Читать книгу: «Preparar y acondicionar los equipos principales e instalaciones auxiliares de la planta química. QUIE0108», страница 2
Mediante la extrusora se procesa, probablemente, el mayor volumen de plásticos.
Ejemplo de un modelo simple de extrusora de pistón
En la práctica, las materias primas son vertidas a la extrusora desde una tolva de recepción, donde se mezclan. Desde ahí, caen a una abertura, desde donde son obligadas a circular, a través de un conducto, mediante la aplicación de presión, obtenida de un sistema neumático o de un tornillo sin fin. A la salida del cilindro, se obliga a la masa de materia prima caliente a pasar a través de una boquilla con la forma deseada para nuestro producto.
En función del tipo de extrusión que se realice, pueden aparecer en el proceso diferentes tipos de extrusoras, entre ellas:
1 Extrusora de pistón (inyectora).
2 Extrusora de fricción.
3 Extrusora de cilindros.
4 Extrusora de rosca.
Decantadores
La separación de diferentes líquidos inmiscibles realizada en estos equipos tiene lugar gracias a la diferencia de densidades existente entre ellos. En esta operación se deja a la gravedad ejercer su influencia sobre la corriente a tratar, de modo que el líquido de menor densidad (más ligero) ocupará el espacio situado sobre el líquido de mayor densidad (más pesado).
Definición
Inmiscible Se refiere a la propiedad de algunos líquidos para no mezclarse en cualquier proporción, no pudiendo formar nunca una mezcla homogénea.
Los objetivos básicos del decantador son:
1 Reducir la turbulencia en su interior, para que no exista mezcla mecánica entre los líquidos, de forma que porciones de un fluido separado no queden suspendidas en el seno del otro fluido.
2 Retener el flujo total en el separador el tiempo suficiente para que los diferentes líquidos puedan separarse totalmente.
Este último objetivo es el que determina el gran tamaño de estos equipos, que en ocasiones se ve reducido debido a que la operación se lleva a cabo paralelamente entre varios decantadores de menor tamaño.
Centrífugas
La centrifugación es una decantación selectiva de los componentes inmiscibles, de una mezcla heterogénea, bajo condiciones de gravedad artificial.
De la misma forma que, por el efecto de la gravedad, se separan el agua y el aceite tras haberlos mezclado, cualquier mezcla inmiscible se separará, pero a mayor velocidad, si se le aplica una aceleración angular. Esto se consigue haciendo moverse al fluido dentro de una cámara que está en continua rotación, de forma que los materiales más densos ocuparán las zonas más alejadas del eje de giro del equipo. La separación será más rápida y eficiente cuanto mayor sea el número de revoluciones por minuto, ya que la fuerza centrífuga será mayor.
La separación centrífuga es una operación unitaria de gran relevancia en industrias químicas para procesos de:
1 Tratamiento de efluentes.
2 Purificación de aceites combustibles y lubricantes.
3 Suspensiones en general.
Actualmente, existe gran variedad de centrífugas, las cuales pueden ser clasificadas de muy diversas formas. Un criterio puede ser la cantidad de sólidos que admite la centrífuga a la entrada. Así se puede distinguir lo siguiente:
1 Una descarga manual de 0-5% de sólidos: se trata de una centrífuga de tambor macizo, en la que los sólidos se eliminan manualmente, parando la máquina y abriendo el equipo.
2 Una descarga automática intermitente de 0-30% de sólidos: se trata de una centrífuga autodeslodantes. Los sólidos son expulsados automática e intermitentemente a través de los orificios de descarga.
3 Una descarga continua de 0-40% de sólidos: se trata de una centrífuga conocida como tobera. Los sólidos se expulsan de forma continua a través de toberas.
4 Definición: Tobera: es una abertura tubular, primitivamente de forma cónica, por donde se introduce el aire en un horno o una forja, fragua o crisol. También se pueden encontrar toberas en ciertos motores marinos, de aviación, etc.
5 Centrífuga de tornillo transportador de 0-65% de sólidos: es el caso de una centrífuga también conocida como decantador. Su diseño es completamente diferente al resto de centrífugas, ya que dispone de un tornillo transportador que les permite descargar en forma continua los sólidos.
Recuerde
La cualidad que permite el uso de la centrifuga para la separación de los diferentes componentes inmiscibles de una corriente es la diferencia de densidades que existe entre ellos.
