Obtención de oxígeno a partir de aire atmosférico para su uso comercial. Estudio de viabilidad técnica y económica

TRABAJO FINAL DE GRADO Depa amen o de Ingenie ía Química y Tecnología Fa macéu ica Ob ención de oxígeno a pa i del ai e a mos é ico pa a su uso come cial. Es udio de iabilidad écnica y económica. Au o : Manuel Tudela Galla do Tu o es: F ancisco J. Ga cía Ál a ez, F ancisco E. Ja abo F ied ich Manuel Tudela Galla do Página | 2 Manuel Tudela Galla do Página | 3 Índice Ag adecimien os ........................................................................................................................... 7 Lis ado de igu as .......................................................................................................................... 9 Lis ado de ablas.......................................................................................................................... 11 Resumen ...................................................................................................................................... 13 Abs ac ....................................................................................................................................... 13 Capí ulo I: In oducción ............................................................................................................... 15 1.1. Jus i icación ................................................................................................................. 15 1.2. Pe iciona io ...................................................................................................................... 15 1.3. Obje o del TFG .................................................................................................................. 15 1.4. Simpli icaciones y suposiciones........................................................................................ 16 Capí ulo II: El ai e y sus componen es ........................................................................................ 17 2.1. El ai e ................................................................................................................................ 17 2.2. El ni ógeno ...................................................................................................................... 18 2.3. El a gón ............................................................................................................................. 18 2.4. El oxígeno ......................................................................................................................... 19 2.4.1. In oducción .............................................................................................................. 19 2.4.2. P opiedades ísicas .................................................................................................... 19 2.4.3. Segu idad y salud ...................................................................................................... 19 2.4.4. Almacenamien o y anspo e .................................................................................. 20 2.4.5. Usos y aplicaciones .................................................................................................... 20 Capí ulo III: Es udio de me cado ................................................................................................. 22 3.1. Desc ipción del sec o ..................................................................................................... 22 Capí ulo IV: Es udio de iabilidad écnica ................................................................................... 25 4.1. Mé odos pa a la ob ención de oxígeno ........................................................................... 25 4.1.1. Adso ción................................................................................................................... 25 4.1.2. Des ilación c iogénica ............................................................................................... 27 4.1.3. Memb anas ............................................................................................................... 28 4.2. Jus i icación de la ecnología escogida............................................................................. 30 Capí ulo V: Desc ipción del p oceso ........................................................................................... 33 5.1. Adso ción ......................................................................................................................... 33 5.1.1. Adso ción po cambio de p esión, PSA ..................................................................... 34 5.2. Adso ben e ....................................................................................................................... 36 5.2.1. Las zeoli as ................................................................................................................ 37 Manuel Tudela Galla do Página | 4 5.3. Desc ipción del p oceso ................................................................................................... 39 5.3.1. Comp eso ................................................................................................................. 41 5.3.2. Equipo de es abilización del ai e húmedo ................................................................ 42 5.3.3. Pu gado es de condensados ..................................................................................... 42 5.3.4. Equipo de sepa ación de agua y acei e ..................................................................... 43 5.3.5. Fil ación p e ia ......................................................................................................... 44 5.3.6. Secado de ai e .......................................................................................................... 45 5.3.7. Fil o inal .................................................................................................................. 46 5.3.8. Equipo de es abilización de ai e seco ....................................................................... 46 5.3.9. Adso bedo es PSA ..................................................................................................... 46 Capí ulo VI: Selección de equipos ............................................................................................... 47 6.1. Comp eso ........................................................................................................................ 47 6.2. Equipos de es abilización de ai e húmedo y seco ............................................................ 49 6.3. Pu gado es elec ónicos de condensados........................................................................ 50 6.4. Equipo de sepa ación de agua y acei e ............................................................................ 51 6.5. Equipo de il ación p e ia ............................................................................................... 52 6.6. Secado de ai e po adso ción ......................................................................................... 53 6.7. Gene ado de oxígeno ...................................................................................................... 54 Capí ulo VII: Es udio económico ................................................................................................. 55 7.1. P esupues o ..................................................................................................................... 55 7.2. Es imación de cos es ........................................................................................................ 56 7.2.1. Cos es de in e sión ................................................................................................... 56 7.2.2. Cos e o al de p oducción ......................................................................................... 57 7.3. Flujos o dina ios ............................................................................................................... 60 7.3.1. Gas os o dina ios ...................................................................................................... 60 7.3.2. Ing esos o dina ios .................................................................................................... 60 7.4. Flujos ex ao dina ios ....................................................................................................... 61 7.4.1. Valo es esiduales ..................................................................................................... 61 7.4.2. Gas os ex ao dina ios .............................................................................................. 62 7.4.3. Ing esos ex ao dina ios ........................................................................................... 62 7.4.4. Bene icios b u os ....................................................................................................... 62 Capí ulo VIII. Mejo as écnicas y conclusiones ........................................................................... 64 8.1. Mejo as ............................................................................................................................ 64 8.2. Conclusiones..................................................................................................................... 65 Manuel Tudela Galla do Página | 5 Conclusions ............................................................................................................................. 65 Bibliog a ía .................................................................................................................................. 66 ANEXO: Cálculos jus i ica i os de la selección de equipos ......................................................... 