Propuesta de reducción de pérdidas de producto en el llenado de Gases del Aire (Oxígeno, Nitrógeno y Argón) y de Dióxido de Carbono, en la estación de llenado de la Regional de Bogotá de AGA Fano S.A. Juan Pablo Mendoza Acevedo UNIVERSIDAD DE LA SABANA Instituto de Postgrados Especialización en Gerencia de Producción y Operaciones Chía, Julio de 2009 Propuesta de reducción de pérdidas de producto en el llenado de Gases del Aire (Oxígeno, Nitrógeno y Argón) y de Dióxido de Carbono, en la estación de llenado de la Regional de Bogotá de AGA Fano S.A. Juan Pablo Mendoza Acevedo Asesor : Alberto Fuenmayor UNIVERSIDAD DE LA SABANA Instituto de Postgrados Especialización en Gerencia de Producción y Operaciones Chia, Julio de 2009 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN 1 1 1.1 1.2 DEFINICION DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN ALCANCE 2 3 4 2 2.1 2.2 OBJETIVO OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6 6 6 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8 3.2.9 3.2.10 MARCO DE REFERENCIA LA EMPRESA AGA FANO S.A. Productos de AGA FANO S.A. Otros productos de AGA FANO S.A. MARCO TEORICO Diagrama de fases de gases del aire y de Dióxido de Carbono Almacenamiento en estado gaseoso y en estado liquido Descripción de una estación de llenado de gases del aire Descripción de un tanque criogénico Cargue de producto al tanque Proceso de llenado de cilindros Proceso de llenado de termos Proceso de llenado de termos de inseminación Tanque de Dióxido de Carbono Proceso de llenado de cilindros y de termos de Dióxido de Carbono Perdidas teóricas en las estaciones de llenado. 7 7 8 10 12 12 16 17 20 23 24 25 27 28 29 METODOLOGIA REVISIÓN DEL PROCESO ACTUAL DE LLENADO DE GASES DEL AIRE Y DE DIÓXIDO DE CARBONO Llenado de tanques estacionarios Proceso de llenado de cilindros Proceso de llenado de termos Proceso de llenado de termos de inseminación REVISIÓN DE LAS POSIBLES CAUSAS DE LAS PÉRDIDAS DE PRODUCTO Llenado de tanques estacionarios Proceso de llenado de cilindros Proceso de llenado de termos Proceso de llenado de termos de inseminación 31 31 3.2.11 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 30 31 33 34 34 35 35 36 38 39 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9 4.3.10 4.3.11 4.4 4.5 4.6 4.7 DIMENSIONAMIENTO DE LAS SOLUCIONES Cambio de tanque de Argón de baja presión Mantenimiento de las válvulas de alivio y del aislamiento de los tanques Cargue por la tubería de gas del tanque (parte superior) Instalación de celdas de carga para medición por peso en el tanque horizontal de Dióxido de Carbono Alarma sonora y visual de la temperatura optima de enfriamiento de la bomba Bomba de vacío en Nitrógeno Lotes de llenado de mayor tamaño Llenado por lotes de Dióxido de Carbono Llenado por peso para termos de Nitrógeno Mejoramiento de las tuberías y válvulas de llenado de termos (abiertos o cerrados) Llenado de termos de inseminación partiendo de un termo cerrado ESTUDIO DE LAS SOLUCIONES ÓPTIMAS CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN DE SOLUCIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES 39 39 40 BILIOGRAFIA 51 ANEXO 1. ANEXO 2. ANEXO 3. 52 53 54 41 42 42 43 43 44 44 45 46 46 47 49 50 LISTA DE TABLAS Y FIGURAS TABLAS Pérdidas de gases del aire 2008 en la regional Bogotá Porcentaje de pérdidas teóricas mensuales por gas Cálculo del ahorro proyectado mensual por gas Volúmenes de expansión de O2, N2, Ar y CO2 Capacidad y presión de trabajo de tanques de O2, N2 y Ar de la estación de llenado de Bogotá Cronograma de implementación de actividades 3 4 4 16 35 48 FIGURAS Esquema de secuencias de una planta de producción de gases del aire Esquema de secuencias de una planta de producción de CO2 Diagrama de fases Punto de burbuja, presión – Temperatura de O2, N2 y Ar Presión de vapor de nitrógeno y oxígeno Diagrama de fases de Dióxido de Carbono Esquema de una estación de llenado Esquema de tanque criogénico Esquema de bomba de llenado Corte de un termo criogénico Termo de inseminación Partes de un termo criogénico Diagrama para el llenado por peso de cilindros y termos de CO2 Diagrama para el llenado por peso de termos de Nitrógeno Cuadro de comparación de retorno de la inversión entre Opción 1 y 2 9 10 12 13 14 15 20 23 24 26 28 38 44 45 47 INTRODUCCION En el siguiente trabajo se presenta una propuesta para la disminución de pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la Estación de llenado de la Regional Bogotá de la empresa AGA FANO S.A. Inicialmente se realiza la definición del problema y la justificación del caso tomando como base las cantidades de gases que se reportan como perdidas en el año 2008. Se plantean el Objetivo principal y los Específicos que se pretenden cumplir con el presente plan y se realiza una revisión del proceso de llenado para encontrar las posibles causas que aumentan la cantidad de pérdidas aceptadas como normales del proceso. Posteriormente se realiza una revisión de la base teórica que se encuentra disponible en la empresa, para abordar el tema de pérdida de gases en las estaciones de llenado. Una vez que se han encontrado las causas de las pérdidas en el proceso de llenado, se plantea la solución a cada una de las causas, el dimensionamiento económico de la solución y un cronograma de la implementación de las soluciones. Finalmente se presentan las conclusiones, las recomendaciones Espero que el presente trabajo sea un aporte en la disminución de las pérdidas de producto para la empresa y ofrezca algunas herramientas prácticas para la solución de problemas en la industria. 1. DEFINICION DEL PROBLEMA Mensualmente se cuenta la cantidad de producto en el tanque de almacenamiento al inicio del mes o inventario inicial, la cantidad de producto en el tanque de almacenamiento al final del mes o inventario final, la cantidad de producto que se carga a los tanques como materia prima para el llenado y la cantidad de producto que se llena en los cilindros o termos que se entregaran a los clientes. Idealmente el balance mensual, que consiste en la diferencia entre el inventario disponible de producto, el producto que se carga en el tanque y el producto que se carga en los cilindros o termos, debe ser cero. Inventario inicial + Producto cargado el tanque - Inventario final - Producto envasado en cilindros o termos = 0 Con los datos conocidos, la cantidad resultante de la operación anterior constituye las pérdidas de producto, las cuales no se pueden envasar como producto terminado. Inventario inicial + Producto cargado el tanque - Inventario final - Producto envasado en cilindros o termos = Pérdidas El porcentaje de pérdidas resulta de la división de la cantidad reportada como pérdida y el producto disponible durante el mes. % Pérdidas = Pérdidas / (Inv. inicial – Inv. final + Producto cargado al tanque) Al disminuir la cantidad resultante de pérdidas, se puede aumentar la cantidad de producto terminado que se envasa y por lo tanto que se vende al cliente final; así las ventas aumentan con el mismo recurso de materia prima, aumentando finalmente las ganancias de la empresa. Al contrario, al aumentar la cantidad de pérdidas estas se reportan directamente en el estado de resultados del mes, disminuyendo ganancias de la empresa al final del ejercicio contable. El presente trabajo consiste en generar una propuesta para la disminución de las pérdidas de los gases llenados en la regional Bogotá al porcentaje técnicamente permitido en el proceso de llenado. 2 1.1 JUSTIFICACIÓN En el ANEXO 1. se relacionan las cantidades de producto que se llenaron en la Regional de Bogotá, en el 2008. Durante el año 2008, las perdidas de los gases del aire durante el llenado en la regional de Bogotá, presentaron el comportamiento que se muestra en la siguiente tabla y gráfica. Nota: En el mes de Mayo se obtuvo un valor negativo para el Oxígeno, ya que por efecto de contabilización de producto, en la fórmula que se explicó en la Definición del problema, algunos cilindros se devolvieron con producto residual y en la formula de diferencia entre el inventario, el llenado y la cantidad cargada, se obtiene un valor negativo. Para realizar el cálculo del ahorro proyectado, se utilizan los valores de la siguiente tabla, los cuales fueron calculados para cada producto según los conceptos teóricos del numeral de Pérdidas teóricas en las estaciones de llenado. 3 Para el CO2, como se explicará en el capítulo de pérdidas teóricas en las estaciones de llenado., las pérdidas teóricas son próximas a cero, por lo que se utilizará un valor de perdidas de 5%, definidas como máximas por la empresa. La diferencia entre lo obtenido (Total-08) y la meta se valoriza y el resultado que se obtiene se muestra en la columna costo/mes que se muestra a continuación. No se considera el Oxígeno, ya que el resultado obtenido es menor que el teórico, causado como se explico anteriormente por el aprovechamiento del gas residual de los cilindros. Lo anterior significa que al alcanzar la meta planeada de pérdidas mensuales, se obtiene un ahorro mensual de $21.447.000. A manera de información el producto ahorrado como pérdida podría envasarse en cilindros y obtener de él una venta mensual e $164.333.000 1.2 ALCANCE El presente trabajo se desarrollará en la estación de llenado de Bogotá, situada en la Carrera 68 No. 11 – 51 de la ciudad de Bogotá, para los siguientes gases: 4 Nitrógeno, Argón y Dióxido de Carbono. No se generará plan para el Oxígeno, ya que el resultado de pérdidas para este gas esta por debajo del teórico, lo que significa que los esfuerzos se enfocarán a los gases que presentan una pérdida mayor. 5 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Desarrollar el plan para la reducción de perdidas de gases del aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá de la empresa AGA FANO S.A. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar el diagnóstico de las causas de las pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. Estudiar las diferentes alternativas posibles para obtener la reducción de pérdidas de gases del aire. Proponer un plan de trabajo para la reducción de perdidas de gases del aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá de AGA FANO S.A. 6 3. MARCO DE REFERENCIA 3.1 LA EMPRESA AGA FANO S.A.1 El nombre de AGA es una sigla que en idioma Sueco significa Aktiebolag Gas Accumulator, y traducido al español significa Compañía de Acumuladores de Gas. La compañía AGA fue fundada por Gustaf Dalen, quien por haber creado los faros automáticos, se hizo acreedor en 1912 al premio Nóbel de Física. Murió en 1937 y fue el primer presidente de la Compañía. En Colombia la empresa se inició en 1931, cuando un grupo de inmigrantes Alemanes en unión con inversionistas Colombianos el 10 de Octubre de 1931 fundaron la Fábrica Nacional de Oxígeno y Productos Metálicos FANO S.A. En 1939, los inversionistas Alemanes de FANO S.A. vendieron sus aportes a la casa AGA de Suecia. En 1942 se protocoliza la Compañía de Nombre AGA FANO S.A. Desde esta época hasta la actual, AGA FANO se ha consolidado como líder del mercado de Gases de Aire para unos Medicinales e Industriales con una participación del mercado superior al 50%. En el Año 2005, la empresa LINDE Gas, cuya casa matriz se encuentra en Alemania realiza el proceso de compra de la empresa AGA en Suecia y se convierte en propietaria de la subsidiaria AGA FANO S.A. en Colombia. En el año 2006, la empresa LINDE Gas, realiza el proceso de compra de la multinacional de gases del aire BOC (Con casa matriz en Inglaterra) y se convierte la líder mundial en la producción y comercialización de gases del aire para el área Medicinal e Industrial con presencia en más de 70 países en el mundo. En Colombia por regulación de la Superintendencia Bancaria el proceso de fusión con la empresa CRYOGAS S.A. (Subsidiaria de BOC Gases), fue prohibido, ya que la fusión de las dos empresas representaría el manejo de cerca del 80% del mercado Nacional. La empresa actualmente cuenta con tres grandes áreas de Negocios como son las de Industria Manufacturera, Medicinal y Procesos Industriales1. 1 Extracción del Manual de inducción de AGA FANO, Recursos Humanos, Bogotá, 7 En la industria manufacturera, AGA FANO provee distintos tipos de gases y productos para el proceso de corte y soldadura, como son Oxígeno y Acetileno, gases puros y mezclas de gases de alta pureza para soldaduras especiales. En el área medicinal, AGA FANO provee gases del aire para aplicaciones médicas como Oxígeno, Nitrógeno y Dióxido de carbono, así como insumos y equipos para el tratamiento médico, en donde se vea involucrado el uso de gases puros o mezclas de estos gases. En los procesos industriales AGA FANO provee a las industrias metalúrgicas, química, de alimentos y vidrio, gases y mezcla de gases en estado líquido y gaseoso para aplicaciones que van desde la fabricación misma del producto, hasta el tratamiento de aguas residuales. Igualmente provee, a este tipo de industrias, equipos e instalaciones de alta tecnología e ingeniería. 3.1.1 Productos de AGA FANO S.A.1 1) Gases del Aire: Son aquellos que son extraídos directamente del aire, cuya composición aproximada es 78% de Nitrógeno, 21% de Oxígeno y 1% de Argón. Estos gases son: a. Oxígeno: Gas Oxidante y comburente que promueve los procesos de combustión. En los procesos de corte de metales ferrosos es el gas de corte. Se utiliza en la industria química, petroquímica y metalúrgica para enriquecer el aire de combustión. En la industria del papel se utiliza como agente blanqueador. También se utiliza en la industria medicinal para terapias respiratorias. b. Nitrógeno: Es un gas inerte que se suministra en forma líquida o gaseosa. Juega un papel importante en el ajuste por contracción de piezas metálicas y en el desbarbado de piezas e caucho. Se utiliza en el soplado de botellas y enfriamiento de reacciones químicas, lo mismo que en procesos de inertización de atmósferas, ya que desplaza en Oxígeno del aire. Se utiliza también para el congelamiento y transporte de alimentos. Con este gas en estado líquido se puede conservar material biológico delicado como el semen, la sangre o muestras de tejido orgánico. c. Argón: Es un gas inerte que se aplica en la protección de soldaduras especiales como el MIG y el TIG, en soldadura y corte por plasma y en la remoción de impurezas de los metales en estado líquido. 8 Los gases del aire son producidos a través de la destilación de los diferentes componentes del aire. La descripción del proceso es la siguiente: Fuente: Manual de inducción de AGA FANO, Recursos Humanos, Bogotá La materia prima es el aire, el cual es filtrado (1) y luego se comprime hasta 6 veces la presión atmosférica en el compresor (2). Entre las etapas de compresión el aire es enfriado por medio del agua refrigerada en un intercambiador de calor. En el proceso de refrigerado (3), se baja la temperatura hasta 5°C, después de lo cual el dióxido de carbono e hidrocarburos son separados del aire por medio de un tamiz molecular (4), el aire comprimido y preenfriado pasa luego por un intercambiador de calor (5) y por un proceso de expansión (6), con lo cual el aire se enfría hasta muy cerca de su punto de condensación, aproximadamente de -194°C. Esta temperatura tan baja se utiliza en el proceso de separación de gases en las columnas (7) y en la producción de los gases en forma líquida. Los gases se separan uno por uno del otro por medio de un proceso de destilación, basado en el hecho de que cada gas tiene diferentes puntos de ebullición. El punto de ebullición del Oxígeno es de -183°C, el del Argón es de -186°C y el del Nitrógeno es de -196°C. 9 Los gases una vez separados son almacenados en estado líquido en tanques separados y aislados. 3.1.2 Otros productos de AGA FANO S.A. Dióxido de Carbono: cuya fórmula química es CO2, se utiliza en la industria alimenticia como la de gaseosas, y en industrias químicas en el tratamiento de agua residual, por su característica de formar Acido Carbónico en solución con el agua. Se utiliza también en procesos de inertización de atmósferas industriales por su característica de desplazar el Oxígeno del aire. Se utiliza en procesos de soldadura como gas de protección, como materia prima de medicamentos y en procesos de aplicaciones biológicas como en la floricultura. Se produce por el tratamiento de los gases de combustión. El proceso es el siguiente:2 Se inicia con la combustión de un hidrocarburo líquido o gaseoso en la unidad de calentamiento de lejía (1,2). El gas de combustión puede contener Dióxido de Azufre, el cual es removido usando una lejía de Soda 2 Manual de Planta de Dióxido de Carbono de UNION Engineering, Dinamarca 1992. 10 en una torre lavadora (5). Posteriormente el gas de combustión es llevado a una torre de absorción (7), por medio de un sobrepresor (6). El CO2 contenido en los gases de combustión es absorbido por la lejía de MEA y el gas de residuo es liberado a la atmósfera. La lejía de MEA, saturada de CO2 es precalentada en un intercambiador de calor (10), después es bombeada a la torre despojadora, donde por acción de la temperatura es liberado el CO2. La lejía no saturada que queda en la torre despojadora (4), retorna a la torre absorbedora (7), a través del intercambiador de calor (10) y el enfriador de lejía (9). El CO2 liberado de la torre despojadora, es enfriado en el enfriador de gas (11), limpiado en una torre de Permanganato de Potasio (13) y conducido al compresor de CO2 (14), el cual comprime el gas en dos etapas hasta alcanzar una presión de 15 bar (g). Previo a la condensación, el gas es secado en las torres secadoras (15) a un punto de rocío aproximado de –60 °C, para después pasar a través de un filtro de carbón activado (16). El CO2 gaseoso seco y purificado, es condensado en un intercambiador de calor multitubo a una temperatura aproximada de – 30 °C (17). El CO2 licuado y enfriado se almacena finalmente en un tanque aislado térmicamente (20). Además de los productos anteriormente mencionados, AGA FANO produce y comercializa el Acetileno, gas combustible utilizado principalmente en las áreas de soldadura, corte de metales, cepillado de acero y como materia prima en industrias químicas. Con la llama oxiacetilénica se realiza también el temple, la limpieza y corrección de deformación en diversas superficies. El Hidrógeno, gas inflamable generalmente utilizado para crear atmósferas reductoras en tratamientos de metales, para la hidrogenación de grasas, fabricación de fibras ópticas refrigeración de centrales hidroeléctricas y en laboratorios. Oxido Nitroso, gas medicinal especial utilizado para procesos de analgesia, y que actúa también como inductor de anestesia. Los gases anteriores pueden ser mezclados para ser utilizados también en diferentes procesos como los de soldaduras especiales, en 11 aplicaciones de inertización de atmósferas para productos alimenticios o en diversas aplicaciones del campo medicinal y de análisis de laboratorio como gases de calibración. 3.2 MARCO TEORICO 3.2.1 Diagrama de fases de gases del aire y de Dióxido de Carbono Los estados de la materia dependen de las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentran. Estos estados son: Sólido, Líquido, Gaseoso y Plasma que se caracterizan por tener unas condiciones moleculares similares y distintas entre si. Temperatura Presión gaseoso sólido líquido Fuente: Documentos de capacitación de AGA FANO S.A. Una forma gráfica de representar el cambio de estado de una sustancia, es un diagrama de fases, en donde a través de un plano cartesiano de Presión contra Temperatura, se muestra las condiciones bajo las cuales la sustancia existe como sólido, líquido y gas. Para algunas sustancias, existe un punto de presión y temperatura donde coexisten las tres fases (sólido, líquido y gaseoso), y se llama punto triple. El Punto Crítico es el máximo valor de presión y temperatura a la cual coexiste en equilibrio la fase líquida y gaseosa. Por encima de este únicamente se tendrá fase gaseosa. 12 A continuación se anexan los diagramas de fases del Oxígeno, Nitrógeno, Argón y el Dióxido de Carbono. Diagrama de vapor de Nitrógeno, Oxígeno y Argón. Fuente: Curso sobre Gases Criogénicos y Gases Alta Presión, Taylor Wharton, Eduardo Drew, 2004 13 Diagrama de presión de vapor de Nitrógeno y Oxígeno Fuente: Curso de Técnicas de Separación de Gases del Aire Anders Lenneskog, 1995 14 Diagrama de Fases Dióxido de Carbono Fuente: Curso sobre Gases Criogénicos y Gases Alta Presión, Taylor Wharton, Eduardo Drew, 2004. 