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2. ESTUDIO TÉCNICO En el presente capítulo se dará a conocer la información relevante del Estado de Sonora, y se enumeraran las razones por las cual se eligió a dicho Estado, para la localización de la planta. Así mismo se calculará la capacidad de producción y los distintos conceptos de ingeniería de proyecto. 2.1 Capacidad de Producción En el año 2002, México registró una explotación de sardina mayor a 600,000 toneladas, de las cuales aproximadamente el 70% de estas captura se destinó para uso industrial. Sonora aportó más de 400,000 toneladas, que representó poco más del 70% de producción nacional, similar a lo que se utilizó para uso industrial (SAGARPA 2003). Sonora con sus 1,209 kilómetros de litoral (INEGI), ha registrado en los últimos años una producción promedio de 400,000 toneladas por año de sardina, siendo el estado número uno en explotación e industrialización de sardina. Estos datos indican la disponibilidad de la materia prima, la cual en nuestro estado es abundante. Según cálculos estimados en la demanda, la planta de refinación de aceite de sardina tendrá una capacidad de producción anual de 4,850 toneladas de aceite por refinar, tomando en cuenta que la producción promedio anual es de 9,700 toneladas. Teniendo el siguiente programa de producción: 1.- 300 días laborales, distribuidos en 10 meses de producción. 2.- 65 días para mantenimiento del equipo. 3.- Se dispondrá de 3 turnos de 8 horas cada uno.
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2. ESTUDIO TÉCNICO
En el presente capítulo se dará a conocer la información relevante del
Estado de Sonora, y se enumeraran las razones por las cual se eligió a dicho
Estado, para la localización de la planta. Así mismo se calculará la capacidad de
producción y los distintos conceptos de ingeniería de proyecto.
2.1 Capacidad de Producción
En el año 2002, México registró una explotación de sardina mayor a
600,000 toneladas, de las cuales aproximadamente el 70% de estas captura se
destinó para uso industrial. Sonora aportó más de 400,000 toneladas, que
representó poco más del 70% de producción nacional, similar a lo que se utilizó
para uso industrial (SAGARPA 2003).
Sonora con sus 1,209 kilómetros de litoral (INEGI), ha registrado en los
últimos años una producción promedio de 400,000 toneladas por año de sardina,
siendo el estado número uno en explotación e industrialización de sardina.
Estos datos indican la disponibilidad de la materia prima, la cual en nuestro
estado es abundante.
Según cálculos estimados en la demanda, la planta de refinación de
aceite de sardina tendrá una capacidad de producción anual de 4,850 toneladas
de aceite por refinar, tomando en cuenta que la producción promedio anual es
de 9,700 toneladas.
Teniendo el siguiente programa de producción:
1.- 300 días laborales, distribuidos en 10 meses de producción.
2.- 65 días para mantenimiento del equipo.
3.- Se dispondrá de 3 turnos de 8 horas cada uno.
2.2 Localización de la Planta
Para establecer la localización de la planta para el procesamiento de
refinación de aceite crudo de sardina, se considero tanto la disponibilidad de la
materia prima, las facilidades de infraestructura y las diferentes vías de
comunicación. Se decidió como lugar geográfico optimo, por razones que
mencionaremos a continuación, la planta será establecida en las proximidades
de la planta procesadora de harina de sardina, las cuales están situadas en la
Ciudad de Guaymas, Sonora (Figura 12), en el litoral del Golfo de California, a
117 kilómetros al noreste tiene la Ciudad de Hermosillo, capital del Estado.
2.2.1 Información relevante del sitio
En el Estado de Sonora, se encuentra la mayor producción de sardina a
nivel nacional, además de contar con abundante mano de obra con capacidad
técnica capacitada. Debido a que la materia prima se obtiene de la planta
procesadora de harina de pescado como subproducto, es conveniente que la
planta de refinación del aceite se localice lo mas cercano posible. La ciudad de
Guaymas, está condicionada para la construcción y operación de este tipo de
plantas, ya que cuenta con el parque industrial Roca Fuerte, de propiedad
pública, con 14% de su superficie total urbanizada. Esta provista de suministro
de energía eléctrica, red de gas, así como los servicios de agua potable y
drenaje sanitario. Está pavimentado en un 25%, cuenta con alumbrado público y
áreas verdes (Bancomex 2007).
Otro aspecto de importancia es que Guaymas, es el principal Puerto del
Estado de Sonora, esto permitirá la fácil transportación por vía marítima.