68 Comp eso (UNIDA COMPRESORA) ........................................................................................ 68 Equipo de es abilización de ai e húmedo (V-01) .................................................................... 68 Pu gado es de condensados (CD-04 y CD-05) ........................................................................ 69 Fil os de coalescencia (F-05 y F06) ........................................................................................ 69 Sepa ado de agua y acei e (V-03 y V-04) ............................................................................... 70 Secado po adso ción (T-05 y T-06) ....................................................................................... 70 Equipo de il ación inal (F-07) ............................................................................................... 70 Equipo de es abilización de ai e seco (V-02)........................................................................... 70 Gene ado de oxígeno (T-09, T-10, T-11 y T-12) ..................................................................... 70 Manuel Tudela Galla do Página | 6 Manuel Tudela Galla do Página | 7 Ag adecimien os Aho a que acaba una nue a e apa en mi ida, quie o eco da a mis compañe os y p o eso es de la UGR, donde encon é amigos de e dad en los que apoya me y con los que cons ui es e camino. Y a mi amilia, que siemp e es u o ahí. A mi pad e, que allá donde es é sé que es a á o gulloso de mi. Y a mi mad e, que siemp e ue el bas ón en el que sos ene me y un ejemplo de lucha y supe ación. Manuel Tudela Galla do Página | 8 Manuel Tudela Galla do Página | 9 Lis ado de igu as Figu a 1. Rep esen ación g á ica de la composición del ai e. Figu a 2. Dis ibución del P oduc o Indus ial B u o. Figu a 3. Ci a de negocios po Comunidad Au ónoma. Figu a 4. E apas ípicas del p oceso PSA. Figu a 5. Esquema del p oceso de des ilación c iogénica. Figu a 6. Sis ema de memb anas ITM. Figu a 7. Cu a de up u a de una columna PSA. Figu a 8. Unidad mínima de cons ucción de las zeoli as. Figu a 9. Es uc u a de la sodali a. Figu a 10. Diag ama de lujo de un p oceso PSA pa a la ob ención de oxígeno. Figu a 11. Esquema uncionamien o de un comp eso de doble o nillo. Figu a 12. Esquema de un pu gado de condensados elec ónico ma ca KAESER. Figu a 13. Esquema de un sepa ado de agua y acei e AQUAMAT ma ca KAESER. Figu a 14. Esquema de un secado po adso ción ma ca KAESER Figu a 15. Vis as in e io y ex e io del comp eso . Figu a 16. Tanque de ai e comp imido ma ca KAESER. Figu a 17. Pu gado de condensados KAESER ECO-DRAIN 14. Figu a 18. Sepa ado de agua y acei e AQUAMAT CF 75. Figu a 19. Fil o de coalescencia KAESER. Figu a 20. Secado de adso ción egene ado en ío KAESER. Figu a 21. Gene ado de oxígeno PSA se ie OGP. Manuel Tudela Galla do Página | 16 1.4. Simpli icaciones y suposiciones Dado que no se han encon ados da os sob e el me cado de los gases indus iales en Cana ias, se pa e del supues o que no exis en emp esas en el a chipiélago que o ezcan es e ipo de p oduc o. Además, se oma el da o de 3500 Nm3/h como e e encia de caudal de ai e de en ada a la plan a. Es e da o se ob iene a pa i de e e encias bibliog á icas de es udios an e io es [16], ya que los da os sob e el sec o de los gases indus iales en Cana ias son escasos y la in o mación apo ada po las emp esas del sec o as a ias consul as ha sido nula, po lo que se oma es e da o pa a ene un pun o de pa ida pa a desa olla el p oyec o. Pues o que el obje i o del p esen e p oyec o es ealiza un es udio de iabilidad écnico- económica y debido a que el iempo pa a la edacción del TFG se limi a a es meses, no se ealiza á el diseño de los pa áme os de los equipos del p oceso ni su dimensionamien o. La selección de es os se ha á basándose en e e encias bibliog á icas y algunos cálculos sencillos, e lejados en el ANEXO, pa a escoge de o ma ap oximada el modelo de cada equipo que mejo se ajus a a los pa áme os de diseño. Dichos pa áme os son el ya ci ado caudal de en ada de ai e a la plan a y la pu eza del p oduc o inal. Es e úl imo da o se selecciona á más adelan e en unción de la ecnología escogida. Manuel Tudela Galla do Página | 17 Capí ulo II: El ai e y sus componen es 2.1. El ai e El ai e es una mezcla de gases de composición he e ogénea que se ex iende po oda la supe icie e es e o mando una capa de a ios kilóme os de espeso denominada a mós e a. La composición y concen ación del ai e es a iable a lo la go de oda la a mós e a, aunque los compues os mayo i a ios en odos los casos son el ni ógeno y el oxígeno. Además de es os, exis en o os muchos compues os que o man pa e del ai e, aunque en unas concen aciones mucho meno es. Concen ación en olumen de los componen es del ai e en base seca: − Ni ógeno (N2): 78,084% − Oxígeno (O2): 20,947% − A gón (A ): 0,934% − Dióxido de ca bono (CO2): 0,035% − Neón (Ne): 0,001818% − Helio (He): 0,000524% − Me ano (CH4): 0,00017% − K ip ón (K ): 0,000114% − Hid ógeno (H2): 0,000053% − Xenón (Xe): 0,0000087% − Gases con composiciones in e io es al 0,000001%: Ozono (O3), Monóxido de ca bono (CO), Dióxido de azu e (SO2), Dióxido de ni ógeno (NO2), Amoniaco (NH3). Si ep esen amos odos es os da os en un g á ico podemos obse a cómo e ec i amen e Ni ógeno y Oxígeno son los componen es mayo i a ios del ai e, ya que el es o de compues os apenas suma el 1% de la concen ación o al. Figu a 1: Rep esen ación g á ica de la composición del ai e. Fuen e: Elabo ación p opia Como se puede ap ecia , el ai e es un p oduc o con una can idad de ma e ias p imas inc eíble. La mayo ía de los gases que lo con o man ienen mul i ud de usos, ya sea a ni el indus ial o a Ni ógeno Oxígeno A gón Manuel Tudela Galla do Página | 18 ni el social, aunque algunos de ellos no se pueden ob ene a pa i del ai e, ya que su concen ación es demasiado baja. Los p incipales gases que se ob ienen del ai e son el oxígeno, el ni ógeno y el a gón. 2.2. El ni ógeno El ni ógeno es un compues o gaseoso en condiciones no males (20 ºC y p esión a mos é ica). Es un gas dia ómico, lo que signi ica que la molécula de ni ógeno gas que se encuen a en el ai e es á o mada po dos á omos de ni ógeno unidos po un enlace iple. Es e enlace es muy es able y le p opo ciona al ni ógeno su ca ac e ís ica más impo an e, el ni ógeno es un gas ine e en la mayo ía de los casos. Las aplicaciones más impo an es del ni ógeno son [1]: − Ae oespacial y ae onáu ica: el ni ógeno es undamen al pa a es e sec o , ya que se u iliza en úneles de ien o, ho nos de a amien o é mico y aplicaciones de co e láse . − Químico: se u iliza como gas p esu izan e, pa a p o ege del ai e a ma e iales sensibles al oxígeno y pa a elimina compues os olá iles del lujo de p ocesos. − Alimen ación y bebidas: es un agen e c iogénico cla e pa a el en iamien o, e ige ación y congelación de alimen os. Además, ambién se emplea pa a c ea a mós e as p o ec o as en el en asado de alimen os. − T anspo e y au omó il: como gas de soldadu a y como componen e de segu idad en los ai bags. − Sanidad: el ni ógeno se emplea como agen e c iogénico pa a congela y p ese a mues as biológicas. − Side u gia: como gas de a as e y pu gan e en la p oducción de ace o. 2.3. El a gón El a gón es un compues o gaseoso en condiciones no males (20 ºC y p esión a mos é ica). Fo ma pa e de los denominados gases nobles, cuya p incipal ca ac e ís ica es que son muy es ables, no eaccionan p ác icamen e con nada ya que cumplen la egla del oc e o, es deci , ienen 8 elec ones en su capa de alencia, lo que les con ie e su g an es abilidad. Es a p opiedad con ie e al a gón en un gas pe ec o pa a se empleado como agen e de ine ización. Las p incipales aplicaciones del a gón son las siguien es [2]: − Iluminación: se emplea como gas de elleno en lámpa as incandescen es ya que no eacciona con el ma e ial del ilamen o, aunque es ás lámpa as es án p ác icamen e en desuso. − Indus ia: se emplea en la ec eación de a mós e as ine es. Manuel Tudela Galla do Página | 19 − Me alu gia: en la indus ia del me al, el a gón p e iene la oxidación du an e el p oceso además de man ene la empe a u a y la composición de la a mós e a cons an es. − Medicina: iene aplicaciones en p ocedimien os de Odon ología y O almología como láse de a gón. 2.4. El oxígeno 2.4.1. In oducción La mayo ía del oxígeno p esen e en la a mós e a se encuen a como oxígeno gas (O2), aunque ambién se encuen a o mando ozono (O3) en una p opo ción mucho meno . El O2 comp ende el 20,947% en olumen del ai e y el ap oximadamen e el 23,3% en peso de la a mós e a. Fue descubie o en 1.773 po Ca l Wilhelm Scheele aunque popula men e se suele adjudica su descub imien o a Joseph P ies ley en 1.774, ya que publicó su abajo an es. Su nomb e ac ual ue acuñado po An oine La oisie en 1.777. 