Separadores
Por separadores, se conoce, genéricamente, cualquier equipo en el que se realiza una operación de separación. En función del tipo de fases que componen los separadores, se distinguen:
1 Separadores sólido-sólido.
2 Separadores sólido-líquido.
3 Separadores sólido-gas.
4 Separadores líquido-líquido.
5 Separadores líquido-gas.
6 Separadores gas-gas.
Para realizar estas operaciones, los equipos aprovechan la diferencia en las propiedades de los materiales a separar, como son:
1 Volatilidad.
2 Solubilidad.
3 Densidad.
4 Difusividad.
Calderas
Una caldera industrial es un recipiente a presión cerrado en el que se calienta un fluido para uso externo del mismo, por aplicación directa del calor resultante de la quema de un combustible (sólido, líquido o gaseoso) o por la utilización de la energía nuclear o eléctrica.
Las instalaciones que cuentan con calderas industriales pueden ser:
1 Sistemas de calefacción a vapor.
2 Sistemas de calefacción por agua caliente.
3 Sistemas de proceso de vapor de alta presión.
4 Sistemas de generación eléctrica a vapor, usando combustibles fósiles.
5 Sistemas de generación eléctrica a vapor, usando combustible nuclear.
6 Sistemas que utilizan un fluido de trabajo diferente al del agua.
Aplicación práctica
En una planta depuradora de aguas residuales en la que está trabajando, se decide sustituir un filtro por una centrífuga para tratar una corriente, que contiene sólidos en una concentración, que suele estar en el rango del 40% al 65%.
Según su criterio, ¿cuál será la centrífuga más adecuada para realizar esta operación?
SOLUCIÓN
La única centrífuga capaz de realizar esta operación será la centrífuga de tornillo transportador (o centrífuga decantadora), ya que su rango de trabajo está entre el 0 y el 65% de concentración en sólidos. Cualquier otra centrífuga tendría que trabajar forzada, ya que le entraría una concentración de sólidos superior a la que puede tratar.
3. Principales variables de operación y su mutua dependencia
Cada operación básica, y su equipo asociado, cuenta con unos parámetros (variables de operación) que pueden ser manipulados para controlar el funcionamiento de la etapa. El efecto de la modificación de estas variables influye, tanto en la operación como en el global del proceso productivo, ya que todas las etapas del proceso están concatenadas. Por ejemplo, si se disminuye la velocidad de giro de una centrífuga, la calidad de las corrientes de salida de la centrífuga será peor y los equipos que reciban estas corrientes deberán actuar, en consecuencia, modificando sus variables de operación para adaptarse a las nuevas condiciones.
Los sistemas que miden y regulan las variables de operación en una industria son los denominados sistemas de control y se encargan de recibir, cada pocas milésimas de segundo, el valor de las variables de procesos fundamentales y devolver señales para corregir las desviaciones que se produzcan. Los instrumentos de control son los equipos encargados de recibir estas señales y actuar, en consecuencia, sobre las instalaciones para corregir su funcionamiento.
Como síntesis del funcionamiento de los sistemas de control, se puede decir que “siempre se actúa sobre una variable de proceso para modificar la que quiere controlarse”.
Ejemplo
Para reducir el caudal de líquido que circula por una tubería, se disminuirá la velocidad de giro del rotor de la bomba que impulsa a ese fluido.
A pesar de estos sofisticados sistemas y de la robustez generalizada de los equipos de planta química, ha de conocerse la relación que se establece entre las variables de proceso en cada operación y tener en cuenta unas normas básicas para estas, a fin de prolongar la vida de los equipos y minimizar los problemas de futuras operaciones. Entre otras, pueden destacarse:
1 Utilizar flujos de alimentación en los equipos de características físicoquímicas apropiadas.
2 Respetar las instrucciones de operación en arranque, funcionamiento y parada del equipo.
3 Realizar los mantenimientos programados en los plazos marcados.
4 Respetar los rangos de funcionamiento establecidos por el fabricante para el equipo. Si aparecen síntomas de mal funcionamiento (vibraciones, bajo rendimiento, parámetros injustificablemente alejados de consigna, falta de potencia, etc.), el equipo debe pararse y ser revisado para evitar sobrepasar los límites críticos de determinados parámetros que podrían dañarlo gravemente o llegar a inutilizarlo.
Aunque son normas aparentemente sencillas, muchos de los problemas que surgen en los equipos industriales se deben a no respetar una o varias de estas normas.