Además, el aeropuerto de la ciudad de Guaymas es de carácter internacional, y
la carretera de cuatro carriles comunica a Guaymas, al norte con la frontera a
Estados Unidos de América, y hacia el sur a la ciudad de México.
Sonora
Chihuahua
Sinaloa
Figura 12. Mapa de la Republica Mexicana
Golfo
de
California
Baja California
La pesca es la principal actividad económica del Municipio de Guaymas y
alrededor de ésta se ha consolidado una industria que ocupa a un número
significativo de personas. La pesca guaymense ocupa a 11,800 personas en la
captura y otras 325 se dedican a la acuacultura. Aporta el 70% de la producción
pesquera total estatal, siendo las principales especies capturadas, la sardina, el
camarón y el calamar. La flota está compuesta de 359 embarcaciones
camaroneras, 32 sardineras, 3 escameras y 910 embarcaciones menores,
sumando un total de 1,304.
El 55 por ciento de las capturas se comercializa en el estado y el resto, es
decir, el 45 por ciento tiene como destino final el mercado nacional y el exterior.
La población de pescadores en comunidades ribereñas tiene su ascendencia un
80% en la misma región en que se localiza la comunidad; el resto proviene de
otras localidades del estado y alrededor del 5 por ciento de otros estados,
particularmente de Sinaloa y Nayarit. La pesca ribereña aporta
aproximadamente el 65 por ciento de la oferta a la demanda popular de
pescados y mariscos (INEGI, 2007).
2.2.2 Información relevante del Estado
Aspectos Generales:
A) Límites Políticos. El Estado de Sonora se encuentra en la región norte del
país, limitado al norte con Estados Unidos de América; al este con los Estados
de Chihuahua y Sinaloa; al sur con el Golfo de California y el Estado de Sinaloa
y al oeste con el Golfo de California y el Estado de Baja California. Figura 11
B) Topografía. Sonora se localiza geográficamente en la parte noroeste de la
República Mexicana; y se ubica entre los paralelos 32° 29' Norte y 26° 18' Sur
latitud Norte y entre los meridianos 108° 25' Este y 115° 03' Oeste latitud Oeste
(INEGI 2007).
C) Extensión. El Estado está dividido políticamente en 72 municipios en una
superficie total de 184,934 km2 y ocupa el segundo lugar nacional en cuanto a
la superficie, la que significa el 9.2% del total del país.
D) Hidrografía. En el Estado de Sonora los principales ríos superficiales están en
el noroeste, este y sur. Se tienen 5 regiones hidrológicas; la región Río
Colorado, Sonora Norte, Sonora Sur, Sinaloa y Cuencas Cerradas del Norte. La
región hidrológica Sonora Sur, abarca la mayor superficie en Sonora (63.64%
de la superficie estatal), la cuenca Río del Yaqui es la más relevante de esta
región por la extensión que comprende, 29.98% del territorio estatal, la Cuenca
Río Sonora tiene el segundo lugar de superficie de esta región (14.78%) y con
un 6.82% la Cuenca Río Bacoachi.
E) Clima. El clima predominante en el Estado de Sonora es muy seco, semi
cálido en el 33.1% del territorio; semiseco, templado en el 13.34% del Estado,
con temperatura promedio de 21°C, y una precipitación pluvial de 398.23mm.
(Bancomext, 2007).
F) Recursos Naturales. En la actividad pecuaria la ganadería bovina es la más
importante, siguiéndole la explotación de ganado caprino, aves y otras especies
menores.
Aspectos socioeconómicos y culturales:
La población total del Estado de Sonora alcanza la cifra de 2,309,138
habitantes (Bancomext, 2007). Su tasa de crecimiento promedio anual es de 2%;
la densidad de la población es de 12 habitantes por Km2; con relación al total de
la población al total de la población, El Estado de Sonora en este renglón tiene el
18vo. lugar a nivel nacional. (INEGI, 2000).
Los principales municipios del estado corresponden a los situados en el
norte de la entidad como San Luis Río Colorado, Nogales, Caborca; en el centro
Hermosillo; y en el sur Guaymas, y Cd. Obregón (Bancomext, 2007).
Con respecto a las regiones económicas, en el centro del estado se tiene,
las siguientes industrias: automotriz, metalmecánica y agroindustrial. En el norte
corresponde a la industria de: maquiladoras, electrónica, farmacéutica y
agroindustrial. En el noroeste: electrónica, agroindustrial y turismo. En el sur, la
industria: agroindustrial, alimenticia y turismo (Bancomext, 2007).