2.4.2. P opiedades ísicas El oxígeno molecula es un gas en condiciones no males (20ºC y p esión a mos é ica) incolo o e inodo o. Tiene una masa molecula de 32 g/mol, empe a u a de usión de -219 ºC y pun o de ebullición de -183 ºC. Es un compues o bas an e eac i o, ya que iene acilidad pa a gene a oxidaciones. Según el compues o al que oxide, puede ocu i que la oxidación sea muy ápida y exo é mica p oduciendo lo que se conoce como combus ión, po lo que se le cali ica como un combu en e. 2.4.3. Segu idad y salud El oxígeno es un oxidan e muy ue e y po lo an o es un combu en e muy po en e. Po ello, se le puede conside a como una sus ancia pelig osa y hay que ene en cuen a cie as di ec ices pa a que su anspo e, manipulación y almacenamien o sean segu os. En cuan o a su manipulación, sólo pe sonas expe imen adas y con la debida o mación deben maneja gases de es e ipo. La sus ancia debe de se manipulada de acue do con los p ocedimien os de buena higiene indus ial y segu idad. La maquina ia debe de es a lib e de acei es o g asas, ya que su con ac o con el oxígeno pod ía p o oca un incendio. Pa a es a maquina ia se emplea án lub ican es especí icos pa a oxígeno. Además, se debe án ealiza con egula idad inspecciones que asegu en que no exis en ugas y pe mi an un uso segu o. En caso de una uga, la exposición al oxígeno no suele se pelig osa, aunque si es p olongada puede causa nauseas, é igos, di icul ades espi a o ias y con ulsiones. No supone ningún pelig o su con ac o con la piel o con los ojos, aunque en caso de inhalación se debe e acua a la íc ima hacia una zona no con aminada. Manuel Tudela Galla do Página | 20 En caso de incendio, la ex inción no se debe ealiza con agua a p esión sino con agua en sp ay o en nebulizado . Se deben desplaza los en ases lejos del á ea del uego ya que su exposición al uego y al calo puede p o oca su up u a. Si es posible, se debe de ene la uga del p oduc o, pe o siemp e que se pueda hace de mane a segu a. 2.4.4. Almacenamien o y anspo e Los gases no malmen e se anspo an como gases comp imidos, aunque ambién pueden se anspo ados como líquidos c iogénicos. En cuan o a su dis ibución, se debe ealiza en ecipien es ap os pa a gases a p esión, ya sean bombonas indi iduales o cis e nas a g anel. En odo caso, la ca ga debe i e ique ada según ADR, IMDG e IATA con las e ique as “2.2: gases no in lamables, no óxicos” y “5.1: ma e iales combu en es”. Es á pe mi ido su anspo e po medio e es e (ca e e a y e oca il), po ma y en a ión. En odo caso, hay que con i ma que el conduc o es á en e ado de los posibles iesgos de la ca ga y cómo ac ua en caso de eme gencia y asegu a se de que la en ilación es adecuada y odas las ál ulas de segu idad han sido e isadas pa a e i a posibles ugas. Con espec o a las condiciones de almacenamien o, se a a de gases almacenados a al a p esión, po lo que el con ol de las condiciones de los en ases es p imo dial. Se deben man ene los con enedo es a una empe a u a in e io a los 50 ºC, en luga es bien en ilados y en condiciones que no a o ezcan la co osión. Los en ases deben se almacenados de mane a e ical y alejados de o os gases in lamables o ma e iales combus ibles. 2.4.5. Usos y aplicaciones El oxígeno es un elemen o undamen al pa a la ida, ya que es empleado po los se es i os en el p oceso de la espi ación y o ma pa e del agua, que es la molécula de e minan e pa a la ida en nues o plane a. Pe o no solo se emplea oxígeno en p ocesos biológicos. Es un elemen o muy impo an e ambién en la indus ia. Una de sus p incipales aplicaciones es la indus ia side ú gica. En e el 65% y el 85% del oxígeno p oducido en odo el mundo se emplea en la p oducción de ace o. Se emplea el oxígeno pa a acele a el p oceso y pa a e i a el ca bono del ace o inal, que suele con ene en o no al 2% de ca bono. También se u iliza pa a limpia impu ezas de las planchas de ace o y pa a co a y solda es as planchas, como po ejemplo en los sople es de ace ileno, capaces de co a me al con suma apidez. O o de los g andes usos del oxígeno adica en la indus ia química. Se emplea po ejemplo pa a ab ica óxido de ace ileno, ma e ial básico pa a la ab icación de ma e iales plás icos y ex iles. Además, en unción de la p opo ción, empe a u a y los ca alizado es empleados, se o man dis in os compues os cuando el oxígeno eacciona con algunos combus ibles como ca bón o gas na u al. Con olando las condiciones mencionadas, se puede ob ene una mezcla de hid ógeno y monóxido de ca bono que se emplea en la p oducción de gasolina sin é ica, me anol o amoniaco. Debido a se un elemen o al amen e combu en e, o o de sus usos es Manuel Tudela Galla do Página | 21 ac ua como ca alizado de eacciones de combus ión en p ocesos indus iales, como en la p oducción de ace o an e io men e mencionada o en ho nos de p oducción de id io, donde se emplea pa a mejo a la combus ión den o del ho no y educi las emisiones de NOx. Una de las p opiedades más in e esan es del oxígeno es que es un g an oxidan e. Es a p opiedad hace que sea un agen e muy impo an e en el a amien o de aguas esiduales en las EDAR. Se emplean oxígeno y luz sola como elemen os pa a des ui bac e ias pa ógenas. Pa a ello se emplean cascadas, uen es y o os sis emas ai eado es pa a pu i ica los suminis os de aguas, aumen ando la can idad de oxígeno disuel o y acele ando así el p oceso de pu i icación. Se puede incluso llega a eemplaza po oxígeno el ai e del anque de ai eación con el obje i o de acele a el p oceso, educi las emisiones de COV, educi los olo es y espumas y minimiza los cos es ene gé icos de las EDAR. Como se explicó an e io men e, el oxígeno es una molécula undamen al pa a la ida, lo que implica que enga nume osas aplicaciones médicas. La p incipal, es su uso en pacien es con insu iciencias espi a o ias, ya sea en e apias espi a o ias o en la ealización de p uebas de unción pulmona . También se suele usa en el ámbi o a macéu ico y bio ecnológico pa a aplicaciones de c ecimien o celula y desa ollo de ejidos [4]. O a indus ia que emplea el oxígeno es la indus ia ae onáu ica y ae oespacial. Se emplea en la p opulsión de cohe es, ya que se necesi a un calen amien o muy ápido pa a la p opulsión de es e, se emplean g andes can idades de oxígeno pa a p oduci es e calen amien o. Como se puede obse a , el oxígeno es empleado po una g an can idad de indus ias, pe o no en odas ellas se emplea de la misma o ma. Po ello, exis en di e en es ipos de oxígenos según el g ado de pu eza y las aplicaciones que se le quie an da . Es os ipos dependen de cada ab ican e, aunque en gene al, se pueden esumi en los siguien es: Tipo Pu eza Gas oxígeno comp imido Al a pu eza >99,5% Baja pu eza>90% Oxígeno líquido e ige ado >99,5% Mezcla de gas oxígeno y a gón 0.5 ppm – 99,5% Mezcla de gas oxígeno y helio 0.5 ppm – 99,5% Mezcla de gas oxígeno y ni ógeno 0.5 ppm – 99,5% Tabla 1: G ados de oxígeno come cial. Fuen e: www.p axai .com Manuel Tudela Galla do Página | 22 Capí ulo III: Es udio de me cado El es udio de me cado iene como obje i o de ini el es ado ac ual del sec o apo ando da os económicos sob e bene icios, olumen de negocios, po cen ajes sob e el o al del PIB, e c. Pa a ello se consul a án di e en es uen es de in o mación económica pa a in en a desc ibi de la mejo o ma posible cual es la si uación del sec o químico en España e in en a apo a algunos da os sob e el sec o de los gases indus iales. 3.1. Desc ipción del sec o El sec o indus ial o ma pa e de los g andes pila es que sus en an la economía española jun o al sec o se icios, p incipalmen e el u ismo, y la ag icul u a. Den o de es e sec o , la indus ia química y a macéu ica o ma pa e de los cua o g andes es anda es del sec o , suponiendo un 13,4% del P oduc o Indus ial B u o y siendo una de las indus ias que más ha c ecido en los úl imos cinco años. Gene ó un o al de 67.652 millones de eu os en el año 2.017, suponiendo un o al del 5,8% de PIB español. Es e da o es ealmen e so p enden e, ya que una única ama del sec o indus ial gene e es a can idad de ing esos demues a que es una de las indus ias más po en es del en o no indus ial del país. Figu a 2: Dis ibución del P oduc o Indus ial B u o. Fuen e: FEIQUE [5] En o al, exis en en España 3.118 emp esas den o del sec o químico. La g an mayo ía, al ededo del 50%, son emp esas pequeñas con menos de 10 empleados, aunque exis en emp esas mucho más g andes en el sec o , llegando incluso a ene más de 500 empleados en nómina. La g an mayo ía de es as emp esas se encuen an localizadas en los es g andes ocos de la indus ia química, que son Ba celona, Ta agona y Huel a. No obs an e, exis en o as zonas donde la indus ia química ambién es impo an e como es la zona no e, des acando País Vasco y As u ias, en la zona de Le an e, como Valencia y Cas ellón, y po supues o en Mad id. Si nos ijamos en las ci as de negocios, se puede comp oba cómo e ec i amen e es as zonas ag upan el mayo olumen de negocio. Viendo la descomposición Manuel Tudela Galla do Página | 23 de las ci as de negocios, podemos e como Cana ias es una de las comunidades con meno apo e en es e sec o , debido a que el sec o indus ial en el a chipiélago no se encuen a especialmen e desa ollado, incluyendo es o a la indus ia química. Aun así, se gene a on un o al de 96 millones de € en Cana ias g acias a la indus ia química en el año 2.017. Figu a 3: Ci a de negocios po Comunidad Au ónoma. Fuen e: FEIQUE [5] Den o del sec o químico, la indus ia química supone el 72,8% del alo o al del sec o y más conc e amen e, la indus ia de los gases indus iales supone el 2,9% del o al, alcanzando una ci a de negocio en 2.017 de 1.804 millones de eu os. En el me cado in e nacional, las ci as de expo aciones siguen una cla a endencia ascenden e desde el inal de la c isis económica, aumen ando en un 9,8% en e 2.016 y 2.017. No obs an e, el alo de las impo aciones con inúa siendo mayo que el de expo aciones en el me cado español, pe o es a di e encia a disminuyendo poco a poco. España expo a p oduc os químicos a países de la Unión Eu opea como F ancia y Alemania, a Amé ica del No e y al me cado asiá ico. De igual modo, el o igen de las impo aciones se encuen a en es os mismos países, ya que se a an de los mayo es p oduc o es del mundo. Las ci as de empleo en el sec o ambién esul an bas an e sa is ac o ias. La indus ia química supuso un o al de 657.900 empleados en 2.017, ya sea po pues os de abajo di ec o o indi ec o, siendo es e da o el 3,5% de la población ac i a ocupada en España. Además, el 94% de es os pues os de abajo son con con a os de abajo inde inido, supe ando la media de asala iados con con a o ijo en o os sec o es como la indus ia en gene al (79%) o el sec o se icios (75%). Es o indica una g an es abilidad y segu idad en el empleo den o de la indus ia química. Manuel Tudela Galla do Página | 24 Haciendo hincapié en el me cado de los gases del ai e, es os se ag upan jun o a o os gases como el hid ógeno cons i uyendo el me cado de los gases indus iales, dominado p ác icamen e en su o alidad