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Comunicación Profesional S.L.

Equipos y plantas de proceso n° 1 - MAYO 2013

Industria del gas

Tecnología de extracción de gas de esquito

Gestión de mantenimiento

Software Gestor de Inspecciones

Instrumentación y control

Nuevo procedimiento de ajuste de controladores PI y PID

Biocombustibles

La competitividad de los combustibles

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Revista

PHARMATECH la nueva industria farmacéutica • Procesos farmacéuticos • Biotecnología • Técnicas de análisis Equipos, Procesos Tecnología Procesos yyde Tecnología •Equipos, Tratamiento residuos • Legislación • Registros • Esterilización • Filtración • Salas blancas • Logística y distribución • Control de procesos • Tratamiento de aguas Procesos Equipos, Procesos yyy Tecnología Tecnología •Equipos, Consultoría formación • Envase y embalaje • Instrumentación • Ingenierías • Cosmética • Control de calidad • Software • Equipos de laboratorio • Materias primas

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I Editorial Nuestro compromiso con la Industria Química “No podíais desaparecer”. Tras la tormenta inicial ha vuelto la calma, y lo que muchos de nuestros autores y clientes nos habían transmitido: “No podíais desaparecer” pues efectivamente se ha hecho realidad, no hemos desaparecido, aquí estamos. El equipo profesional y el know how de Ingeniería Química están ahora a disposición de Industria Química. Desde nuestra anterior identidad teníamos claro que a pesar del casi medio siglo de existencia de la publicación, para nosotros cada número era como un número uno. Por eso, cuando ahora presentamos el auténtico número uno de Industria Química, lo hacemos con el mismo sentido orientado a la calidad que antes teníamos, pero con una ilusión y compromiso multiplicados exponencialmente. Gracias a todas las personas que desde el otro lado, bien como autores, lectores o clientes, nos han recibido con los brazos abiertos y nos han demostrado de nuevo su confianza, ofreciéndonos un recibimiento caluroso, más allá de la mera relación profesional. De nuevo ponemos en juego nuestro medio de comunicación, en su versión print y on line, al servicio del sector, con el perfil altamente técnico que siempre nos ha caracterizado. Además, tenemos clara la importancia cada vez más relevante que Latinoamérica tiene en muchos de los proyectos que están liderando empresas españolas, por lo que vamos a ampliar nuestra distribución nacional también a los principales mercados latinoamericanos. Nuestros contenidos, jornadas, eventos y especiales vuelven a ser por y para el sector. Como siempre. Gracias por su confianza. Queda mucho por hacer.

Industria Química INFOEDITA COMUNICACIÓN PROFESIONAL, S.L. Editora Mar Cañas Asanza • m.asanza@infoedita.es Directora Editorial María J. Gómez Carrillo • mj.gomez@infoedita.es Redacción Máximo Álvarez • m.alvarez@infoedita.es Alberto Adeva • a.adeva@infoedita.es

Dirección Ribera de Axpe 11, Edificio C-2 Planta 1ª, Oficina 113 48950 Erandio (VIZCAYA) Rufino González, 40; 3º dcha 28037 MADRID Teléfono: 911 255 700 ISSN: 2340-2113 Depósito Legal: BI-610-2013 Imprime: Ecolograf

Publicidad Rubén Palencia • r.palencia@infoedita.es Delegado Publicidad - Zona Norte David Echevarría • d.echevarria@b2bcomunicacion.es

© iNFOEDITA 2013 Queda prohibida la reproducción total o parcial de los artículos incluidos en esta publicación, su tratamiento informático y la transmisión por cualquier forma o medio, sin el previo permiso por escrito del titular del Copyright. Las colaboraciones son de exclusiva responsabilidad del autor.

Producción Luis Quecedo • l.quecedo@infoedita.es Comunicación Profesional S.L.

Departamento de Suscripciones suscripciones@infoedita.es. Teléfono: 911 255 700

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I Sumario 20 24

BB Gas Natural

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BB Biocombustibles La competitividad de los biocombustibles, por F. Hernández Álvarez

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Tecnología de extracción de gas de esquisto, por A. Bulte Aprovechamiento energético mediante turboexpansión de gas natural. Generación eléctrica en la planta de regasificación de Barcelona, por L. C. Gutiérrez y C. Guijarro

Biobutanol, un biocombustible atractivo. Retos en la producción y recuperación, por M. Díaz, A. Y. Fonseca, I. García, L. Gómez, G. Santos, R. Sanz, G. Zarca y A. M. Urtiaga Estudio del proceso de transesterificación para la obtención de biodiésel. A partir de aceite de palma en un reactor por lotes, por W. Reátegui R y F. Salas B

BB Instrumentación

Nuevo procedimiento de ajuste de controladores PI y PID para su acción como reguladores optimizando el criterio de error CEAIT, por E. Barberà

BB Energía

La producción de electricidad a partir del régimen especial. El autoconsumo y balance neto no son suficientes, por F. Blanco Silva y A. López Díaz

BB Ingeniería Química

Reacciones enzimáticas en reactor Batch. Estudio comparativo de cálculos con Polymath, por E. Cabrero y A. Menéndez

BB Mantenimiento

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Sistema de gestión de mantenimiento en una universidad venezolana basado en un cuadro de mando integral y TPM, por M. Ortiz, L. Rodríguez, G. Guacarán y Mª G. Goitía

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Ayuda a la gestión de las inspecciones industriales mediante el uso del software Gestor de Inspecciones, por J. Azcue, J.C. Vaquero y P.L. Rojo

Editorial Actualidad Equipos Directorio Índice de anunciantes

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I actualidad Hach Lange permite optimizar los procesos con su sistema WTOS Con la finalidad de conseguir unos estándares de optimización de procesos cada vez más estrictos y ajustados, HACH LANGE ofrece WTOS (Water Treatment Optimisation Solutions), que permite cumplir dichos requisitos modo rápido, sencillo y fiable. Sin necesidad de nuevos trabajos de construcción o grandes inversiones, el sistema WTOS proporciona inmediatamente valores de efluente estables, al mismo tiempo que menores costes, incluso en el caso de puntas de carga inesperadas, aseguran desde la compañía. Los campos de aplicación de WTOS son diversos: se puede optimizar la eliminación de fosfato y nitrógeno, así como la gestión de lodos. A diferencia de los métodos convencionales dependientes del tiempo o volumen, WTOS depende de la carga y trabaja en tiempo real. Esto significa que sólo se airea o mide el volumen necesario para alcanzar el valor guía prefijado, con lo que se ahorra energía y se reduce considerablemente el uso de precipitante y polímero. Asimismo, debido al uso de estructuras existentes, tales medidas de optimización se pueden llevar a cabo de modo rápido y rentable: no se necesitan nuevos trabajos de construcción o la reconstrucción de, por ejemplo, tanques o aireadores, ni nuevas tareas de programación o procesos de planificación o aprobación que exigen mucho tiempo. Por último, los valores de medida se controlan de forma continua y, cuando se obtienen mensajes incorrectos, el sistema accede automáticamente a estrategias de control alternativas. Nueva web

En otro orden de cosas, esta misma compañía ha presentado su nueva página www.hach-lange.es que está diseñada de una forma más estructurada, más fácil de usar, lo que facilita la búsqueda de entre la amplia gama de productos y aplicaciones en línea. Permite comprobar precios, realizar compras online, visualizar las compras anteriores y realizar el seguimiento de los pedidos actuales. Por su parte, la función de búsqueda intuitiva realizará la búsqueda por tipo de industria, parámetro, aplicación y/o grupo de producto; se pueden descargar las hojas de datos de seguridad, catálogos de productos, informes de aplicación y mucho más, e incorpora información sobre las últimas noticias, innovaciones de producto y avances técnicos.

La innovación, clave en la sostenibilidad de la industria química

Ignacio Garcés, director del instituto de ingeniería de Aragón I3A de la UNIZAR (izquierda); Lourdes Vega, directora de I+D de Carburos Metálicos (grupo Air Products) y directora general de MATGAS, y Rafael Bilbao, responsable del Grupo de Investigación GPT y Director de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura UNIZAR

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Lourdes Vega, directora de I+D de Carburos Metálicos (grupo Air Products) y directora general de Matgas, participó como invitada en los actos de celebración del 30° aniversario del Grupo de Procesos Termoquímicos del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza. Su ponencia se centró en el papel clave de la I+D y la innovación abierta en el futuro de la industria química. Durante la presentación, Lourdes Vega expuso el caso de éxito de Matgas, centro de excelencia en sostenibilidad y ejemplo de alianza estratégica público-privada entre Carburos Metálicos, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), con una andadura de más de doce años. La ponencia concluyó con la presentación de casos concretos de éxito de ingeniería química y áreas relacionadas donde la I+D y la innovación abierta han jugado un papel clave. Al evento asistieron, además de los fundadores del Grupo de Procesos Químicos, el Director del I3A, diversos profesores y un nutrido grupo de investigadores jóvenes, quienes participaron activamente haciendo preguntas a la ponente, buscando nuevas formas de contribuir, desde su trabajo diario, al futuro de la industria química. Mayo 2013

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Inoticias Ibreves Icalendario Inombres

Sterling SIHI abre nueva delegación en Barcelona Tras años trabajando con intermediarios, Sterling Fluid Systems (Spain) S.A. ha abierto una delegación propia en Barcelona. La nueva delegación, situada en Badalona, cubre toda la región de Cataluña y cuenta con un equipo de ingenieros de venta y operarios de servicio técnico con experiencia en la tecnología de bombeo. La delegación dispone de oficinas comerciales, área de exposición y un aula de formación para la realización de cursos a clientes, presentación de nuevos productos, etc. El servicio de reparaciones y Asistencia Técnica al Cliente es otra de las principales apuestas de la nueva delegación, que cuenta con un taller de 250 m2 en la planta baja, equipado con toda la maquinaria necesaria para el desarrollo de esta actividad en la zona. Asimismo la delegación cuenta con un vehículo especial de servicio técnico para posibilitar la asistencia técnica en las instalaciones del cliente, la recogida de bombas averiadas y la entrega e instalación de bombas reparadas. Finalmente, la delegación también funciona como un pequeño centro logístico, al contar con un stock considerable de bombas estándar y repuestos. Y, como apuntan los responsables de la compañía, algunos clientes de Cataluña también disfrutan de un stock propio de producto en la delegación, reservado para atender sus necesidades concretas.

Los transformadores de intensidad de Fanox, homologados por Iberdrola para su proyecto STAR El fabricante especialista en protección y control Fanox ha sido homologado por Iberdrola para el suministro de transformadores de intensidad asociados a contadores inteligentes del Proyecto STAR en los centros de trasformación. El Proyecto STAR (Sistemas de Telegestión y Automatización de la Red) es una ambiciosa iniciativa de Iberdrola cuyo objetivo es llevar a cabo una transformación tecnológica en el campo de las Redes Inteligentes. Un elemento indispensable en este proyecto son los transformadores de intensidad. Fanox ha diseñado un nuevo transformador, mucho más pequeño y ligero, cumpliendo con los requerimientos técnicos exigidos por Iberdrola y a un precio competitivo. Una de la principales ventajas de este transformador es su reducido tamaño, con un diámetro interior de 80 mm y una medida exterior de 116 x 105 mm, el transformador CT80II de Fanox es la única alternativa del mercado que permite utilizar el mismo toroidal tanto para aplicaciones de diámetro 60 mm como para las de diámetro 80 mm especificadas por Iberdrola, lo cual reduce sensiblemente el stock. Infraestructuras como el proyecto STAR de Iberdrola permiten la prestación de servicios a distancia, como la lectura de los equipos de medida, la realización de altas y bajas de los contratos o la modificación de la potencia contratada. También se va a fomentar la participación en el mercado eléctrico de los clientes, que podrán acceder en tiempo real a los datos de su consumo y disfrutar así en un futuro, si se aprueba la regulación oportuna, de las tarifas flexibles, lo que contribuirá a incrementar la eficiencia energética.