En el sector de salud publica, se cuenta con instituciones médicas que
otorgan servicios a la comunidad, se encuentran el Instituto de Seguridad y
Servicios Sociales del Estado (ISSSTE), Hospital General y el Instituto Mexicano
del Seguro Social (IMSS). Además se cuenta con algunos establecimientos
médicos del sector privado.
El estado cuenta con una red ferroviaria de 1,988Km, así como, una red
de carreteras de 27,707 km, 3 puertos, 5 aeropuertos internacionales y 5
domésticos, y 36 Instituciones educativas superiores (Bancomext, 2007).
2.3. Ingeniería del Proyecto
2.3.1 Especificaciones de la materia prima
Las sardinas son peces de la familia Clupeidae, orden Clupeiformes. Son
habitantes de las zonas pelágico-costeras y se distribuyen por todos los mares;
forman cardúmenes de dimensiones considerables que realizan migraciones
reproductivas. Las sardinas constituyen uno de los más importantes recursos
pesqueros en todo el mundo (Torres-Orozco 1991).
Especificaciones del aceite de sardina
En el anexo 3, se muestran las especificaciones para el aceite crudo,
según Bimbo, 1998, donde se encuentra una guía de calidad del aceite crudo y
otra de las características físicas que se deben considerar para su refinación.
Las impurezas que se encuentran en aceites crudos se pueden agrupar
según su efecto.
a) Hidrolíticas: humedad, materia insoluble, ácidos grasos libres, mono-
glicéridos y di-glicéridos, enzimas, jabón.
b) Oxidantes: trazas de metales, productos de oxidación, pigmentos,
tocoferoles, fosfatos
c) Venenos catalíticos: sustancias que inhiben la reacción de hidrogenación
como fosfatos, productos de oxidación y compuestos que contienen nitrógeno,
azufre y halógenos.
d) Un cuarto grupo de impurezas que incluye hidrocarburos, resinas, esteroles,
ceras y azucares no son tan conocidos como las anteriormente mencionadas,
pero algunos de los compuestos insaturados en este grupo se sabe que
contienen sabor y olor desagradable.
El aceite de pescado es similar a otros aceites con respecto a los efectos
de las impurezas en el procesamiento y en la calidad final del producto. Por lo
tanto, es necesario determinar ciertos valores analíticos claves de tal manera
que modifiquen las condiciones de proceso para obtener un producto de calidad
satisfactoria. La calidad del aceite de pescado crudo es afectada por los
siguientes factores:
- Tipo del aceite: capelin, sardina, anchoveta.
- Condiciones de la materia prima en su tiempo de extracción.
- Proceso de extracción.
- Tiempo de almacenamiento del aceite.
Tipo de aceite. Los valores de iodo de los aceites extraídos de varios tipo de
pescados varían de un rango de 95/160 para el capelin hasta un 180/200 en el
caso de anchoveta, la sardina cuenta con 160/200. Los niveles altos de
instauraciones son más susceptibles a la oxidación y pueden tener valores altos
de peróxidos y anisidina.
Condición de la materia prima. Debido a condiciones de almacenamiento y
manejo inadecuados, de la materia prima, esta sufre degradación por la acción
microbiológica elevando los niveles de ácidos grasos libres (AGL), productos de
oxidación y componentes sulfurosos y fosforosos del aceite extraído.
El proceso de extracción. La calidad del aceite es afectada por un mal manejo
del proceso, por ejemplo, el prolongado contacto del aceite con el aire a altas
temperaturas, o el uso de cobre o aleaciones de cobre en la construcción de la
planta. El cobre es un fuerte catalizador para la oxidación del aceite. En esta
operación de extracción de aceite se debe tener cuidado especial, por su efecto
marcado en los niveles de humedad, impurezas insolubles y fósforo en el aceite.
Tiempo de almacenaje. La calidad del aceite puede ser reducida por el
sobrecalentamiento, el almacenaje en tanques impropiamente limpios y el
relleno de aceite fresco en tanques ya conteniendo aceite viejo.
2.3.2. Descripción del proceso en planta
El propósito de refinar los aceites crudos es el de remover los
componentes indeseables, que causan aroma, gusto y color indeseables y que
reducen su estabilidad o vida útil, de tal forma que pueden cumplir con las
especificaciones nacionales o internacionales, reteniendo sus características
deseables.