po las 6 g andes compañías de es e me cado: COMPAÑIA LOCALIZACIÓN The Linde G oup Múnich, Alemania P axai Connec icu , Es ados Unidos Ai Liquide Pa ís, F ancia Taiyo Nippon Sanso Shangai, Japón Ai P oduc s Pensil ania, Es ados Unidos Ai gas Pensil ania, Es ados Unidos Tabla 2: Las 6 g andes compañías de los gases indus iales. Fuen e: [7] El dominio de es as emp esas se basa en su amplia ed come cial y en su a anzada ecnología, que además de gases suminis a o o ipo de se icios como equipos, soluciones de ingenie ía y asis encia écnica pa a el consumido . El olumen del me cado mundial es del o den de 25.000 millones de eu os, con un epa o ap oximado de 35% Es ados Unidos y Canadá, 33% Eu opa y 14% Japón. El oxígeno es el gas más co izado, con una demanda de 180.000 Tm/día, seguido del ni ógeno y o os gases como el CO2 y el hid ógeno [8]. En España, den o de los gases indus iales, el oxígeno es el más p oducido, con una ci a de al ededo de 2.000 millones de m3 p oducidos en 2.017, con un alo o al de 181 millones de eu os, alo es muy supe io es a los de o os gases indus iales como el ni ógeno o el hid ógeno [6]. Manuel Tudela Galla do Página | 25 Capí ulo IV: Es udio de iabilidad écnica En el es udio de iabilidad écnica se hace un epaso de los mé odos más comunes pa a la ob ención de oxígeno a ni el indus ial, con el obje i o de ene una idea global sob e es os p ocesos y ene el c i e io su icien e pa a selecciona uno basándonos en las necesidades de nues o p oyec o. Dichas necesidades, ijadas en la in oducción, son un caudal de en ada de 3.500Nm3/h de ai e alimen ado y la pu eza del p oduc o ob enido, que depende á de la ecnología escogida. 4.1. Mé odos pa a la ob ención de oxígeno Como se comen ó con an e io idad, el oxígeno es un p oduc o muy u ilizado, an o en indus ia como en medicina. En el me cado se puede ob ene en una amplia gama de concen aciones y composiciones, así como en es ado líquido o gaseoso, dependiendo de la aplicación pa a la que se equie a. Pa a ob ene dichas concen aciones y o mas del oxígeno, exis en di e en es p ocesos de p oducción, los cuales pe mi en ob ene el oxígeno de o ma licuada o gaseosa y con pu ezas mayo es o meno es. La mayo ía de los p ocesos de ob ención de oxígeno u ilizan el ai e a mos é ico como ma e ia p ima. Se encuen a lib e y ácilmen e disponible en la a mós e a, pe o equie e de una g an can idad de ene gía pa a consegui sepa a el ai e en sus componen es. Los mé odos que se desc iben a con inuación son los más empleados comúnmen e, aunque exis en o os, como la elec ólisis del agua, que no emplean el ai e como ma e ia p ima, aunque su uso se encuen a p ác icamen e desca alogado. 4.1.1. Adso ción La adso ción es un p oceso ísico en el que los componen es de una mezcla líquida o gaseosa se adhie en de o ma selec i a a la supe icie de un sólido, dependiendo de una se ie de ca ac e ís icas del sólido. La p incipal ca ac e ís ica de la que depende la adso ción es la selec i idad, que es la a inidad que exis e en e la supe icie del sólido y dis in os adso ba os (especie que queda adhe ida al sólido). La di e encia de selec i idad en e unos componen es y o os ha á que es os se adhie an a la supe icie del adso ben e o no. El adso ben e pe mi e elimina uno de los compues os de la mezcla, así como elimina con aminan es de las co ien es de luido que se ían p ác icamen e imposible de sepa a po o os medios. Los adso ben es empleados pa a sepa ación de mezclas gaseosas suelen eni en o ma g anula , empaque ados en lechos ijos po los que se hace ci cula la mezcla. Es os adso ben es pueden u iliza se una única ez, aunque debido a su ele ado p ecio, lo no mal es que una ez ago ados se egene en pa a ol e a se usados. Es o da luga a un uncionamien o cíclico de los sis emas de adso ción, en los que se u iliza dos o más unidades de adso ción en pa alelo que pe mi en un uncionamien o con inuo. Cuando la capacidad del lecho 1 se ago a, se in e umpe el lujo de alimen ación y se hace pasa po el lecho 2. Mien as se alimen a el lecho 2, se p ocede a la egene ación del lecho 1. Manuel Tudela Galla do Página | 32 Una ez es udiadas las en ajas e incon enien es de odas las al e na i as ecnológicas, y eco dando las especi icaciones de inidas pa a el p oceso en la in oducción (caudal de en ada de ai e al p oceso 3.500 Nm3/h) se pueden ob ene a ias conclusiones. La p ime a de ellas es que la ecnología de memb anas no es una ecnología lo su icien emen e madu a como pa a se aplicada a es e p oyec o, además de ene cie as limi aciones a la ho a de cumpli las especi icaciones del p oceso. Po o o lado, la des ilación c iogénica sob epasa ampliamen e las condiciones de es e p oyec o, an o a ni el de caudal como a ni el de pu eza. Además, al a a se del mé odo más cos oso, no es asumible económicamen e la in e sión necesa ia pa a en abiliza ese exceso de caudal y pu eza ob enidos. Finalmen e, la ecnología de adso ción po cambio de p esión esul a se la más ap opiada pa a es e p oyec o. P opo ciona unas condiciones de salida que se asemejan bas an e a lo deseado. El único incon enien e exis en e es que la pu eza del oxígeno ob enido no supe a ía el 95%, aunque se pod ían implemen a mejo as en el p oceso que ayuda ían a aumen a es e da o y acondiciona lo a las condiciones de me cado. Sin emba go, es e oxígeno del 95% iene aplicación en medicina y en algunas indus ias como la del id io o la p oducción del ozono, po lo que es comple amen e álido como p oduc o. No obs an e, más adelan e, en el apa ado de mejo as, se plan ea án algunas al e na i as pa a pu i ica el p oduc o ob enido. Manuel Tudela Galla do Página | 33 Capí ulo V: Desc ipción del p oceso El obje i o de es e capí ulo es desc ibi de o ma de allada en qué consis e la adso ción y cuáles son las ca ac e ís icas del adso ben e u ilizado pa a ello. Además, se desc ibi án los equipos que in e ienen en el p oceso. 5.1. Adso ción La adso ción es un enómeno ísico que iene luga en la supe icie de una sus ancia denominada adso ben e. Du an e la adso ción, las moléculas del adso ba o se ijan sob e la supe icie del adso ben e debido a las di e en es ue zas de a acción que se p oducen en e ambas especies. Es e p oceso da luga a la c eación de una capa de adso ba o sob e la supe icie del adso ben e. Es o es posible debido a la asime ía de las ue zas que exis en en la supe icie y la descoo dinación de los á omos supe iciales, que gene an una descompensación de ca ga [11]. Las ue zas de a acción gene adas pueden se de dis in a na u aleza, aunque gene almen e se habla de dos ipos: adso ción ísica, si las ue zas son débiles del ipo Van de Waals, o adso ción química, si las ue zas que se c ean implican enlaces químicos. La p incipal di e encia en e ambas es que, en la adso ción ísica, an o el adso ben e como el adso ba o no su en cambios en su na u aleza química, mien as que en la adso ción química se p oduce un cambio químico en ambas especies. Exis en o a se ie de di e encias, po ejemplo, en la adso ción ísica el adso ba o queda ijado o mando capas que se an disponiendo una encima de o a, mien as que en la adso ción química se o ma una única capa debido a la na u aleza química del enlace. Además, en la adso ción ísica, el adso ba o man iene su iden idad y es ablece un equilib io de adso ción con la supe icie que es e e sible, mien as que en la adso ción química es e p oceso no es e e sible, ya que la na u aleza del adso ba o cambia, impidiendo su ecupe ación [11]. Es a úl ima p opiedad pe mi e de ini un concep o muy impo an e en los p ocesos de adso ción, el equilib io e modinámico de adso ción. Cuando un luido que con iene un adso ba o se pone en con ac o con un sólido adso ben e, las moléculas de adso ba o se adso ben sob e la supe icie del sólido has a que los po enciales químicos de ambas ases se igualan. Se es ablece en onces un equilib io dinámico en el que las elocidades de adso ción y deso ción son iguales, alcanzándose así el equilib io de adso ción [11]. Todos los sólidos adso ben sus ancias, ya sean líquidas o gaseosas, pe o la adso ción no es ap eciable a no se que el sólido enga una g an supe icie en con ac o con la ase luida. Es o demues a la impo ancia de la supe icie en el p oceso de la adso ción como unos de los ac o es cla es pa a el éxi o de la ope ación. La supe icie puede se ex e na o in e na. La ex e na es la que supone el lími e ísico del sólido, y pa a que la adso ción dependa de es a supe icie enemos que emplea un sólido en o ma de pol o. Po o o lado, la supe icie in e na co esponde a los po os del ma e ial. El sis ema de po os puede alcanza una supe icie muy g ande, aumen ando mucho la capacidad de adso ción de un sólido, como ocu e po ejemplo en las moléculas de ca bón ac i o. Los po os se clasi ican en unción de su diáme o, pudiendo habla de mac opo os (diáme o > 50nm), Manuel Tudela Galla do Página | 34 mesopo os (diáme o en e 50 y 2 nm) y mic opo os (diáme o < 2 nm). Es e diáme o de po o es muy impo an e a la ho a de escoge un adso ben e, ya que de e mina si las moléculas de adso ba o pueden se adso bidas o no. 5.1.1. Adso ción po cambio de p esión, PSA En los p ocesos de adso ción se u iliza un lecho ijo, es deci , un sólido adso ben e que ellena el in e io de una columna po la que se hace ci cula una mezcla bina ia de la que se desea sepa a uno de sus componen es. Den o de la mezcla bina ia, uno de los componen es es más adso bible que el o o. Es a ope ación se puede ealiza median e el p oceso de adso ción po cambio de p esión (PSA) o po el p oceso de adso ción po cambio de empe a u a (TSA). La p incipal di e encia en e es os dos mé odos es la ene gía que se emplea en la e apa de egene ación. En los sis emas PSA se emplea un abajo mecánico (cambio de p esión), mien as que en los sis emas TSA se emplea calo ( a iación de la empe a u a). Es as di e en es o mas de ene gía a ec an