TESIS DE GRADO INTEGRANTES: GALO GUEVARA JAVIER MORENO

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 Producción Aceite de Palma en Ecuador
Fuente: FEDAPAL

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

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

11 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

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

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

14 El Ciclo del Biodiesel BIODIESEL: CICLO

15 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

16 Diagrama Esquemático del proceso

17 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”

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

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

20 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

21 Etapa 204: Proceso de Decantación
3 Horas

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

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

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

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

26 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

27 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

28 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

29 Generalidades para selección
Selección de equipos de instrumentación y automatización

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

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

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

33 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

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

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

36 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

37 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

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

39 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”

40 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

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

42 Sensor de temperatura TEMPERATURA

43 Instrumentación por área
CELDAS DE CARGA Etapa 204 NIVEL-RADAR

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

45 Montaje del sensor de peso

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

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

48 Sitrans LC 500 Capacitance Interface NIVEL PUNTUAL INTERFASE

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

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

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

52 Instrumentación por área
NIVEL - PUNTUAL Etapa 207 PRESIÓN

53 Instrumentación por área
NIVEL - PUNTUAL Etapa 208 CELDAS DE CARGA

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

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

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

57 AUTOMATIZACION Automatización

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

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

60 Visualización Recepción materia prima Visualización Etapa 201

61 Visualización Calentamiento - pesaje Visualización Etapa 202

62 Visualización Reacción Visualización Etapa 203

63 Visualización Decantación Visualización Etapa 204

64 Visualización Evaporador de alcohol Visualización Etapa 205

65 Visualización Evaporador de agua Visualización Etapa 206

66 Visualización Filtrado Visualización Etapa 207

67 Visualización Pesaje y almacenamiento Visualización Etapa 208

68 Pantallas panel Operador
Visualización Pantallas panel Operador

69 Pantallas panel Operador
Visualización Pantallas panel Operador

70 Pantallas panel Operador
Visualización Pantallas panel Operador

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

72 Construcción Planta de Biodiesel

73 Planta de Biodiesel Ubicación

74 Planta de Biodiesel Distribución

75 Planta de Biodiesel Instalación física

76 Análisis Económico Costo de Capital

77 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

78 Análisis Económico Gastos de Fabricación

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

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

81 Conclusiones y Recomendaciones

82 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.

83 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.

84 Gracias por Su Atención