15 3.2.2 Almacenamiento en estado gaseoso y en estado líquido Los gases en la atmósfera se convierten en líquidos bajo diferentes condiciones de presión y temperatura. Cada uno de estos líquidos tiene propiedades diferentes de los demás. Sin embargo, los peligros probables al manejar todos estos gases derivan especialmente de dos propiedades importantes que tienen en común: - Son extremadamente fríos Cantidades muy pequeñas de líquidos se transforman en grandes cantidades de gas Producto Liquido Gas O2 1 840 N2 1 680 Ar 1 820 CO2 1 620 Fuente: Presentación de Generalidades de Gases AGA FANO S.A. Seguridad Industrial Para almacenar grandes cantidades de gases del aire en estado gaseoso se requerirían de grandes recipientes, o si se quisiera disminuir el tamaño del recipiente, se debería almacenarlos bajo altas presiones, para lo cual se necesitarían recipientes muy resistentes y por lo tanto muy pesados. Para evitar los inconvenientes anteriores, los gases del aire se transportan y almacenan en estado líquido en tanques especiales que permiten tener en su interior el producto a muy baja temperatura (criogénicos) y presiones máximas de 20 bar, (300 psi). Manejar los líquidos criogénicos de manera segura depende de que los procedimientos se basen en un perfecto conocimiento de las propiedades de dichos líquidos. Hay muchas precauciones y practicas se seguridad de tipo general que deben observarse, debido a las temperaturas extremadamente 16 bajas y a altos rangos de conversión a gas de todos los líquidos aquí tratados. Hay además ciertas precauciones específicas a seguir cuando el líquido determinado puede reaccionar con los contaminantes o pueda presentar peligro hacia las personas. Los líquidos se deben manipular cuidadosamente. A las temperaturas extremadamente bajas que se encuentran, pueden producir sobre la piel un efecto similar al de una quemadura por llama o un líquido caliente. Cuando se derraman sobre una superficie tienden a cubrirla completamente y por lo tanto enfrían un gran sector. Los gases emitidos desde estos líquidos son también extremadamente fríos y pueden producir quemaduras. Las principales recomendaciones para el manejo y almacenamiento de líquidos criogénicos son: Manejar siempre los líquidos criogénicos en áreas bien ventiladas para evitar concentración excesiva de gas. Nunca manejar los líquidos en áreas cerradas o lugares donde la ventilación no sea adecuada. El Oxígeno en concentraciones superiores al aire (21%) puede reaccionar con combustibles o lubricantes y causar incendios o explosiones, por lo tanto conviene tenerlos separados. En general, concentraciones excesivas de Oxigeno, pueden causar un incendio. Cantidades excesivas de otros gases atmosféricos en el aire reducen la concentración de Oxígeno y pueden causar asfixia. Respecto al equipo correcto, se deben usar solo envases específicamente diseñados para contener líquidos criogénicos. Dichos envases están hechos de materiales que pueden soportar los rápidos cambios y grandes diferencias de temperaturas que se producen al trabajar con estos líquidos. Aun así, estos envases especiales deben llenarse lo más lentamente posible para minimizar los choques térmicos que ocurren al enfriarse cualquier material y están construidos de tal manera que resisten las presiones normales de operación. Los envases pueden se abiertos o cerrados, pero estos últimos deben estar protegidos por un respiradero u otro dispositivo de seguridad que permita el escape de gases. 3.2.3 Descripción de una estación de llenado de gases del aire El propósito de la estación de llenado es vaporizar el gas en estado líquido o licuado y llenarlo en cilindros o recipientes de alta presión. 17 Los componentes principales son: Un tanque criogénico que almacena el líquido, una bomba que eleva la presión del líquido, un gasificador o vaporizador, que convierte el líquido en gas, tuberías y conectores para el llenado de los recipientes que contengan el producto en estado gaseoso. Partimos de producto líquido almacenado en un tanque criogénico, cuyo tamaño normalmente dependerá de factores de distribución. Siempre debe mantenerse una alta rotación de llenado en la estación de llenado. Esto hará posible mantener el líquido del tanque con una baja presión de vapor de tal manera que las válvulas de seguridad no venteen gas innecesariamente3. Es muy importante que el tanque sea diseñado y dimensionado especialmente para conectarse a una bomba de alta presión en particular, y que el sistema de tubería, entre el tanque y la bomba, sea diseñado e instalado de una manera óptima, es decir, para dar el mejor funcionamiento posible con un mínimo de perdidas. Una bomba de alta presión (bombas de pistón o desplazamiento positivo) con un sistema de circulación de gas licuado a través de ella para enfriarla hasta la temperatura de trabajo y darle la CSPN (Cabeza de Succión Positiva Neta) necesaria, que provean el gas a alta presión4. El tanque debe estar elevado y la bomba de ser instalada debajo entre 1-1.5 m o con el extremo frío directamente debajo de los tubos de entrada y retorno. Siempre hay que instalar un filtro en el tubo de la entrada a la bomba. Se deben instalar mangueras flexibles en los tubos de entrada y retorno lo más cerca posible de la bomba; la tubería debe ser lo más verticales, cortas y directas posible. Se debe instalar una válvula de seguridad o una que retorne al tanque. Se deben aislar térmicamente los tubos lo mejor posible para evitar la transferencia de calor del medio ambiente a través de los tubos al gas licuado, ya que esta aumenta su temperatura formándose burbujas que podrían dañar las válvulas de la bomba y los anillos del pistón reduciendo la vida útil de la bomba. El aislamiento térmico debe purgarse con Nitrógeno seco y frío para mantener el aire por fuera5. 3 Pérdidas de Gases del Aire, Capítulo 5, AGA FANO, Bogotá Idem 3 5 Estaciones de Llenado, Instalaciones, AGA FANO, Bogotá 4 18 Desde los puntos de vista técnicos y económicos, un sistema “ideal” de bombeo debería tener los siguientes requisitos6: - Mínima transferencia de calor hacia el sistema Garantía de tener líquido subenfriado a la entrada de la bomba Presión cero o muy baja en el tanque La transferencia de calor al líquido en el sistema de tuberías alrededor de la bomba debe utilizarse para obtener variaciones en la densidad del líquido (principio de termosifón) sin vaporizarlo La circulación continua de líquido alrededor de la bomba da una suficiente relación presión/temperatura para un bombeo sin contratiempos Solamente una dirección de flujo. Las burbujas de gas y el liquido deben ir en la misma dirección Ningún venteo a la atmósfera Llenado rápido (se acorta el tiempo de enfriamiento) A continuación, tenemos los vaporizadores o gasificadotes, que son intercambiadores de calor atmosféricos, que se utilizan para suministrar al líquido a alta presión, el calor suficiente para que cambie a estado gaseoso. Estos utilizan el calor del aire que los rodea para gasificar el líquido criogénico. Posteriormente vienen las tuberías, dispositivos de seguridad y conexiones a los recipientes que contendrán el gas, los cuales deben tener la resistencia adecuada a la presión a la que este diseñado el recipiente que se quiere llenar, que pueden ser de baja presión como los termos o recipientes en que contienen el producto en equilibrio líquido – gas (máximo 20 bar o 300 psi); o de alta presión como los cilindros o recipientes que contienen el producto en estado gaseoso (máximo 200 bar o 2900 psi). 6 Idem 3 19 Fuente: Curso de llenado de Gases del Aire AGA FANO S.A. 3.2.4 Descripción de un tanque criogénico Antes de hacer la descripción de un tanque criogénico se describirá que es un líquido criogénico; este se define como la forma licuada de un gas que tiene una temperatura de condensación por debajo de -153ºC a presión atmosférica. Para nuestro propósito, sin embargo, un líquido criogénico se caracteriza por las siguientes propiedades: - Un producto en el estado líquido (condensado), el cual de otra manera existe en el estado gaseoso a temperatura y presión normales El gas ha sido licuado por enfriamiento y no por aumento de presión La temperatura del liquido la cual es menor que la de los alrededores, se mantiene constante dentro de un recipiente con buen aislamiento y/o enfriamiento. El enfriamiento puede ser hecho con una unidad de refrigeración o permitiendo que una parte del liquido se evapore. Para periodos limitados, un líquido criogénico puede mantenerse encerrado, siempre y cuando el recipiente este bien aislado. La temperatura del liquido aumentara gradualmente, pero la evaporación será contra actuada permitiendo que la presión en el recipiente (tanque) aumente. 20 Los tanques criogénicos son recipientes utilizados para almacenar o transportar líquidos criogénicos, incluyendo gases licuados del aire. El tanque consiste en un recipiente interior y un recipiente exterior o “camisa”. El espacio entre los dos recipientes esta lleno con un material aislante que es generalmente perlita7, cuyo objeto es minimizar que el calor del medio ambiente ingrese al interior del tanque y vaporice el producto en su interior causando aumento de la presión. El recipiente interior, generalmente esta hecho de acero inoxidable o acero con 9% de Níquel y su función es almacenar el líquido criogénico. La “camisa” exterior generalmente esta hecha de acero al Carbono y su función principal es la de sostener el aislamiento y soportar al recipiente interior. Existen dos tipos principales de tanques criogénicos8: Tanques construidos en fábrica El espacio aislante es vacío y material aislante, lo que hace que el efecto aislante sea muy bueno. Actualmente, la mayoría de los tanques con capacidad por debajo de 400.000 litros son aislados al vacío9. Tanques construidos en el sitio El aislamiento es mucho más grueso en un tanque construido en el sitio que en un tanque construido en fábrica10. Generalmente, los tanques aislados al vacío tienen 2 a 3 veces mejor efecto aislante que los tanques construidos en el sitio sin aislamiento al vacío. Un buen tanque criogénico para almacenar gas licuado depende de su: - Tamaño - Espesor y calidad del aislamiento - Forma (relación longitud/ancho) - Aplicación - Estado de vacío He aquí un resumen de los dos tipos de tanques que hemos descrito antes: 7 Pérdidas de Gases del Aire, Capítulo 1, AGA FANO, Bogotá Idem 7 9 Idem 7 10 Idem 7 8 21 Tipo de tanque (bar g) Capacidad (l) Presión Hecho en fábrica Hecho en el sitio 2.000-400.000 300.000-2.500.000 2-35 0.05-0.2 de trabajo Los tanques hechos en fábrica, tienen presiones de trabajo varias veces la presión atmosférica, mientras que los grandes tanques hechos en el sitio tienen presiones de trabajo solo ligeramente sobre la presión atmosférica11. En la industria de los gases las presiones se expresan de la siguiente manera: Un bar es aproximadamente igual a la presión atmosférica. (1 bar = 0.9869233 atm). Un bar a significa un bar absoluto, en otras palabras presión atmosférica normal. Cuando se habla de recipientes a presión, generalmente se dice bar g (manométricos), lo cual significa el número de bares por encima de la presión atmosférica (1 atm). Así que: 0 bar a = vacío absoluto 1 bar a ≈ presión atmosférica normal 2 bar a = 1 bar g ≈ 1 atmósfera por encima de presión atmosférica 3 bar a = 2 bar g ≈ 2 atmósferas por encima de la presión atmosférica y así sucesivamente. 