di ec amen e a la du ación de la e apa de egene ación. Mien as que en los sis emas TSA es a e apa du a ho as debido a las g andes capacidades é micas de los lechos de adso ción, en los sis emas PSA la e apa de desp esu ización se lle a a cabo en minu os. En la mayo ía de los casos, las especies más ue emen e adso bibles se sepa an de las menos adso bibles. Es as sepa aciones se igen po el equilib io e modinámico de adso ción que posee cada adso ba o pa a un de e minado adso ben e. No malmen e, las mezclas ue emen e adso bibles p esen an mayo di icul ad de egene ación, po lo que suelen emplea se sis emas TSA pa a su sepa ación. Los sis emas PSA son más adecuados pa a p oduci componen es de g an pu eza poco adso bibles. En un p oceso de adso ción, la concen ación de adso ba o en la ase gas y en la ase sólida a ía con el iempo y la posición del lecho, gene ándose así pe iles de concen ación que delimi an la ans e encia de ma e ia. Al comenza la adso ción, el luido ci cula a a és de la columna, saliendo de es a con una concen ación p ác icamen e nula del gas adso bido. A medida que aumen a el olumen que ci cula a a és de la columna, el adso ben e se a ago ando, es deci , se sa u a comple amen e has a alcanza el pun o de up u a. Cuando se alcanza es e pun o, el gas con enido en la mezcla no puede segui siendo adso bido. Es e pun o pe mi e calcula el iempo de up u a de la columna. Con los da os de concen ación de gas adso bido y iempo, se cons uye el pe il de a ance o cu a de up u a de la columna, que pe mi e ob ene el pun o de up u a de la columna [11]. Manuel Tudela Galla do Página | 35 Figu a 7: Cu a de up u a de una columna PSA. Fuen e: [11] La igu a 7 ep esen a una cu a de up u a ípica, donde podemos e la ep esen ación de la concen ación del gas en la columna en e al iempo. Como se puede ap ecia , a medida que pasa el iempo se c ea un en e donde la sa u ación del lecho ya es comple a. Es e en e se denomina MTZ o zona de adso ción de ans e encia de masa. La MTZ a anza a lo la go del lecho has a que se alcanza el pun o de up u a. Una ez la MTZ supe a la longi ud o al de la columna, el lecho se encuen a ago ado y es necesa ia su egene ación. Los p ocesos PSA se lle an a cabo en 4 e apas. En la p ime a de ellas, la mezcla de gas a a a , en es e caso el ai e a mos é ico, se alimen a a la columna a una p esión ela i amen e al a, p oduciéndose así la p esu ización de la columna. A medida que se p oduce la adso ción, la zona de adso ción de ans e encia de masa a anza a lo la go del lecho has a alcanza el pun o de up u a. Du an e es a e apa, el ni ógeno queda e enido en el adso bedo , mien as que el oxígeno sale como co ien e de p oduc o a una p esión lige amen e meno a la de en ada debido a una pequeña pé dida de ca ga a lo la go del lecho. Du an e la p ime a e apa, una pa e de la co ien e de oxígeno se ex ae la e almen e y se usa en la e apa de egene ación del segundo lecho. La siguien e e apa comienza cuando el lecho se encuen a ago ado. Cuando comienza a apa ece el componen e más adso bible en la salida del p oduc o, se cie a el lujo de en ada a la columna y la salida de p oduc o y se conec a la salida con la segunda columna pa a disminui la p esión o al en el sen ido de la co ien e. Es o se hace pa a educi la p esión de la p ime a columna y ap o echa pa a p esu iza la segunda columna. Du an e la desp esu ización se educe la p esión pa cial de los adso ba os pa a que puedan se deso bidos. Se ab e la en ada a la columna y se cie a la salida pa a que las impu ezas que se acumulan mayo i a iamen e en la en ada sean deso bidas y eliminadas a la a mós e a. Mien as, la segunda columna se e mina de p esu iza a con aco ien e con pa e del p oduc o que se encuen a en el anque de almacenamien o. Manuel Tudela Galla do Página | 36 A con inuación, se hace ci cula a con aco ien e la co ien e de pu ga de la segunda columna que se encuen a en uncionamien o (la co ien e de oxígeno ex aída la e almen e que se menciona an e io men e) pa a empuja odo el ma e ial adso bido. Una ez el lecho queda limpio, se cie a la en ada y se man iene la salida conec ada a la segunda columna pa a que comience a p esu iza se. La p esu ización se e mina con el gas que p o iene del anque de almacenamien o de p oduc o. Cuando el segundo adso bedo alcanza el pun o de up u a, el ciclo de egene ación se epi e. Resumiendo odo es e p oceso, las e apas del ciclo de adso ción uncionan de o ma coo dinada en e los dos adso bedo es siguiendo el siguien e esquema: COLUMNA 1 COLUMNA 2 P esu ización Desp esu ización Adso ción Deso ción Desp esu ización P esu ización Deso ción Adso ción Tabla 3: E apas del sis ema de adso ción PSA de 2 columnas. Fuen e: Elabo ación p opia. 5.2. Adso ben e Los adso ben es son una pa e undamen al den o del p oceso de adso ción, po lo que escoge el adso ben e adecuado en unción de sus ca ac e ís icas y de las ca ac e ís icas de la especie a sepa a se á undamen al pa a el uncionamien o del p oceso. Los adso ben es se clasi ican en unción de su es uc u a (amo a o c is alina), su composición química o po el amaño de los po os (mic opo o, mesopo o, mac opo o). Pa a e alua si un adso ben e es adecuado o no pa a la sepa ación se es udian dis in os c i e ios: − Selec i idad: capacidad de adso ción en elación con los dis in os adso ba os. A mayo selec i idad, mejo se á la sepa ación. − Á ea: supe icie de la que dispone el adso ben e pa a ealiza la adso ción. A mayo á ea, mayo capacidad de adso ción. De es a p opiedad de i a la impo ancia de emplea sólidos po osos. − Tamaño de po o: de e mina si la molécula puede se adso bida o no sob e el adso ben e. − Regene abilidad: de e mina la acilidad con la que se egene a el adso ben e. Pa a los p ocesos que abajan en con inuo es de suma impo ancia. − Ciné ica: de e mina la elocidad de adso ción. Pa a aumen a los bene icios, se busca que los ciclos de adso ción sean cada ez más ápidos, aumen ando así la p oducción. De es as p opiedades, el amaño de po o es la más impo an e inicialmen e, ya que de e mina que molécula se á adso bida y cual no. Si la molécula que se desea elimina es de un amaño mayo al del po o, no se á adso bida, y el adso ben e escogido no se ía álido. Además, el á ea del sólido es á di ec amen e elacionada con el amaño de po o, ya que cuan o meno es sean los po os, mayo se á la supe icie del sólido, po lo que sólo los ma e iales que con engan mic opo os o pequeños mesopo os se án ú iles pa a aplicaciones de adso ción con gases. Manuel Tudela Galla do Página | 37 O a ca ac e ís ica impo an e es la selec i idad, que es á ue emen e elacionada con el equilib io e modinámico de adso ción (apa ado 5.1.). Cuando el luido se pone en con ac o con el sólido adso ben e, luye a a és del lecho, o mando el adso ba o una capa sob e el adso ben e, que queda sa u ado. La can idad de adso ben e que puede se cap ado depende de las condiciones de p esión y empe a u a, es deci , la selec i idad o capacidad del lecho depende de las condiciones de p esión y empe a u a. En es e caso, cuando el lecho se encuen a p esu izado, las moléculas de ni ógeno son adso bidas, mien as que el oxígeno es libe ado como p oduc o. Cuando se desp esu iza el lecho, los enlaces del adso ben e se ompen ya que son enlaces débiles de ipo Van de Waals y el ni ógeno se libe a. Los adso ben es, sean del ipo que sean, suelen se ma e iales delicados y son suscep ibles de se desac i ados, es deci , de pe de pa e de capacidad, po di e en es ipos de impu ezas que se encuen an en la co ien e de alimen ación. Es as impu ezas pueden se de ipo sólido, como pequeñas mo as de pol o, o impu ezas líquidas, como agua o acei es lub ican es de la e apa de comp esión. Las impu ezas p oducen un daño i e e sible al adso ben e, po lo que, pa a e i a odo es e ipo de impu ezas y ala ga la ida ú il del adso ben e, es impo an e ins ala una se ie de p e a amien os que pu i iquen la co ien e de ai e a mos é ico que se emplea como ma e ia p ima. A endiendo a odas es as ca ac e ís icas, los p incipales adso ben es empleados en aplicaciones con gases son algunos ipos de zeoli as, amices molecula es y ca bón ac i ado. En el caso de la p oducción de oxígeno median e un p oceso de adso ción PSA, el adso ben e más común son las zeoli as. 5.2.1. Las zeoli as Las zeoli as ue on desc i as po p ime a ez como una amilia de mine ales po el mine alogis a sueco Axel C ons ed en 1.756 g acias al descub imien o de la s ilbi a. Se de inen como una clase de aluminosilica os c is alinos basados en una es uc u a aniónica ígida, con canales y ca idades bien de inidos y de amaños ce canos a las dimensiones de muchas moléculas [11]. Su nomb e p o iene de las palab as g iegas zeo, he i , y li hos, pied a. Es o se debe a que su descub ido obse ó que, al calen a las con un sople e, las pied as bu bujeaban, po lo que las denominó “pied as que hie en”. En ealidad, el enómeno que obse ó C ons ed ue la capacidad de las zeoli as pa a pe de el agua con enida en su in e io cuando se calien an. La ó mula gene al de las zeoli as es Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O, donde M es un ca ión me álico (ca ión de compensación de ca ga) que no o ma pa e de la es uc u a c is alina; x e y son el núme o de e aed os de aluminio y silicio p esen es en la es uc u a espec i amen e y m el núme o de moléculas de agua de hid a ación p esen e en la es uc u a c is alina [11]. La es uc u a básica de las zeoli as consis e en e aed os que con ienen un á omo de silicio o de aluminio en su cen o y compa en los é ices a a és de á omos de oxígeno, de al o ma que cada oxígeno pe enece a dos e aed os dis in os (Figu a 8). Manuel Tudela Galla do Página | 38 Figu a 8: Unidad mínima de cons ucción de las zeoli as. Fuen e: [11]. Es os e aed os de aluminio o silicio se unen o mando pequeñas ag upaciones con las que se pueden ob ene la es uc u a de odas