pueden realizar dos cambios significantes: Un pre enfriado Un ciclo con doble expansinAparte de la expansin, que ha sido descrita con ms o menos detalle anteriormente hay otras tres etapas importantes que se analizarn a continuacin: compresin, intercambio de calor y destilacin.COMPRESIONLa mayor parte de la energa necesaria para llevar a cabo el proceso se da en esta etapa. El rendimiento est favorecido en rgimen isotermo y es por ello que se utilizan compresores multifsicos con refrigeracin intermedia para de este modo mantener el aire lo ms cerca posible de la temperatura ambiente.Para obtener presiones altas se utilizan compresores del tipo mbolo-cilindro mientras que para presiones bajas se usan turbocompresores.INTERCAMBIO DE CALOREsta etapa es indispensable para poder licuar el aire en condiciones ptimas. El enfriamiento del aire comprimido al darse en temperaturas muy bajas puede haber problemas en el caso de que haya impurezas (tales como CO2o agua) en el aire ya que se solidificarn durante el proceso.El CO2antiguamente se eliminaba utilizando sosa pero hoy en da hay mtodos ms sofisticados como puede ser el uso de slidos adsorbentes para retirarlo.Los intercambiadores de antao eran del tipo carcasa-tubo y aparte de suponer una construccin cara, tenan una prdida de carga importante lo que acarreaba un consumo de energa importante.A mediados del pasado siglo empezaron a utilizarse otro tipo de cambiadores, denominados cambiadores Frankl. Estos cambiadores disponen de dos cilindros en los cuales se introduce una cinta de aluminio recogida y arrugada (para aumentar la superficie de contacto).

Al introducir el aire caliente este se enfra quedndose sobre el intercambiador las impurezas slidas y el calor liberado acumulado en las cintas de aluminio. Al introducir el aire frio (normalmente oxgeno o nitrgeno) las impurezas se disuelven en l, y esto hace que el producto se contamine. Las prdidas de producto por esta razn pueden llegar a ser de hasta un 50%.DESTILACIONEl punto de ebullicin del nitrgeno es de 78 K y el del oxgeno de 90 K, por lo que existe una diferencia de 12 C entre los puntos de ebullicin.1. Destilacin en una sola columna

En el condensador no se puede generar un reflujo por lo que no se puede enriquecer el compuesto ligero (en este caso el nitrgeno). En este caso, el objetivo de esta columna podra ser obtener simplemente oxgeno puro ya que por la cabeza no se llega a producir un nitrgeno de gran pureza.La alternativa a este proceso sera utilizar dos columnas una superpuesta sobre la otra: 2. Destilacin en dos columnas

En este caso se coloca una columna encima de la otra, en donde la columna de abajo trabaja a una presin superior (en torno a 5 atmosferas). El aire alimentado a esta columna est fro, para ello utilizando el lquido que se encuentra en la parte inferior de la columna (que hierve). El aire se expande a posteriori y se introduce a la columna.En ese momento el vapor asciende por la columna enriquecindose en nitrgeno mientras que el lquido se va enriqueciendo en oxgeno. El vapor en la cabeza de la columna es prcticamente nitrgeno pero para obtener nitrgeno puro hace falta un reflujo. El nitrgeno en cabeza se encuentra a 94 K mientras que el lquido en la cola del destilador superior se encuentra a 90 K. De este modo se realiza un intercambio entre ambas fases para dar lugar a nitrgeno lquido, que se podr utilizar como reflujo.El rendimiento del proceso y la pureza de los productos varan segn el intercambiador, el nmero de platos o las condiciones de trabajo.PRODUCTOSEl nitrgeno, para todas sus aplicaciones, necesita una gran pureza. Es comn que el nitrgeno obtenido se utilice en instalaciones industriales adyacentes ya que su transporte supone un coste muy alto.La pureza que se le exige al oxgeno puede variar segn el campo en el que se va aplicar. Para la soldadura, por ejemplo, se necesitan purezas superiores a un 99% mientras que para varios procesos qumicos se necesita una pureza entre 90-95%.El argon, por otro lado, tiene una temperatura de ebullicin intermedia entre la del oxgeno y el nitrgeno (85.7 K) por lo que aparecer de en ambos productos. Para separarlo se necesitaran procesos qumicos auxiliares.El helio o el neon, con una temperatura de ebullicin de 4 y 27 K respectivamente, se obtienen junto con el nitrgeno. El xenon en cambio es ms pesado que el oxgeno por lo que se obtiene con este ltimo. Estos compuestos para obtenerlos por separado necesitaran de procesos de rectificacin.INSTALACIONES INDUSTRIALESLa destilacin del aire se basa en las 4 etapas mencionadas. Estas se combinan con el objetivo de minimizar el consumo energtico (que llega a ser el 50% del coste total). Un ejemplo de una planta sera la siguiente:

En este caso, como se puede ver, el aire una vez filtrado se comprime y se divide en dos corrientes:1. La que pasa por los regenadores de Frnkl (95%)2. La que se vuelve a comprimir a una presin mayorLa corriente que pasa por el regenerador se divide en otras dos corrientes: por un lado estara la alimentacin a la columna (75%) y por el otro, el 25% restante que se utilizar como refrigerante.La corriente que pasa por el segundo compresor debe ser purificada y para ello se utilizan dos columnas: la columna de secado y la columna para retirar el CO2En el caso de utilizar el sistema planteado de Claude el esquema de la instalacin sera de la siguiente forma:

1.4. DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUALDurante la visita se realiz un recorrido a lo largo de las instalaciones de dicha planta, y se constat que solo realizan la operacin de envasado del gas oxgeno.AREA DE RECEPCION DEL GAS OXIGENO: Es el rea en el cual se encuentra el tanque de almacenamiento con capacidad para 20 000 kg de O2, la compresora, y el refrigerante (gas N2). Es en esta zona que hacen su descarga los camiones cisterna. Luego desde este tanque se realizara el posterior envasado hacia los balones.

En esta zona se encuentra un baln amarillo contenido de 8 m3 de gas nitrgeno, que servir de refrigerante, siempre en cuando se active mediante la vlvula neumtica. Pasar por un serpentn hecho de cobre, refrigerando el gas O2. Cada baln de 8 m3 de nitrgeno servir para la operacin de llenado de 60 000 kg cada uno, es decir 3 tanques completos de 20 000 kg. En el tablero de control tambin se pudo apreciar un controlador de presin, el cual controla la capacidad de llenado. La empresa linde en Huancayo envasa balones de 10 m3 a una presin de 200-220 bar. Cuando la presin alcanza los 220 bar, se activa el apagado automtico.

AREA DE ENVASADOEn esta rea se realizara la operacin de llenado de los balones de 8 m3 y 10 m3 con una presin de 200 bar dentro del baln. La lnea de llenado tiene capacidad para 22 balones, es decir cuenta con 22 conectores de llenado (chicotes). El tiempo de llenado de toda una lnea es aproximadamente 50-60 minutos.AREA DE RECEPCION DE BALONESEn esta rea se almacenan los balones, llenos y vacos. Se procede a su respectivo control, el baln podran presentar limaduras, hendiduras, ralladuras profundas, etc. emplear otra vez un baln con algn desperfecto podra ocasionar explosin. Los balones o cilindros se hacen de una sola pieza, el material es una aleacin de acero que contiene cromo y molibdeno.

Despus de recepcionar los balones, es necesario hacer la prueba hidrosttica. La prueba consiste en bombear agua dentro del baln vaco haciendo que la presin aumente 1.3 veces ms que la presin mxima de trabajo, para comprobar que se dilatara con cambios de presin.Otra operacin que se realiza en esta rea es el etiquetado, y se clasifican por colores:

2. CONCLUSION

La empresa linde actualmente solo envasa gas oxgeno, la planta data desde el ao 1950, y en sus inicios se envasaba acetileno (baln rojo) y CO2, que por motivos de seguridad no continuo con dicha operacin. El primer nombre que tuvo la planta fue qumica del centro, la empresa de gases AGA compra la planta, hoy en da forma parte de la empresa alemana transnacional Linde SAC desde el ao 2010.

Es necesario siempre, cuando se recepciona un baln hacerle el control respectivo. Revisar el color, su estado fsico, y la fecha de la ltima prueba hidrosttica realizada (o si no se encuentra la fecha el collarn que lo identifique). Las pruebas hidrostticas deben realizarse cada 5 aos. Esto debido a que cualquier dao que debilite algn punto del baln har que esa rea no tenga la misma resistencia que el resto de la superficie del baln. La duracin del baln depender de la actividad a la cual est destinado (minera, domestico, hospitales, soldadura, piscigranjas, etc.)