11 Idem 7 22 Fuente: Curso de llenado de Gases del Aire AGA FANO 3.2.5 Cargue de producto al tanque La transferencia de un gas licuado de un tanque transportador a un cliente o a una estación de bombeo puede ser ejecutada bajo condiciones muy variables. El tanque transportador puede ser descargado con la ayuda de su Serpentín de Aumento de Presión (SAP) solamente (transferencia por presión), o con la bomba y el SAP. Los tanques del cliente o de la estación de bombeo pueden tener una Máxima Presión Permisible de Trabajo (MPPT) alta o baja, y pueden estar “calientes” o a la temperatura de almacenamiento. Los tanques transportadores, por regla general, están provistos con una bomba de transferencia (de tipo centrífugo) para descargar en los tanques de clientes o estaciones de llenado. Para poder operar correctamente, la bomba del tanque transportador deber ser enfriada, pero debe además tener en la succión una cierta presión (relacionada con la presión de vapor), conocida como Cabeza de Succión Positiva Neta (CSPN). Para conseguirla debe incrementarse la presión de la fase gaseosa del tanque transportador, lo que significa subenfriar el gas licuado. Esto se lleva a cabo con el Serpentín de Aumento de Presión (SAP). El líquido es enviado al serpentín, se vaporiza y el gas retorna a la fase gaseosa del tanque transportador. Esto incrementa la presión. 23 3.2.6 Proceso de llenado de cilindros Los cilindros son recipientes que se usan para servicio gaseoso y suministran gas a presión. Las características de un cilindro de los gases tratados son: - Se llenan a un a presión desde 55 bar o 800 psi, hasta una presión de 200 bar a 2900 psi. La cantidad llenada es controlada por la presión final del lleno en el caso de Oxígeno, Nitrógeno, y Argón o mezcla de los anteriores, o por peso si el gas que se va a contener se encuentra en estado líquido a estas condiciones como el Dióxido de Carbono. Los cilindros se llenan con bomba de llenado, que esencialmente es un pistón que recorre un cilindro, el cual admite el líquido en la carrera o recorrido en un sentido, y expulsa el líquido en la carrera o recorrido en el sentido contrario. Fuente: Curso de llenado de Gases del Aire AGA FANO Las bombas están dotadas de válvulas que permiten la entrada del líquido en la carrera de succión y restringen la salida y de válvulas inversas para la carrera de descarga. Para evitar la gasificación del producto antes de lo deseado, las bombas de llenado están dotadas de sistemas de aislamiento muy eficientes como recipientes al vacío. 24 El proceso de llenado consiste en la conexión de los recipientes que se desean llenar, los cuales pueden ser en paquetes de varios cilindros cuando se trata del llenado con gases que permanecen es estado gaseoso a las condiciones finales como el Oxígeno, Nitrógeno y Argón o mezcla de los mismos; o de uno en uno, cuando se trata de los gases que permanecen en equilibrio líquido gas a las condiciones rellenado como el Dióxido de Carbono. Posteriormente los cilindros o cilindro se vacían a la atmósfera para retirar los excedentes en caso de gases medicinales o se homogeniza en la cantidad de cilindros a llenar. A continuación la bomba de llenado se enciende y el líquido empieza a llenar el sistema de gasificador o vaporizador, posteriormente cambia de estado y llena los cilindros hasta la presión deseada, momento en el cual se detiene la bomba de llenado. Los procesos modernos de llenado controlan la presión final automáticamente y apagan la bomba automáticamente al alcanzar la presión deseada. Finalmente, se cierran las válvulas de cada cilindro, se despresurizan las tuberías de conexión y posteriormente se desconectan los cilindros, concluyendo así el proceso de llenado. Si el llenado es con Dióxido de Carbono únicamente, entonces el proceso consiste en la conexión de un solo cilindro, el cual se coloca sobre una báscula, se abre la válvula del cilindro, se tara la báscula a cero y se enciende la bomba hasta alcanzar la cantidad deseada. Una vez se tenga el peso requerido, el cilindro se cierra y se despresuriza las tuberías de conexión para poder desconectar el cilindro y concluir el proceso de llenado. En todos los casos los cilindros deben ser cuidadosamente clasificados en aptos y no aptos antes del proceso de llenado para no incurrir en ningún riesgo al momento de someterlos al esfuerzo de mantener un producto a una presión muy superior a la atmosférica. 3.2.7 Proceso de llenado de termos Los termos son recipientes para el almacenamiento y transporte de gases licuados del aire en pequeñas cantidades (160-250 litros) bajo presión y provistos con las válvulas e instrumentos requeridos para operar el recipiente. 25 Las características de un termo son: - Llenado a través de la conexión del fondo Válvula de venteo de gas abierta a la atmósfera durante todo el procedimiento de llenado Válvula de consumo de líquido con conexión al fondo del recipiente y válvula de consumo de gas con conexión a la parte superior del recipiente Tiene una máxima presión de trabajo de aproximadamente 20 bar, (300 psi) Puede ser suministrado con un serpentín de aumento de presión La cantidad llenada se puede controlar bien sea por pesaje o por conexión de nivel máximo (válvula de venteo de gas) Corte de un termo. Fuente: Curso de llenado de Gases del Aire AGA FANO Transferencia por gravedad o baja presión El método de llenado más usado comúnmente, utiliza la diferencia de presión entre el tanque de almacenamiento (presión de gas más columna de líquido) y la contrapresión en el cilindro como fuerza de empuje. El termo se ventea casi hasta la presión atmosférica (reduciendo así el producto residual) y la válvula de venteo se deja completa o parcialmente abierta durante toda la operación de llenado. 26 Con una manguera flexible, se conecta la fase líquida del tanque con la válvula de consumo líquido del termo y se deja fluir el producto hasta que salga producto líquido por la válvula de venteo. Posteriormente se cierran las válvulas del tanque y del termo, se despresuriza la manguera de conexión y se desconecta, concluyendo así el proceso de llenado. Sistema de llenado con un regulador de presión diferencial constante12 Otra forma de realizar el llenado de termos es equipando el sistema de llenado con un regulador de presión diferencial constante. Aquí, la presión en el tanque de almacenamiento se mantiene ligeramente por encima de la presión en el cilindro durante el llenado13. El principio utiliza la técnica de la estrangulación en el sistema de venteo, manteniendo una presión diferencial constante en el termo, se minimizan las pérdidas por evaporación instantánea por que se evita que la presión de vapor del líquido caiga por debajo de cierto nivel. La diferencia de presión deberá estar entre 0.7 y 1 bar (10-15 PSI)14. La ligera presurización en el sistema mantiene el flujo de líquido cercanamente a una sola fase (la mayor cantidad es líquido con algunas burbujas de vapor) o sea que se reduce el riesgo de flujo en dos fases y la “pérdida instantánea” resultante de caídas de presión locales en la tubería entre el tanque de almacenamiento y el cilindro o el termo15. 3.2.8 Proceso de llenado de termos de inseminación El termo de inseminación es una botella metálica de doble capa, separadas por un medio aislante y vacío, el cual minimiza la transmisión de calor por conducción y convección. En su interior pueden contener una canastilla metálica en la cual se coloca el material que se quiere preservar y se llenan con Nitrógeno en estado líquido, el cual se mantiene a la temperatura de licuefacción, la cual es de -193 °C a presión atmosférica. 12 Idem 3. Pérdidas de Gases del Aire, Capítulo 6, AGA FANO, Bogotá 14 Idem 13 15 Idem 13 13 27 El termo de inseminación tiene una tapa la cual permite la gasificación natural del Nitrógeno, que se puede retrasar por varios días si el almacenamiento del recipiente es el adecuado. El proceso de llenado del termo de inseminación se realiza instalando una manguera en la válvula de salida de líquido de un tanque de almacenamiento, con la cual se regula el caudal de salida hasta que el líquido en el termo alcance el nivel deseado, que se controla por peso o por volumen. 3.2.9 Tanque de Dióxido de Carbono En esencia, un tanque de Dióxido de Carbono tiene la misma configuración que un tanque criogénico normal (Ver Descripción de un tanque criogénico), pero la precaución que se debe tener es que no se puede almacenar a una presión inferior a 4.8 bar, a la cual cambia de estado líquido a sólido (hielo seco) y deja de fluir. Esta característica es válida para tanques y termos llenados con Dióxido de Carbono y se convierte en la precaución más importante que debe tenerse en cuenta con el manejo de este gas, ya que puede causar taponamiento en las tuberías y mangueras con hielo seco (Dióxido de Carbono sólido), el cual sale expulsado con violencia cuando la presión cambia y puede causar lamentables accidentes. Este tipo de tanque tiene en su interior un serpentín por el que circula un líquido refrigerante que licua nuevamente la fase gaseosa del tanque, manteniendo la presión en un nivel inferior a las válvulas de seguridad. 28 3.2.10 Proceso de llenado de cilindros y de termos de Dióxido de Carbono Los cilindros y termos de Dióxido de Carbono, a diferencia de los recipientes para Oxígeno, Nitrógeno y Argón, se llenan de uno en uno, hasta un peso determinado. El proceso inicia con la revisión del recipiente que determina si es apto para el proceso de llenado, y posteriormente conectar el recipiente a una bomba de llenado, la cual succiona el Dióxido de Carbono desde el tanque y lo inyecta al recipiente. El recipiente se coloca sobre una báscula, la cual es tarada a valor cero; cuando el proceso de conexión termina y a través de un juego de válvulas operadas manualmente el llenador, se inyecta el Dióxido de Carbono al recipiente hasta el valor de peso predeterminado para cada recipiente. Cuando el peso es alcanzado, el Dióxido de Carbono se deriva nuevamente al tanque, se cierra la válvula del recipiente y se aísla la manguera de llenado, la cual se despresuriza lentamente hasta que sea posible su desconexión. Como se explico anteriormente la precaución que se debe tener es que al bajar la presión de 4.8 bar, el Dióxido de Carbono cambia a fase sólida, formando hielo seco, el cual tapona las tuberías y mangueras. Esto es por que la presión del cambio de fase (punto triple) es de 4.8 bar, la cual se puede observar en el diagrama de fases del Dióxido de Carbono Cuando se llenan cilindros, la manguera de llenado se conecta directamente a la válvula del cilindro sin ningún desfogue o rebose y la bomba debe ser capaz de inyectar el Dióxido de Carbono líquido hasta el nivel requerido. Como el cilindro se almacena a temperatura ambiente, la presión interna en el cilindro es la resultante de la curva de equilibrio, que es de 55 bar (800 psi). En un termo, debido a que la temperatura puede ser menor que la del medio ambiente, la presión de almacenamiento es de 20 bar (300 psi), y el llenado se realiza conectando la manguera de llenado a la válvula de consumo de gas y abriendo ligeramente la válvula de rebose del termo, teniendo la precaución de no bajar la presión del recipiente por debajo de la formación del sólido. 