3.1. Paradas de emergencia. Fallo de energía (electricidad, vapor, aire de instrumentación, agua de refrigeración, etc.)
El sistema de parada de emergencia se activa por una gestión planificada dentro de las actividades de la planta, como puede ser la comprobación del correcto funcionamiento del mismo, o por un accidente como:
1 Fallo en el suministro de energía (ya sea eléctrica, térmica o mecánica).
2 Fallo de vapor.
3 Fallo de aire de instrumentación.
4 Fuego.
5 Fallo por fuga de gas.
6 Disparo de una alarma de bajo flujo.
7 Fallo de las bombas de circulación.
Sea cual sea el origen de su activación, es un tipo de parada que en ningún caso puede ser prolongada.
Justo antes de realizarse la parada, todo el sistema funciona estable y automáticamente, pero una vez que la parada se inicia (manualmente o por un accidente), los equipos ralentizan su funcionamiento hasta alcanzar un estado en el que se garantiza la seguridad de las personas, de la planta y de los propios equipos. Para que esto sea posible, el sistema de control gestiona las variables de proceso, evitando que se generen riesgos tales como:
1 Sobrepresiones.
2 Generación de gases tóxicos o atmósferas asfixiantes.
3 Purgas incontroladas, etc.
Un ejemplo de la secuenciación que tiene lugar tras la activación de la parada de emergencia, puede ser el caso de un reactor, refrigerado por un serpentín interior de agua, que trabaja con gases a presión y cuyo producto de reacción es tóxico. En este caso se darían los siguientes pasos:
1 Se corta el suministro de gases reactantes para evitar la generación de sobrepresión en el reactor.
2 Se abren o cierran las válvulas de salida de productos, evitando sobrepresiones y desalojando los gases tóxicos y evitando, a toda costa, que estos entren en contacto con la atmósfera. Las válvulas se instalan en puntos estratégicos para aislar equipos presurizados o que contienen sustancias tóxicas o contaminantes de líneas o equipos.
3 Se regula el caudal de agua de refrigeración para mantener la temperatura estable o bien disminuirla en caso de que la presión interior aumente.
Consejo
Sea cual sea el origen de su activación, la parada de emergencia no puede ser prolongada en ningún caso.
Junto a estas actuaciones, ocurriría una parada en cascada (o una regulación cuando sea posible) de todos los equipos interconectados al reactor. Calderas, torres de evaporación, bombas, centrífugas, etc., quedarán en un estado de espera hasta que se solucione la contingencia que ocasionó la parada de emergencia. Entonces, el sistema pasará a modo manual y se efectuará un arranque o puesta en marcha, que seguirá su propio procedimiento de operación.
El procedimiento de arranque para el caso expuesto será el siguiente:
1 Abrir las válvulas necesarias para purgar el sistema.
2 Descargar las líneas de cualquier reactante o producto, realizando una purga con nitrógeno (también conocido como inertización).
3 Puesta en funcionamiento gradual de las torres de refrigeración, productoras del agua fría de refrigeración del reactor y funcionamiento simultáneo de las bombas de impulsión de este agua.
4 Iniciar la alimentación de reactantes, aumentándola gradualmente y ajustando las proporciones de los reactivos, hasta conseguir la relación apropiada.
5 A medida que este procedimiento avance, el sistema de control se hará cargo de la gestión automatizada de los equipos que se encuentren funcionando de forma estable.
Aunque cada día es menos común, en industria (como en las instalaciones domésticas) puede fallar el suministro de energía, que hará que tenga lugar una parada de emergencia imprevista.
Los motivos que pueden originar un fallo de energía pueden ser:
1 Pérdida del suministro eléctrico.
2 Pérdida del suministro de vapor.
3 Pérdida del suministro de aire comprimido.
4 Pérdida del suministro de agua de refrigeración.
5 Pérdida del suministro combustible de la caldera.
En estos casos, el sistema se pondrá en marcha de forma similar a como se haría tras una parada de emergencia manual, con la salvedad de que las revisiones previas a la puesta en marcha deberán ser más exhaustivas, ya que los daños originados a los equipos pueden ser mayores.
3.2. Fugas y roturas
En cualquier planta química se almacenan, transportan y manipulan productos químicos susceptibles de sufrir un derrame o fuga, con el consiguiente riesgo para la salud, el medioambiente y el proceso.
Ejecutar rápida y oportunamente una medida de control sobre la situación podría minimizar los efectos.
La actuación a realizar debe ser, en el caso de una situación grave, la recogida en el Plan de Emergencia Interno (PEI) de la instalación, del que deben tener nociones todos los trabajadores de la planta.