El proceso de refinamiento involucra las siguientes etapas:
1. Desgomado.
2. Neutralización.
3. Lavado.
4. Secado.
5. Blanqueo y filtrado.
6. Desodorización.
Se tiene que prestar atención en el almacenamiento del aceite crudo, la
calidad del aceite puede ser afectada por las condiciones de almacenamiento. A
condiciones que favorecen a la oxidación, fijación de color, el incremento de
AGL, son el oxigeno del aire, las temperaturas altas y la contaminación por
impurezas.
Durante el almacenamiento para reducir la oxidación, se debe colocar la
tubería por debajo del tanque de almacenamiento, además, debe contener en la
base o parte baja un colector de aceite o bomba de desagüe, para drenar el
agua que viene con el aceite crudo, con esto se reduce el incremento de AGL
durante su almacenamiento. Sin embargo, también debe contener un agitador
montado por los lados, a 1 metro del fondo del tanque, para propósitos de
aumentar la eficiencia del calentamiento y proveer una calidad homogénea de
aceite en el tanque.
Desgomado. Como se puede observar en el diagrama de flujo del proceso de
desgomado (Figura 13), el aceite es bombeado de el tanque de almacenamiento
hacia un intercambiador de calor, donde el aceite es calentado a 90 °C para
posteriormente ser mezclado junto con acido fosfórico en el tanque de
desgomado, el acido fosfórico ayuda a la remoción de las gomas no hidrolíticas
y trazas de metal, para lograr tal efecto, se incorpora solo el 0.1 por ciento de
acido fosfórico concentrado al 80%, durante un tiempo de mezclado de 5
minutos (Young, 1986).
Neutralización. Una vez desgomado el aceite, este se neutraliza con hidróxido
de sodio, el cual tiene un efecto de disolución reaccionando con los ácidos
grasos libres, para producir jabón, y posteriormente ser removido. Esto se lleva a
cabo en un mezclador con un tiempo de residencia de 15 minutos, y después de
este tiempo se separa el aceite del jabón por medio de una centrifuga. El flujo de
hidróxido de sodio es calculado por la siguiente formula:
100NaOH%exceso%)Factor(AGL%treat% +=
Donde
grasoácidoPMNaOHPMFactor=
142.028240)oléico.ác.ejem( ==
y
treat%aceitedelflujodelvelocidadcausticoflujodeVelocidad ×=
Lavado y secado. El objetivo de esta etapa es la remoción total del jabón
formado en las etapas previas, se lleva a cabo en un mezclador con un tiempo
de residencia de aproximadamente 2 minutos, después es separado por medio
de una centrifuga, los residuos de esta separación se van a un tanque colector
de residuos donde por medio de sedimentación es separado, el jabón, agua y
aceite, este último se retroalimenta a la línea de aceite crudo para refinar. Una
vez lavado el aceite se pasa a un secador, donde se evapora el agua contenida
en el aceite (figura 14).
El aceite saliente de esta etapa es almacenado en un tanque
almacenamiento de aceite neutralizado, en un tiempo de hasta 6 horas, para
después ser blanqueado y filtrado (Young 1986).
Blanqueo y filtrado. El blanqueo y filtrado se lleva a cabo en un filtro tipo prensa,
donde se utiliza el 3 por ciento de tierras diatomeas activadas con acido (tonsil
optimum 320 FF), el objetivo principal de este proceso es la reducción de
pigmentos, productos de oxidación y trazas de metal, sulfuros y remoción de
trazas de jabón (Young 1986). Se lleva a cabo a 90ºC, a 50 mmHg de presión
absoluta. El diagrama 15 muestra las etapas de blanqueo y desodorizado.
Desodorización. El objetivo principal de la desodorización es remover los
sabores y olores indeseables del aceite. Las condiciones de operación son: a
temperatura de 140°C, a presión de 6mmHg y un tiempo de contacto de 6 horas
(Dinamarca y Col., 1990).
Figura 13. Diagrama de etapas de desgomado y neutralizado
C1
M2 M1
B2
I1
T1
T2
T2.1 B1
H3PO4
NaOH
Jabón
Aceite desgomado y neutralizado a Blanqueo
Desgomado y Neutralizado T1 Tanque de almacenamiento de aceite crudo T2 Tanque de NaOH T2.1 Tanque de preparación de NaOH B1 Bomba de alimentación de aceite de T1 a I1.