Genebre consigue la ISO 14001

Genebre implementa un Sistema de Gestión Ambiental y consigue la ISO 14001 certificado por TÜV Rheinland. Un sistema de gestión ambiental (SGA) es la parte del sistema de gestión de una empresa, por la que se desarrolla e implementa su política ambiental y gestiona sus aspectos ambientales. Con la implantación de un SGA, la empresa adquiere unos compromisos fundamentales, como considerar la gestión del medio ambiente como una necesidad prioritaria en la empresa; identificar las exigencias legales y los impactos ambientales asociados a la actividad, productos y servicios de la empresa, o establecer un sistema que permita alcanzar objetivos ambientales definidos. Genebre ha establecido una política ambiental donde se establecen las líneas generales de actuación en lo relativo al comportamiento ambiental, como, por ejemplo, reducir el consumo eléctrico y de agua en sus instalaciones; diseñar productos más ecológicos, como la gama de grifos KeLogic, o minimizar el impacto ambiental de sus productos, tanto en el proceso productivo como en el final de su vida útil.

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I Actualidad E.ON inicia la producción en el Mar del Norte La producción del campo de petróleo y gas de Huntington, en el Mar del Norte, ha comenzado con éxito y supone un paso importante en el negocio de exploración y producción. “El comienzo de la producción en Huntington es un hito importante que pone de relieve nuestra determinación en el desarrollo del negocio upstream”, ha dicho Jørgen Kildahl, miembro del Consejo de Dirección de E.ON. La inversión total en Huntington ha superado los 325 millones de libras y el campo petrolífero cuenta con 27 millones de barriles de petróleo equivalente (mboe) en reservas brutas (estimación de E.ON E & P). El desarrollo de Huntington ha incluido el uso del Voyageur Spirit FPSO (un barco para la producción en flotación, almacenamiento y descarga), específicamente modificado para adaptarse a las necesidades de la zona; seis pozos y un gasoducto de doce kilómetros conectado al sistema de transporte BP CATS, que permite la exportación de gas fuera de Reino Unido. Huntington se encuentra a unos 230 kilómetros de la costa Este británica, a una profundidad de 90 metros. Las instalaciones tendrán una capacidad de producción de alrededor de 30.000 barriles de petróleo diarios. E.ON es el operador de este campo, en el cual cuenta con una participación del 25% de su licencia de explotación. El resto de socios son Premier (40%), Noreco (20%) e Iona Energy (15%). E.ON Exploration & Production opera en cuatro regiones: Reino Unido, Noruega, Rusia y el Norte de África.

Vega instala su sensor radar para sólidos número 100.000 Casi nueve años después de la introducción del Vegapuls 68, el primer sensor radar para sólidos, Vega hizo entrega el pasado mes de febrero de 2013 de su sensor número 100.000. “Hoy día estos sensores son los transmisores de nivel integrales para líquidos y sólidos”, ha comentado al respecto el director gerente Günter Kech sobre este hito en la producción. El instrumento radar número 100.000 para sólidos es un Vegapuls SR 68, y fue a parar a la Bühler AG, en Suiza, que lo utilizará para la medición de nivel en silos de cemento de 25 metros de altura.

ANAIP demanda ante la Audiencia Nacional el auto dictado sobre los actos preparatorios de la constitución de la Mesa de Negociación y la inaplicación del mismo El pasado 9 de abril se publicaba en el BOE el XVII Convenio General de la Industria Química. A partir de ese momento, todas las industrias de transformación de plásticos están obligadas a aplicarlo con carácter retroactivo desde el 1 de enero de 2013. Para que pudiera ser publicado en el BOE ha sido necesario su Registro y autorización de la publicación del mismo por la Dirección General de Empleo. Coincidiendo con ello, en estos mismos días la Sala de lo Social de la Audiencia Nacional ha inadmitido la demanda de actos preparatorios formulada por ANAIP, dado que consideraba que la documentación solicitada por la patronal para verificar la representatividad de FEIQUE en el sector de la transformación de plásticos, no es imprescindible para que la patronal interpusiera la demanda. ANAIP ha recurrido esta resolución, dada su no conformidad con la conclusión de la Audiencia Nacional, al considerar que en ese auto se ha extralimitado al pronunciarse indirectamente sobre el fondo del asunto (si FEIQUE tiene o no legitimidad para negociar y suscribir un convenio que afecte al sector de la transformación del plástico) cuando no es momento procesal oportuno para ello, ya que aún no ha oído sus alegaciones ni ha estudiado sus pruebas. Como apuntan también desde Anaip, “tenemos la presunción de que la Dirección General de Empleo conocía ya la resolución de la Audiencia cuando aprobó el Registro”. La situación que se ha generado con estas dos acciones es muy grave para la transformación de plásticos, apuntan también desde la patronal, quien, añade, “tendrá que subir los salarios en torno al 5,3% a partir de enero de 2013, cuando los dos primeros meses de este año ha continuado cayendo la producción de transformados plásticos y sigue aumentando la destrucción de empleo en este sector”.

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Vega Grieshaber lanzó al mercado en 2004 el Vegapuls 68, y desde entonces estos sensores de dos cables se han convertido en la alternativa a los sistemas sonoros con mucho mantenimiento o ultrasonidos. Gracias a sus parámetros de aplicación prácticos, sólo son necesarios unos pocos ajustes para programar el punto de medición necesario del sensor radar. Además, el resultado de la medición es completamente independiente del polvo, ruido de llenado, corrientes fuertes de aire y altas temperaturas. Se comercializan en la actualidad tres versiones diferentes de este sensor, que aseguran las ventajas de la tecnología radar para todo tipo de aplicaciones, así como rangos de medidas y temperaturas: el Vegapuls 68, optimizado para rangos de medición hasta 75 m y temperaturas hasta 400° C, mientras que el Vegapuls 67 y Vegapuls SR 68 han sido diseñados para aplicaciones estándar. Mayo 2013

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Inoticias Ibreves Icalendario Inombres

El CIEMAT demuestra las posibilidades de la simulación energética en el control predictivo de edificios Los modelos de simulación energética de edificios son una herramienta fundamental para el análisis del comportamiento de las edificaciones, pero hasta ahora se cuestionaba su utilidad en Ricardo Enríquez durante la defensa de su tesis condiciones reales de uso. Ricardo Enríquez Miranda, investigador del CIEMAT, ha defendido recientemente su tesis doctoral precisamente titulada “Evaluación energética experimental de edificios en condiciones reales de uso mediante el ajuste de modelos de simulación y aplicaciones al control predictivo”. Enríquez Miranda, investigador de la Unidad de Investigación sobre Eficiencia Energética en la Edificación (UiE3) del CIEMAT, defendió su tesis el pasado día 12 de marzo, en la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid. Las directoras de tesis fueron las doctoras Mª José Jiménez Taboada y Mª Del Rosario Heras Celemín. El trabajo experimental se ha realizado en uno de los edificios-demostradores del Proyecto Singular y Estratégico sobre Arquitectura Bioclimática y Frío Solar (ARFRISOL), en concreto el ubicado en la Plataforma Solar de Almería (PSA-CIEMAT). Si bien la utilización de modelos de simulación energética de edificios como herramienta en el análisis del comportamiento de edificios es habitual, estos modelos no siempre tienen las características que precisarían para ser considerados como una herramienta válida y fiable en condiciones reales de uso. El trabajo de Enríquez aborda esta cuestión. Su investigación se ha centrado en el ajuste de modelos de edificios a la situación efectiva en condiciones reales de uso del edificio estudiado. La investigación ha permitido demostrar que los modelos así ajustados cumplían con los requisitos necesarios para poder incluirlos en un esquema de control predictivo. El empleo de un esquema de control predictivo abre la vía a la introducción de notables mejoras con respecto al ahorro energético en el acondicionamiento de edificios. En su exposición, el ponente explicó su trabajo de investigación y recordó que buena parte del trabajo de su tesis doctoral se encuentra enmarcado en una línea de trabajo internacional cuya última actividad visible es el Annex 58 del acuerdo de implementación Energy Conservation in Buildings and Community Systems (ECBCS, Conservación de energía en edificios y sistemas comunitarios) de la Agencia Internacional de la Energía (IEA). Gracias a este trabajo es posible que el edificio ARFRISOL de la Plataforma Solar de Almería pueda convertirse en uno de los patrones para este tipo de estudios a nivel internacional. La implementación en edificios en condiciones reales de uso de un esquema de control predictivo de estas características será el siguiente paso de la investigación realizada por el CIEMAT.

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I actualidad Las exportaciones de papel español crecieron por primera vez más que las importaciones La producción de papel en España en 2012 (6.176.800 toneladas) se mantuvo en niveles similares al año anterior (-0,4%), mientras en el conjunto de la UE la producción papelera descendió un 1,8%. España es el sexto mayor productor europeo de papel y, dentro de este grupo líder, se sitúa entre los que mejor están respondiendo a la crisis, junto con Suecia y Alemania. Por el contrario, los otros tres grandes productores de papel (Finlandia, Italia y Francia) vieron descender su producción muy por encima de la media. A su vez, la producción de celulosa se incrementó unas décimas (+0,2), situándose en 1.980.550 toneladas, con un comportamiento también mejor que la media de la UE (-0,5). El consumo interior de papel y cartón (6.157.900 toneladas) registró un descenso del 4,2%, que tuvo más repercusión en las importaciones (2.938.200 toneladas, con una caída del 7,6%) que en la producción nacional, que se mantuvo. Las exportaciones de papel (2.957.000 toneladas) se mantuvieron (+0,1) en torno al récord histórico de tres millones de toneladas, como en los dos ejercicios precedentes. Y por primera vez el volumen de exportación supera a las importaciones de papel. En 2012 se exportó el 48% de la producción española de papel, por un valor de 2.042 millones de euros. En cuanto a la celulosa, el consumo interior (1.846.800 toneladas) se incrementó el 4,3%. Las exportaciones de celulosa (1.173.200 toneladas por un valor de 699 millones de euros), pese a descender en proporción equivalente a la recuperación del mercado interior, suponen el 59% de la producción, y siguen superando a las importaciones.

Veolia participó en la IV Jornada dedicada a la tecnología de biorreactores de membranas

Imasa realizará el montaje mecánico de la nueva planta de lubricantes de Repsol y SK Lubricants en el Valle de Escombreras

Veolia Water Solutions & Technologies participó en la cuarta edición de las Jornadas sobre Biorreactores de Membranas que se celebró el pasado 9 de mayo en Barcelona. Veolia contó con una destacada participación en este evento sectorial, ya que, además de ser uno de los patrocinadores del evento, estuvo presente en la mesa redonda dedicada a los procesos anaerobios de biorreactores de membranas. Conjuntamente con Pentair, Veolia realizó una presentación de su innovadora y novedosa tecnología Memthane, que ha irrumpido en el mercado como una alternativa eficaz y eficiente al tratamiento de efluentes difíciles por vía anaerobia. Memthane es el resultado de la combinación de dos tecnologías muy contrastadas: los sistemas anaerobios de Biothane, compañía perteneciente a Veolia Water Solutions & Technologies, con el proceso de ultrafiltración X-Flow de Pentair. La jornada, dirigida a gestores, personal de la administración, responsables de planta, ingenierías e investigadores, celebró su cuarta edición con el objetivo de ofrecer un marco para la discusión con expertos del ámbito de la depuración y regeneración de aguas residuales de nuestro país.

La compañía Imasa ha sido adjudicataria del proyecto de montaje mecánico de la nueva planta de lubricantes que la empresa coreana SK Lubricants y la multinacional española Repsol realizarán en el Valle de Escombreras (Cartagena). Dicha planta será una de las más importantes del mundo en la producción de lubricantes de última generación, estando prevista su finalización en el tercer trimestre de 2014. Este nuevo proyecto, denominado SKSol, prevé una inversión de 250 millones de euros y una capacidad de empleo de unos 350 puestos de trabajo de media durante su construcción, con picos de 900 empleos. Ha sido declarado como proyecto estratégico de la región de Murcia. SKSol está integrada por la empresa de origen coreano SK Lubricants, que se integra al mismo tiempo en un holding donde se incluyen los tres grupos empresariales más importantes de Corea. Por su parte, Repsol acaba de realizar la más importante inversión industrial de la historia de España en Cartagena, con 3.200 millones de euros, que ha permitido duplicar la capacidad de producción de esta factoría.