Derrame en tanque de tinta
En cualquier otro caso, se debe hacer lo siguiente:
1 Notificar la presencia de la fuga o derrame en el momento que se origine o se detecte.
2 Identificar la fuente del derrame y de qué producto químico se trata, para poder consultar la ficha de seguridad de la sustancia y establecer los riesgos asociados.
3 Aislar y señalizar la zona afectada, definiendo el perímetro de seguridad.
4 Acceder a la zona para subsanar la fuga con los Equipos de Protección Individual (EPI) adecuados.
5 Controlar el derrame o fuga.
6 Recuperar, en la medida de lo posible, el máximo de sustancia derramada.
Los derrames o fugas en muchas ocasiones tienen un origen fortuito:
1 Volcado accidental de un recipiente.
2 Una válvula mal cerrada.
3 Una purga, etc.
Pero en la mayoría de los casos, derrames y fugas están asociados a roturas en equipos de proceso. Entre las roturas más comunes que generan fugas y derrames se encuentran:
1 Roturas de sellos y juntas en equipos sometidos a elevadas presiones o temperaturas.
2 Grietas por sobrepresión en recipientes de almacenamiento.
3 Perforaciones por corrosión, ataque ácido o desgaste.
4 Golpes en equipos y tuberías.
5 Roturas debidas a explosiones.
Nota
En la Directiva 89/656/CEE, del Consejo de Gobierno de 30-11-1989, se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización de los equipos de protección individual por parte de los trabajadores.
3.3. Disparos de reacción
Son dispositivos de seguridad que protegen a los equipos contra anomalías propias de la máquina o del proceso. Se denominan disparos de reacción (o disparos, simplemente) porque están diseñados para dar una reacción preestablecida a una acción determinada.
Aunque existen el tipo manual y automático, son los automáticos los que se encuentran instalados en industria en el mayor número de casos. Ejemplos de disparo de reacción son:
1 Disparo por exceso de velocidad en turbinas de gas y de vapor. Evita la aceleración de la turbina.
2 Disparo por baja presión de aceite de lubricación. Protege a la máquina para evitar fricciones y desgaste.
3 Disparo manual de emergencia, con el cual el operador puede detener la máquina ante cualquier anomalía (vibraciones, ruidos anormales, fugas, etc.).
4 Disparo por falta de vacío. En equipos que necesitan subpresión para su correcta operación.
5 Disparo por baja temperatura o baja presión.
Recuerde
Los disparos pueden ser automáticos o manuales y su principal objetivo es proteger los equipos contra anomalías propias de la máquina o del proceso.
3.4. Orden y limpieza en instalaciones industriales
El lugar de trabajo se evalúa periódicamente para proteger a los trabajadores de los riesgos para la salud y la seguridad y reducir la contaminación ambiental.
El lugar de trabajo y las superficies del equipo pueden estar contaminados por sustancias peligrosas, por lo que deben limpiarse asiduamente. Los líquidos serán recogidos o lavados, mientras que los polvos deben ser sometidos a un barrido húmedo, para evitar exponer a los trabajadores a una suspensión de partículas en el aire de la planta.
En cuanto al orden en la planta, deben seguirse algunas normas básicas, como:
1 Dejar libres de obstáculos las zonas de paso, salidas y vías de circulación de los lugares de trabajo y, en especial, las salidas y vías de circulación previstas para la evacuación en casos de emergencia, de forma que sea posible su uso, llegado el caso.
2 Se limpiarán periódicamente y siempre que sea necesario para mantener, en todo momento, las condiciones higiénicas adecuadas en los lugares de trabajo.
3 Cuando aparezcan manchas o restos de sustancias peligrosas, se deben eliminar lo antes posible.
4 Las instalaciones deben ser objeto de un mantenimiento periódico, para que sus condiciones de funcionamiento satisfagan siempre las especificaciones del proyecto, corrigiendo con rapidez las deficiencias que puedan afectar a la seguridad y salud de los trabajadores.
5 Se debe utilizar el método de limpieza más adecuado para cada situación.
4. Resumen
El correcto funcionamiento de una planta química implica un adecuado funcionamiento de cada una de las etapas u operaciones que se incluyen dentro del proceso. Para que esto pueda ocurrir es necesario que las personas implicadas conozcan el funcionamiento de cada operación y las variables de proceso útiles en cada caso.