las zeoli as conocidas. El o denamien o de es as es uc u as de e mina la es uc u a mic opo osa de la zeoli a, en la que el amaño de po o es uni o me. Es as ag upaciones se unen o mando es uc u as más complejas que se encuen an p esen es en la es uc u a de las zeoli as, pe o que no necesa iamen e ienen que con o ma oda la ed c is alina. Es as es uc u as complejas pe mi en di e encia las zeoli as y o dena las. Un ejemplo de es as es uc u as es la unidad de sodali a (Figu a 9). La unión de a ias de es as unidades da luga a la zeoli a sodali a, que es al amen e es able y simé ica. Figu a 9: Es uc u a de la sodali a. Fuen e: [11] Aunque las zeoli as se de inan como una amilia de mine ales, la mayo pa e de las zeoli as empleadas en los p ocesos indus iales son de o igen sin é ico. Ob ene las zeoli as de o ma sin é ica pe mi e con ola su composición y el amaño de po o, además de ene un cos e bas an e bajo. El p ocedimien o más común pa a su sín esis es el mé odo hid o e mal. Es un mé odo complejo basado en las elocidades de c is alización y en el que hay que con ola di e sos ac o es pa a asegu a se de la composición y la es uc u a inal de la zeoli a son las deseadas. En e es os ac o es se encuen an el pH, la empe a u a o la na u aleza de los eac i os iniciales. La al a capacidad de adso ción de las zeoli as se debe a su ele ada supe icie especí ica. Es a ele ada supe icie es consecuencia de los canales y ca idades in e io es o mados du an e la sín esis de la zeoli a. Es a capacidad pe mi e usa las zeoli as como amices molecula es, ya que el p oceso de adso ción es selec i o al amaño y o ma del adso ba o [11]. Además, la composición química de la zeoli a ambién de e mina o as ca ac e ís icas del ma e ial como, po ejemplo, el ca ác e hid ó ilo o hid o óbico, que depende de la elación Manuel Tudela Galla do Página | 39 en e los á omos de silicio y aluminio. Con ola la composición química ambién pe mi e ealiza una adso ción selec i a. Po ejemplo, las zeoli as con un bajo con enido en sílice poseen una al a selec i idad a la adso ción de moléculas hid ó ilas y ice e sa, lo que pe mi e una adso ción más selec i a de es e ipo de moléculas [17]. Las zeoli as son ma e iales muy es ables an o ísica como químicamen e, lo que, añadido a su g an supe icie especí ica de i ada su al o con enido en mic opo os, las con ie e en unos ma e iales muy in e esan es a la ho a de se empleados como adso ben es a ni el indus ial. Las zeoli as más u ilizadas son las sin é icas del ipo LTA (A) y FAU (X), que ienen un al o con enido en aluminio, po lo que ienen una mayo concen ación de ca iones de compensación y una mayo ene gía de adso ción. Las zeoli as empleadas en la p oducción de oxígeno a pa i de ai e en los p ocesos PSA son la zeoli a 5A y la 13X, siendo es a úl ima empleada ambién en la p oducción de ni ógeno [11]. 5.3. Desc ipción del p oceso El oxígeno gas se ob iene a pa i de ai e a mos é ico median e un p oceso de adso ción po cambio de p esión (PSA) donde el ni ógeno p esen e en el ai e es adso bido po un elleno de zeoli as. La ma e ia p ima de es e p oceso es el ai e a mos é ico, cuya composición en olumen es 78,084% de Ni ógeno, 20,947% de Oxígeno, 0,934% de A gón y un 0,036% de o os componen es en e los que se encuen an el dióxido de ca bono y el apo de agua. De es os componen es, el ni ógeno, el oxígeno y el a gón son conside ados pe manen es, ya que su concen ación es p ác icamen e cons an e a lo la go de oda la a mós e a y en el iempo. Sin emba go, el dióxido de ca bono y el apo de agua son gases de composición a iable en la a mós e a, ya que dependen de ac o es como la localización geog á ica, las condiciones clima ológicas o la humedad ela i a. Es po es o po lo que a pa i de aho a se emplea á a e ec os de cálculo una composición pa a el ai e de en ada del 78% de ni ógeno, 21% de oxígeno y 1% de a gón. El caudal de ai e de en ada empleado en los cálculos necesa ios pa a la selección de equipos es de 3.500 Nm3/h. T ans o mando es e caudal a condiciones ambien e de 1 a m y 20 ºC esul a un caudal de 3.756,27 m3/h. En la Figu a 10 se mues a el diag ama de lujo del p oceso seleccionado: Manuel Tudela Galla do Página | 40 Figu a 10: Diag ama de lujo de un p oceso PSA pa a la ob ención de oxígeno OXÍGENO 95% Manuel Tudela Galla do Página | 41 5.3.1. Comp eso El p oceso comienza po la en ada de ai e a mos é ico al sis ema pa a se comp imido. Se a a emplea un sis ema de comp eso es de o nillo o mados po dos unidades comp eso as que pe mi en abaja de mane a independien e en caso de que una de las unidades alle man eniendo has a un 50% del caudal. El esquema de uncionamien o del comp eso es el siguien e: Figu a 11: Esquema uncionamien o de un comp eso de doble o nillo. Fuen e: [12] A con inuación, se desc ibi á el p oceso de comp esión del ai e, elacionando cada e apa con el diag ama de lujo de la Figu a 10. El comp eso p esen a dos ci cui os de comp esión de ai e independien es, ambos o mados po un comp eso de o nillo (C-01 y C-02) impulsados po dos mo o es eléc icos de 360 kW de po encia. Es e ipo de comp eso pe mi e comp imi un máximo de 3.984 m3/h has a una p esión de se icio de 750 kPa. Ambos sis emas de comp esión cuen an con un il o de ai e a la en ada (F-01 y F-02) pa a elimina pol o e impu ezas an es de la e apa de comp esión, impidiendo así allos po man enimien o y ala gando la ida ú il del comp eso . Una ez il ado, el ai e en a al bloque de comp esión, donde g acias al gi o del o o y a la he me icidad de la cáma a se a aumen ando la p esión del gas g adualmen e. Manuel Tudela Galla do Página | 48 Ma ca: KAESER Modelo: HSD 662 P esión de abajo: 7,5 ba Caudal a la p esión de abajo: 66,4 m3/min P esión máxima de ope ación: 8,5 ba Po encia nominal del mo o : 360 kW Dimensiones: 3570x2145x2350 1 mm Peso: 8100 Kg Incluye il os de ai e de admisión (F-01 y F-02), sepa ado es de agua y acei e (T-01 y T-02), in e cambiado es de placas (E-01, E-02, E-03 y E-04), sepa ado es cen í ugos (T-03 y T-04) y il os de salida (F-03 y F-04). 1 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de comp eso es KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-5937 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 49 6.2. Equipos de es abilización de ai e húmedo y seco Figu a 16: Tanque de ai e comp imido ma ca KAESER 2 Ma ca: KAESER Capacidad: 8000 L P esión de abajo: 11 ba Al u a: 4400 mm Diáme o: 1600 mm Peso: 1850 Kg Conexiones: 4xDN 200 2 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de anques de ai e comp imido KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-5975 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 50 6.3. Pu gado es elec ónicos de condensados Figu a 17: Pu gado de condensados KAESER ECO-DRAIN 14 3 Ma ca: KAESER Modelo: ECO-DRAIN 14 P esiones máxima/mínima de abajo: 0,8/16 ba Caudal máximo de condensado: 260 m3/min Dimensiones: 252x120x180 mm Peso: 2,9 Kg 3 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de pu gado es de condensados KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-5990 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 51 6.4. Equipo de sepa ación de agua y acei e Figu a 18: Sepa ado de agua y acei e AQUAMAT CF 75 4 Ma ca: KAESER Modelo: AQUAMAT CF 75 Caudal máximo de acei e sepa ado:45 m3/min Dimensiones: 659x939x1160 mm Peso: 53 Kg Conexión agua: DN 40 Conexión acei e: DN 40 Volumen del anque: 228,4 L Con enedo es de acei e: 2x20L 4 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de sepa ado es de agua y acei e KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-5991 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 52 6.5. Equipo de il ación p e ia Figu a 19: Fil o de coalescencia KAESER 5 Ma ca: KAESER Modelo: F 880 Caudal: 88,50 m3/min P esión de abajo: de 2 a 16 ba Tempe a u a ambien e: +3 a +50 ºC Tempe a u a de en ada del ai e comp imido: +6 a +66 ºC Peso máximo: 107 Kg Conexión de ai e: DN 150 Volumen: 75 L Al u a: 1233 mm Diáme o: 320 mm 5 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de il os KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-52570 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 53 6.6. Secado de ai e po adso ción Figu a 20: Secado de adso ción egene ado en ío KAESER 6 Ma ca: KAESER Modelo: DC 859 Caudal: 85,85 m3/min Tempe a u a ambien e: +2 a +45 ºC Tempe a u a de en ada de ai e comp imido: +2 a +50 ºC Dimensiones: 2400x2140x2456 mm Peso: 4105 Kg Conexión ai e comp imido: DN 150 6 Es.kaese .com. (2018). Ca álogo de secado es po adso ción KAESER. [online] A ailable a : h ps://es.kaese .com/download.ashx?id= cm:38-5997 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 54 6.7. Gene ado de oxígeno Figu a 21: Gene ado de oxígeno PSA se ie OGP 7 Ma ca: A las Copco Modelo: OGP 200 Caudal oxígeno p oducido: 102,9 sc m, al 95% de pu eza P esión salida del oxígeno: 5 ba Calidad necesa ia del ai e de en ada: 1.4.1 según la no ma ISO 8573-1:2010 Tempe a u a de ope ación: +5 a +45 ºC P esión máxima de abajo: 10 ba Dimensiones: 4000x4000x3300 mm 7 Rycamsl.com. Ca álogo de gene ado es de ni ógeno y oxígeno A las Copco. [online] A ailable a : h p://www. ycamsl.com/wp-con en /uploads/2016/12/GENEADORES-DE-NITROGENO-Y-OXIG.pd [Accessed 27 Jun. 2019]. Manuel Tudela Galla do Página | 55 Capí ulo VII: Es udio económico El obje i o de es e capí ulo es ealiza un pequeño es udio económico sob e la ins alación p oyec ada. Pa a ello, se ealiza á un p esupues o y se calcula án una se ie de cos es con el obje i o de es ima cual se á la in e sión inicial necesa ia. Además, se calcula á el p ecio del p oduc o en el me cado y el iempo necesa io pa a ecupe a es a in e sión. Hay que ene en cuen a que es os cálculos es án basados en mé odos ap oximados pa a es ima los cos es y da os bibliog á icos [3] y, po lo an o, end án un amplio ma gen de e o y supond án una ci a o ien a i a sob e los cos es más que una ci a eal. Además, se ealiza án o a se ie de simpli icaciones que se i án indicando a lo la go del capí ulo. El cálculo de los cos es se exp esa á en alo absolu o, es deci , gas o o al en un año de p oducción (€/año) y con elación a la p oducción o al (€/m3). 