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Gometrics lanza el microsite de su equipo MGP-2 Con el objetivo de dar a conocer el equipo de mezcla de gases MGP-2 fuera de nuestro país, Gometrics ha trabajado en la creación de un microsite donde presenta y da a conocer información sobre este equipo en concreto. La web se ha creado en inglés para tener más proyección internacional, aunque es posible su traducción a diferentes idiomas. A través de este microsite se puede ver la información básica del instrumento, imágenes, descargar la ficha técnica y contactar con Gometrics a través de un formulario. Se puede visitar este microsite en: www.thegasmixer.com

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Cursos y jornadas

Ferias y congresos

Conferencia Anual ISA 2013: El Factor Humano en la Automatización y el Control

Maqpaper 2013

Madrid – 6 de junio de 2013 Información: Sección Española de ISA Tel.: 915 774 257 Fax.: 915 763 285 isa@isa-spain.org

Curso Análisis de Riesgos en el Marco de la Normativa de Accidentes Graves (SEVESO) Madrid – 12/13 de junio de 2013 Información: Bequinor Príncipe de Vergara, 116, 1º D 28002 MADRID Tel.: 915 776 847 Fax: 914 351 640 bequinor@bequinor.org

XIth European Congress on Catalysis. XI Congreso Europeo de Catálisis analítica de proceso y tecnología de control Lyon (Francia) – 1/6 de septiembre de 2013 Información: Lyon Ingénierie Projets Tel.: +33 472 69 76 00 Fax.: +33 472 69 76 09 contact@europacatlyon2013.fr

Fira D’Igualada – 16/17 de octubre de 2013 Información Fira D’Igualada C/ Lleida, 78 08700, Igualada (Barcelona) Tel.: 938 040 102 www.firaigualada.org

K 2013 Feria Monográfica Internacional del Caucho y Plástico Düsseldorf – 16/23 de octubre de 2013 Información Expo-Düsseldorf España C/ Fuencarral, 139-2ºD 28010 Madrid Tel.: 915 944 586 www.messe-duesseldorf.de

Expobionergía 2013 Valladolid – 22/24 de octubre de 2013 Información Gestión de Expositores y Relaciones Internacionales Carmen Rupérez Torrejón Tel. 975 239 670 carmen.ruperez@expobioenergia.com

Pollutec París – 3/6 de diciembre de 2013 Información: www.pollutec.com

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I Actualidad Denios, premiada por un artículo sobre prevención de riesgos en el manejo de sustancias químicas El Consejo General de la Ingeniería Técnica Industrial (COGIT) y la Unión de Asociaciones de Ingenieros Técnicos Industriales de España, a través de la Fundación Técnica Industrial, han concedido el premio Aragón, en su categoría Industria y Sociedad, a Marta Mendoza, ingeniera de la firma Denios, por su artículo titulado “Prevención de riesgos en manejo de sustancias químicas”, publicado en la revista Técnica Industrial. El artículo publicado por Denios detalla la importancia de la prevención de derrames utilizando el cubeto de retención adecuado según el tipo de producto químico: si es inflamable, corrosivo o sustancias especialmente agresivas; las medidas de contención de vertidos utilizando absorbentes, barreras protectoras, obturadores de alcantarilla o sepiolitas. Con respecto al almacenamiento propiamente dicho de productos químicos, se detalla la legislación específica aplicable, en concreto, el reglamento APQ, con sus ITC, incluida la 9 de peróxidos orgánicos, y muestra un árbol de decisiones para elegir el almacén adecuado según el tipo de producto, la ubicación en el interior o exterior, la resistencia al fuego necesaria o el requerimiento Atex.

Aimplas celebrará el 18 y 19 de junio un curso sobre aditivos para plástico El Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS) ha preparado para los días 18 y 19 de junio, y con una duración de 16 horas lectivas, el curso “Aditivos, Cargas y Refuerzos. Plásticos a Medida”. Se celebrará en la sede de Aimplas (València Parc Tecnològic , Calle Gustave Eiffel 4, Paterna, Valencia) y será impartido por Begoña Galindo, Raquel Llorens y Luis Roca, todos ellos pertenecientes al departamento de Compounding de Aimplas. Durante el curso, dirigido a profesionales del sector del plástico, se tratarán las distintas estrategias y métodos de aditivación de plásticos, las cargas y refuerzos más adecuados para mejorar propiedades mecánicas y térmicas, así como la coloración del plástico y la preparación de masterbatch de aditivos. El objetivo del curso es que al finalizar el mismo los asistentes conozcan la mayoría de aditivos para plástico, identificar las propiedades de cada uno y prevenir los problemas que éstos pueden presentar, conocer las cargas y refuerzos que se pueden añadir y, en general, a mejorar la calidad del producto final. La pre-inscripción para el curso ya está abierta a través de www.formacion.aimplas.es o del correo electrónico formación@aimplas.es

Grupo Cuñado distribuye los productos de VakKimsa VakKimsa ha firmado un acuerdo con el Grupo Cuñado por el que este holding de empresas pasará a distribuir sus productos para los sectores de alimentación, farmacia, biotecnología, cosmética y química. Vak Kimsa fabrica agitadores, mezcladores en línea e instalaciones complejas de mezclas. Desde 1972 ofrece soluciones globales a los procesos de mezcla sólido-líquido y líquido-líquido. El Grupo Cuñado mantiene en estos momentos un importante crecimiento en el sector de la alimentación. Por tal motivo, la gama de productos que VakKimsa tiene en este sector completa la cartera de productos del Grupo Cuñado. Además, como aseguran fuentes de Grupo Cuñado, este acuerdo se inscribe dentro de la estrategia que están desarrollando ambos grupos por los canales de distribución para el negocio trasaccional. 12 Industria Química

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Inoticias Ibreves Icalendario Inombres

Sener y Obrascón Huarte Lain construirán una planta de cogeneración en México Pemex Refinación ha adjudicado a un consorcio formado por SENER y la división industrial de Obrascón Huarte Lain un proyecto llave en mano para la construcción de una planta de cogeneración de 35 MW en su refinería de Francisco I Madero, situada en el estado de Tamaulipas (México). La futura instalación contará con una turbina de gas de 35 MW del tipo Heavy Duty, junto con un recuperador de calor HRSG (Heat Recovery Steam Generator) con postcombustión asociado a la turbina de gas, donde se generarán 115 t/h de vapor a una presión de 19 kg/cm2 y 275°C. Este vapor será aprovechado dentro de la refinería, y con él se podrá dar servicio a las nuevas plantas de desulfuración de gasolinas y diésel. El resto de equipamiento auxiliar necesario para el correcto funcionamiento de la planta incluirá una estación de medición y regulación de gas natural, un sistema de compresores de aire de instrumentos y de planta, un sistema de recuperación de purgas continuas y un sistema de enfriamiento con agua tratada, entre otros, así como las interconexiones con la refinería. Sener y la división industrial de Obrascón Huarte Lain llevarán a cabo el trabajo en coordinación total, bajo una estructura de ‘Full Joint Venture’, en la que no hay una división de responsabilidades por empresa. En México, Sener lleva también a cabo los contratos llave en mano para la construcción de otras dos centrales de cogeneración en el estado de Veracruz: la de Alpek para Temex y otra central con Obrascón Huarte Lain. Además, la empresa ha trabajado en varios proyectos de energía en el país norteamericano como, por ejemplo, en las centrales de ciclo combinado Norte I, Poza Rica y Agua Prieta II. Oficina en Brasil

En otro orden de cosas, Sener ha anunciado la apertura de oficina en el corazón empresarial de Brasil, Sao Paulo. De esta forma, Sener establece una división operativa y permanente en el país latinoamericano, integrada por cerca de 300 profesionales brasileños del mundo de la ingeniería y la construcción, y desde la que va a desarrollar proyectos en los sectores de energía y procesos, civil y arquitectura, aeroespacial y naval. Además, las instalaciones de Sener en Brasil incluyen una oficina en Río de Janeiro. Al frente de esta oficina se encuentra Guido Casanova (en la imagen), director general de Sener en Brasil. Ingeniero naval por la Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo, ha sido anteriormente responsable de la dirección de negocio en Brasil y México de Pirelli, además de dirigir la división de telecomunicación en Brasil y de ocupar distintas posiciones en la gerencia de la empresa Techint en Brasil e Italia, con actuaciones en toda Latinoamérica. Desde 2010 Casanova era delegado en Brasil de Sener.

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I Actualidad Nuevo CEO en GES La multinacional en construcción y servicios para renovables Global Energy Services (GES) ha incorporado a Hans Joern Rieks como CEO. Con 19 años de experiencia en la la dirección de Vestas, el fabricante de turbinas danés, Rieks, de 51 años de edad, aporta una valiosa visión del negocio, unido a su experiencia de más de 17 años en entornos internacionales, que dotan a su trabajo de interesantes capacidades para el trabajo en un ambiente multicultural, aseguran desde GES. “Veo un gran potencial en GES para convertirse en un verdadero líder global, apoyándose en los sólidos cimientos de sus mercados tradicionales del sur de Europa. Mi intención es que GES se posicione entre los tres proveedores de referencia a nivel mundial”, ha comentado Hans Joern Rieks.

Logitek presenta sus teknowebinars sobre tecnologías para la competitividad industrial Resolver desafíos tecnológicos a los que se enfrentan día a día las empresas de procesos productivos o que gestionan grandes instalaciones es el objetivo del nuevo ciclo de Teknowebinars que la empresa de servicios tecnológicos en automatización, comunicaciones y sistemas SCADA para mercados industriales y de gestión de infraestructuras, Logitek, ha presentado para 2013. Las sesiones online, celebradas en un aula virtual que permite la interacción entre asistentes y el experto de Logitek, son totalmente gratuitas, tienen una duración de 40 minutos y están dirigidas a profesionales de la industria y las infraestructuras, promoviendo el análisis de cada una de las temáticas tratadas, incluyendo también experiencias reales de los asistentes. Con plazas limitadas, las inscripciones ya están abiertas en www.logitek/agenda Los contenidos de los primeros cinco Teknowebinars presentados por Logitek son los siguientes: control automático de tareas de backup y gestión de modificaciones en dispositivos industriales (30 de abril 12.00 h.); claves y requerimientos para la definición de un sistema de comunicaciones entre plantas remotas M2M (07 de mayo 12.00 h.); comunicaciones con el nuevo estándar OPC-UA sobre SOAP/HTTP (S) (28 de mayo 12.00 h.); cuáles son las principales vulnerabilidades a las que se enfrentan los sistemas industriales y como resolverlas para estructurar un entorno ciberseguro (19 de junio 16.00 h.), y reporting industrial con Wonderware (25 de junio 12.00 h.).

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Watlow obtiene la certificación adicional IECEx ‘d’ Watlow, empresa especialista en diseño y fabricación de sistemas térmicos completos, ha anunciado la obtención de la certificación adicional IECEx modo de protección ‘d’ envolvente antideflagrante para sus calefactores de brida. Un listado parcial de las características disponibles incluye ahora Ex d IIC: T1-6 Gb, hasta +80°C (176°F), cabezal de conexión, anti condensación e IP 66. Los principios del concepto envolvente antideflagrante son principalmente evitar que la superficie externa se caliente por encima de la clase de temperatura; diseñar las juntas del cabezal de conexión para que cumplan con los requisitos de la normativa estándar -las partes fijadas dentro del cabezal de conexión deben soportar cualquier posible chispa-; y la estructura del cabezal tiene que ser rígida evitando baterías o dispositivos semiconductores en su interior. Con la certificación adicional IECEx ‘d’, Watlow aporta a sus clientes la garantía de que el producto que están adquiriendo es seguro.

