TESIS DE GRADO INTEGRANTES: GALO GUEVARA JAVIER MORENO PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL BASADO EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL TESIS DE GRADO INTEGRANTES: GALO GUEVARA JAVIER MORENO PRESENTACIÓN

PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL BASADO EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL Proponer una solución al grave problema de las emisiones contaminantes mediante biocombustibles PROPUESTA TECNICA

PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL BASADO EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL Analizar los instrumentos de medición para las variables a controlar en el proceso y proponer un sistema para la automatización PROPUESTA TECNICA

PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL BASADO EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL Desarrollar el estudio técnico de una planta de Biodiesel con el fin de reducir las emisiones contaminantes. PROPUESTA TECNICA

PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL BASADO EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL AGENDA Biodiesel: Generalidades Proceso de Obtención de Biodiesel Equipos de Instrumentación Propuesta de automatización de la planta AGENDA

BIODIESEL: GENERALIDADES ¿Qué es el Biodiesel? ES UN COMBUSTIBLE PRODUCIDO A PARTIR DE MATERIAS PRIMAS RENOVABLES COMO ACEITES VEGETALES. TIENE UTILIZACIÓN COMPROBADA COMO SUSTITUTO DEL DIESEL EN TODO TIPO DE MOTORES QUE OPERAN EN ESA MODALIDAD. BIODIESEL: GENERALIDADES Aceite de Palma Aceite de Colza Aceite de Soja Aceite de Girasol

Producción Mundial de Aceite de palma (miles de ton) PAIS 2004 2009 p Indonesia 12.380 20.500 Malasia 13.974 17.800 Tailandia 735 1.240 Nigeria 790 860 Colombia 630 840 Ecuador 279 440 Nueva Guinea 345 452 Costa de Marfil 270 325 Otros 1.582 2.413 TOTAL 30.985 44.870 85% 44% 41% ACEITE DE PALMA 2 % 1 % FUENTE: OIL WORLD, FEDEPALMA FEDAPAL, 7

Producción Aceite de Palma en Ecuador Fuente: FEDAPAL

Exportaciones Aceite de Palma en Ecuador (TM) Fuente: FEDAPAL

PLAN A NIVEL NACIONAL ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DE DIESEL A NIVEL NACIONAL (TODOS LOS SECTORES) 24’854.000 BLS/AÑO Para una formulación de un diesel B5 (5% de biodiesel), se requeriría aproximadamente: 3.405 BLS de biodiesel/día 1’242.700 BLS biodiesel/año 6,21 BLS = 1 ton Aceite Crudo Palma: $720/TM BIODIESEL: PLAN NACIONAL Aprox: 200.000 TM aceite de palma Fuente: FEDAPAL

BIODIESEL: UTILIZACIÓN Utilización del Biodiesel SE UTILIZA NORMALMENTE COMO COMPONENTE EN MEZCLAS: B 5 : Colombia, Brasil B 20 : Perú, Argentina, USA, Francia B 30 : España B 100: Alemania y Austria BIODIESEL: UTILIZACIÓN

BIODIESEL: PRODUCCIÓN Producción de Biodiesel en MLts/año BIODIESEL: PRODUCCIÓN

Panorama del Mercado de Biodiesel Evolución del precio del biodiesel (dólares/tonelada) BIODIESEL: MERCADO PUNTO DE EQUILIBRIO

El Ciclo del Biodiesel BIODIESEL: CICLO

Diagrama de Flujo del proceso Catalizador (Hidróxido de Sodio) Recepción de materia prima Alcohol Metílico Aceites vegetales (Palma cruda) Preparación del Metóxido de Sodio Calentamiento y Filtrado del aceite DIAGRAMA DE FLUJO Transesterificación (Metilester, Glicerina Alcohol Metílico Y catalizador (Fase liviana) Biodiesel (Fase pesada) Glicerina + Alcohol Acido Mineral (Cítrico) Neutralización Proceso de Decantación (Separación de Fases) Tratamiento de Glicerina Secado y Filtración Biodiesel Puro Glicerina

Diagrama Esquemático del proceso

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL Tanques Filtro Gamma Tanque Evaporador de Biodiesel Tanques Almacenamiento Materia Prima Tanques de Almacenamiento Biodiesel Filtros Prensa Tanques Decantadores Tanques de Metanol Visita Técnica “La Fabril”

Etapa 201: Proceso de recepción y filtrado de aceite de palma cruda 30% -> MR (40-45)ºC

Etapa 202: Proceso de calentamiento de la palma cruda Set Point (65)ºC

Etapa 203: Proceso de transesterificación Reactor de Metóxido de Sodio ETAPA 203 5 min -> MR Catalizador: 21% + Metanol: 79% 1H – 30min (Reacción) 1 hora Metóxido de Sodio: 11% + Aceite de Palma: 89% (55-60)ºC

Etapa 204: Proceso de Decantación 3 Horas

Etapa 205: Proceso de extracción de Metanol Estándares > 90% Pureza  Tanques de Metanol Puro Estándares < 90% Pureza  Proceso de purificación

Etapa 206: Proceso de secado de biodiesel Proceso de recuperación de agua Acido Cítrico 50 ºC 105 ºC ETAPA 206

Etapa 207: Proceso de filtrado y recepción de biodiesel Tierras Blancas “Magnesol” ETAPA 207

Etapa 208: Proceso de pesaje de biodiesel seco final y almacenamiento.