B2 Bomba de alimentación de I1 a M1 M1 Mezclador de desgomado M2 Mezclador de neutralizado C1 Centrifuga separadora I1 Intercambiador de calor (30-90ºC)
Figura 14. Diagrama de lavado-secado
Aceite desgomado y neutralizado
Agua
Agua
Aceite lavado a blanqueo
Lavado y Secado B3 Bomba alimentadora de aceite de etapa de neutralizado a lavado. B3.1 Bomba alimentadora de agua B4 Bomba alimentadora de aceite de lavado a secado
B5 bomba a alimentadora de aceite de secado a Blanqueo M3 Mezclador lavado C2 Centrifuga separadora de lavado S1 Secador
Figura 14. Diagrama de etapas de blanqueo y desodorizado
D1
D1
B6 B7
T3
F1
F2
B5
Aceite lavado y secado
Aceite refinado
Blanqueo y desodorizado B5 Bomba alimentadora de aceite de sacador a filtros B6 Bomba alimentadora de aceite de filtros a tanque de almacenamiento de aceite blanqueado B7 Bomba de alimentación de aceite del tanque T3 a desodorizado.
T3 Tanque de almacenamiento de aceite blanqueado F1 Filtro prensa de blanqueo F2 Filtro pulidor D1 Desodorizador
2.3.3. Balance de materia por equipos
Los balances se realizaron tomando una base de cálculo de 18 mil toneladas de
aceite crudo que equivalen a 17,576 L de aceite en el inicio del proceso de
refinación.
Balance en mezcladores del desgomado y neutralización. El mezclador de
desgomado es utilizado para remover fosfátidos o gomas; gomas; según
Erickson 1995, se aplica además por las siguientes razones:
1. El aceite desgomado ayuda a un tiempo de almacenamiento o a un
trasporte prolongado.
2. Prepara el aceite para la neutralización con sosa cáustica.
El mezclador neutralizador se utiliza para neutralizar los ácidos grasos
libres, a través de la formación de jabón, que a su vez podría absorber el color y
precipitar las gomas presentes en el aceite (Erickson, 1995), para después ser
separados por centrifugación.
El aceite que entra al mezclador de desgomado contiene:
17,576 L de aceite de pescado
18 L de acido fosfórico
15,917.7 L Aceite neutralizado
206.2 L NaOH
17,576 L Aceite crudo
18 L 43POH
17,576 L Aceite 18 L gomas Mezclador
DesgomadoMezclador
Neutralizador
1,565.6 L Jabón
92.7 L Agua
18 L Gomas
Al mezclador neutralizador, son enviados 17,576 L de aceite.
En el mezclador neutralizador se da la siguiente reacción química:
R-COOH + NaOH ⎯→⎯ R-COOH + OH2
La cantidad de jabón y agua que se producen en el mezclador
neutralizador por día:
NaOHmol5.15NaOHL/mol40
NaOHL206 =
Por cada mol de NaOH se produce un mol de jabón y otra más de agua:
5.15 L mol de jabón x 304 L/L mol = 1,565.6 L de jabón
5.15 L mol de agua x 18 L/L mol = 92.7 L de agua
Balance en mezclador de lavado y secador. Para eliminar materia soluble
procedente de la etapa de neutralización, el aceite se lava en un mezclador, con
el 20 por ciento de agua suavizada (Young, 1986), después se centrifuga para
ser separado, y posteriormente es secado para eliminar el exceso de humedad.
El aceite neutralizado que entra al mezclado de lavado contiene:
15,917.7 L de aceite neutro
3,183.54 L de agua
1.91 L Agua
15,917.7 L Aceite
9.55 L Agua
15,917.7 L Aceite
3,183.54 L Agua
15,917.7 L Aceite
Mezclador lavado
Secador
3173.99 L Agua 7.64 L Agua
Al secador son enviados 15,917.7 L de aceite lavado.
El aceite lavado puede contener de 0.2 a 0.4% de humedad, por esta
razón es secado, una vez secado, este puede contener un máximo de 0.1 por
ciento de humedad (Ericsson, 1995). El aceite lavado que entra al secador
contiene:
15,917.7 L de aceite lavado
1.91 L de agua
Al tanque de almacenamiento previo a blanqueo y filtración son enviados
15,917.7 L de aceite.
Balance en blanqueo y filtración. Una vez lavado y secado, el aceite es enviado
aun tanque de almacenamiento previo al de blanqueo y filtración, con el fin de
aumentar la capacidad de las etapas siguientes. Según Young (1986), se puede
almacenar con las condiciones adecuadas hasta 6 horas.
