REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE LOS VALLES DEL TUY PNF: INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO TRAYECTO III - SEMESTRE VI UNIDAD CURRICULAR: PROCESOS INDUSTRIALES Procesos Industriales de Producción Profesora : Participante: Daicys Morales Daynelis Rodríguez 27.192.851 Santa Teresa del Tuy, Febrero del 2022 INTRODUCCIÓN Un proceso industrial es un conjunto de actividades que se realizan para convertir la materia prima en un producto final. Estas modificaciones pueden alterar el tamaño, la forma, la densidad, la estética o el color de la materia prima que es objeto de transformación. Es importante tener claro que todos los procesos industriales como conjunto global se encuentra compuesto de otra serie de procesos o tareas que son necesarios para lograr el fin propuesto. En este sentido, podemos establecer que los procesos más significativos al respecto son los de conformado, los de fundición, los de unión, los de maquinado, los de acabado, los de procesamiento… De la misma manera, no se debe pasar por alto que, por regla general, los procesos industriales requieren hacer uso de un importante cantidad de energía, ya sea eléctrica, vapor, gas. PLANTAS TERMOELÉCTRICAS La energía termoeléctrica es aquella que, mediante el empleo de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, aprovecha la energía térmica que se genera en la quema de dichas materias primas para la obtención de electricidad. Es decir, se usa el calor que se obtiene con la combustión de estas fuentes de energía para producir electricidad que servirá para el consumo humano y se transporta a través de la Red Eléctrica La forma de funcionamiento de la energía termoeléctrica, en la que se aprovecha el vapor generado en la quema de combustibles para poner en marcha generadores o motores, ya se empleaba antiguamente para el transporte, concretamente para barcos y trenes de vapor. Más tarde comenzó a utilizarse también para generar electricidad. ¿CÓMO FUNCIONA LA ENERGÍA TERMOELÉCTRICA CONVENCIONAL? La termoeléctrica es un tipo de energía no renovable, ya que emplea fuentes fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural para generar electricidad. Este tipo de energía, como su propio nombre indica, es la que se obtiene a partir del calor. Un calor que se consigue mediante la quema de diferentes combustibles fósiles, y que sirve para calentar un fluido (generalmente agua) que producirá vapor. A su vez, este vapor es conducido por medio de unos conductos hasta unas turbinas. La energía térmica se transforma así en energía mecánica, la cual mediante el movimiento acciona unas turbinas que están conectadas a un generador, para de esta manera, finalmente obtener electricidad. En la caldera en la que se encuentra e fluido, se alcanzan temperaturas superiores a la de la ebullición del agua, generando así ese vapor que será el responsable de poner en funcionamiento las turbinas del generador que producirá energía eléctrica. En función del nivel de concentración de los combustibles que se empleen para conseguir el vapor, se podrán conseguir bien temperaturas medias o temperaturas altas, obteniendo por tanto diferentes niveles de potencia eléctrica. No importa el tipo de combustible que se emplee, las centrales termoeléctricas convencionales funcionan del mismo modo ya se haga uso de gas natural, de carbón o de petróleo para calentar los fluidos. Además de las termoeléctricas convencionales, existen otros tipos de centrales: las termoeléctricas nucleares y las termoeléctricas de ciclo combinado. CENTRALES TERMOELÉCTRICAS NUCLEARES Este tipo de instalaciones son aquellas que para la obtención de energía eléctrica, emplean la energía que se acumula dentro de los núcleos de los átomos, por eso se denomina energía nuclear. Esto se conoce como un proceso de fisión nuclear, en el cual se liberan grandes cantidades de calor que, al igual que en el caso de las termoeléctricas convencionales, sirve para calentar un fluido que hará que se accione un generador de electricidad. CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE CICLO COMBINADO Las termoeléctricas de ciclo combinado reciben este nombre debido a que usan una combinación de turbinas de vapor (de agua generalmente) y turbinas de gas natural. Gracias a estos dos tipos de turbinas, las centrales de tipo combinado son más flexibles que las convencionales, lo que hace que se pueda llegar a niveles superiores de eficiencia eléctrica, con hasta un 50% más de potencia energética. ¿QUÉ TIPOS DE ENERGÍA TERMOELÉCTRICA HAY? Podemos clasificar la energía termoeléctrica de distintas maneras, pero la más habitual es teniendo en cuenta el combustible usado para generar el calor y la electricidad. 