7.1. P esupues o El p esupues o analiza uno de los mayo es cos es iniciales, los equipos. Pa a ealiza es a e aluación se ha consul ado el p ecio de los disposi i os a di e en es ab ican es. En la mayo ía de los casos se ha ob enido espues a y el p ecio e lejado se á el eal. Pa a los equipos de los que no se ha ob enido in o mación, el p ecio e lejado es a á basado en equipos de uncionamien o y ca ac e ís icas simila es. A con inuación, se desa olla el p esupues o de los equipos elegidos pa a la ins alación p oyec ada: Equipo Can idad Desc ipción P ecio uni a io (€/unidad) P ecio o al (€) Comp eso (UNIDAD COMPRESORA) 1 Comp eso de o nillo o mado po dos unidades comp eso as. Incluye il o de admisión, sepa ado de agua y acei e e in e cambiado es de placas pa a e ige a la unidad, ma ca KAESER, modelo HSD 662, caudal o al 3756,27 Nm3/h, po encia nominal 360 kW, p esión de abajo 7,5 ba . 231.665 231.665 Depósi o ai e comp imido 8.000 L (V-01 y V-02) 2 Recipien e e ical pa a ai e comp imido, ma ca KAESER, capacidad nominal 8 m3. 14.768 29.536 Pu gado de condensados (CD-04 y CD-05) 2 Pu gado elec ónico de condensados, ma ca KAESER, modelo ECO- DRAIN 14, capacidad máxima 15.600 m3/h. 780 1.560 Manuel Tudela Galla do Página | 56 Sepa ado agua y acei e (V-03 y V-04) 1 Sepa ado de agua y acei e, ma ca KAESER, modelo AQUAMAT CF 75, capacidad máxima 2.700 m3/h. 2.406 2.406 Fil o coalescencia (F-05 y F-06) 2 Fil os coalescen es de al a e iciencia, angos PD+ y PDp+, ma ca KAESER, modelo F 880, capacidad máxima 5.310 m3/h. 7.700 15.400 Secado po adso ción (T-05 y T-06) 1 Secado de ai e comp imido po adso ción, incluye il o de pol o, ma ca KAESER, modelo DC 859, capacidad máxima 5.151 m3/h. 83.530 83.530 Gene ado de oxígeno PSA (T-09, T-10, T-11 y T-12) 4 Gene ado de oxígeno po adso ción PSA, ma ca A las Copco, modelo OGP. 135.000 540.000 TOTAL 904.097 Tabla 4: P esupues o Gene al de equipos El p esupues o o al de los equipos asciende a 904.097€. 7.2. Es imación de cos es En es e apa ado se calcula án los capi ales ijo y ci culan e, así como el cos e o al de p oducción. 7.2.1. Cos es de in e sión El cos e o capi al de in e sión co esponde a aquellos cos es necesa ios pa a la adquisición de los ac i os necesa ios pa a pone en uncionamien o un p oyec o. Es la suma de los capi ales ijo y ci culan e. 7.2.1.1. Capi al Fijo o Inmo ilizado El capi al inmo ilizado hace e e encia al conjun o de ienes de la emp esa que es án des inados al uncionamien o no mal de es a y no a la en a. Pa a hace el cálculo del capi al ijo se a a emplea el mé odo de Pe e & Timme haus [3], basado en aplica una se ie de pa áme os y po cen ajes sob e el cos e de en ega del equipo (DEL). Es e se calcula a pa i del cos e de comp a FOB (F ee On Boa d) de los equipos, es deci , el p esupues o ealizado en el apa ado an e io . Según es e mé odo, el DEL ep esen a en e 1,1 y 1,25 eces el cos e del FOB. Pa a ealiza el cálculo se oma el alo in e medio, ob eniendo el siguien e esul ado: 𝐷𝐸𝐿 = 1,175∗𝐹𝑂𝐵 = 1,175∗904.097 = 1.062.313,98€ Manuel Tudela Galla do Página | 57 A pa i de es e alo , se calculan los cos es según los pa áme os de Pe e & Timme haus [3, página 251]: Plan a de luidos CONCEPTO % del alo del equipo Cos e (€) COSTES DIRECTOS Valo del equipo DEL 100 1.062.313,98 Ins alación del equipo 47 499.287,57 Ins umen ación (ins alada) 36 382.433,03 Tube ía (ins alada) 68 722.373,51 Elec icidad (ins alada) 11 116.854,54 Edi icios (incluidos se icios) 18 191.216,52 Mejo as en el e eno 10 106.231,40 Se icios ins alados 70 743.619,79 360 3.824.330,33 COSTES INDIRECTOS Ingenie ía y supe isión 33 350.563,61 Gas os de cons ucción 41 435.548,73 Gas os legales 4 42.492,5592 Hono a ios con a is as 22 233.709,0756 Con ingencias 44 467.418,1512 144 1.529.732,13 TOTAL cos es di ec os e indi ec os 420 5.354.062,46 Tabla 5: Cálculo del capi al o al según Pe e & Timme haus 7.2.1.2. Capi al ci culan e El capi al ci culan e es el necesa io pa a asumi los cos es de p oducción de un año comple o. La suma de capi al ijo y capi al ci culan e nos da el alo de la In e sión To al que hay ealiza . Siguiendo los pa áme os del mé odo de Pe e & Timme haus [3, página 251], el capi al ci culan e se calcula como un 89% del cos e de en ega del equipo (DEL). Así, se ob iene un alo de capi al ci culan e de = 89% * 1.062.313,98 = 945.459,44 €. La in e sión o al se á la suma del ecién calculado capi al ci culan e más el capi al ijo. In e sión To al = 945.459,44 + 5.534.062,46 = 6.299.521,90 € 7.2.2. Cos e o al de p oducción El cos e o al de p oducción engloba y hace e e encia a los cos es en ma e ias p imas, los cos es de se icios y los cos es de mano de ob a. En es e caso, el cos e de ma e ias p imas es nulo, ya que la ma e ia p ima empleada es ai e que se encuen a lib e en la a mós e a. No equie e anspo e ni conlle a impues os en su consumo. Manuel Tudela Galla do Página | 64 Capí ulo VIII. Mejo as écnicas y conclusiones 8.1. Mejo as En es e apa ado se in en a á o ece algunas mejo as a ni el écnico de ec adas as la edacción del p oyec o y que no ienen cabida den o del mismo. El p oduc o inal ob enido en la plan a es oxígeno del 95% de pu eza. Es a sus ancia iene un ele ado alo come cial, ya que es muy ú il en el a amien o de aguas esiduales, en aplicaciones médicas y en indus ias como la del id io o la p oducción de ozono. No obs an e, se puede aumen a la pu eza de es e p oduc o, inc emen ando ambién su p ecio de me cado, aunque los gas os de p oducción y la in e sión se ían más ele ados. Una idea se ía añadi una e apa de des ilación al inal del p oceso. Como se explicó en el apa ado 4.1.2., en la des ilación c iogénica se emplea una segunda columna, denominada columna de a gón b u o, pa a sepa a el a gón de la co ien e de oxígeno, aumen ando así la pu eza del oxígeno y pe mi iendo ob ene a gón como un subp oduc o de la plan a. La idea se ía emplea una columna de es e ipo pa a des ila la co ien e de salida de oxígeno, consiguiendo así aumen a su pu eza has a ap oximadamen e el 99% y además ob ene un subp oduc o con una al a pu eza y un buen alo de me cado. O a de las mejo as disponibles se cen a en el ni ógeno adso bido. En la e apa de egene ación, es e ni ógeno es desadso bido a p esión a mos é ica y en eado a la a mós e a. El ni ógeno no deja de se un p oduc o con un ele ado alo come cial, además de se la co ien e de mayo olumen una ez sepa ados los compues os del ai e, po lo que esul a absu do no ap o echa lo. Una posible o ma de ap o echa el ni ógeno se ía implan a un segundo p oceso de adso ción PSA. Exis e ya un p oyec o an e io del depa amen o de Ingenie ía Química y Tecnología Fa macéu ica de la ULL en el que se desa olla es a idea [16]. Básicamen e, la co ien e de salida de la e apa de egene ación se in oduci ía en un comp eso , pasa ía las co espondien es e apas de acondicionamien o y il ación y se in oduci ía en un gene ado de ni ógeno PSA o mado po un amiz molecula de ca bón ac i ado, de donde se ob end ía una co ien e de ni ógeno de, al menos, un 99,5% de pu eza, lis a pa a su en a [22]. Además, en es e capí ulo me gus a ía habla sob e la ubicación de la plan a en una posible implan ación, ya que no se ha hecho du an e el desa ollo del p oyec o. Pues o que en la in oducción se pa e del supues o de que no exis en emp esas que p opo cionen es e se icio en la isla de Tene i e, se busca á una zona pa a la implan ación de la plan a en dicha isla. Un buen luga se ía una pa cela en el polígono indus ial de G anadilla, en el municipio de G anadilla de Abona (San a C uz de Tene i e). Es e polígono cuen a con odos los se icios necesa ios pa a el desa ollo de la ac i idad indus ial. P esen a g andes en ajas de mo ilidad pa a el anspo e del p oduc o, ya que se encuen a en un luga es a égico en e el ae opue o Su (TFS) y el pue o indus ial de G anadilla, lo que pe mi e la dis ibución del p oduc o a odo el a chipiélago cana io y no e de Á ica. También se encuen a comunicado di ec amen e con la Au opis a del Su (TF-1), lo que pe mi e la dis ibución del p oduc o po ca e e a a oda la isla de Tene i e. Además, la mul i ud de emp esas de ámbi o indus ial en es e polígono supone una aglome ación de po enciales clien es, lo que supone una g an en aja a ni el come cial. Manuel Tudela Galla do Página | 65 8.2. Conclusiones Finalmen e se comen a án algunas de las conclusiones a las que se ha llegado as la ealización de es e p oyec o. En p ime luga , se concluye que la ins alación desc i a es iable desde un pun o de is a écnico. Todos los equipos de las e apas de p e a amien o se ajus an ácilmen e a las ca ac e ís icas impues as pa a el diseño de la plan a. El único equipo que p esen a mayo di icul ad de ope ación es el gene ado de oxígeno, ya que no exis e un equipo en el me cado que se ajus e al caudal de en ada p opues o, po lo que es necesa io u iliza 4 adso bedo es pa a sa is ace es e caudal. Po o o lado, el oxígeno ob enido es pe ec o pa a aplicaciones médicas y pa a el a amien o de aguas esiduales, po lo que iene salida en el me cado en las Islas Cana ias. Además, la implan ación de una ins alación de es e ipo en el a chipiélago aba a a ía los cos es de i ados del anspo e de es e p oduc o desde península. Desde el pun o de is a inancie o, en el es udio económico queda e lejada la iabilidad del p oyec o. Como se puede ap ecia , la in e sión inicial eque ida es ele ada, pe o los bene icios pe mi en ecupe a es a in e sión en un plazo co o de iempo. Conclusions Finally, some o he conclusions eached a e he comple ion o his p ojec will be discussed. A i s , i ’s concluded ha he desc ibe ins alla ion is iseable om a echnical poin o iew. All he equipmen o he p e- ea men s ages a e easily adjus ed o he cha ac e is ics imposed o he plan design. The only equipmen ha p esen s he g ea es di icul y o ope a ion is he oxygen gene a o , since he e is no equipmen in he ma ke ha i s he p oposed inpu low, so is necessa y o use ou adso be s o sa is y his low. On he o he hand, he oxygen p oduced is pe ec o medical applica ions and o he ea men o was ewa e , so i has and ou le on he ma ke in he Cana y Island. In addi ion, he implemen a ion o a plan o his ype in he Cana y Islands would educe he cos de i ed om he anspo o his p oduc om Spain. F om he economic poin o iew, he iabili y o he p ojec is e lec ed in he economic s udy. As you can see, he ini ial in es men equi ed is high, bu he bene i s allow his in es men o be amo ized in a sho pe iod o ime. Manuel Tudela Galla do Página | 66 Bibliog a ía [1] Nippongases.com. (2019). Usos y aplicaciones del ni ógeno gas y del ni ógeno líquido po sec o . [online] A ailable a : h ps://nippongases.com/es/gases/ni ogen/? ab=sec o es [Accessed 17 Ap . 