En datos experimentales se demuestra que en esta etapa de blanqueo es
absorbido el 2.26 por ciento de aceite (Gámez , 2003 ).
El aceite lavado y secado entra al filtro prensa contiene:
15,917.7 L de aceite
Al desodorizador son enviados 15,558 L de aceite branqueado y filtrado.
15,917.7 L Aceite 15,558 L AceiteFiltro prensa con tierras
de blanqueo
359.7 L de compuestos absorbidos
Balance de materia en el desodorizador. La desodorización tiene como objetivo
la remoción de ácidos grasos libres, sabores volátiles y productos de oxidación
(Young, 1986). Esta etapa del proceso tiene un rendimiento del 98.17 por ciento
(Noriega y col., 2002)
El aceite blanqueado y filtrado que entra al destilador contiene:
15,558 litros de aceite
Y como producto refinado 15,273.28 litros de aceite refinado por día.
2.3.4. Especificaciones de los equipos
Como base de cálculo para efectuar las dimensiones de los equipos, se
considera:
Capacidad de producción de 4,850 Ton/año.
Con 300 días/año.
El procesamiento de la planta en kilogramos por día será:
L/dia17,572.5diakg16,166.7
dias30mes1
meses10año1
ton1kg1000
añoton4,850 ⎯→⎯≈×××
La densidad del aceite es 0.92 Kg/L (Noriega y col, 2002).
Capacidad de equipos para desgomado, neutralización y lavado
Se supone un tiempo de 10 min de llenado y otros 10 min de drenado,
además del tiempo de residencia de 15 min del tanque neutralizador como base
para calcular la capacidad de los equipos desgomado y neutralización.
15,273.28 L Aceite refinado 15,558 L Aceite Destilador
flash
284.72 L de compuestos volátiles
A). Tanques de almacenamiento:
Tanque T1, características:
Tiempo de residencia: 1 mes.
Cerrado con ausencia de luz.
Drenado de aceite por la parte inferior.
Material: Acero al carbón.
Volumen: 540,176.58 L.
Tipo de tanque: vertical, techo cónico y piso plano
Tanque T2, características:
Capacidad de almacenar 15 días de uso de NaOH.
Volumen: 3,180 L.
Tipo: vertical, techo y piso cónico.
Material: Acero inoxidable 316.
Cálculos realizados para este equipo: El flujo de sosa cáustica es calculado del
% de ácidos grasos libres (AGL) del aceite crudo.
100%NaOH%excesor)%AGL(Facto%treat +=
Donde:
0.14228240
AcidoGrasoPMNaOHPMFactor ≈≈=
Considerando un %exceso de NaOH del 20%, según la descripción del proceso.
El %AGL según (Gámez y Col 1999) es de 2.3, 1.08 y 2.45, obteniendo la media
de estos datos tendremos: 1.94 ≈ 2.0 por ciento de AGL.
El % NaOH agregado es de 16.7, según (Noriega y col., 2002)
Sustituyendo:
1.210.167
0.20.142)(0.02%treat =+×=
Por lo tanto el flujo de sosa caustica será:
diaL
diaL 212.620.012117,572.5NaOHdeFlujo =×=
Tanque T2.1, características:
Con capacidad preparar 1.45 días de uso de NaOH.
Se preparara solución de sosa cáustica cada tercer día.
Volumen del tanque: 150 L.
Tipo de tanque: vertical, techo y piso cónico.
Material: Acero inoxidable 316.
Cálculos realizados para este equipo:
Se sabe que el hidróxido de sodio se vende en pellets de 25 kg saco y
para la preparación de la solución tenemos la siguiente relación (Noriega y col.,
2002):
OHL0.1NaOHKg0.0167 2
El volumen de agua necesario para disolver 2 sacos de NaOH (50Kg):
OHL149.7NaOHKg0.0167
OHL0.1NaOHKg252
2 =×
B). Mezcladores.
Mezclador M1, características:
1 mezclador tipo ribbon batch.
Tiempo de residencia: 10 min.
Tiempo de llenado: 10 min.
Tiempo de drenado: 10 min.
Tiempo de espera entre lote a lote: 5 min.
Volumen: 435 L.
Material: Acero inoxidable 316.
Mezclador M2, características:
1 mezclador tipo ribbon continuo.
Tiempo de residencia: 15 min.
Tiempo de llenado: 10 min.
Tiempo de drenado: 10 min.
Volumen: 435 L.
Material: Acero inoxidable 316.
Mezclador M3, características:
Tiempo de residencia: 10 min.