3.2.11 Perdidas teóricas en las estaciones de llenado. 29 Como se reviso en Descripción de una estación de llenado de gases del aire, una estación de llenado consta de un tanque de almacenamiento de los gases del aire en estado líquido, una bomba, gasificador o vaporizador, tuberías de conducción del producto gaseoso, y finalmente mangueras y conectores que llevan el gas a los recipientes que se requieren llenar. En el tanque se presenta el primer punto que causa pérdidas en el almacenamiento y es debido a que el aislamiento del tanque no es 100% efectivo, por lo que el calor del medio ambiente ingresa al tanque interior y causa elevación de la presión y temperatura del líquido, hasta un punto que las válvulas de seguridad del tanque alivian la presión y causan pérdidas. En promedio para los tanques analizados, las pérdidas son de 0.2 % de O2 por día para tanques de 30.000 litros y se utiliza un factor de 2.04 y 1.36 para Nitrógeno y Argón respectivamente para obtener la rata de evaporación teórica.16 Cada vez que un trailer descarga producto en el tanque, tiene una temperatura mas baja que el almacenado, ya que esta recién cargado de la planta de producción y hace que la temperatura del líquido disminuya, bajando también la presión de la fase gaseosa del tanque. Otra pérdida que se causa en el proceso de llenado es la de la diferencia del volumen nominal de los recipientes que se llenan la cual es del orden de 1.5% y la expansión de los recipientes en el momento de alcanzar la presión la cual es de 0.35% en promedio17 Otra pérdida como el gas remanente que queda en la bomba y en las tuberías al finalizar el llenado depende de las condiciones particulares de cada estación de llenado. En cuanto al CO2, al ser un producto que se almacena en tanques aislados y refrigerados, las pérdidas teóricas en almacenamiento deben ser cero, al igual que las de diferencia de llenado en el recipiente, ya que como se indico anteriormente cada recipiente se llena de uno en uno hasta un peso determinado. 16 17 Pérdidas de Gases del Aire, Capítulo 1, AGA FANO, Bogotá Idem16 30 4. METODOLOGIA Para el desarrollo del presente trabajo se seguirán los pasos dados a continuación: - Dimensionamiento económico del problema: Desarrollado en el capítulo de Justificación, que nos indica que mensualmente la empresa pierde una cantidad de 21.44 millones de pesos mensuales por causa de pérdidas desmesuradas en el proceso de llenado. - Revisión teórica del proceso Se desarrolló el Marco de Referencia, donde se describe las partes del proceso y como debe ser su comportamiento teórico. En el siguiente capítulo se abordarán los puntos que se describen a continuación: - Revisión del proceso actual de llenado de gases del aire y de Dióxido de Carbono Revisión de las posibles causas y soluciones de las pérdidas de producto Dimensionamiento de las soluciones Estudio de las soluciones optimas Cronograma de implementación de soluciones 4.1 REVISIÓN DEL PROCESO ACTUAL DE LLENADO DE GASES DEL AIRE Y DE DIÓXIDO DE CARBONO Para el llenado de recipientes con Nitrógeno, Argón y Dióxido de Carbono se hará una revisión del proceso actual, para efectuar un análisis con la teoría disponible actualmente y con los conocimientos adquiridos. En algunos procesos de llenado, se realizaran algunas sugerencias. 4.1.1 Llenado de tanques estacionarios Para los gases que se van a tratar, la estación de llenado de Bogotá cuenta con los siguientes tanques: Nitrógeno: Marca: AGA Cryo Modelo: 285-VPSP-15-SE 31 Capacidad: 28500 l. Presión de trabajo: 15 bar Argón: Marca: AGA S:A Brasil. Modelo: Desconocido Capacidad: 5700 l. Presión de trabajo: Aunque no se puede observar en la placa, las válvulas de seguridad están calibradas a 6.5 bar. Dióxido de Carbono: Marca: Indutan - pas Modelo: S - 2001 Capacidad: 12 Ton. Presión de trabajo: 24 bar. Los tanques de Nitrógeno y Argón son verticales, de acero al carbono externamente y de acero inoxidable internamente, aislados en la interfase por perlita y vacío. El tanque de Dióxido de Carbono es horizontal, de acero al carbono, aislado por fibra de vidrio. Tiene una unidad de refrigeración externa que, a través de un serpentín interno, ayuda a mantener el interior del tanque a la temperatura de licuefacción adecuada del Dióxido de Carbono. El proceso de llenado se inicia cuando los carro-tanques de la planta de producción llegan a la regional y abastecen el producto utilizando sus bombas de llenado. La conexión se realiza por la fase líquida, generalmente por la base del tanque. En Argón y Nitrógeno no se realiza interconexión de la fase gaseosa. En el cargue de Dióxido de Carbono se realiza interconexión de la fase líquida y gaseosa. En todos los casos la contabilidad de la cantidad llenada se realiza por la diferenta de niveles al inicio menos la diferencia de niveles al final del cargue, en indicadores calibrados en unidades directas (Kilogramos). Para el Nitrógeno y el Argón, estos datos se convierten posteriormente a metros cúbicos, que es la unidad final de contabilidad. Para el Dióxido de Carbono, la indicación de nivel del tanque en unidades de diferencia de presión (pulgadas de agua) se convierte a Kilogramos, unidad másica que se utiliza para la contabilidad final. 32 4.1.2 Proceso de llenado de cilindros El proceso de llenado empieza con el enfriamiento de la bomba, el cual se realiza por una tubería de recirculación de producto líquido por la recámara de compresión. Cuando el operador de llenado ve la superficie externa de la bomba congelada (con escarcha), da inicio a la bomba. Una vez que los cilindros están listos para el llenado, el operador los acerca a la estación y los conecta en grupos de a 12 utilizando mangueras de teflón reforzadas con malla de acero inoxidable en su exterior. En algunos gases como el Argón, se realiza un proceso de vacío de los cilindros para retirar el gas contaminado de su interior, generalmente aire. Para el llenado de Nitrógeno, la planta cuenta con dos rack de 12 cilindros cada uno para un total de 24 cilindros en el lote. Para el Argón se cuenta hasta con 4 rack de cilindros cada uno para un total de 48 cilindros por lote. Cuando los cilindros están conectados con vacío o listos para llenar, el operador enciende la bomba de llenado hasta que los cilindros alcanzan la presión final de llenado. Cuando se alcanza la presión de llenado, el operador de llenado apaga la bomba, cierra la válvula de los cilindros y procede a despresurizar el rack de llenado para desconectar los cilindros de la estación. De esta forma concluye el proceso y los cilindros quedan llenados para su posterior despacho. En el caso del Dióxido de Carbono, por ser este un gas que cambia de estado a baja presión, los cilindros reciben el producto en estado líquido. Para esto se utiliza una bomba de características similares a las descritas anteriormente, pero el llenado de los cilindros (y termos) se hace uno por uno, utilizando una báscula, ya que se llenan por peso recibido y no por presión. El operador una vez enfría la bomba coloca el recipiente en la báscula, lo conecta al manifold de llenado utilizando una manguera de alta presión. Abre la válvula del cilindro y desaloja la presión contenida en el recipiente. Posteriormente abre la válvula del tanque e inicia el llenado del recipiente hasta el peso recomendado para cada tipo de cilindro. Cuando la báscula llega al peso deseado, se cierra la válvula de inyección, se abre la válvula del reciclo de producto al tanque, se cierra la válvula del 33 recipiente, se despresuriza la manguera de llenado y se desconecta del cilindro, concluyendo así el proceso de llenado. 4.1.3 Proceso de llenado de termos En la regional de Bogotá, el llenado de termos se realiza por rebose del producto gaseoso del recipiente. El operador conecta la manguera de llenado de ½ pulgada de diámetro, en un extremo a la fase líquida del tanque. Como las tuberías de conexión del tanque son generalmente de 2 pulgadas de diámetro, se requiere el uso de un acople. El otro extremo de la manguera se conecta a la fase líquida del termo y se abre tanto la válvula de venteo del recipiente, como la válvula de llenado del tanque. La manguera esta acondicionada con una válvula tipo bola con la que el operador regula la velocidad de llenado. Cuando el producto líquido comienza a salir por la tubería de venteo se ha alcanzado el máximo nivel de llenado, y el operador cierra la válvula de la manguera, cierra las válvulas del termo y del tanque, despresuriza la manguera de llenado aflojando un poco el acople al termo y concluye el proceso de llenado. En el caso del termo de Dióxido de Carbono, el proceso se realiza de la misma forma, pero la precaución que el operador debe tener es que la presión que indica el manómetro del termo no debe bajar de 5 bar (72 psi), para evitar la formación de hielo seco (en estado sólido), según se puede observar en el diagrama de fases del numeral Diagrama de fases de gases del aire y de Dióxido de Carbono. 4.1.4 Proceso de llenado de termos de inseminación El proceso de llenado de termos de inseminación, aplica únicamente para el Nitrógeno líquido y se efectúa con la misma manguera y conexiones del llenado de termos. El recipiente se coloca sobre una báscula, la cual se tara a cero. Se abre la válvula del tanque hasta que inicia la salida de líquido y a medida que el termo se va enfriando se disminuye el copioso proceso de gasificación comenzando a subir el peso en la báscula por la recepción de producto líquido en el recipiente. El proceso de llenado termina, cuando el peso en la báscula alcanza el máximo particular para cada tamaño de tanque. 34 Aditamentos en el extremo de la manguera como filtros sinterizados, se usan para disminuir la velocidad de salida del líquido del tanque y disminuir en algo las pérdidas de producto. 