2019]. [2] Ecu ed.cu. (2019). A gón - EcuRed. [online] A ailable a : h ps://www.ecu ed.cu/A g%C3%B3n#Aplicaciones [Accessed 17 Ap . 2019]. [3] Pe e s, M., Timme haus, K. and Wes , R. (2006). Plan design and economics o chemical enginee s. 5 h ed. Bos on: McG aw-Hill. [4] Nippongases.com. (2019). Suminis o de gases medicinales y equipos pa a el sec o de a ención sani a ia. [online] A ailable a : h ps://nippongases.com/es/indus ies/heal hca e- and-medical/? ab=aplicaciones [Accessed 18 Ap . 2019]. 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Pa a ello se emplea á la ley de los gases ideales (1), que simpli icada queda como: 𝑃1∗𝑉1 𝑇1 =𝑃2∗𝑉2 𝑇2 (1) A pa i de es a exp esión, se ans o mamos el caudal de condiciones es ánda (273,15 K y 1a m=101,3 kPa) a las condiciones ambien e (293,25 K y 101,3 kPa). 101,3∗3500 273,15 =101,3∗𝑉2 293,15 Se ob iene un caudal en condiciones ambien ales de V2 = 3756,27 m3/h = 62,60 m3/min. Comp eso (UNIDA COMPRESORA) El comp eso se selecciona en unción del caudal de ai e necesa io. Pa iendo de un caudal de 62,60 m3/min se escoge el modelo que o ece el mismo caudal. Al no se posible, se escoge el siguien e modelo de caudal mayo . Se selecciona así el comp eso de la ma ca KAESER, modelo HSD 662 [12, página 22], que abaja con un caudal de 66,4 m3/h a 7,5 ba . Se ans o ma es e alo median e la ecuación (1) pa a ob ene ambién el caudal en Nm3/h, ya que es un alo necesa io en la selección de equipos pos e io es, ob eniéndose un alo de 458,07 Nm3/h. Equipo de es abilización de ai e húmedo (V-01) Pa a escoge los anques de es abilización del ai e comp imido es necesa io calcula su olumen en unción del caudal de salida del comp eso y la p esión de abajo de es e. El dimensionamien o de es e ipo de equipos no malmen e se ealiza ijando la capacidad del depósi o y dimensionando el equipo en unción de su adio o su al u a, según el espacio disponible en plan a. En es e caso, al que e calcula se p ecisamen e ese olumen necesa io del equipo, el cálculo no se puede ealiza po es e mé odo, po lo que se acude a uen es bibliog á icas pa a el dimensionamien o de equipos de ai e comp imido [21]. Median e la ecuación (2), se puede calcula el olumen necesa io: Manuel Tudela Galla do Página | 69 𝑉 = 𝑄 ∗𝑃𝑎 𝑃1+𝑃𝑎 (2) Donde V es el amaño del anque en pies cúbicos ( 3), Q el caudal de salida del comp eso , exp esado en pies cúbicos po minu o ( 3/min) y Pa y P1 las p esiones a mos é ica y de abajo del comp eso espec i amen e, exp esadas en psia. En p ime luga , se ealiza á el cambio de unidades: 𝑄 = 66,4 m3 𝑚𝑖𝑛∗35.315 𝑓𝑡3 𝑚3 =2344,92 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 𝑃𝑎 = 1 𝑎𝑡𝑚 = 14,7 𝑝𝑠𝑖𝑎 𝑃1 = 750 𝑘𝑃𝑎∗ 17.4 𝑝𝑠𝑖𝑎 101.3 𝑘𝑃𝑎 =108,835 𝑝𝑠𝑖𝑎 Con las unidades ans o madas, se calcula el olumen de anque necesa io. 𝑉 = 2344,92∗14,7 108,835+14,7 =279,033 𝑓𝑡3∗ 1 𝑚3 35,315 𝑓𝑡3= 7,9 𝑚3 Se ob iene un olumen de 7,9 m3, o lo que es lo mismo, 7.900 li os. A endiendo a es e olumen, se selecciona un anque de capacidad simila , en es e caso, un anque e ical de la ma ca KAESER de 8.000 li os de capacidad. Además, po medidas de segu idad se sob edimensiona la p esión del anque, que debe se mayo que la máxima p esión posible del comp eso . Median e la exp esión P > 1,1 *Pmax calculamos la p esión del ecipien e. 𝑃 > 1,1∗𝑃𝑚𝑎𝑥 = 1∗1∗8,5 = 9,35 𝑏𝑎𝑟 Se selecciona den o del ca álogo de KAESER [15, página 46] el anque que mejo cumple es a p esión. Finalmen e, la p esión del depósi o es de 11 ba . Pu gado es de condensados (CD-04 y CD-05) Los pu gado es de condensados se escogen según el caudal de salida del comp eso (66,4 m3/min) y la zona climá ica en la que se ayan a usa . Es es e caso, las Islas Cana ias co esponden a una zona climá ica 2 (mode ada: cen o y su de Eu opa, algunas zonas de Sudamé ica y no e de Á ica) [13]. En base a es os dos alo es se selecciona el modelo ECO DRAIN 14, de la ma ca KAESER [13]. Fil os de coalescencia (F-05 y F06) Los il os de coalescencia se seleccionan en unción del caudal de luido que a a ci cula a a és de ellos. Los il os del ca álogo es án diseñados pa a una p esión de uncionamien o de 7 ba , po lo que an es de selecciona uno hab á que aplica un ac o de co ección en unción de la p esión de abajo. An es de con inua , hay que acla a que la p esión de abajo en es e Manuel Tudela Galla do Página | 70 pun o es de 11 ba , ya que es la p esión del anque de es abilización de ai e húmedo y siguiendo la línea, odos los equipos pos e io es a dicho anque end án esa misma p esión. Además, al no dispone de da os, no se calcula la caída de p esión en los di e en es equipos, po lo que se asume que la p esión en oda la línea es de 11 ba , aunque es e da o no sea eal. El ac o de co ección pa a una p esión de 11 ba es Kp=1,22. Aplicando es e ac o se ob iene un caudal de e e encia de Q=66,4*1,22= 81 m3/h. En base a es e alo se seleccionan los il os modelo F880, de la ma ca KAESER [24, página 15]. Sepa ado de agua y acei e (V-03 y V-04) Los sepa ado es de agua y acei e se seleccionan en unción del caudal de ci culación 66,4 m3/min. Se escoge un sepa ado ma ca KAESER, modelo AQUAMAT CF 75 [15, página 56]. Secado po adso ción (T-05 y T-06) Al igual que en el caso de los il os, el secado po adso ción se selecciona en unción del caudal que ci cula a a és de él (66,4 m3/min), pe o depende de las condiciones de ope ación. El equipo es á diseñado pa a abaja a 20 ºC y 7 ba , po lo que hab á que aplica ac o es de co ección pa a ob ene el caudal de e e encia pa a selecciona el equipo. Pa a una p esión de 11 ba , el ac o de co ección, Kp, es de 1,22 y pa a la empe a u a de 20 ºC no se aplica ac o de co ección, ya que es la empe a u a de diseño del equipo. 𝑄𝑟𝑒𝑓 = 66.4 𝑚3 𝑚𝑖𝑛∗1,22 =81,008 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 En unción a es e alo , se selecciona el adso bedo modelo DC 859, de la ma ca KAESER, que admi e un olumen máximo de 85,85 m3/min [15, página44]. Equipo de il ación inal (F-07) Como se indicó el apa ado 5.3.7. el il o inal iene incluido en el cue po del secado , po lo que no hay que añadi ningún il o acceso io. Equipo de es abilización de ai e seco (V-02) Se escoge un anque de las mismas ca ac e ís icas que el anque de es abilización de ai e húmedo, ya que las condiciones de ambos son las mismas y los caudales de en ada ambién. Gene ado de oxígeno (T-09, T-10, T-11 y T-12) La mayo ía de los gene ado es de oxígeno disponibles en el me cado se seleccionan en unción de la demanda de oxígeno, ya que se usan mucho en cen os médicos. En es e caso, no se cuen a con el da o de demanda de oxígeno, ya que as el es udio de me cado el da o que se Manuel Tudela Galla do Página | 71 iene es el de caudal de ai e de alimen ación, po lo que hab á que hace una es imación del oxígeno que se p oduci á a pa i del alo de ai e de en ada pa a pode selecciona un equipo. Pa a ello, se oma á el caudal de ai e comp imido seco y se le aplica á un 21%, que es la concen ación en olumen de oxígeno en el ai e, y un endimien o del 80% 8 del p oceso de adso ción PSA den o del equipo. Con es e cálculo se ob iene una es imación del oxígeno que se a a p oduci a pa i de la co ien e de ai e comp imido. Con es e alo , podemos selecciona un equipo de los ca álogos. 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑄 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑑𝑜 ∗ 21%∗𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 66,4∗0,21∗0,8 = 11,152 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 =669,12𝑚3 ℎ Con es e alo ya podemos compa a con los alo es del ca álogo de gene ado es de ni ógeno y oxígeno de A las Copco [20]. En dicho ca álogo los alo es ienen exp esados en unidades del sis ema inglés, po lo que hab á que con e i es as unidades pa a pode selecciona el equipo. 1 𝑠𝑐𝑓𝑚 = 1 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 1 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 ∗1 𝑚3 35,153 𝑓𝑡3∗60 𝑚𝑖𝑛 1 ℎ = 1,69𝑚3 ℎ Se ob iene así un ac o de con e sión pa a las unidades del ca álogo. El modelo de mayo amaño iene una p oducción de oxígeno de 102,9 sc m, que ans o mado esul an 173,901 m3/h. Se puede ap ecia que el oxígeno p oducido po un único adso bedo no es su icien e pa a abas ece la p oducción deseada, po lo que hab á que ins ala a ios equipos. 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑂2 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜 =669,12 173,901 = 3,84 Pa a cumpli con la p oducción deseada se debe án usa 4 equipos de la ma ca A las Copco, modelo OGP 200, con los que se end á una p oducción máxima de 695,604 m3/h a una p esión de 5 ba [20]. 8 B ea P ie o, P. (2018). Recupe ación de hid ógeno de mezclas gaseosas median e un p oceso PSA. Uni e sidad Complu ense de Mad id. Facul ad de Ciencias Químicas. Página 28.