Los calefactores de brida de Watlow están diseñados para calentar líquidos y gases en tanques, depósitos a presión, vaporizadores y aplicaciones similares desde 40 a 4.000 kilovatios. Se fabrican con los elementos tubulares Watrod o Firebar soldados a la brida. Entre las aplicaciones más comunes se incluyen una gran variedad de procesos térmicos en la industria del petróleo, gas y procesos energéticos.

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I Libros Presente y futuro de la energía renovable La estrategia energética española está obligada a cumplir dos exigencias ineludibles: diversificar sus fuentes energéticas y asumir una política común e integrada en el contexto compartido de la UE. La política energética de la UE ha quedado más definida a partir de 2006, cuando el Parlamento europeo se centró claramente en cuatro objetivos globales: afianzar el mercado común eléctrico, impulsar la energía renovable como solución al cambio climático, asegurar el abastecimiento energético y diversificar sus fuentes. En este contexto, la obra del investigador científico del CSIC, Félix Hernández Álvarez, “Presente y futuro de la energía renovable” (Finis Terrae_ ediciones, marzo 2013), permite analizar el complejo engranaje energético español, sometido a su condición de isla energética. Para ello, la obra se ha estructurado en diez capítulos en los que se desgranan los diferentes elementos que concurren en esta problemática. Así, en los dos primeros se analizan las distintas fuentes energéticas que concurren al mercado eléctrico. El capítulo tercero profundiza en el desarrollo de estas tecnologías en España. El contenido del cuarto versa sobre la planificación energética españolas en el marco de la UE. Los capítulos cuarto y quinto abordan el estado de la energía renovable en el mundo y en la UE. Los capítulos, sexto, séptimo y octavo incorporan y revisan materiales de distintas investigaciones, publicaciones e informes, mientras que en los dos últimos se profundiza en temas como los de la calefacción y refrigeración, así como los biocarburantes. Junto con su labor investigadora, el autor ha participado en el tercer y cuarto informe de evaluación del cambio climático del Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), además de dirigir la Colección de Energías Renovables y formar parte en numerosos proyectos de investigación de la UE y el Plan Nacional sobre balances de CO2.

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INoticiasIEquiposIProcesos Filtros automáticos autolimpiantes La compañía CRAMIX ha presentado, de su representada Hectron, el nuevo filtro automático autolimpiante. Con grado de filtración óptimo (desde 200 hasta 1 µm), el nuevo producto permite una filtración no interrumpida durante el proceso de limpieza a contracorriente. La filtración se lleva a cabo a través de un tamiz multi-capa. En cuanto el filtro se colmata, el presostato detecta una diferencia de presión entre la entrada y la salida y da la señal de comienzo del proceso de limpieza. El proceso de limpieza se lleva a cabo a través de un brazo de succión que da una vuelta completa a toda la cesta de filtración. Durante el proceso de limpieza expulsa una cantidad mínima de agua, junto con las impurezas. Este filtro automático está fabricado en acero inoxidable 304L o 316L, con cuatro capas de filtración (acero inoxidable y polyester), sistema de control incluido, y presión de trabajo de 2 a 6 bar. Entre sus principales campos de aplicación se encuentran el pre-tratamiento de agua (previa a la utilización) en suministros industriales y de viviendas, regadíos, ósmosis inversa, Nano/Ultra filtración; el post-tratamiento (descarga medio ambiental (mar / río), reciclado de agua industrial) o la protección de equipos: intercambiadores de calor, torres de enfriamiento, bombas de calor, maquinas perforadoras, etc.

Seguridad de vídeo en alta definición BOSCH SECURITY SYSTEMS presentó en la pasada edición de la feria de seguridad IFSEC, en Birmingham, sus últimas innovaciones de seguridad de vídeo de alta definición. De esta forma, las siguientes generaciones de imagen de Bosch contarán con un sensor de 12MP que se puede configurar en modo 4K, que transmiten vídeo de hasta 30 fotogramas por segundo para conseguir un movimiento suave, mientras que, a la máxima resolución de 12 MP, la transmisión de las cámaras de vídeo es de 20 fotogramas por segundo. Las cámaras Dinion y FlexiDome Starlight 7000 incorporan la tecnología CBIT (Content-Based Imaging Technology), que hace uso del Análisis Inteligente de Vídeo de Bosch (IVA) para detectar automáticamente objetos importantes y re-sintonizar de forma dinámica los ajustes de la imagen para asegurar que los objetos de interés sean capturados con una alta definición. El concepto rompedor en la industria viene de la mano de la Tecnología Dinámica de Transcodificación, por el que las imágenes de calidad HD pueden ser reproducidas desde cualquier sitio con acceso a internet, incluso cuando el ancho de banda disponible es sólo de 128 kBit/s (las secuencias de vídeo se pueden ver desde su iPad o navegador, desde el Bosch Video Client gratuito o desde el Bosch Video Management System). A su vez, las cámaras IP micro y FlexiDome serie 2000 proporcionan imágenes más detalladas con menos ruido. Son diseñadas específicamente para interiores con iluminación estable y se caracterizan por un diseño atractivo. Se presentan en versiones microbox y MicroDome. Las cámaras IP bullet y FlexiDome serie 5000 ofrecen la última tecnología de imagen IP para videovigilancia cotidiana de forma profesional y asequible. Con alta definición de 720p, 1.080p HD y resoluciones 5MP, las cámaras proporcionan un mayor número de detalles de la imagen tanto en interiores como exteriores. Todas las cámaras IP y HD vienen con software de PC, Bosch Vídeo Client, disponible de forma gratuita hasta 16 canales, para la visualización de los vídeos en directo y su grabación en PC. Asimismo, la serie de gestión de vídeo Divar IP todo en uno combina un grabador en red, una matriz de almacenamiento, una estación de trabajo cliente y software integrado. Los equipos disponen de grabación, visualización y exportación de alta definición, así como resoluciones megapíxel y definición estándar. Por último, el programa Integration Partner Program (IPP) se dirige a integradores e instaladores que buscan combinar a la perfección los distintos componentes de seguridad, como cámaras, grabadores, dispositivos de almacenamiento y software, así como el análisis en infraestructura de seguridad que incluye también productos de Bosch. En el portal de Internet IPP los usuarios pueden seleccionar aplicaciones y productos y ver las características que ofrece el programa. Para cubrir los diferentes diseños de sistemas, Bosch se ha asociado con partners como Genetec, Milestone y VidSys. 16 Industria Química

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INOTICIASIEQUIPOSIPROCESOS

Gama de herramienta neumática EGA MASTER presenta su nueva gama de herramienta neumática especialmente diseñada para el uso industrial en automoción, reparación de equipos pesados y construcción. Esta gama está compuesta por llaves de impacto, desde 3/8” hasta 1”, llaves de carraca desde 1/4” hasta 1/2”, pistolas de aire comprimido y manguera neumática enrollable. Destacan entre ellas la gama de llaves de impacto neumáticas, el aliado ideal para trabajar en lugares dónde se precise de una gran capacidad de par gracias a su mecanismo de doble martillo de alto rendimiento que profiere excelente potencia y una alta duración. Su especial diseño permite trabajar con caudales muy reducidos, lo que permite operar con compresores más económicos y portables, así como reducir considerablemente el consumo eléctrico requerido en la generación de aire comprimido.

Caudalímetros másicos LANA SARRATE ofrece al mercado sus caudalímetros másicos de Coriolis ALTlmass. Entre las características de estos productos se pueden señalar las siguientes: gran exactitud (exactitud caudal másico: ± 0,1% ± estabilidad de cero; exactitud medición densidad: ±0.0005g/ml; certificado para Custody Transfer: OIML R117.1; tiempo de respuesta muy bajo y buena estabilidad de cero, lo que le permite medir incluso en aplicaciones de caudales muy pequeños y/o aplicaciones muy rápidas de llenado); rango muy amplio de diámetros (DN6 hasta DN150 -0 a372.000 Kg/h-; funciones de auto diagnóstico inteligentes e intuitivas (estado del hardware, drive coil, detección de rotura de cable, estado del transmisor [sensores temperatura, temperatura excesiva, pick off, EEPROM], presencia de vibraciones excesivas en la tubería, etc.); funciones de mantenimiento (datalogger de eventos, información intuitiva del estado del equipo mediante los mensajes y leds de la pantalla y los cambios de color de la retro iluminación, memoria con los datos de calibración de fábrica, etc.); gran pantalla retro iluminada; ajustable en campo mediante teclado o vía HART, y certificado ATEX.

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INoticiasIEquiposIProcesos Tomas de corriente antideflagantes Para las instalaciones eléctricas en atmósferas explosivas hasta 63A, MARECHAL ELECTRIC ha innovado su gama de conexiones compactas y estancas ATEX con sus gamas DXN. La misma presenta sus tomas con una nueva función de eyección.

Equipadas con la tecnología única de toma de corriente Descontactor, las gamas DXN están disponibles en tres versiones: clavijas y conectores estándar, clavijas eyectables y tomas móviles eyectables. Los dos sistemas de eyección con los que cuenta han sido concebidos para proteger el material en caso de olvido o descuido en la desconexión de las tomas: clavija eyectable (un mecanismo de alerón sobre la parte superior de la toma eléctrica antideflagrante se utiliza para levantar el trinquete de la base. Este sistema reproduce la presión manual efectuada por el usuario para el corte en carga en la versión DXN clásica. Esta operación libera la clavija por la tracción ejercida en el cable.) y toma móvil eyectable (un trinquete en forma de “alerón” está situado en la toma móvil y unido por un hilo enfundado al cable de alimentación. Toda tracción sobre este hilo acciona el trinquete liberando así la toma. Con el fin de estar en las condiciones óptimas de utilización, la tracción del hilo que asegura la abertura del trinquete se hace en el eje del producto). Este nuevo procedimiento de eyección utilizable en zonas 1 y 2 (gas) y zonas 21 y 22 (polvo), y certificado según la directiva europea ATEX 94/9/CE y el sistema internacional IECEx, conserva todas las funciones existentes de seguridad del material y de las personas. Conectar las tomas DXN eyectables por inserción directa asegura a los usuarios la conservación de las características de los aparatos estándar. La solución es hoy utilizada por embarcaciones de salvamento de plataformas petrolíferas, así como en la alimentación de contenedores móviles, grúas, barcos eléctricos o equipos portátiles, conexionado de camiones, etc. 18 Industria Química

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Termómetro infrarrojo para medida de temperatura en hornos de hidrocarburo y fuel LAND INSTRUMENTS INTERNACIONAL ha lanzado el nuevo termómetro infrarrojo portátil Cyclops 390B, diseñado para la medida de temperatura en hornos de gas o fuel en un rango de temperatura de 450° a 1.400°C. La longitud de onda en la que trabaja ha sido cuidadosamente seleccionada, centrada en 3,9 µm para que minimice los errores causados por las bandas de absorción/emisión presentes en la combustión de gases. Dispone de un indicador retro-iluminado que proporciona una indicación del estado y configuración del termómetro, junto con indicación simultánea de cuatro modos de medida: continuo, pico, promedio y valle. El sistema óptico Reflex proporciona una definición precisa del punto de medida y, simultáneamente, muestra los valores seleccionados en el visor. El campo de visión de 9° asegura un enfoque preciso y un área de medida pequeña. El enfoque es variable desde 1 m a infinito. El Cyclops 390B proporciona comunicación Bluetooth.