4.2 REVISIÓN DE LAS POSIBLES CAUSAS DE LAS PÉRDIDAS DE PRODUCTO 4.2.1 Llenado de tanques estacionarios El primer aspecto que debemos revisar como posible causa de pérdidas de producto es el tipo de tanque. Marca Modelo Capacidad (l) Presión de Trabajo (bar) Fuente: Autor. TANQUE ARGON AGA S.A. Brasil N/A 5700 6.5 TANQUE NITROGENO AGA Cryo AB 285-VPSP-15SE 28500 15 TANQUE OXIGENO Linde Cryo AB 405-VPS-18P-1 40500 18 En el cuadro anterior se puede observar una comparación de capacidad y presión de trabajo de los tanques de Argón, Nitrógeno y Oxígeno. Como se trato en el capítulo de Justificación, se puede observar que con el Oxígeno no se presenta una situación de pérdidas que amerite el estudio de reducción, por lo que las características del tanque de este gas, se tomarán como dato comparativo. En cuanto a la presión de trabajo, entre mayor sea la presión que el tanque pueda resistir, menor es la cantidad de producto que se vaporiza por apertura de las válvulas de alivio de presión. Se puede observar que el tanque de Argón tiene una presión claramente menor que los otros dos, y presenta disparo recurrente de las válvulas de seguridad, aumentando la cantidad de pérdidas. Se encuentra entonces la primera causa de pérdida en el Argón, que es la de tener un tanque de presión de trabajo muy baja y con problemas en su aislamiento, por lo que se debe cambiar el tanque a uno de mayor presión de trabajo y que tenga el aislamiento térmico en buen estado. En cuanto a la capacidad del tanque, este depende de la capacidad logística de la empresa, la cual debe tratar de evitar que el tanque se quede sin 35 producto para el llenado, optimizando el transporte desde la planta. Por no ser objetivo de este estudio, no se tratara el aspecto de capacidad del tanque. Como se menciono anteriormente, el tanque de Dióxido de Carbono es un tanque aislado con poliuretano, y aunque lo deseable es que sea un tipo de tanque aislado por vacío, por ser un gas con el punto de licuefacción más alto, un tanque como el actual con una unidad de refrigeración óptima y con un buen mantenimiento, garantiza minimizar la cantidad de producto que se pierda por apertura de la válvulas de alivio. El mantenimiento de las válvulas de alivio, de tal forma que liberen el producto cuando realmente se alcanza la presión de llenado y el mantenimiento del aislamiento de los tanques, (vacío) en el caso de los tanques de Argón y de Nitrógeno y del poliuretano del tanque de Dióxido de Carbono, es crucial para minimizar las pérdidas de producto. Otra causa que se debe revisar es la del procedimiento de llenado del tanque estacionario. El carro tanque al llegar a la estación de llenado procedente de la planta de producción, tiene un líquido frío a una presión de 3 bar aproximadamente, el cual debe ser aprovechado para enfriar el producto remanente en el tanque de la estación, el cual se encuentra a una presión mayor a 5 bar, por lo que el cargue se debe realizar por la tubería superior del tanque, de tal forma que el líquido enfríe el gas que se encuentra en la parte superior. Como se explico anteriormente, el llenado de los tanques se realiza por la tubería inferior, por lo que se puede realizar el cargue por la tubería de gas por la parte superior para ayudar a condensar el gas que se encuentra en el tanque y disminuir así las pérdidas de producto. Con la forma actual de medida de nivel en el tanque horizontal de Dióxido de Carbono por diferencia de presión, los errores que se pueden cometer en la contabilización de producto, pueden aumentar las pérdidas. Para evitar este problema se puede instalar en el tanque horizontal celdas de carga que realicen la medición de producto por peso. 4.2.2 Proceso de llenado de cilindros En cuanto al llenado de cilindros, los siguientes puntos pueden causar pérdidas de producto por encima de lo normal: Enfriamiento de la bomba: Como se vio anteriormente, el llenador, como primer paso, pone a enfriar la bomba, que consiste en circular el producto 36 líquido por la bomba antes de encenderla. El Operador decide dar inicio al proceso cuando observa que por lo menos la mitad del cuerpo de la bomba esta cubierta por escarcha. La propuesta es automatizar este proceso tal como ya se realiza en el llenado de Oxígeno: Este proceso es llamado “sistema de protección en seco” y es una termocupla con un controlador, el cual no deja dar inicio a la bomba si la temperatura programada no es alcanzada. La modificación propuesta es que primero, se aplique a todos los gases y segundo, que el sistema tenga una alarma sonora y visual cuando la temperatura de enfriamiento ya sea alcanzada. De esta forma se indica al operador que la bomba ya esta lista para iniciar y que puede empezar el proceso sin demora. El problema de cualquier demora, es que como se vio anteriormente la bomba actúa como un intercambiador de calor que cambia el estado del producto de líquido a gas, lo cual aumenta la presión del tanque e incrementa las pérdidas de producto, ya que puede causar disparo de las válvulas de seguridad del tanque. Alistamiento de cilindros: Los cilindros antes de ser llenados con producto, deben ser venteados o vaciados de producto, y posteriormente barridos con producto gaseoso, para lo cual en muchas oportunidades el operador prende la bomba, hasta alcanzar una presión determinada, generalmente de 10 bar. La propuesta es que en la estación de llenado de Nitrógeno se instale una bomba de vacío, de tal forma que en vez de realizar barrido con producto nuevo, se realice vacío del recipiente (hasta 30 “ de mercurio) y posteriormente se inicie el proceso de llenado. De esta forma se elimina la pérdida de producto por barrido del cilindro. En el proceso de llenado se propone realizar lotes de llenado lo más grandes posible, para evitar el proceso de despresurización y presurización de las tuberías y mangueras de llenado muchas veces en el turno. Entre mayor número de veces en un turno o día se deba realizar el proceso de presurización y despresurización de tuberías y mangueras, mayor es la cantidad de pérdidas. Lo anterior indica que el llenado de Nitrógeno se realizaría con las 2 canastas listas, y el de Argón con las 5 canastas listas. En cuanto el llenado de cilindros de Dióxido de Carbono, el cual se realiza, como se indicó anteriormente uno por uno, se propone aplicar el llenado por lotes. Para ello se requiere montar un sistema de llenado de mínimo tres 37 cilindros, con tres básculas y solenoides de entrada a cada cilindro con una solenoide de recirculación a tanque cuando el proceso de los tres recipientes sea alcanzado. Esta automatización de llenado, permite al operador agilizar el llenado, el cual se realiza de tres en tres y minimizar las pérdidas al despresurizar un tramo de tubería único para tres cilindros. 4.2.3 Proceso de llenado de termos En el llenado de termos, se observa que para el Nitrógeno y el Argón, las tuberías de llenado se adaptaron de las mismas de llenado del tanque con los trailer, lo que hace que estas tuberías sean de diámetro mayor al necesario y las válvulas sean de difícil operación, lo que hace que al manipularlas salga el producto a una mayor velocidad. La propuesta es que las tuberías del tanque se adecuen de 2“ a 1/2“, con sus respectivas válvulas de aguja para poder regular la velocidad de salida del líquido. En cuanto al llenado en sí se realiza por rebose para los termos de Nitrógeno y de Argón, lo que significa que el 3% del recipiente se sobrellena y además se pierde producto al salir producto por la tubería de rebose. La propuesta es que el llenado de termos se realice por peso, utilizando las cantidades por producto y recipiente que sugiere el fabricante. Llenado por rebose Llenado por peso Fuente: Manual de Operación de Termos – Chart Industries Inc. 1997 38 El llenado además se realiza uno por uno, y de forma manual, lo que implica que en algunas oportunidades, el operador no alcanza a cerrar la válvula de rebose cuando el recipiente esta lleno y este sigue botándose a la atmósfera aumentando las perdidas. Se propone instalar un sistema de llenado automático para llenar dos o más recipientes a la vez utilizando básculas y solenoides como se explico en el sistema de llenado de cilindros de Dióxido de Carbono. 4.2.4 Proceso de llenado de termos de inseminación En el proceso de llenado de termos de inseminación se encuentran las siguientes oportunidades de mejorar el proceso para minimizar las pérdidas: Al igual que en el llenado de termos, las tuberías de salida del tanque de 2” y sus válvulas son muy grandes para controlar la velocidad de llenado de estos recipientes, la cual es clave para que se reduzcan las pérdidas por evaporación al enfriar el recipiente. El cambio de tuberías para llenado de 2” a ½” con sus respectivas válvulas tipo aguja, ayudaran al operador a controlas mejor la velocidad. Al utilizar los tanques de almacenamiento de producto de la estación como recipientes fuente de producto para el llenado de estos recipientes, se aumentan las pérdidas, ya que como son tanques de alta presión, la regulación de la velocidad de dificulta Se propone realizar el llenado partiendo de recipientes de menor presión como los termos. El operador puede realizar el llenado de un termo y dejarlo como fuente de llenado de recipientes de inseminación, y así de esta forma puede regular la presión de la fuente. El almacenamiento de los recipientes en sitios muy calientes o expuestos al sol causa recalentamiento del recipiente y por lo tanto se requiere mayor cantidad de producto para lograr que el recipiente se enfríe e inicie a llenarse con producto líquido. Se necesitará en este punto mejorar el almacenamiento, dejando el recipiente siempre con su tapa y bajo techo, evitando la radiación del calor por el sol. 4.3 DIMENSIONAMIENTO DE LAS SOLUCIONES 4.3.1 Cambio de tanque de Argón de baja presión Objetivo: Cambiar el tanque de Argón de llenado de la regional de Bogotá Alcance: Tanque de Argón de la regional de Bogotá. 39 Descripción del problema: El tanque actual alcanza rápidamente la presión de disparo de las válvulas (6.5 bar) por mal estado del aislamiento, el cual en repetidas oportunidades se ha tratado de arreglar sin éxito. Descripción del trabajo a realizar: Se cuenta con dos posibilidades: La primera es realizar el transporte, mantenimiento e instalación de un tanque disponible en Cartagena, trabajo que puede ser realizado por personal de Servicios Técnicos, o la segunda posibilidad es la de compra e instalación de un tanque nuevo. Descripción de los gastos: Tanque de planta de Cartagena: Referencia: Tanque AGA Cryo de 35000 l de 6 ata Transporte a Bogotá Mantenimiento: Instalación Adecuación sitio Instalación $3.000.000 $15.000.000 Total: $26.500.000 $6.000.000 $2.500.000 Fuente: Departamento Servicios Técnicos de la empresa, según ANEXO 2. Tanque Nuevo: Tanque: Adecuación sitio Instalación Total: $340.000.000 $5.000.000 $1.500.000 $346.500.000 Fuente: Proyecto de Planta Caribe 2 y Departamento de Servicios Técnicos de la empresa, según ANEXO 2. 4.3.2 Mantenimiento de las válvulas de alivio y del aislamiento de los tanques Objetivo: Realizar mantenimiento preventivo de las válvulas de alivio de los tanques de llenado, realizando un mantenimiento preventivo anual que incluya además la revisión del aislamiento de los tanques y la unidad de refrigeración del tanque de Dióxido de Carbono. 