En este capítulo se han desarrollado los aspectos más relevantes de las operaciones más recurrentes en la industria química.
Junto a los aparatos de planta, se encuentra un sistema que lidera la operación de todos ellos a la vez, conocido comúnmente como sistema de control. Este se basa en el principio de que no se puede cambiar una variable del proceso incidiendo sobre ella, sino indirectamente, utilizando para tal fin una segunda variable de proceso.
Por otra parte, el proceso también puede ser modificado manualmente por los trabajadores de planta, o involuntariamente, por la actuación del sistema de emergencia o los disparos, los cuales persiguen mantener la planta en condiciones de salubridad, seguridad y protección ambiental.
Ejercicios de repaso y autoevaluación
1. Los tipos de intercambiadores de calor que podemos encontrar son:
1 a. Intercambiadores de tubos concéntricos, de tubos aleteados, de carcasa y tubo y de placas.
2 b. Intercambiadores centrífugos.
3 c. Intercambiadores nucleares.
4 d. Todas las opciones anteriores son incorrectas.
2. En las columnas de destilación, los compuestos más volátiles...
1 a. ... abandonan el equipo por las salidas superiores.
2 b. ... abandonan el equipo por las salidas inferiores.
3 c. ... reaccionan para convertirse en compuestos menos volátiles.
4 d. ... no deben ser introducidos.
3. Las turbinas de vapor son equipos que pueden generar energía eléctrica si su rotor es acoplado a...
1 a. ... un alternador.
2 b. ... un compresor.
3 c. ... una bomba.
4 d. Todas las opciones son anteriores incorrectas.
4. La centrifugación es una decantación selectiva de los componentes inmiscibles de una mezcla heterogénea, que aprovecha una propiedad física de los diferentes componentes para poder separarlos. ¿De qué propiedad se trata?
1 a. Volatilidad.
2 b. Aceleración.
3 c. Volumen.
4 d. Densidad.
5. De las siguientes frases, indique cuál es verdadera o falsa.
Los hornos son equipos destinados a calentar, secar o cocinar productos.
1 Verdadero
2 Falso
Un reactor químico puede ser cualquier equipo en el que tenga lugar una reacción química.
1 Verdadero
2 Falso
Los componentes fundamentales de un filtro son el rotor y el estator.
1 Verdadero
2 Falso
Los ciclones son equipos de separación gas-sólido mediante recolección de polvo.
1 Verdadero
2 Falso
6. ¿Cuál de los siguientes no es un problema típico de la operativa con hornos?
1 a. Formación de hollín.
2 b. Regulación de la mezcla de aire y combustible.
3 c. Desgaste de rodamientos.
4 d. Emisión de contaminantes, especialmente partículas y CO.
7. Por el interior de columna de destilación...
1 a. ... los líquidos ascendentes y los vapores descendentes se cruzan de forma discontinua.
2 b. ... los líquidos descendentes y los vapores ascendentes se cruzan de forma continua.
3 c. ... los líquidos ascendentes y los vapores descendentes se cruzan de forma continua.
4 d. ... los líquidos descendentes y los vapores ascendentes se cruzan de forma discontinua.
8. De las siguientes frases, indique cuál es la correcta.
1 a. Las bombas volumétricas, o de desplazamiento positivo, realizan un ciclo en el cual el fluido sale de la bomba a menor presión que cuando entró.
2 b. En el caso de las bombas centrífugas, es el movimiento de rotación de un rodete a alta velocidad el que genera un aumento de la presión del fluido.
3 c. En el caso de las bombas centrífugas, es el movimiento de rotación de un rodete a alta velocidad el que genera un descenso de la presión del fluido.
4 d. Todas las opciones anteriores son incorrectas.
9. ¿Cuál de los siguientes componentes no es un elemento fundamental de un filtro?
1 a. El elemento filtrante.
2 b. El estator.
3 c. La carcasa o contenedor.
4 d. Sistema de control de colmatación.
10. De las siguientes definiciones, indique cuál es la incorrecta.
1 a. Rotor: pieza móvil de la turbina que es acoplada a otro mecanismo para el aprovechamiento de movimiento de giro.
2 b. Estator: elemento que gira solidariamente al rotor .
3 c. Álabes móviles: elementos de la turbina encargados de producir la expansión del vapor.
4 d. Álabes fijos: elementos unidos al estator por entre los que circula el vapor, destinados a orientar el flujo de vapor, de forma que el empuje sobre los álabes móviles sea el adecuado.