Sensores ISE de segunda generación para amonio y nitrato El amonio y nitrato son valores de medición clave en las plantas depuradoras. La capacidad para registrar y gestionar estos parámetros de forma fiable juega un papel decisivo para lograr una gestión eficiente de la planta. Los nuevos sensores AISE sc o NISE sc de HACH LANGE le permiten registrar con precisión las concentraciones de amonio (AISE) y nitrato (NISE), con compensación automática en tiempo real de la interferencia de potasio (AISE) y cloruro (NISE). No se requiere preparación previa de las muestras, y los parámetros pueden medirse online durante el proceso en curso, por lo que se garantiza una menor carga de trabajo manual y se eliminan numerosas fuentes de errores en comparación con la recogida de muestras y análisis manual. La razón para poder disfrutar de una manipulación sencilla y segura es la tecnología probada y consolidada Cartrical de Hach Lange, que garantiza que los nuevos sensores ISE están listos para su uso inmediato. Todos los electrodos simples están combinados en un único cartucho; se calibran entre sí y el código de la calibración de fábrica se transfiere automáticamente al sistema mediante RFID. De esta forma se obtienen valores de medición fiables y se reduce considerablemente el tiempo de mantenimiento y los costes en comparación con las sondas ISE convencionales. Las membranas protegidas garantizan una larga vida útil de los sensores ISE. Mayo 2013

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Tecnología de extracción de gas de esquisto Se analiza en el presente artículo el campo de actuación de la tecnología para la extracción de gas de esquisto, un método que permite la captación de gas natural a partir de estas rocas metamórficas. Se analizan las particularidades para su extracción, los métodos de perforación, volúmenes de agua invertida, así como un repaso por los puntos de la geografía española en los que se están realizando proyectos en este sentido.

A. Bulte Proposal Manager. Foster Wheeler Iberia

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Tecnología de extracción de gas de esquisto

El gas de esquisto, también conocido como gas pizarra, y también llamado en inglés como “shale gas”, es una forma de gas natural que se extrae de los esquistos arcillosos sedimentarios. El gas de esquisto se puede extraer mediante perforación horizontal y fracturación hidraulica fracking. Ninguno de estos métodos es algo novedoso o específico de la extracción de este tipo de gas.

agua [Grieser 2006], y de aproximadamente 3.900 galones/pie (~ 42 m³/m) para las fracturaciones con agua oleosa que se utilizan recientemente cuando la distancia es la longitud correspondiente a la parte horizontal del pozo. Durante la perforación convencional del pozo se

consumen grandes volúmenes de agua para enfriar y lubricar la cabeza de perforación, pero también para retirar el lodo que se produce con la perforación. En la fracturación hidráulica se consume diez veces más agua para estimular el pozo mediante la inyección de agua a alta pre-

Figura 1. Los fluidos de fracturación se inyectan en las formaciones geológicas a alta presión.

Perforación horizontal En el proceso de perforación, ésta se hace de forma vertical hasta que se llega justo encima de la bolsa de donde se encuentra el gas (a profundidades entre 1.500 y 3.000 metros). Después la perforación se inclina y se horizontaliza a través de la bolsa, tal que se pueda maximizar la fracturación de la roca. Por lo general se necesitan hacer 15 pozos para hacer que la fracturación sea sencilla y tenga beneficio económico. Fracking El procedimiento consiste en la inyección a presión de agua con arenas o cerámicas en el terreno, con el objetivo de ampliar las fracturas existentes en el sustrato rocoso que encierra el gas, favoreciendo así su salida hacia el exterior. Este gas sale de dos formas: gas libre, que se libera primero, y gas absorbido, en la superficie de la materia orgánica, que se libera cuando cae la presión en los pozos. La solución acuosa que se inyecta en el pozo contiene también una cantidad muy pequeña de aditivos, tales como agentes gelificantes para provocar las grietas, o biocidas para matar los microorganismos contaminantes y esterilizar el pozo. Los aditivos se utilizan también para aumentar la eficiencia del proceso. Generalmente estos aditivos comprenden alrededor de 0,5% del volumen total de inyección. La composición de los aditivos utilizados depende de las condiciones del pozo, tales como presión o temperatura. Un análisis estadístico de unos 400 pozos arrojó un consumo típico de agua de 2.000 a 2.400 galones/pie (entre 25 y 30 m³/m) para las fracturaciones con

Figura 2. Fuente: Credit Suisse mcf per day

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sión para crear las grietas. Las cantidades de agua que se necesitan son considerables, lo que es un problema en sitios donde hay sequías. Los fluidos de fracturación se inyectan en las formaciones geológicas a alta presión (Figura 1). Una vez que se reduce la presión, una mezcla de fluidos de fracturación, metano, compuestos y agua adicional, fluyen de regreso del depósito hacia la superficie. Esta agua debe recogerse y eliminarse de forma adecuada. Según fuentes del sector, entre un 20% y un 50% del agua utilizada para la fracturación hidráulica de pozos de gas regresa a la superficie en forma de reflujo. Una parte de esta agua se recicla para fracturar nuevos pozos. La cantidad de gas extraído y su cos-

Figura 3. Plataforma de perforación. (Grafico: Cortesía de Statoil)

te depende de: - Humedad del esquisto: mayor producción cuanto más seco. - Longitud del perforación horizontal: mayor producción cuanto mas largo. - Profundidad de la bolsa: a mayor profundidad es más difícil la perforación, pero la presión también es mayor y, por lo tanto, los caudales de gas pueden ser mayores. La producción inicial de los pozos es alta, pero suele bajar rápidamente en comparación con los pozos de extracción de gas convencional. El declive suele seguir una hipérbola, tal y como se muestra en la Figura 2. Es por esto que, en comparación con los pozos convencionales, y para mantener la

Los fluidos de fracturación se inyectan en las formaciones geológicas a alta presión (Figura 1). Una vez que se reduce la presión, una mezcla de fluidos de fracturación, metano, compuestos y agua adicional, fluyen de regreso del depósito hacia la superficie

Impacto en superficie de distintos pozos

Marco de actuación de Foster Wheeler en su división de ingeniería El grupo global Foster Wheeler, a través de su división de ingeniería (Foster Wheeler Engineering & Construction), diseña y ejecuta en todo el mundo proyectos de ingeniería y construcción para los sectores del petróleo, gas, químico/petroquímico, generación eléctrica, farmacia, medio ambiente y minería, entre otros. En los nueve primeros meses de 2012, Foster Wheeler E&C ha alcanzado unos ingresos por venta que ascienden a 1.915 millones de dólares, mientras que el Ebitda totalizó 139 millones de dólares. En España cuenta con la filial Foster Wheeler Iberia, con sede social en el Parque Empresarial de Las Rozas (Madrid) y una compañía subsidiaria en Chile. La empresa facturó 67,5 millones de euros y obtuvo un EBITDA de 12,2 millones en 2011. En sus 50 años de actividad, Foster Wheeler Iberia ha desarrollado más de 1.000 proyectos en una treintena de países. Actualmente cabe destacar los siguientes: • Refinería Batalla de Santa Inés. (PDVSA, El Palito. Venezuela). • Unidades de coquización retardada y horno de coque y vacío. (Repsol, Cartagena, España). Galardonada con el Premio Nacional de Ingeniería por su diseño y construcción. • Unidad de coquización retardada y horno de coque (Repsol Petronor, Bilbao, España) • Unidad de coquización retardada (YPF Argentina, La Plata, Argentina) • Planta de regasificación de gas natural licuado (ENAGAS, Huelva y Barcelona, España) • Unidad de coquización retardada y horno de coque (JSC NAFTAN, Bielorrusia) • FSRU - Floting Storage Regasification Unit (Barco Metanero Regasificador) en Indonesia.

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producción, se necesita realizar un mayor número de perforaciones y de fracking.

Plataforma de Perforación (Pad Drilling) Una técnica que se está usando recientemente es el “pad drilling”, donde se hacen múltiples perforaciones desde un pozo común. De esta forma se consigue hacer unas 16 perforaciones horizontales desde una plataforma, cubriendo 57 Km2. Esto reduce el impacto en la superficie, ya que se reducen el número de vías de acceso a los pozos y permite una mayor eficiencia en el uso de materiales, dada la no necesidad de tener que hacer distintos pozos desde la superficie (Figura 3 y Foto 1). Hay que tener en cuenta que para cubrir el mismo área con pozos verticales se necesitarían 320 pozos.

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Proyectos en España País Vasco: Se quieren realizar sondeos de exploración en el yacimiento alavés Gran Enara. Según las estimaciones del Gobierno vasco, el gas no convencional generaría 30.000 millones de euros y unas reservas explotables de unos 185.000 millones de metros cúbicos (unos 60 años del actual consumo de gas natural del País Vasco y de unos cinco de España). La fase de exploración, según las estimaciones del Ejecutivo vasco, llevaría entre dos y tres años. Cantabria: El Gobierno de esta comunidad ha aprobado el proyecto Arquetu. La empresa Trofagás Hidrocarburos SL (filial de la compañía estadounidense BNK Petrolium Inc, con capital canadiense de Macquarie Capital Markets Canada Ltd), dispone de un permiso de investigación, por un

periodo de seis años, en una superficie de 24.876 hectáreas que comprende Cabezón de la Sal, Cabuérniga, Los Tojos, Rionansa, Ruente, San Vicente de la Barquera, Tudanca, Udías y Valdáliga. Castilla y León: La Dirección General de Energía y Minas de Castilla y León ha autorizado a diversas compañías, como Trofagás, Hullera Vasco-Leonesa o Heritage Petroleum PLC. Asimismo, tiene pendientes otros permisos. El objetivo es investigar el potencial para extraer gas no convencional en la vertiente Norte de esta comunidad, desde León hasta Burgos. Los nombres de algunos proyectos ya se conocen: el proyecto Urraca se extiende por los municipios de Villarcayo, Medina de Pomar y la Merindad de Valdivielso y Frías, mientras que el proyecto Sedano alcanza a una veintena de localidades.

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Aprovechamiento energético mediante turboexpansión de gas natural Generación eléctrica en la planta de regasificación de Barcelona Enagás está desarrollando un proyecto de generación eléctrica en su planta de regasificación de Barcelona, que permitirá, a la vez que reducir su consumo eléctrico, ahorrar energía primaria, contribuyendo así a reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. L. C. Gutiérrez Enagás C. Guijarro AESA

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Aprovechamiento energético mediante turboexpansión de gas natural de extracción de gas de esquisto

El compromiso con la protección del medioambiente constituye un objetivo clave para Enagás, como lo refleja su política ambiental, y está presente en todas sus decisiones de negocio. Su fin último es hacer compatible la consecución de sus objetivos económicos y sociales con el respeto al medio ambiente1. Entre sus líneas de trabajo se encuentra la mejora de la eficiencia energética de los procesos que tienen lugar en las operaciones habituales de producción (plantas de regasificación, almacenamientos) y transporte del gas natural (estaciones de compresión y estaciones de regulación y medida). Para ello, se han marcado varios objetivos estratégicos en este ámbito, de los que cabe destacar la maximización de la eficiencia energética, mediante la generación eléctrica, reduciendo así su consumo eléctrico, así como la utilización de nuevas tecnologías más eficientes y/o sustitución de equipos por otros más eficientes que permitan reducir los autoconsumos energéticos.