40 Alcance: Tanques de llenado de Oxígeno18, Dióxido de Carbono, Argón y Nitrógeno Descripción del trabajo a realizar: Realizar un trabajo de mantenimiento preventivo anual de revisión y corrección de set de válvulas de alivio, de aislamiento de los tanques y la unidad de refrigeración del tanque de Dióxido de Carbono. Descripción de los gastos: Tanque de Dióxido de Carbono: Mantenimiento de válvulas de alivio (2 unidades): $140.000 Mantenimiento de la unidad de refrigeración: $500.000 Mantenimiento del recubrimiento $250.000 Total: $890.000 Tanque de Argón: Mantenimiento de válvulas de alivio (2 unidades): $140.000 Mantenimiento del aislamiento (vacío) $300.000 Total: $440.000 Tanque de Nitrógeno: Mantenimiento de válvulas de alivio (2 unidades): $140.000 Mantenimiento del aislamiento (vacío) $300.000 Total: $440.000 Fuente: Departamento de Servicios Técnicos de la empresa, según ANEXO 2. 4.3.3 Cargue por la tubería de gas del tanque (parte superior) Objetivo: Realizar el cargue de los tanques de llenado de la regional por la parte superior (tubería de gas). Alcance: Llenado de tanques de Oxígeno, Argón y Nitrógeno de la regional de Bogotá. Descripción del trabajo a realizar: No se requiere realizar ninguna adecuación física, ya que los tanques ya cuentan con tubería de gas. Se debe realizar una capacitación a los transportadores de líquidos para que realicen el cargue de esta forma, y a los llenadores y al supervisor de producción para que revisen la operación en el día a día. Descripción de los gastos: No. personas: 10 Costo promedio por persona: $35.000 Total $350.000 18 Aunque las pérdidas de Oxígeno no son altas, se incluye este tanque para que este en el programa de mantenimiento preventivo. 41 Fuente: Autor. Cálculo realizado para 3 horas de capacitación con salario promedio y carga prestacional de la empresa. 4.3.4 Instalación de celdas de carga para medición por peso en el tanque horizontal de Dióxido de Carbono Objetivo: Realizar la medición de producto cargado al tanque por peso, utilizando celdas de carga. Esta Medición mejora la contabilización general del proceso de llenado. Alcance: Tanque de Dióxido de Carbono de la regional de Bogotá. Descripción del trabajo: Instalación de celdas de carga en el tanque, la cuales tendrá indicación digital en sitio. Descripción de los gastos: No. Celdas Peso total Valor Total Tanque de Dióxido de Carbono $13.000.000 4 35 Ton Fuente: Calculo aproximado del autor por cotizaciones obtenidas de proveedores de celdas de carga de tanques similares. . 4.3.5 Alarma sonora y visual de la temperatura óptima de enfriamiento de la bomba Objetivo: Instalar una alarma visual y sonora que le indique al operador de llenado que el proceso de enfriamiento de la bomba ya se alcanzo. Alcance: Bomba de llenado de Argón, Nitrógeno y Dióxido de Carbono. Descripción del trabajo: Instalación de un controlador de temperatura que detecte la temperatura óptima y una vez llegue al set establecido active una alarma que indique que ha concluido el proceso de enfriamiento y que se puede dar inicio al proceso de llenado. Descripción de los gastos: No. de bombas: 3 Valor de sensor de temperatura, controlador y alarma visual y sonora: $1.500.000 por unidad Total: $4.5000.000 Fuente: Calculo aproximado del autor por cotizaciones obtenidas de materiales y mano de obra en sensores y elementos de control similares a las planteadas. 42 4.3.6 Bomba de vacío en Nitrógeno Objetivo: Instalación de una bomba de vacío en el proceso de llenado de cilindros de Nitrógeno. Alcance: Estación de llenado de cilindros de Nitrógeno de la Regional de Bogotá. Descripción del trabajo: Instalar una bomba de vacío en los rack de llenado de Nitrógeno, de tal forma que se reemplace el barrido con Nitrógeno nuevo por el proceso de vacío hasta -30” de Mercurio. Descripción de los gastos: Bomba de vacío para 1”, que alcance un valor de -30” de mercurio. (Igual a la instalada en llenado de mezclas). $20.400.000 Instalación en rack llenado: $2.000.000 Total: $22.400.000 Fuente: Cotización de VPC Ingeniería por USD 8700 puesta en planta y valorizada a $ 2345 por USD 4.3.7 Lotes de llenado de mayor tamaño Objetivo: Realizar el llenado de la menor cantidad de lotes posibles en la regional. Alcance: Estación de llenado de Argón y Nitrógeno de la Regional Bogotá. Descripción del trabajo: Se requiere realizar el llenado de la menor cantidad de lotes posibles. Para ello se debe mejorar la disponibilidad de cilindros de Argón y de Nitrógeno para que el llenado se realice con la mayor cantidad de cilindros por vez en la menor cantidad de lotes posibles por día. Descripción de los gastos: El costo de esta implementación equivale a una capacitación al área de control cilindros, y llenado. No. personas: Costo promedio por persona: 10 $35.000 Total $350.000 Fuente: Autor. Cálculo realizado para 3 horas de capacitación con salario promedio y carga prestacional de la empresa. 43 4.3.8 Llenado por lotes de Dióxido de Carbono Objetivo: Realizar el proceso de llenado de cilindros de Dióxido de Carbono en cantidades superiores a uno. (Aquí se propone un sistema para 3 cilindros) Alcance: Llenado de cilindros de Dióxido de Carbono en la regional Bogotá Descripción del trabajo: Se debe montar el diagrama de control adjunto, en donde una vez que las 3 señales de entrada al PLC simultáneamente indiquen que se ha alcanzado el peso indicado, este envíe señal de apertura de la válvula de recirculación al tanque, junto con una alarma sonora y visual. Descripción de los costos: Balanzas electrónicas con indicación en sitio, salida para control de peso y alarma y para señal de fin de proceso a PLC: Total: $22.738.454 Fuente: Cotización del proveedor ANEXO 3. Nota: La bomba de llenado de Dióxido de Carbono ya existe en la regional. 4.3.9 Llenado por peso para termos Nitrógeno Objetivo: Realizar el proceso de llenado de Termos por peso y en cantidades superiores a uno. (Aquí se propone un sistema para 3 termos) Alcance: Llenado de termos de Nitrógeno en la regional Bogotá. 44 Descripción del trabajo: Se debe montar el diagrama de control adjunto, en donde una vez que las 3 señales de entrada al PLC simultáneamente indiquen que se ha alcanzado el peso de cada termo, este envíe señal de parada de motor de la bomba y apertura de la válvula de purga junto con una alarma sonora y visual. Descripción de los costos: Balanzas electrónicas con indicación en sitio, salida para control de peso y alarma y para señal de fin de proceso a PLC: Total: $22.738.454 Fuente: Cotización del proveedor ANEXO 3. Nota: La bomba de llenado de Nitrógeno ya existe en la regional. 4.3.10 Mejoramiento de las tuberías y válvulas de llenado de termos (abiertos o cerrados) Objetivo: Mejorar la configuración de las tuberías de llenado para termos en el tanque de Nitrógeno. Alcance: Tanque de llenado de Nitrógeno de la regional Bogotá. Descripción de los trabajos: Mejorar la configuración de las tuberías de cargue de termos del tanque e instalar una válvula de aguja en la salida de líquido a termos de inseminación. Descripción de los costos: Válvula de Aguja criogénica de ½ “: $2.000.000 Mejoramiento de la tubería e instalación de la válvula: $2.000.000 45 Total: $4.000.000 Fuente: Departamento de Servicios Técnicos de la empresa, según ANEXO 2. 4.3.11 Llenado de termos de inseminación partiendo de un termo cerrado Objetivo: Realizar el llenado de termos de inseminación, partiendo de un termo de baja presión y no del tanque. Alcance: Llenado de termos de inseminación en la regional de Bogotá Descripción de los trabajos: El proceso propuesto se puede realizar llenado primero un termo de nitrógeno de baja presión (125 psi) por peso y posteriormente de este termo por la fase líquida, realizar el llenado de los termos de inseminación requeridos. Descripción de los costos: Los materiales pare realizar este proceso ya se tienen en la regional, por lo que se requiere únicamente capacitación a los operadores de llenado. No. personas: 8. Costo promedio por persona: $35.000 Total $280.000 Fuente: Autor. Cálculo realizado para 3 horas de capacitación con salario promedio y carga prestacional de la empresa. 4.4 ESTUDIO DE LAS SOLUCIONES ÓPTIMAS A continuación se anexa una tabla con la relación de los costos de las dos opciones de inversión que se han estudiado y el retorno de la inversión (payback) en meses. Opción No. 1: Consiste en realizar el mantenimiento del tanque de Argón que se encuentra en la planta de ASU Cartagena y el transporte e instalación en la Regional Bogotá. Opción No. 2: Consiste en comprar e instalar un tanque de Argón nuevo en la Regional Bogotá. 46 Se considera que la Opción No. 1 es la adecuada por ser la de menor inversión y tener el menor tiempo de retorno de la inversión. Adicionalmente se utiliza un tanque criogénico que se encuentra en buen estado y que actualmente no tiene ningún uso. 4.5 CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN DE SOLUCIONES En el cronograma anexo se puede observar que el tiempo estimado de aplicación de las opciones toma 5 semanas en total. Las opciones 4.3.8 y 4.3.9 se toman el mayor tiempo por la fabricación de los dos sistemas de llenado por peso. La opción 4.3.2 se toma 3 semanas y se debe repetir cada año. 47 48 4.6 CONCLUSIONES En el presente trabajo se desarrolló un plan para la reducción de perdidas de gases del aire (Nitrógeno y Argón) y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. Por medio de la metodología plateada en este trabajo se realizó el diagnóstico de las causas de las pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. De las dos alternativas planteadas, la Opción No. 1 es la óptima para aplicar, ya que produce un tiempo de retorno de la inversión de 5.5 meses. El plan de trabajo tiene una inversión de $118.626.000 y se estima que en un periodo de 6 semanas se tienen implementados los 11 puntos recomendados para la reducción de las pérdidas. Tomando las 6 semanas de implementación de las soluciones propuestas, en 7 meses la empresa pagará la inversión realizada e iniciará a ahorrar $ 21.44 millones de pesos mensuales. Al lograr el porcentaje de pérdidas planeado, el producto ahorrado podría envasarse en cilindros y obtener de él una venta mensual de $164.333.000. 