Tiempo de llenado: 10 min.
Tiempo de drenado: 10 min.
Tiempo de espera entre lote a lote: 5 min.
Volumen: 435 L.
Material: Acero inoxidable 316.
C). Centrifugas
Centrifuga C1 y C2, características:
Capacidad: 4.35 L/min.
Diámetro: 0.104 m.
Material: Acero inoxidable 316.
Cálculo realizado para este equipo: Tomado de la Tabla 5 del libro Handbook of
Separation Techniques for Chemical Engineering, Anexo 7.
D). Bombas alimentadoras.
Bombas en línea B1, B2, B3 y B4 características:
Material: Acero inoxidable 316.
Capacidad: minL43.5
Cálculos realizados para este equipo:
En 35 min tendremos un volumen de 435 L, si se supone un tiempo de llenado
de 10 minutos, el caudal de la bomba será:
minL
min10L435 5.43=
Teniendo en cuenta que se utilizaran 4 bombas de similar caudal, las cuales
alimentan aceite, de el tanque de almacenamiento al intercambiador de calor, la
segunda del intercambiador de calor al tanque de desgomado, una tercera del la
centrifuga separadora a mezclador-lavado, la cuarta de lavado a secado.
Bomba B3.1 alimentadora de agua lavado características:
Tiempo de llenado, (en este caso): 1 min.
Capacidad: 59 L/min.
Material: acero al carbón.
E). Intercambiadores de calor
I1 tipo coraza y tubos, características:
Ubicado en la etapa de desgomado al entrar el aceite.
Con utilización de vapor de agua para calentar aceite de 30ºC a 90ºC.
Se utilizara presión de vapor a 250 Kg/seg.
30 tubos con diámetro de 1/8 de pulgada de 28 pasos por coraza.
Calienta el aceite al entrar a las etapa de desgomado.
Material: Acero inoxidable 316.
Presión interna: atmosférica.
Con un área de contacto de: 34.86 2m .
Cálculos y estimaciones realizados para este equipo:
Suposiciones
Perdida de calor a los alrededores insignificante
Propiedades constantes
Propiedades:
Vapor de agua Aceite
Thi= 140ºC Tci= 30ºC
Tho= ? Tco= 90ºC
hCp = KKgºJ4302 cCp = KKgº
J1970 (referencia)
hm& =250kg/seg cm& = segkg395min
gal14.48 ⎯→⎯
ho=150,000 KW/m2 Do= 0.0095 m
µ= 2mNs0.02701
K= KmºW0.169
Balance global de energía, la transferencia de calor que se requiere del
intercambiador de calor es:
q = cm& cCp (Tco – Tci)
q = C30)º(901970392 KKgºJ
sKg −××
q = sJ46689000
Para el vapor de agua:
q = Tho)(ThiCpm hh −××&
tho = thiCpm
qhh
+×
−
tho = 97ºC
Longitud del tubo que se requiere se puede obtener a partir de:
q = mlUAFDT
donde:
A = πNDiL L=mlTDoFUN
qΔπ
y
)ln(ΔTΔTΔT
12ΔT
ΔT12
ml−
=
donde:
TcoThiΔT1 −= y TciThoΔT2 −=
se sustituye:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
−−
−−−=
30)(9790)(140ln
30)(9790)(140ΔTml = 58ºC
El coeficiente global de transferencia de calor es:
)()(1U
oi h1
h1 +
=
Donde hi se puede obtener al calcular primero DRe . Con Nmm c1 && ≡ =13.17
Para el flujo a través de un tubo,
6536700.0095mπ
13.174πDiμ
m4Re2m
Nss
kg
D =××
×==02701.
& Flujo turbulento
Para flujo turbulento, el coeficiente de convección es: 0.4
DD Pr0.023ReNu 54
=
315K
CpμPr ==
1634NuD =
De aquí:
hi = DiKNuD = Kºm
W20.0095
0.169 29068.1634 =×
Así
24350)150000/1()29068/1(
1 =+
=U
El factor de corrección F se puede obtener de la Figura 11.10 (Incropera y De
Witt, 1996)
0.72309097140R =
−−= 0.48
301403090P =−−=
De aquí, F≈0.95, por consiguiente:
L = 38.95 m y A = 34.86 2m
F). Secador
Secador S1, características:
Tanque secador con serpentín, enchaquetado y agitado.
Volumen: 435 L.
Material: Acero inoxidable 316.
Presión interna: al vacio.