Descripción del proceso en una planta de regasificación La finalidad de una planta de regasificación de gas natural licuado (GNL) es la recepción y almacenamiento del GNL recibido y su regasificación en las instalaciones de la planta, para permitir su emisión a la red de transporte de gas natural, satisfaciendo la demanda de gas natural para consumo doméstico e industrial. A continuación se describe el proceso2 que tiene lugar en una planta de regasificación, desde la recepción y almacenamiento del gas natural licuado (GNL) hasta la regasificación y emisión a la red de transporte del gas natural (GN) (Figura 1). Los buques metaneros transportan el gas natural licuado desde los centros productores hasta la planta de GNL, 1: ENAGAS. Plan Estratégico de Medio Ambiente y Prevención 2013-2015. “Poniendo en valor el compromiso de Enagás con el medio ambiente y la prevención”. Rev.1. Diciembre 2012. 2: ENAGAS. Planta de regasificación de gas natural licuado de El Musel. Memoria Resumen. Abril 2006. http://www.enagas.es/cs/Satellite?blobcol=urldata&blob header=application%2Fpdf&blobkey=id&blobtable=M ungoBlobs&blobwhere=1146257936480&ssbinary=true

Figura 1. Diagrama de flujo de una planta de regasificación

donde son descargados en el atraque de la planta. A través de un sistema de tuberías, e impulsado por las bombas del propio buque, el GNL se envía a los tanques de almacenamiento. Durante este proceso parte del GNL se vaporiza (boil-off), debido a la mayor temperatura de los elementos de descarga. Este gas y el contenido en el tanque se devuelven al buque para evitar sobrepresiones y depresiones, tanto en el tanque como en los depósitos del buque. Los tanques de almacenamiento son de tipo criogénico, aislados del exterior, por encontrarse en ellos el GNL a unos –160ºC y a presión ligeramente superior a la atmosférica. El GNL es impulsado con bombas primarias sumergidas en el propio tanque hacia las bombas secundarias ubicadas en la zona de proceso. Estas últimas son las que proporcionan al GNL la presión necesaria para, una vez vaporizado, proceder a su emisión a la red. Esto se hace así dado que resulta mucho más eficiente incrementar la presión en fase líquida que en fase gaseosa. La compresión en estado líquido necesita unas 30 veces menos energía que la compresión en fase gaseosa (para pasar 1m3 de GNL de 8 bar a 80 se necesitan unos 3,5 kWh en forma líquida y 100 kWh en forma gaseosa)3. La vaporización del GNL se realiza en los vaporizadores de agua de mar, que 3: Guillermo Pita. Introducción al GNL. Año 2006. (http://koweindl.com.ar/kya_articulos/introduccion_al_ gas_natural_licuado.pdf)

son intercambiadores de calor, verticales, abiertos, en contracorriente, donde el gas circula por los tubos y el agua de mar resbala por el exterior de los tubos. El agua de mar utilizada en el proceso de vaporización es devuelta al mar, no sufriendo más alteración que la disminución de su temperatura (entre 5 y 8ºC dependiendo de la planta). Existe otro tipo de vaporizadores, denominados de combustión sumergida, donde el fluido caliente es un baño de agua calentada por los productos de la combustión de gas en un quemador especial sumergido en el propio baño. Este tipo de vaporizadores sólo funcionan en caso de fallo o mantenimiento de los de agua de mar. Para abastecer a los centros de consumo donde no llega aún el gas natural canalizado se dispone de un cargadero para camiones cisterna que transportan GNL a estos puntos. Antes de su emisión a la red, el gas natural se contabiliza en la unidad de medida y, para facilitar su detección en caso de fuga, se le añaden una pequeña cantidad de odorizante: Tetrahidrotiofeno (THT). Este producto es el que dota al gas natural de su olor característico. Al estar almacenado el GNL en condiciones de equilibrio, tanto las aportaciones de energía (calor entrante por aislamiento y energía de bombeo) como las disminuciones de presión, dan lugar a la vaporización de un pequeño porcentaje de GNL. Este gas vaporiIndustria Química 25

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Figura 2. Esquema de la emisión de la planta de regasificación de Barcelona

zado (boil-off) se comprime mediante compresores criogénicos, y se envía al relicuador, donde se pone en contacto con GNL y se condensa, incorporándose nuevamente al proceso. De esta forma se evita su emisión a la atmósfera. En situaciones excepcionales en las que el sistema de compresores y relicuador no es capaz de absorber todo el gas natural vaporizado, se dispone de una antorcha de seguridad diseñada para procesar todo el excedente de gas natural, evitando así su emisión directa a la atmósfera.

Planta de regasificación de Barcelona. Oportunidad de mejora energética La planta de regasificación que Enagás tiene en el Puerto de Barcelona resulta particularmente interesante porque, a diferencia de las otras plantas de Enagás, existen tres niveles de presión en la emisión: • a 64 bar (Presión media en la red básica de gasoductos de 72 bar) • a 48 bar (Presión media en el Sea Line de 51 bar) • a 35 bar (Estación de regulación a 35 bar a la red metropolitana de Barcelona). En total se vehicula un caudal medio anual de aproximadamente 700.000 26

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Nm3/h. La emisión de la planta de regasificación de Barcelona (Figura 2) se conecta a la red de gasoductos y estaciones de compresión de Enagás, con objeto de atender la demanda de la red de Barcelona y los consumos industriales del área metropolitana (principalmente las plantas de generación eléctrica de ciclo combinado). Actualmente la planta opera con dos líneas de vaporización procedentes de otros tantos grupos de bombas secundarias: • Una línea que opera a presiones de entre 85 y 72 barg para emisión de gas natural a la red B72. • Otra línea que opera a 51 barg, para abastecer la red Sea Line y la ER35, que alimenta directamente el anillo de Barcelona. La emisión se realiza a través de unidades o estaciones de regulación y/o medida (ER/ERM), las cuales se alimentan de los vaporizadores. En concreto, la planta de Barcelona dispone de unidades de medida a 72 barg (UM-72), a 51 barg (UM-51) y a 35 barg (UM-35), y una estación de regulación que reduce la presión desde 51 a 35 barg (ER-35). Una parte del caudal producido por la primera línea de vaporización se desvía hacia la estación reguladora de 51 barg mediante un grupo de válvulas

de expansión. Está previsto que este caudal aumente, dado que la segunda línea de vaporización, por razones operativas, verá reducido su tiempo de utilización, por lo que la emisión al Sea Line y ER35 se producirá desde presiones de entre 85 y 72 barg. Precisamente el hecho de que la vaporización se produce a altas presiones (entre 72 y 85 barg), mientras que la regasificadora abastece los gasoductos a presiones inferiores (68, 48 y 35 barg), representa un potencial de aprovechamiento energético que puede ser utilizado para la generación de energía eléctrica. Para el estudio e implementación de soluciones de eficiencia energética, Enagás ha contratado los servicios de asesoría de la empresa de ingeniería, estudios y proyectos AESA. En una primera fase se plantearon varios escenarios con la posible instalación de varios grupos de turboexpansión entre diferentes niveles de presión. Los resultados de esta fase permitieron concluir que los mejores resultados técnico-económicos se consiguen mediante la instalación de un único grupo turboexpansor que opere entre la línea de vaporización en alta presión (que trabaja a presiones entre 72 y 85 barg) y la estación de medida UM-51 (que trabaja a una presión habitual de 48 barg), desde la que se abastecen los consumos del Sea Line (a 48 barg) y la ER-35 (a 35 barg). Esta solución se desarrolló en la etapa de ingeniería básica, realizando una definición técnica del grupo turboexpansor-generador (actualmente en negociaciones para contratación por Enagás) y de otros equipos e instalaciones auxiliares, necesarios para la adecuada operación del mismo (fase de ingeniería de detalle actualmente en curso).

El proceso de expansión de gas y el aprovechamiento energético con turboexpansores El gas natural a la salida de los vaporizadores estará a la presión de operación de planta, y ésta deberá ser adaptada para su emisión a la red de trasporte, cuyas presiones son inferiores a las de planMayo 2013

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gas natural

ta. Las ERM regulan esta presión hasta alcanzar los valores adecuados para su emisión por medio de válvulas de regulación, en las que se produce un descenso de presión del gas hasta las condiciones deseadas. Este proceso de expansión se produce sin variación significativa de la energía contenida en el gas. Una solución para el aprovechamiento de la energía de presión contenida en el gas es la utilización de turboexpansores (TE) en lugar de válvulas de regulación. El grupo turboexpansor permite la transformación de la energía contenida en el gas en energía mecánica en el rotor del equipo que acciona un generador eléctrico, produciendo electricidad. Durante el proceso de expansión asociado al descenso de presión se produce un descenso de la temperatura del gas. Este efecto de reducción de temperatura del gas en la expansión en el turboexpansor (proceso isentrópico) es superior al producido en la expansión en válvulas de regulación (proceso isentálpico). Debido a ello, es necesario prever un sistema de calentamiento del gas para evitar problemas por condensación de hidrocarburos, o formación de hidratos en el interior de las líneas de gas, o bien de tipo mecánico en los equipos que operan fuera de las condiciones operativas requeridas, de manera que se asegure una temperatura mínima determinada en la emisión a gasoducto. El turboexpansor trabaja en un rango de caudales determinado, que no tiene por qué coincidir con el rango de caudales establecido para la ERM, por lo que es necesario disponer de un sistema de regulación en paralelo, suministrando el caudal de gas en exceso (cuando éste sea superior al caudal máximo del turboexpansor), cuando se requiere un caudal de gas inferior al mínimo de trabajo del turboexpansor, y asegurar el suministro durante aquellos periodos en los que el turboexpansor se encuentre parado (mantenimiento, necesidades del operador eléctrico). El rango de caudales en los que trabajará el turboexpansor fijará el tama28

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Figura 3. Curvas de rendimiento típicas para turboexpansores en función del caudal de diseño, donde el rendimiento es máximo

ño de la planta de generación eléctrica, y será establecido de tal forma que se genere la máxima cantidad de energía eléctrica para el caudal vehiculado en la ERM (Figura 3).

Datos de partida En base a los datos de emisión históricos, y especialmente de los años 20102011, se ha realizado una previsión de emisión de caudal para el periodo 2013-2020, con los siguientes datos principales para diseño del turboexpansor: • Valor medio de emisión en 51 barg y 35 barg : 258.337 m3(n)/h. • Rango de caudales en operación: de 80.000 a 560.000 m3(n)/h. Estos valores de caudal, conjuntamente con la presión de entrada (72 a 85 barg) y la de salida (48 barg) del turboexpansor, son la base para que el suministrador o fabricante del turbogrupo determine el dimensionamiento óptimo del equipo, maximizando la producción eléctrica anual y minimizando las paradas originadas por bajo caudal. Los intercambiadores de post-calentamiento se dimensionarán para las condiciones de operación habitual más desfavorables. Teniendo en cuenta las temperaturas de gas obtenibles tras los vaporizadores (8,5ºC a 21,5ºC), y el descenso de temperatura debido a

la expansión del gas natural en el turboexpansor (el máximo descenso se da cuando el salto de presión es máximo, entre 85 y 48 barg), el dimensionamiento de los intercambiadores se prevé para un valor de 7.750 kW de máximo calentamiento. Considerando una presión de entrada de 72 barg (escenario conservador) y los caudales de emisión indicados, los resultados esperados son: • Potencia máxima del turboexpansor: 3,2 MW. • Energía eléctrica producida (neta, sin autoconsumos): 15.160 MWh/año. • Potencia eléctrica media en horas de operación: 1,8 MW. • Caudal turbinado promedio en horas de operación: 260.300 m3(n)/h. • Rendimiento global (isentrópico y electromecánico) en operación: 77%.