49 4.7 RECOMENDACIONES Aunque en la opción escogida se encontró viable instalar celdas de carga en el tanque de Dióxido de Carbono, se recomienda realizar la instalación de celdas en los tanques de Nitrógeno y de Argón, ya que el control de producto por peso involucra menor probabilidad de error que la de nivel por diferencial de presión. El alcance de este trabajo es la estación de llenado de Bogotá, pero se recomienda realizarlo en las demás estaciones de llenado de la empresa, tomando como modelo la metodología propuesta. Aunque para el Oxígeno no se requiere plan de disminución de pérdidas por encontrarse entre los parámetros estipulados (ver Justificación), algunos de los puntos que se pueden aplicar para reducir el resultado obtenido son: Mantenimiento de las válvulas de alivio y del aislamiento de los tanques Cargue por la tubería de gas del tanque (parte superior) Alarma sonora y visual de la temperatura óptima de enfriamiento de la bomba Bomba de vacío en llenado (a cambio del venteo y barrido para los cilindros de Oxígeno medicinal) Llenado por peso para termos Oxígeno (utilizando el mismo sistema propuesto para termos de Nitrógeno por la cercanía del área de llenado) Para mantener en control las pérdidas de la estación de llenado, se recomienda que el líquido que se cargue en los tanques de almacenamiento tenga la menor temperatura posible, lo cual se logra descargando el producto al tanque de llenado lo más rápidamente posible después de llenado el trailer. 50 BIBLIOGRAFIA - AGA CRYO AB. Gas Handling a Job for Gases Experts, Goteborg, Sweden, 1980 - AGA FANO S.A. Manual de Inducción, Gerencia de Recursos Humanos. Bogotá. - AGA FANO S.A. Seminario de Instalaciones y Servicios Técnicos, Servicios Técnicos a clientes, Gerencia División de Mercadeo de Procesos, 1996. Tomo I, II y III. - AHLBERG, Kersty. AGA Gas Handbook, Lidingö, Sweden, 1985 CHART INDUSTRIES Inc. Manual de Operación de Termos, USA, 1997 - CRIOMETAL S.A. EQUIPAMENTOS CRIOGENICOS. Equipamentos Criogenicos. Brasil. - DREW, Eduardo. Curso sobre Gases Criogénicos y Gases Alta Presión, Taylor Wharton, 2004. - FAGERSTÖM, Olle. Folletos AGA, Pérdidas de Gases del aire. - LENNESKOG, Anders. Curso de Técnicas de Separación de Gases del Aire. AGA, 1995 - MVE CRYOGENICS. Engineered to Excel, Bloomingtong, USA, 1995. - MVE CRYOGENICS. Vertical Bulk Storage Tanks, Bloomingtong, USA, 1996 - TAYLOR WHARTON. A Better Liquid Cylinder, And a better Warranty to prove it., Theodore AL USA, 1993 - UNION ENGINEERING. Manual de Planta de Dióxido de Carbono, Dinamarca, 1992. 51 ANEXOS ANEXO 1. CANTIDAD DE PRODUCTO LLENADO EN LA REGIONAL BOGOTÁ Llenado de gases del Aire 2008 Oxígeno; Llenado en 1000 m³ Feb. 10.7 1.1 9.6 March 11.1 1.2 9.6 April 13.7 1.4 9.3 May 10.4 1.1 9.6 June 9.9 0.9 10.4 July 12.1 1.3 9.4 Aug. 11.4 1.1 10.6 Sept. 11.8 1.0 10.7 Oct. 12.2 1.1 10.3 N ov. 11.2 0.9 10.4 Dec. 10.3 0.9 9.9 TOT 137.3 13.3 9.9 Feb. 67.8 10.6 6.4 March 65.4 10.4 6.3 April 67.5 11.4 5.9 May 64.3 11.2 5.7 June 54.3 9.6 5.6 July 65.0 11.6 5.6 Aug. 54.7 9.7 5.6 Sept. 49.4 9.4 5.3 Oct. 52.0 10.1 5.2 N ov. 52.6 10.9 4.8 Dec. 50.2 10.2 4.9 TOT 721.1 127.5 5.7 Jan. 14.5 1.3 11.1 Feb. 14.0 1.1 12.8 March 12.1 0.9 13.0 April 16.4 1.2 13.2 May 14.0 1.1 13.2 June 12.6 1.0 13.1 July 15.6 1.2 13.1 Aug. 14.2 1.0 14.1 Sept. 14.1 1.1 13.3 Oct. 15.2 1.2 12.9 N ov. 12.0 1.0 11.6 Dec. 14.1 1.0 14.1 TOT 168.7 13.1 12.9 Jan. 3.8 0.3 12.5 Feb. 3.4 0.3 13.0 March 3.2 0.3 12.6 April 4.1 0.3 12.5 May 3.1 0.2 12.9 June 3.7 0.3 12.9 July 4.3 0.4 11.7 Aug. 3.4 0.3 10.7 Sept. 4.8 0.4 11.4 Oct. 5.2 0.4 12.9 N ov. 5.0 0.4 11.5 Dec. 3.9 0.4 10.5 TOT 48.0 4.0 12.0 COR/CRO/VAR; Llenado en 1000 m³ Jan. 13.6 Total, gaseoso 1000 m³ 1.4 Cilindros Total* 1000's Cantidad m³/cil 9.5 Feb. 9.5 1.0 9.3 March 8.9 0.9 10.0 April 11.5 1.2 9.5 May 11.4 1.2 9.6 June 10.2 1.1 9.7 July 13.6 1.4 10.0 Aug. 9.2 1.0 9.5 Sept. 10.0 1.1 9.4 Oct. 11.4 1.2 9.6 N ov. 11.0 1.1 9.8 Dec. 9.8 1.0 9.9 TOT 130.1 13.5 9.6 Dioxido de carbono; Llenado en toneladas Metricas Jan. Feb. March 27.6 28.0 24.3 Cilindros Total, liquido ton 32.8 31.7 27.4 1.2 1.2 1.0 Cilindros Total* 1000's Cantidad kg/cil 23.8 24.3 23.9 Fuente: Estadísticas de la empresa 2008 April 30.8 35.1 1.3 24.2 May 27.8 32.6 1.2 23.9 June 26.5 29.8 1.1 24.8 July 29.5 34.6 1.3 23.1 Aug. 21.9 25.4 1.0 22.3 Sept. 23.8 28.0 1.0 22.8 Oct. 23.7 27.4 1.0 22.8 N ov. 24.8 29.2 1.0 24.5 Dec. 19.7 23.4 0.8 24.1 TOT 308.4 357.3 13.0 23.7 Total, gaseoso Cilindros Total** Cantidad 1000 m³ 1000's m³/cil Jan. 12.4 1.3 9.4 Oxígeno medicinal; Llenado en 1000 m³ Jan. 77.7 Total, gaseoso 1000 m³ 12.3 Cilindros Total** 1000's 6.3 Cantidad m³/cil Nitrógeno; Llenado en 1000 m³ Total, gaseoso Cilindros Total** Cantidad 1000 m³ 1000's m³/cil Argon; Llenado en 1000 m³ Total, gaseoso Cilindros Total** Cantidad 1000 m³ 1000's m³/cil 52 ANEXO 2. TARIFAS DE SERVICIOS TÉCNICOS PARA AÑO 2009 (Fuente: Departamento de Servicios Técnicos de la Empresa) 53 ANEXO 3. COTIZACION DE SISTEMA DE PESAJE 54 55 56 (Fuente: Proveedor) 57 N. 1 VARIABLES NOMBRE DEL POSTGRADO 2 TITULO DEL PROYECTO 3 4 5 AUTOR AÑO Y MES NOMBRE DEL ASESOR 6 DESCRIPCIÓN O ABSTRACT 7 8 9 10 11 12 13 14 DESCRIPCIÓN DE LA VARIABLE Especialización en Gerencia de Producción y Operaciones Propuesta de reducción de pérdidas de producto en el llenado de gases del aire (oxígeno, nitrógeno y argón) y de dióxido de carbono, en la estación de llenado de la regional de Bogotá de Aga Fano S.A. Juan Pablo Mendoza Acevedo Septiembre de 2009 Alberto Fuenmayor Pelaez El siguiente trabajo presenta una propuesta para la disminución de pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la Estación de llenado de la Regional Bogotá de la empresa AGA FANO S.A. Primero se realiza una recopilación de la base teórica que se encuentra disponible en la empresa, a continuación se hace una revisión del proceso de llenado para encontrar las posibles causas que aumentan las pérdidas de los gases y el Dióxido de Carbono. Una vez que se han identificado las causas, se plantean las soluciones a cada una de ellas y se dimensionan económicamente. Finalmente se propone un cronograma para la implementación de las soluciones. Disminución, Perdidas, Estación, Llenado, Gases, Oxigeno, Nitrógeno, Argón, CO2, Criogénico. PALABRAS CLAVES O DESCRIPTORES SECTOR ECONÓMICO AL QUE PERTENECE EL PRProducción de Qimicos TIPO DE INVESTIGACIÓN Investigación aplicada Desarrollar el plan para la reducción de perdidas de gases del aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá de la empresa AGA FANO S.A. OBJETIVO GENERAL 1. Realizar el diagnóstico de las causas de las pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. 2. Estudiar las diferentes alternativas posibles para obtener la reducción de pérdidas de gases del aire. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3. Proponer un plan de trabajo para la reducción de perdidas de gases del aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá de AGA FANO S.A. AGA CRYO AB. Gas Handling a Job for Gases Experts, Goteborg, Sweden, 1980 AGA FANO S.A. Manual de Inducción, Gerencia de Recursos Humanos. Bogotá. AGA FANO S.A. Seminario de Instalaciones y Servicios Técnicos, Servicios Técnicos a clientes, Gerencia División de Mercadeo de Procesos, 1996. Tomo I, II y III. AHLBERG, Kersty. AGA Gas Handbook, Lidingö, Sweden, 1985 CHART INDUSTRIES Inc. Manual de Operación de Termos, USA, 1997 CRIOMETAL S.A. EQUIPAMENTOS CRIOGENICOS. Equipamentos Criogenicos. Brasil. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS DREW, Eduardo. Curso sobre Gases Criogénicos y Gases Alta Presión, Taylor Wharton, 2004. FAGERSTÖM, Olle. Folletos AGA, Pérdidas de Gases del aire. LENNESKOG, Anders. Curso de Técnicas de Separación de Gases del Aire. AGA, 1995 MVE CRYOGENICS. Engineered to Excel, Bloomingtong, USA, 1995. MVE CRYOGENICS. Vertical Bulk Storage Tanks, Bloomingtong, USA, 1996 TAYLOR WHARTON. A Better Liquid Cylinder, And a better Warranty to prove it., Theodore AL USA, 1993 UNION ENGINEERING. Manual de Planta de Dióxido de Carbono, Dinamarca, 1992. En el trabajo se presenta una propuesta para la disminución de pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la Estación de llenado de la Regional Bogotá de la empresa AGA FANO S.A. Inicialmente se realiza la definición del problema y la justificación del caso tomando como base las cantidades de gases que se reportan como perdidas en el año 2008. Se plantean el Objetivo principal y los Específicos que se pretenden cumplir con el presente plan y se realiza una revisión del proceso de llenado para encontrar las posibles causas que aumentan la cantidad de pérdidas aceptadas como normales del proceso. RESUMEN O CONTENIDO Posteriormente se realiza una revisión de la base teórica que se encuentra disponible en la empresa, para abordar el tema de pérdida de gases en las estaciones de llenado. Una vez que se han encontrado las causas de las pérdidas en el proceso de llenado, se plantea la solución a cada una de las causas, el dimensionamiento económico de la solución y un cronograma de la implementación de las soluciones. Finalmente se presentan las conclusiones, las recomendaciones Espero que el presente trabajo sea un aporte en la disminución de las pérdidas de producto para la empresa y ofrezca algunas herramientas Para el desarrollo del trabajo se siguieron los pasos dados a continuación: 1) Dimensionamiento económico del problema: Desarrollado en el capítulo de Justificación, que nos indica que mensualmente la empresa pierde una cantidad de 21.44 millones de pesos mensuales por causa de pérdidas desmesuradas en el proceso de llenado. 2) Revisión teórica del proceso 3) Se desarrolló el Marco de Referencia, donde se describe las partes del proceso y como debe ser su comportamiento teórico. METODOLOGÍA 4) Revisión del proceso actual de llenado de gases del aire y de Dióxido de Carbono 5) Revisión de las posibles causas y soluciones de las pérdidas de producto 6) Dimensionamiento de las soluciones 7) Estudio de las soluciones optimas 8) Cronograma de implementación de soluciones. 16 CONCLUSIONES Se desarrolló un plan para la reducción de perdidas de gases del aire (Nitrógeno y Argón) y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. Por medio de la metodología plateada en este trabajo se realizó el diagnóstico de las causas de las pérdidas de gases del Aire y de Dióxido de Carbono en la estación de llenado de la regional de Bogotá. De las dos alternativas planteadas, la Opción No. 1 es la óptima para aplicar, ya que produce un tiempo de retorno de la inversión de 5.5 meses. El plan de trabajo tiene una inversión de $118.626.000 y se estima que en un periodo de 6 semanas se tienen implementados los 11 puntos recomendados para la reducción de las pérdidas. Tomando las 6 semanas de implementación de las soluciones propuestas, en 7 meses la empresa pagará la inversión realizada e iniciará a ahorrar $ 21.44 millones de pesos mensuales. Al lograr el porcentaje de pérdidas planeado, el producto ahorrado podría envasarse en cilindros y obtener de él una venta mensual de $164.333.000.