Blanqueo y filtrado
G). Filtros
Filtro F1, características:
Tipo: prensa con tierras diatomeas.
Capacidad de: 435.25 L.
Área de contacto: 27.87 2m .
Cámaras: 32.
Largo: 3.91 m.
Material: Acero inoxidable 316.
Cálculos realizados para la obtención de este equipo:
Tomado de el anexo 8., en base a la capacidad volumétrica de aceite a filtrar.
33
m.430L1000
m1L435 =× de aceite a filtrar
Se agrega el 3 por ciento de tierras de blanqueo: 33 m401.03m0.43 4.=× Capacidad total de filtración.
Características:
1 filtro pulidor o de cartucho
Capacidad de: 0.43 3m
Área de contacto: 27.87 2m
Material: Acero Inoxidable 316
Bombas alimentadoras
Bombas B5 y B6 características:
Alimenta aceite del secador a la etapa de filtración y blanqueo y la
segunda de los filtros al tanque de almacenamiento previo a
desodorización T3.
Material: Acero inoxidable 316.
Capacidad: minlt5.43
Tanque de almacenamiento de aceite blanqueado y filtrado
Tanque T3 características:
1 tanque enchaquetado.
Entre la etapa previa a blanqueo.
Tiempo de residencia: 368 minutos.
Objetivo: almacenar y mantener el aceite a desodorizar.
Capacidad: 10.5 veces mayor que la etapa de blanqueo y filtrado.
Volumen: 3,623 litros.
Desodorizado
Tanque de desodorizado
D1 destilador características:
1 tanque de destilado tipo flash.
Tiempo de residencia: 300 minutos.
Entrada de vapor de arrastre 5 por ciento peso aceite entrante a una
presión de 1 a 1.6 mmHg a 140ºC (Dinamarca y Col, 1990)
Presión interna: al vacio.
Capacidad: 10.5 veces mayor que la etapa de blanqueo y filtrado.
Volumen: 3,622.5 lt
Bombas de alimentación
Bombas B7 y B8 características:
Alienta aceite del tanque de almacenamiento previo a la etapa de
desodorizado al tanque destilador y la segunda bombea el aceite ya
refinado del tanque de desodorizado a tanques de almacenamiento final.
Material: Acero inoxidable 316
Capacidad: minlt25.362
Cálculos realizados para este equipo:
En esta etapa final el volumen que se maneja es de 3622.5 litros, se supone un
tiempo de llenado de 10 minutos, y da un caudal de 362.25lt/min.
2.3.5. Insumos auxiliares
Agua.
El agua se utiliza con fines de enfriamiento, para alimentación de vapor,
así como para el proceso y servicios sanitarios de la planta. El agua
suministrada al proceso y las calderas es tratada para evitar fenómenos
corrosivos. El volumen de agua requerida en el proceso, se ha estimado en un
volumen de 857.91 galones por día en la etapa de lavado de aceite, y para la
disolución de hidróxido de sodio 54.57 galones por día.
Vapor.
El vapor se genera en una caldera, y se utiliza para el calentamiento de
aceite a través e un intercambiador de calor, así como su uso en la remoción de
compuestos volátiles en el destilador y en el secador de aceite.
Energía eléctrica.
Suponemos una demanda de 100 kilowatts o más. Aplicando la tarifa H-
M, para la población de Guaymas con un cargo por kilowatts por hora de
demanda facturable a 11.286 dólares y un cargo por kilowatts hora de energía
de punta de 0.211 dólares, además de, un cargo de energía intermedia de 0.067
por kilowatts hora y un cargo por kilowatts hora de energía de base de 0.056
(Bancomext, 2008).
2.3.6. Equipos auxiliares
Comprende principalmente de la caldera y accesorios, sistema de
tratamiento de agua, instrumentación y control, tubería hidráulica, material
eléctrico y materiales generales e instalación. En los costos de inversión de
maquinaria y equipo estos insumos están incluidos como parte de la instalación
de equipo en base un porcentaje del costo de compra de estos.
2.3.7. Distribución de la planta.
Una distribución sugerida separa el desarrollo del proceso se muestra en
la Figura 16.
Área de recepción de
materias primas y taller
de mantenimiento
Área de desodorizado
Área de comedor
Área de almacén producto terminado
y embarques
Área de blanqueo y
filtración
Área desgomado
y neutralizado
Área administrativa
Área administrativa
Área administrativa
Área administrativa
Área administrativa
Recepción oficinas
administrativas
Figura 16. Diagrama de distribución de la planta