Descripción básica del proyecto de generación eléctrica con turboexpansor De acuerdo con lo indicado, el equipo turboexpansor se instalará de forma paralela a las líneas ya existentes, desde la primera línea de vaporización (presión entre 72 y 85 barg) hasta la estación B-35X o UM-51 (presión de 48 barg), y contará con su propia válvula de by-pass. Por la nueva línea circulará el volumen de caudal que se encuentre dentro de los límites máximo y mínimo Mayo 2013

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gas natural

del caudal de diseño del turboexpansor. El gas expandido resultante circulará de nuevo hacia las líneas existentes a la entrada de la unidad B-35X), sin modificar el esquema de contaje actualmente en operación. Cuando el turboexpansor esté parado o cuando el caudal a vehicular supere el caudal máximo del turboexpansor, se utilizaran las líneas existentes operando la planta como lo hace en la actualidad (Figura 4). Debido al mayor enfriamiento del gas en la expansión por el turboexpansor, la planta de generación eléctrica ha de contar con intercambiadores de calor para que el gas alcance la temperatura adecuada para su emisión a gasoducto (mayor de 0ºC). Analizados los recursos disponibles en planta, se ha decidido como opción más adecuada para el aporte térmico necesario la de post-calentamiento con agua de mar. En resumen, el proyecto consta de los siguientes equipos e instalaciones principales (Figura 5): • Grupo turboexpansor-generador de 3,2 MWe de potencia eléctrica en el

punto de máxima producción y a las condiciones de trabajo iniciales (presión entrada 72 barg y presión salida 48 barg). En las condiciones de máxima presión de entrada prevista (85 barg), la potencia máxima generada aumenta hasta 4,3 MWe. • Intercambiadores de post-calentamiento. Se instalarán intercambiadores gas natural/agua de mar de manera que, en las condiciones de operación habituales, se tenga una temperatura de descarga superior a 0ºC. La selección constructiva y de materiales será la más idónea para asegurar las condiciones de trabajo requeridas y evitar que el uso de agua de mar provoque corrosión. • Instalación mecánica de gas, agua de mar y otros fluidos auxiliares (agua glicolada, nitrógeno, aire comprimido), para la interconexión de los nuevos equipos con la regasificadora, y para el adecuado control del nuevo proceso. Esta instalación incluirá las válvulas de control e instrumentación necesaria (caudal, presión y temperatura) para el adecuado control de la instalación y se-

guimiento de la eficiencia de la misma. • Instalación eléctrica de alta tensión. El generador eléctrico asociado al turboexpansor producirá electricidad a una tensión de 6 kV y una frecuencia de 50 Hz. Éste se conectará al embarrado de 6 kV de una de las subestaciones de la planta de regasificación. A su vez, esta subestación se conecta -mediante transformadores de potencia- a la subestación de acometida a 25 kV. La energía eléctrica generada se verterá al embarrado existente, siendo consumida por la propia planta, cuya demanda es superior a la potencia generada. El sistema de medida previsto es el de “medida de excedentes”, que tendrá en la práctica un saldo de importación neta. • Instalación eléctrica de baja tensión. Los consumos auxiliares de la nueva instalación se alimentarán desde la misma subestación de 6 kV. • Sistema de control. El grupo turboexpansor dispondrá de su propio sistema de control para el adecuado funcionamiento del turbogrupo. Por otra parte, se realizará una ampliación del Sistema de Control Distribuido

Figura 4. Esquema simplificado del proceso de regasificación en la planta de Barcelona con la instalación del turboexpansor para la producción de electricidad

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Aprovechamiento energético mediante turboexpansión de gas natural de extracción de gas de esquisto

(DCS) existente en la planta, de manera que desde el mismo pueda realizarse el control y seguimiento de la operación de la nueva instalación. Asimismo, como ayuda para la optimización de la operación y mantenimiento de la instalación, se preverá el archivo de datos históricos que permita el análisis y previsión de tendencias. • Sistemas contraincendios y otros auxiliares para protección del área de implantación de equipos.

Planificación La duración prevista para los trabajos relacionados con la planta de generación con turboexpansor en la planta de Barcelona se estima en unos 18 meses desde la contratación del equipo principal, previéndose el inicio de explotación de la planta para agosto de 2014. En la actualidad el proyecto se encuentra en fase de adjudicación del equipo turboexpansor. Los hitos principales del programa de ejecución son:

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Figura 5. Propuesta de implantación mecánica del turboexpansor junto con los intercambiadores de postcalentamiento y los distintos elementos auxiliares (válvulas de control, medición,…)

- Contratación turboexpansor: marzo 2013 - Recepción en obra del turboexpansor: julio 2014

- Inicio de explotación del turboexpansor: agosto 2014 - Recepción Provisional de la planta: agosto 2014

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BIO

biocombustible

La competitividad de los biocombustibles En este artículo se plantean las incertidumbres que afectan a los biocombustibles. Se define el umbral de la competitividad de este mercado emergente respecto al establecido de combustibles fósiles. Para calibrar la competitividad de los biocombustibles usados para transporte se ha recurrido al último balance “del pozo la rueda” (WTW) emprendido por el Centro de Investigación Conjunto de la Comisión Europea. Se trata de un proyecto de investigación donde se ha examinado una relación extensa de biocombustibles sobre los que han evaluado de las emisiones de GEI y de la energía utilizada en el ciclo WTW. Los resultados del balance y la aplicación del concepto umbral de la competitividad permiten establecer un par de conclusiones importantes.

F. Hernández Álvarez Investigador científico del CSIC

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La competitividad de los biocombustibles

Umbral de competitividad de los biocombustibles En el libro “Presente y Futuro de la Energía Renovable” [1] se relacionan las incertidumbres que planean sobre el sector energético a la hora de planificar un plan estratégico racional que permita afrontar el futuro con los mínimos riesgos. Las incógnitas planteadas en la citada obra afectan de lleno a todos los sectores energéticos, incluido al transporte. Las preguntas relevantes que suscita el actual contexto internacional son: ¿Cómo evolucionarán los precios del petróleo y del gas a medio y largo plazo? ¿Qué garantías hay de suministro de las fuentes fósiles de energía? ¿A qué ritmo avanzará el mercado energético europeo único, con precios y tarifas impositivas convergentes? ¿En qué estado se hallan las reservas de los recursos energéticos no renovables, y cómo evolucionarán las políticas expansivas de inversión en nuevos gaseoductos, oleoductos y plataformas de explotación? ¿Logrará la UE canalizar una política de negociación común en los contratos de suministro, con una única representación, o seguirá la actual dispersión de los Estados Miembros, negociando por su cuenta, con la consiguiente debilidad que supone despreciar la fuerza de una demanda global de 1.698 millones de toneladas de petróleo equivalente (tep)/año1? Obviamente, existen incertidumbres específicas que afectan exclusivamente al sector de los biocombustibles. El principal problema reside en definir el umbral de la competitividad del nuevo mercado emergente de biocombustibles respecto al establecido de combustibles fósiles. Un planteamiento estándar para determinar los límites de ese umbral debe basarse en un balance de precios entre el mercado potencialmente emergente (biocombustibles) y el mercado potencialmente desplazado (carburantes fósiles), y que está determinado por la expresión: Pb(1 + d) – Pf ≤ R.Pp

(1)

1: Este dato corresponde a las fuentes de EUROSTAT de consumo energético de la UE del año 2011.

donde: Pb: precio del biocombustible, en €/l Pf 2: precio del combustible fósil, en €/l R: CO2 equivalente3, reducido en virtud de la sustitución del combustible fósil por el biocombustible, en toneladas de CO2/l Pp: precio de CO2, en €/tonelada d: diferencia de consumo entre un automóvil alimentado por biocombustible y el mismo automóvil por combustible fósil, en tanto por uno. A partir de (1) se puede obtener la relación crítica entre los precios del biocombustible y el combustible fósil que define el umbral de la competitividad. Este umbral marca el mínimo de sobrecoste del biocombustible respecto al combustible fósil (Pb – Pf), impuestos incluidos, para que el biocombustible resulte competitivo. Pb - Pf/(1 + d) ≤ R.Pp/(1+d)

(2)

Entre las variables que conforman las expresiones (1) y (2), Pf da señales de la evolución del mercado de combustibles fósiles, es decir, del mercado potencialmente desplazado. Sobre Pf gravitan todas las incertidumbres genéricas enumeradas en el primer párrafo de este apartado. A medida que Pf crezca, disminuirá el primer miembro de la ecuación (1), lo que aumentará la competitividad de los biocombustibles y disipará las incertidumbres sobre el potencial de este mercado emergente. Y viceversa: si Pf decrece, se incrementarán las incertidumbres. En resumen, el precio de los derivados del petróleo es un parámetro decisivo que actúa como un arancel virtual a favor de los biocombustibles. Se puede hablar de un Pf crítico4, por debajo del cual es muy difícil que la 2: En los precios Pb y Pc van incluidos los impuestos de cada combustible. Recientemente se han igualado, lo que supone un nuevo obstáculo para los biocombustibles. Además, se han previsto multas para los operadores que no cumplan con el porcentaje actualmente regulado de etanol y biodiésel. 3: El CO2 equivalente es la media ponderada de todos los gases de efecto invernadero (GEI) que salen por el tubo de escape de un automóvil (CO2 y NOx), medido en toneladas de CO2. La ponderación se calcula sobre el efecto que cada gas tiene en el calentamiento global. 4: En el escenario actual, se estima que 105 $/barril ≤ Pf crítico ≤ 115 $/barril.

implantación de los biocombustibles resulte sostenible. Las variables d y R dependen de las ventajas tecnológicas favorables al mercado emergente, de biocombustibles, en relación al mercado potencialmente desplazado de combustibles fósiles. En efecto, si el consumo de un automóvil alimentado con biocombustible, respecto al mismo impulsado por combustible fósil –d-, disminuye, decrecerá el primer miembro de (1), lo que aumentará la competitividad de los biocombustibles. Por el contrario, si d crece, aumentará el primer miembro y se reducirá la competitividad. Del mismo modo, la magnitud de la variable R, emisiones evitadas por la sustitución, parcial o total, del combustible fósil por el biocombustible, aumentará a medida que las ventajas tecnológicas relativas de los biocombustibles crezcan sobre los carburantes fósiles. Indudablemente, si R crece, aumenta el segundo miembro de la ecuación (1) y, por lo tanto, la competitividad de los biocombustibles respecto a los combustibles fósiles. Si R decrece, ocurrirá todo lo contrario, y estaremos en un contexto desfavorable para el desarrollo de los biocombustibles. Finalmente, sobre Pb se concentran las incertidumbres específicas del mercado de biocombustibles, potencialmente emergente. En el comportamiento de la ecuación (1) su evolución actúa de forma opuesta al precio Pf. A medida que Pb crezca, aumentará el primer miembro de la ecuación (1), es decir, disminuirá la competitividad de los biocombustibles. Y viceversa: si Pb decrece, se incrementará la competitividad. Así pues, la variable Pb concita las incertidumbres de un mercado que alcanza tres sectores de actividad y sobre los que se estructura la fabricación de biocombustibles. El primero es el de obtención de materia prima (agrícola, silvicultor y tratamiento y recogida de residuos, principalmente). El segundo sector es el del transporte (transporte del centro de producción de materia prima al de proceso5). Y el tercero es 5: Excluimos el transporte del lugar de proceso a los centros de distribución de consumo, ya que suponemos que el coste asociado es equivalente para el biocombustible que para el combustible fósil.

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biocombustibles

el químico, del que depende el proceso del biocombustible. Cada sector corresponde a una función esencial del ciclo completo del biocombustible: obtención de materia prima, proceso del biocombustible y transporte entre los dos centros de operación. Comparativamente, esta triple función comporta una desventaja en origen respecto a los combustibles fósiles, que precisan de las funciones de extracción del recurso, refino y transporte. En efecto, el proceso extracción-transporte-refino, que completa el ciclo de los combustibles fósiles, goza de estructuras muy sólidas y mantiene relaciones bien articuladas entre los tres sectores. Provoca, por tanto, menos incertidumbres que el correspondiente ciclo cultivotransporte-proceso de producción del biocombustible, donde hasta ahora la producción de materia prima y el transporte de estos centros de producción al de procesado supone limitaciones muy adversas para el desarrollo de los biocombustibles. Las incertidumbres que plantean los biocombustibles de primera generación son bien conocidas por competir con los mercados alimenticios alternativos. Los biocombustibles de segunda generación aseguran su origen de fuentes no alimenticias, pero hasta ahora presentan altos costes, bien por el origen disperso de la procedencia de estas fuentes, en el caso del tratamiento de residuos, bien por la falta de madurez de las tecnologías de proceso -en el caso de las algas, por ejemplo-, bien por las diferencias de economía de escala que evidencia el ciclo completo de los biocombustibles en relación con los combustibles fósiles. Nos estamos refiriendo a las profundas diferencias en el volumen de producción y en el transporte de los centros de extracción/producción de materia prima al de refinado/procesado. Estas diferencias representan obstáculos económicos difíciles de superar para el desarrollo de los biocombustibles. A pesar de todo, como se ha dicho más arriba, la volatilidad que frecuentemente sufre el petróleo y sus derivados resulta muy favorable para los biocombustibles. 34 Industria Química

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Tabla 1. Relación de biocombustibles asociados a los recursos Recursos

Biocombustible Diésel sintético*

Dimetil éter

Etanol ETBE** Biodiésel

Remolacha

X

Trigo

X

Paja de trigo

X

Caña de azúcar

X

X

Colza

X

Girasol

X

Soja

X

Palma

X

Madera cultivada

X

X

X

* Diésel obtenido mediante el procedimiento Fischer-Tropsch. ** El etil-tercbutil éter o ETBE se produce a partir del etanol.