1. Energía termoeléctrica basada en combustibles fósiles Es la más utilizada a lo largo de la historia y se basa en quemar combustibles no renovables, como carbón principalmente, gas natural y en menor medida petróleo. Esa quema genera el calor que evapora el fluido y mueve la turbina. Aunque el carbón está sufriendo un serio declive, y resulta más caro que las renovables, la energía termoeléctrica de origen fósil todavía es la más importante. 2. Energía termoeléctrica de origen nuclear En este caso, el combustible usado para calentar el agua es el uranio (y en menor medida, el plutonio) mediante la fisión que se produce en el reactor de una central nuclear. De hecho, ese «humo» que vemos salir por las torres de una planta de este tipo es vapor de agua, ya que mediante la fisión se consiguen altas temperaturas que evaporan dicha agua. 3. Energía termoeléctrica de origen renovable Principalmente 2 subtipos de energías: La energía geotérmica: que aprovecha el calor natural del interior de la tierra para evaporar el agua y producir electricidad. La energía termosolar: que recoge el calor del sol, lo concentra sobre un fluido y puede evaporarlo también para generar la energía necesaria. Sin embargo, ahora mismo, la energía termoeléctrica de origen renovable tiene una participación muy reducida en el total de producción. De hecho, las principales aplicaciones de la energía geotérmica y termosolar se basan en utilizar directamente el calor para climatizar un lugar o calentar fluidos en procesos industriales. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Las subestaciones eléctricas son instalaciones encargadas de realizar transformaciones de tensión, frecuencia, número de fases o conexiones de dos o más circuitos. Se ubican cerca de las centrales generadoras, en la periferia de las zonas de consumo o en el exterior e interior de los edificios. Por lo general, las subestaciones de las ciudades están dentro de los edificios para así ahorrar espacio y reducir la contaminación. En cambio, las instalaciones al aire libre se sitúan a las afueras de los núcleos urbanos. Existen dos tipos de subestaciones: Subestaciones de transformación. Transforman la tensión de la energía eléctrica mediante uno o más transformadores. Puede ser elevadoras o reductoras de tensión. Subestaciones de maniobra. Conectan dos o más circuitos y realizan sus maniobras. En este tipo de subestaciones la tensión no se transforma. El elemento principal de las subestaciones eléctricas es el transformador que se encarga de modificar la tensión de la energía eléctrica mediante el aumento de la intensidad y la potencia constante. Los elementos principales de una subestación son: Transformador Es una máquina eléctrica estática que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante, opera bajo el principio de inducción electromagnética y tiene circuitos eléctricos que están enlazados magnéticamente y aislados eléctricamente. Interruptor de potencia: Interrumpe y restablece la continuidad de un circuito eléctrico. La interrupción se debe efectuar con carga o corriente de corto circuito. Restaurador: Es un interruptor de aceite con sus tres contactos dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptoras bajas. Los restauradores están construidos para funcionar con tres operaciones de re-cierre y cuatro aperturas con un intervalo entre una y otra; en la última apertura el cierre debe ser manual, ya que indica que la falla es permanente. Cuchillas fusibles: Son elementos de conexión y desconexión de circuitos eléctricos. Tienen dos funciones: una como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y otra como elemento de protección. El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible que se encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba Sirven para desconectar físicamente un circuito eléctrico. Por lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga hasta ciertos límites. Apartarrayos es un componente esencial dentro de la instalación eléctrica, sirve para conducir de forma controlada e inteligente la electricidad que descarga un rayo cuando golpea en la superficie. Transformadores de instrumento. Existen dos tipos: transformadores de corriente (TC), cuya función principal es cambiar el valor de la corriente en su primario a otro en el secundario; y transformadores de potencial (TP), cuya función principal es transformar los valores de voltaje sin tomar en cuenta la corriente. Estos valores sirven como lecturas en tiempo real para instrumentos de medición, control o protección que requieran señales de corriente o voltaje. Barras, buses Cajas Derivadoras. Son las terminales de conexión por