Aspectos Técnicos VENTAJAS: ● Biodegradable ● Mayor lubricidad que el Diesel ● Mayor punto de ignición (150ºC) ● Sin diferencias en torque, potencia y consumo de los motores ● Limpia el sistema de combustible. ● No es tóxico (Manejo es más seguro) ● Índice de cetano promedio de 55 BIODIESEL: VENTAJAS

Aspectos Técnicos DESVENTAJAS: ● Destrucción de selva virgen en las regiones tropicales ● Grandes extensiones de campos de cultivo para producir la materia prima (Costo Ambiental) ● Incremento del precio de los alimentos BIODIESEL: DESVENTAJAS

Aspectos Técnicos DESVENTAJAS: • A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse (obstrucciones en los conductos). • Es incompatible con algunos materiales ya que en estado puro (Puede dañar el caucho y algunas pinturas). • Su utilización produce la pérdida de potencia del vehículo BIODIESEL: VENTAJAS

Generalidades para selección Selección de equipos de instrumentación y automatización

Generalidades para selección Selección de equipos de instrumentación y automatización Generalidades para selección Analisis de fallas Medicion Proceso Envia datos Diagnostico Simulacion

Generalidades para selección Selección de equipos de instrumentación y automatización DS III ZD Z Compact MPS P300 Generalidades para selección Cualidad tecnica Precio

Generalidades para selección Selección de equipos de instrumentación y automatización Generalidades para selección Cualidad Técnica DS III P300 MS ZD MSP Z Precisión

Material Diagnosticos Facil uso Medición Precisión Robusto Selección de equipos de instrumentación y automatización Otras caracteristicas que se deben considerar Generalidades para selección Material Instalación Diagnosticos Facil uso Medición Precisión Robusto

Instrumentación por área NIVEL-RADAR Etapa 201 TEMPERATURA-PT100 ACTUADORES

NIVEL POR RADAR Sitrans LG200 Guided Radar / TDR Sitrans LR 300 4 wire Pulse Radar Sitrans LR 400 4 wire FMCW Radar

Sensor de nivel de tipo continuo Medición del nivel de líquido en todo el tiempo de proceso. No permite interferencia por cuerpos extraños al medio en que se encuentra la medición (polvo, gases, agitadores). Utiliza el tiempo de recorrido del impulso (emisión/recepción) para calcular la distancia y el nivel. NIVEL POR RADAR

Sensor de nivel de tipo continuo Pulso del radar en el proceso SITRANS LR 200 Con antena NIVEL POR RADAR Frequencia 5.8 GHz (6.3 - USA) Rango 20m D = V x T / 2 D = Distancia V = Velocidad T = Tiempo Propagación de Velocidad 300,000,000 m/s

Instrumentación por área NIVEL-PUNTUAL TEMPERATURA-PT100 Etapa 202 ACTUADORES CELDAS DE CARGA

Sensor de nivel de tipo puntual Rango de Capacitancia 5 MHz 1 MHz Air Pasta de tomate umbral SENSOR CAPACITIVO NIVEL PUNTUAL Xc = 1 2p. f.”C”

Recomendaciones Importantes ● Montar el instrumento lejos de la corriente de llenado del producto o emplear una protección adecuada. ● Prestar atención a las zonas de acumulación de producto y no montar el instrumento a proximidad. ● Mantener una distancia mínima de 50mm. Entre la sonda y la pared del depósito. NIVEL PUNTUAL

Instrumentación por área TEMPERATURA-PT100 Etapa 203 NIVEL-RADAR ACTUADORES

Sensor de temperatura TEMPERATURA

Instrumentación por área CELDAS DE CARGA Etapa 204 NIVEL-RADAR

Sensores de peso Celdas BB hasta 350kg Celdas SB hasta 5t Celdas RN hasta 60t Celdas CC hasta 100t Celdas K hasta 280t

Montaje del sensor de peso

Instrumentación por área ACTUADORES NIVEL-PUNTUAL Etapa 205 TEMPERATURA-PT100 NIVEL-RADAR

