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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.
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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.