fase. CLASIFICACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Las subestaciones eléctricas, son parte del sistema eléctrico, tienen como función modificar los parámetros de la energía, para que se pueda transmitir y distribuir. Están clasificadas según su función De maniobra: destinando a la interconexión de dos o más circuitos, las líneas concurren en la subestación a una misma tensión. Permite al creación de nudos en una red mallada y hace que el sistema sea mas fiable. De transformación pura: está destinada a transformar el nivel de tensión de uno elevado a uno menos elevado. De transformación/maniobra: tiene como objetivo la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel. De transformación/cambio del número de fases: destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases. De rectificación: tiene el propósito de alimentar una red en corriente continua De central: tiene como objetivo la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior. TIPOS DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 1.- Subestaciones Eléctricas Elevadoras: Permiten subir la tensión eléctrica que entregan los generadores de electricidad, para hacer mas facil la transmisión. 2.- Subestaciones Eléctricas Reductoras: Son las que reciben la tensión de la transmisión, que a sido elevada por una subestación elevadora (1.), y la reducen a un nivel más bajo, esto permite entregar el servicio al sistema de distribución. 3.- Subestaciones Eléctricas De Enlace: El mismo sistema de interconexión las hace necesarias para tener flexibilidad y confiabilidad en el servicio, permite ejecutar maniobras de conexión y de apertura de circuitos según las necesidades que requiera el servicio. 4.- Subestaciones Eléctricas En Anillo / Radiales: Se utilizan para conectar con otras subestaciones, las subestaciones radiales son las que tienen un punto de alimentación y no están interconectadas. 5.- Subestaciones Eléctricas De Suicheo: Se utilizan para realizar apertura y cierra a circuitos eléctricos, en redes de distribución. ¿QUÉ ES EL PETRÓLEO? El petróleo es un aceite mineral de color muy oscuro o negro, menos denso que el agua y de un olor acre característico. Está formado por una mezcla de hidrocarburos acompañados de azufre, oxígeno y nitrógeno en cantidades variables. El petróleo se encuentra sólo en las rocas sedimentarias. El petróleo se origina a partir de una materia prima formada fundamentalmente por restos de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales que vivían en los mares, las lagunas, las desembocaduras de los ríos y en las cercanías del mar. Estos restos fueron atacados en los fondos fangosos por bacterias anaerobias que consumieron su oxígeno dejando únicamente moléculas de carbono e hidrógeno llamadas hidrocarburos. La presión ejercida por la enorme masa de sedimentos provoca la expulsión del líquido que se encuentra entre las capas de la roca sedimentaria. Este líquido, el petróleo, migra siguiendo la pendiente a decenas de kilómetros hasta que encuentre una roca porosa e incomprensible cuyos huecos rellena. Esta roca es la llamada roca almacén. El petróleo se origina a partir de una materia prima formada fundamentalmente por restos de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales. El crudo del petróleo es una mezcla de hidrocarburos desde el más sencillo (CH4, metano), hasta especies complejas con 40 átomos de carbono. El petróleo, tal como mana del pozo, tiene muy pocas aplicaciones. Para obtener los diversos derivados es necesario someterlo a un proceso de refino, cuya operación principal es la destilación fraccionada. En ella obtenemos, a distintas temperaturas, toda una gama de productos comerciales a partir del petróleo bruto. Sustancias gaseosas tales como metano, etano, propano y butano; líquidas como las gasolinas, el queroseno y el fuelóleo; sólidas como las parafinas y los alquitranes, se obtienen a distintas temperaturas en este proceso. TRANSPORTE DEL PETRÓLEO Los campos petrolíferos se encuentran normalmente muy lejos de los lugares de consumo. El transporte terrestre de los crudos se realiza, normalmente, a través de oleoductos que van del pozo a la refinería o al puerto de expedición más próximo. El transporte marítimo a larga distancia lo cubren los buques cisternas o petroleros. Para ello se construye un oleoducto, trabajo que consiste en unir tubos de acero a lo largo de un trayecto determinado, desde el campo productor hasta el punto de refinación y/o de embarque. La capacidad de transporte de los oleoductos varía y depende del tamaño de la tubería. Es decir, entre más grande sea el diámetro, mayor la capacidad. Estas líneas de acero pueden ir sobre la superficie o bajo tierra y atraviesan la más variada