Sensor de nivel de tipo puntual 4 – 20mA ON/OFF d capacida dielectrica = NIVEL PUNTUAL INTERFASE D

Sitrans LC 500 Capacitance Interface NIVEL PUNTUAL INTERFASE

Tanques de decantacion Separador frio Ingreso gas arena agua Glycol Regenerador Petroleo crudo Tanques de decantacion Separador frio NIVEL PUNTUAL INTERFASE

Instrumentación por área Proceso de recuperación de agua TEMPERATURA-PT100 NIVEL-PUNTUAL ACTUADORES Etapa 206 PRESION

Actuadores Control Setpoint Air Retro-alimentación SIPART PS2 Actuador neumatico Control Retro-alimentación Setpoint Air stem ACTUADORES Sello Valvula SIPART PS2

Instrumentación por área NIVEL - PUNTUAL Etapa 207 PRESIÓN

Instrumentación por área NIVEL - PUNTUAL Etapa 208 CELDAS DE CARGA

Equipos para automatización CPU 226 EM 222 PLC y modulos Alimentación 110 - 220Volt. 24DI/16DO 2 puertos de comunicación Alimentación 24 Vdc. 8DO relé 2A EM 235 – EM 232 SIWAREX Alimentación 24Vdc. 4AI/1AO Alimentación 24Vdc. 4AI

Visualización – Software - Licencias Software para control S7-200 LOGO! S7-400 S7-300

LICENCIAS para control Software de ayuda desarrollo del programa LICENCIAS para control WINCC FLEXIBLE ADVANCED WINCC FLEXIBLE RUMTIME STEP 7 MICRO/WIN

AUTOMATIZACION Automatización

Arquitectura de comunicacion Red PPI con HMI Hasta 32 Maestros Esclavos Arquitectura de comunicacion NETR - NETW

Arquitectura de control Automatización Conector Profibus Arquitectura de control Cable Profibus 50m hasta 1000m Módulos de comunicación Módulos de ampliación

Visualización Recepción materia prima Visualización Etapa 201

Visualización Calentamiento - pesaje Visualización Etapa 202

Visualización Reacción Visualización Etapa 203

Visualización Decantación Visualización Etapa 204

Visualización Evaporador de alcohol Visualización Etapa 205

Visualización Evaporador de agua Visualización Etapa 206

Visualización Filtrado Visualización Etapa 207

Visualización Pesaje y almacenamiento Visualización Etapa 208

Pantallas panel Operador Visualización Pantallas panel Operador

Pantallas panel Operador Visualización Pantallas panel Operador

Pantallas panel Operador Visualización Pantallas panel Operador

Producción de Biodiesel Tiempos de ejecución por cada 37 TM. Recepción y calentamiento: 3h: 10m Reacción: 1h: 45m Decantación: 10h: 48m Recepción biodiesel húmedo y Extracción alcohol: 8h: 40m Extracción agua: 8h: 38m Recepción biodiesel seco, Pesaje y almacenamiento: 7h: 08m Total: 40h: 15m Materia Prima + Metanol + Catalizador  Biodiesel + Glicerina (37 TM)+ (2,92 TM) + (0,78 TM)  (36,42 TM) + (3,8 TM) Producción/Año: 18´037.250 Litros. Producción Estimada

Construcción Planta de Biodiesel

Planta de Biodiesel Ubicación

Planta de Biodiesel Distribución

Planta de Biodiesel Instalación física

Análisis Económico Costo de Capital

Análisis Económico Costo de Capital Equipo de proceso abarca el 37.93% del costo de capital. Edificio de procesos abarca el 62.07% del costo de capital. Costo de capital

Análisis Económico Gastos de Fabricación

COSTOS TÍPICOS EN PLANTAS Costos Tipicos en las instalaciones de Biodiesel COSTOS TÍPICOS EN PLANTAS

Análisis Económico Costo de capital: $135,534.88 Gastos de fabricación Costo de capital: $135,534.88 Gastos de fabricación: $1´668,059.02 (anual) Retorno de inversión : 21 meses.

Conclusiones y Recomendaciones

Conclusiones y Recomendaciones Es importante escoger la tecnología de medición (marca y procedencia de los equipos) para la instrumentación del proceso. Se ha considerado trabajar con equipos Siemens (facilidad y gran cantidad de información que tenemos disponible) para la selección de los equipo de control.

Conclusiones y Recomendaciones La planta de proceso se debe diseñar como área de ambiente peligroso, con áreas de riesgos interiores y adyacentes al edificio de proceso, como se definen en la norma NFPA-497 y las respectivas normas de seguridad. En el análisis económico realizado será posible si se establecen leyes que garanticen el retorno del capital en 2 años, y con el tiempo convierta en un producto de consumo masivo.

Gracias por Su Atención