topografía. En la parte inicial del oleoducto una “estación de bombeo” impulsa el petróleo y, dependiendo de la topografía por donde éste pase, se colocan estratégicamente otras estaciones para que le permitan superar sitios de gran altura. Los oleoductos disponen también de válvulas que permiten controlar el paso del petróleo y atender oportunamente situaciones de emergencia. EL gas natural se transporta en idénticas circunstancias, pero en este caso la tubería se denomina “gasoducto”. Hay ductos similares que cumplen funciones específicas: poliductos para gasolina y otros derivados; propanoductos para gas propano, combustoleoductos para combustóleo, etc. A través de los diversos procesos de refinamiento y destilación del petróleo o crudo se pueden obtener los siguientes productos derivados, entre los que destacan: Combustibles: gasolinas líquidas empleadas para los vehículos de motor a combustión y los aviones. Por ejemplo, el fueloil, el gasóleo o diésel. Solventes: keroseno o querosén, detergentes, entre otros. Lubricantes: como el aceite de motor y grasas. Polietileno: empleado para la obtención de plásticos. Plásticos: para obtener pinturas, disolventes, neumáticos, poliéster, entre otros. Parafinas: empleado para la fabricación de velas, vaselinas, fármacos, entre otros. Asfalto: para la construcción y pavimentación de vías terrestres. Nafta: forma parte de los combustibles, y es un éter de petróleo (disolvente). Gas natural: se refiere a gases los hidrocarbúricos (butano, etanol, propano), que se emplean para los encendedores y las cocinas. PROCESOS DE REFINO DEL PETRÓLEO En un sentido muy general, son aquellos que permiten transformar el petróleo crudo, o sus fracciones, en una serie de productos acabados que deben satisfacer en calidad y cantidad la demanda del mercado. El petróleo se separa por destilación en las siguientes fracciones: gasolina directa, con punto de ebullición de hasta 200ºC. destilado medio, con punto de ebullición entre 185ºC y 345ºC, del que se obtienen kerosena, aceites combustibles y combustibles Diesel, para propulsión a chorro, para cohetes y turbinas de gas. aceite de alumbrado, gasóleo, con ebullición a una temperatura entre 345ºC y 540ºC, del que se obtienen ceras, aceites lubricantes y carga para producir gasolina por desintegración catalítica o craqueo. aceite residual, que puede ser asfáltico. PROCESOS DE SEPARACIÓN Los principales procesos de separación son; Destilación. Absorción. Extracción. Cristalización. Adsorción. El procedimiento de separación por excelencia es la destilación del crudo, y en segundo lugar, si se considera una conversión más profunda, la extracción por disolventes (desasfaltado).El primer paso en el refino de petróleo es el fraccionamiento del crudo en columnas de destilación atmosférica. . Una primera operación de desalado (lavado con agua+ sosa) permite extraer las sales (ClNa, ClK y Cl2 Mg transformadas en ClNa con sosa) del crudo con el fin de reducir la corrosión ácida y minimizar el ensuciamiento y los depósitos. El crudo calentado se separa físicamente en distintas fracciones por destilación directa, diferenciadas por puntos de ebullición específicos y clasificados. Las fracciones obtenidas, por orden decreciente de volatilidad, son: gases, destilados ligeros, destilados medios y residuos. El residuo atmosférico se envía a la Unidad de Vacío, permitiendo extraer del mismo destilados pesados, que sufrirán transformaciones posteriores o servirán para su empleo como bases de aceites lubricantes. El residuo de vacío que contiene la mayor parte de las impurezas del crudo (metales, sales, sedimentos, azufre, nitrógeno, asfáltenos, carbón Conradson...) se utiliza para la fabricación de betunes, producción de fueles pesados o como carga a otros procesos de transformación. Las fracciones resultantes de la destilación atmosférica, GLPs, naftas, queroseno y gasóleo ligero, se envían a las Unidades de Hidrotratamiento. El gasóleo pesado junto con el gasóleo de vacío se lleva a hidrocraqueo; y el residuo de vacío, que se envía a la Unidad de Coquización. Se consiguen las mayores eficacias y los costos más bajos con este tipo de separación. Por último se realiza un desasfaltado el cual es una operación de extracción líquido- líquido que permite recuperar del residuo de vacío los últimos hidrocarburos que aún son fácilmente transformables. Los disolventes utilizados son hidrocarburos parafínicos ligeros: propano, butano, pentano. El rendimiento en aceite desasfaltado aumenta con el peso molecular del disolvente, pero disminuye su calidad. PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN Son los procesos más importantes del refino y de la petroquímica. Entre ellos se encuentran: Proceso de Mejora de características: reformado catalítico, isomerización, alquilación, síntesis de éteres, oligomerización. Procesos de Conversión: visco reducción, coquización, craqueo catalítico, reformado con vapor, hidroconversión, etc. PROCESO DE MEJORA DE CARACTERÍSTICAS Reformado Catalítico . Proceso clave en el esquema de fabricación de gasolinas, el reformado catalítico tiene como objeto aumentar el número de octano de las fracciones ligeras del crudo con un gran contenido en parafinas y naftenos (C7-C8-C9) transformándolos en aromáticos. El proceso moderno de reformado opera con regeneración continua del catalizador, a baja presión (de 2 a 5 bar) y alta temperatura (510-530 °C).Además, el reformado produce subproductos importantes: hidrógeno, GLP y una pequeña cantidad de gases. Antes del reformado, la carga sufre un hidrotratamiento con el fin de eliminar las impurezas (S, N, olefinas, metales...) que serían venenos para el catalizador. Isomerización . La isomerización es el proceso mediante el cual se modifica la estructura de las moléculas de los hidrocarburos para obtener productos con diferentes características. La función principal de esta Unidad es la transformación de las parafinas lineales de bajo índice de octano en isoparafinas de alto índice de octano. Las reacciones de isomerización únicamente cambian la disposición de los átomos en la molécula, manteniendo, por tanto, su peso molecular. La alimentación típica a las plantas de isomerización son corrientes ricas en naftas ligeras. Las reacciones de isomerización ocurren en presencia de catalizador y en atmósfera de hidrógeno, aunque el consumo neto de este componente es muy bajo. Aniquilación La alquilación es un proceso que permite producir productos de alto índice de octano a partir de olefinas ligeras por adición del isobutano. La reacción es muy exotérmica y es catalizada por ácidos fuertes: sulfúrico, fluorhídrico. La carga proviene normalmente del craqueo catalítico, a veces del craqueo con vapor. Procesos de Conversión Viscoreducción El proceso de visco reducción consiste en el craqueo térmico suave del residuo atmosférico o de vacío. Está limitada la conversión por las especificaciones de estabilidad de los fueles marinos o industriales y por la formación de depósitos de coque en los equipos (horno, intercambiadores). En el residuo atmosférico, se produce un máximo de corte gasóleo y gasolina, respetando siempre las especificaciones de viscosidad y de estabilidad térmica de los fueles industriales. En el residuo de vacío, se reduce al máximo la viscosidad de la carga con el fin de minimizar la adición de diluyentes ligeros para la producción de fuel oil de uso industrial. Los productos de conversión de la visco reducción son inestables, olefínicos, con gran contenido en azufre y nitrógeno, por lo que deben sufrir tratamientos de mejora antes de incorporarse a los correspondientes productos finales. Coquización El proceso de coquización tiene por objeto producir un coque de calidad de electrodo a partir de residuos de vacío con bajo contenido en metales y azufre, o coque combustible en el caso de la conversión de crudos pesados o residuos de vacío de alto contenido en impurezas. Los procesos pueden ser de: Coquización retardada (delayed coking), con el fin de producir coque de calidad de electrodo o coque combustible. Coquización fluida (fluid coking), que sólo produce coque destinado a la combustión o a la gasificación. Los productos líquidos de la coquización son muy inestables (alto contenido en dienos), muy olefínicos y muy contaminados de azufre y nitrógeno. La producción de gas es importante. Los productos líquidos deben sufrir tratamiento con hidrógeno antes de mezclarse con las correspondientes fracciones de crudo y seguir los procesos de mejoras de sus características. Craqueo Catalítico Fluido (FCC) El craqueo catalítico fluido es un elemento clave del refino junto con el reformado catalítico y la alquilación en líneas de producción de gasolinas. Operando en fase gaseosa y baja presión, se utiliza el catalizador como sólido portador de calor. La temperatura de reacción es de 500-540°C y el tiempo de residencia del orden de segundos. Las cargas para este proceso tan flexible son generalmente los destilados de vacío, los aceites desasfaltados, los residuos hidratados o no, así como los subproductos de otros procesos. Los productos de conversión del craqueo catalítico son altamente olefínicos en las fracciones ligeras y altamente aromáticos en las pesadas. Las reacciones del craqueo son endotérmicas; el balance de calor se obtiene por la combustión en el regenerador del coque producido y depositado sobre el catalizador.