El balance del pozo a la rueda Para poder calibrar la competitividad de los biocombustibles usados para transporte se recurre con frecuencia al análisis conocido en la literatura especializada como balance “del pozo a la rueda” 6 (WTW). Se trata de un estudio clásico, donde se establecen balances de energía y de emisiones de GEI de los biocombustibles respecto a los combustibles fósiles, desde su extracción (del pozo) hasta su funcionamiento en los motores de combustión interna de los automóviles (a la rueda). Uno de los más recientes estudios lo han emprendido conjuntamente el Joint Research Centre, de la Comisión Europea; el Conservation of clean air and water in Europea (Concawe), y el European Council for Automovile (EUCAR) R&D. El proyecto del que hablamos se titula “Well-to-wheels analysis of future automotive and power trains in the European context” [2], y goza de gran prestigio. En diciembre de 2003 se publicó el primer informe de este proyecto. Los resultados presentados a continuación pertenecen a la tercera versión, de julio de 2011. El objetivo principal del proyecto es establecer de modo objetivo una valoración de las emisiones de GEI y de la energía utilizada en el ciclo WTW. La 6: En la literatura especializada, Well To Wheel. De aquí en adelante (WTW).

valoración se ha hecho considerando un amplio tipo de combustibles y de motores de combustión interna reconocidos como relevantes en Europa del año 2010 y de proyección futura. La metodología seguida en la realización del proyecto ha sido dividir el análisis en dos tramos: del pozo al depósito del automóvil (WTT), y del depósito a la rueda7 (TTW), con la finalidad de que los técnicos implicados en el proyecto se centraran en los campos específicos de su especialidad. En ambos tramos se evaluaron la energía gastada y los GEI emitidos en todas las fases requeridas para cerrar cada ciclo completo WTT y TTW, así como los costes de producción asociados a cada fase. La Tabla 1 presenta una relación parcial de los biocombustibles objeto del proyecto8, asociada a los recursos a partir de los que se han obtenido. La valoración de las emisiones de GEI correspondientes a la energía utilizada en el ciclo WTW se ha calculado tomando como referencia los combustibles fósiles que figuran en la leyenda de la Figura 1 (gasolina y gasoil). En dicha figura se ha representado la energía requerida en el ciclo completo WTW y las emisiones de CO2 equivalente (véa7: En la literatura especializada, Well To Tank y Tank To Wheel. De aquí en adelante (WTT) y (TTW). 8: En la Tabla de referencia del proyecto se han incluido otros combustibles y recursos, relacionados con sectores distintos del transporte, no recogidos en la Tabla 1 por acotar la extensión de este artículo.

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biocombustibles

La volatilidad que frecuentemente sufre el petróleo y sus derivados resulta muy favorable para los biocombustibles.

se nota 3 anterior) para un motor de combustión interna. Se han tomado como referencia los años 2002 y 2010, que corresponden a las tecnologías de los vehículos en esos años, y se ha añadido la variante de un motor híbrido en el año 2010, tanto para gasolina como para gasoil Cada serie presentada en la Figura 1 comprende dos datos, excepto la serie gasoil 2002, que corresponden a diferencias tecnológicas del motor 9. Por ejemplo, de cada par de datos, la magnitud más alta de emisiones y energía del combustible gasolina pertenece a un motor con encendido cerca de la válvula de admisión del motor (en lo sucesivo motor PISI), lo que supone una mejora en la eficiencia del motor; el punto con valores más bajos se refiere a un motor de encendido convencional de bujía (en lo sucesivo motor DISI). El punto de cada par con magnitud superior, tanto de emisiones como de energía requerida, del combustible gasoil, pertenece a un motor con filtro de partículas (en lo sucesivo con DPF), lo que representa una mejora tecnológica; el punto con valor inferior pertenece a un motor sin filtro de partículas (en lo sucesivo sin DPF). La Tabla 2.1 presenta el plus energético utilizado en el ciclo WTW del etanol, partiendo de los recursos de la columna 1 de la Tabla, en relación a la energía utilizada en el ciclo WTW de la gasolina (columna 3 de la Tabla). Se ha calculado también el ahorro de emisiones de CO2 equivalente, R (columna 4). Cada recurso ha sido evaluado con cuatro tipos de motor de combustión interna distintos (columna 2). 9: El motor de gasolina ofrece la alternativa de encendido convencional del motor o próximo a la válvula de admisión; el motor de gasoil se ha ensayado con filtro de partículas y sin filtro.

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Figura 1. Energía requerida y emisiones para distntos carburantes y motores

Tabla 2.1. Plus energético y ahorro de emisiones. ETANOL 95/5 Recurso Remolacha

Trigo

Madera

Paja de trigo

Caña azúcar Brasil

Tipo de motora

Plus energético (%)

Ahorro emisiones CO2 R (10-6 ton/l)b

PISI 2002

5,4

58

DISI 2002

5,4

58

PISI 2010

5,5

43

DISI 2010

5,1

58

DISI híbrido

5,1

144

PISI 2002

5,4

29

DISI 2002

5,4

29

PISI 2010

5,5

29

DISI 2010

5,1

29

DISI híbrido

5,6

129

PISI 2002

7,8

72

DISI 2002

7,9

72

PISI 2010

8,3

58

DISI 2010

7,9

72

DISI híbrido

8,0

144

PISI 2002

6,7

86

DISI 2002

6,3

86

PISI 2010

6,5

72

DISI 2010

6,5

72

DISI híbrido

6,9

158

PISI 2002

8,2

72

DISI 2002

8,4

72

PISI 2010

8,3

58

DISI 2010

8,4

58

DISI híbrido

8,0

144

Fuente: elaboración del autor, a partir de los datos obtenidos de Edwards, R., Larivé, J.F. and Beziat, J,C [3] a: Las referencias corresponden a los tipos de motores indicados anteriormente. b: En el proyecto el cálculo se ha realizado para un consumo del motor de 6,95 l/100 km.

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La competitividad de los biocombustibles

Tabla 2.2. Plus energético y ahorro de emisiones. BIODIÉSEL 95/5 Recurso Colza

Girasol

Soja

Palma

Plus energético (%)

Ahorro emisiones CO2 R (10-6 ton/l)b

DICI 2002

7,1

58

DICI 2010 sin DPF

7,0

43

DICI 2010 con DPF

6,8

43

DICI híbrido sin DPF

7,4

58

DICI híbrido con DPF

7,1

43

DICI 2002

6,6

72

DICI 2010 sin DPF

6,5

58

DICI 2010 con DPF

6,8

58

DICI híbrido sin DPF

6,7

72

DICI híbrido con DPF

7,2

58

DICI 2002

12,1

43

DICI 2010 sin DPF

12,2

29

DICI 2010 con DPF

12,4

29

DICI híbrido sin DPF

11,9

43

DICI híbrido con DPF

12,3

29

DICI 2002

8,1

58

DICI 2010 sin DPF

8,1

43

DICI 2010 con DPF

8,4

43

DICI híbrido sin DPF

8,1

43

DICI híbrido con DPF

8,5

43

Tipo de motora

Fuente: elaboración del autor, a partir de los datos obtenidos de Edwards, R., Larivé, J.F. and Beziat, J,C [3] a: Las referencias corresponden a los tipos de motores indicados anterioriormente. b: En el proyecto el cálculo se ha realizado para un consumo del motor de 6,95 l/100 km.

Tabla 3. Umbral crítico entre el precio del biocombustible y el combustible fósil Pb - Pf (cent €/l) Biocombustible

Etanol

Biodiésel

Tipo de motor

Recurso

Híbrído

No híbrido

Remolacha

≤ 0,22

≤ 0,06-0,09

Trigo

≤ 0,19

≤ 0,04

Madera

≤ 0,22

≤ 0,09-0,11

Paja de trigo

≤ 0,24

≤ 0,11-0,13

Caña azúcar Brasil

≤ 0,22

≤ 0,09-0,11

Colza

≤ 0,06

≤ 0,06-0,09

Girasol

≤ 0,09

≤ 0,09-0,11

Soja

≤ 0,04

≤ 0,04-0,06

Palma

≤ 0,06

≤ 0,06-0,09

La competitividad del etanol aumenta para los motores híbridos

La Tabla 2.2 presenta el plus energético utilizado en el ciclo WTW del biodiésel, según los recursos (columna 1), respecto a la energía del ciclo WTW del gasoil (columna 3). Se ha calculado también el ahorro de emisiones R (columna 4). Cada recurso se ha evaluado con cuatro tipos de motor de combustión interna distintos (columna 2). Para calcular el umbral de competitividad en la obtención del etanol y el biodiésel se ha recurrido a la ecuación, de la que se obtiene el umbral crítico (Pb - Pf) ≤ R.Pp, si se toma d = 0 10. Tomando como precio de referencia Pp = 15 €/ton CO2, los valores obtenidos se presentan en la Tabla 3.

Conclusiones Se pueden establecer dos conclusiones principales: • El único referente de relevancia en la competitividad del etanol y el biodiésel es el precio del petróleo y sus derivados, que actúa como un arancel virtual a favor de los biocombustibles. Su volatilidad resulta muy favorable para los biocombustibles. • La competitividad del etanol aumenta para los motores híbridos. Referencias [1] Hernández, F., Presente y futuro de la energía renovable. Finis Terrae_ediciones, www. finisterraediciones.com. 2013. [2] Well-to-wheels analysis of future automotive and power trains in the European context. Well-to-wheels Report. July 2011. http://iet.irc.ec.europa.eu/about-jec. [3] Edwards, R., Larivé, J.F. and Beziat, J,C. Well-to-wheels analysis of future automotive and power trains in the European context. WTW Appendix 1. Summary of WTW Energy and Balances. EUR 24952 EN-2011. http:// iet.irc.ec.europa.eu/about-jec.

10: La aproximación es adecuada, ya que los datos proceden del TTW, donde se incluye la diferencia de consumo entre un motor alimentado por biocombustible y por combustible fósil.

Industria Química 37

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BIO

BIOCOMBUSTIBLE

Biobutanol, un biocombustible atractivo Retos en la producción y recuperación El preocupante incremento del precio de los combustibles fósiles, la incertidumbre sobre la disponibilidad de las reservas, así como el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero, ha promovido el desarrollo de biocombustibles. Entre ellos, el biobutanol suscita interés por poseer unas propiedades similares a las de la gasolina, y mejores que las del bioetanol, lo que lo convierte en una alternativa prometedora. En este trabajo se describen los avances en la obtención de biobutanol mediante el proceso fermentativo acetona-butanol-etanol (ABE), identificando aquellas etapas en las que es necesario invertir esfuerzos de investigación. En este sentido, la etapa de recuperación de butanol mediante tecnologías energéticamente eficientes ha impulsado el desarrollo de procesos híbridos, donde la extracción líquido-líquido, el arrastre con gas y la pervaporación se presentan como las tecnologías más atractivas. M. Díaz, A.Y. Fonseca, I. García, L. Gómez, G. Santos, R. Sanz, G. Zarca, A.M. Urtiaga Departamento de Ingeniería Química. ETSIIT. Universidad de Cantabria

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Biobutanol, un biocombustible atractivo

Los biocombustibles son conocidos por poseer un balance nulo o casi nulo en emisiones de CO2, ya que se considera que el CO2 producido durante su combustión ha sido absorbido en la fase de crecimiento de las plantas a partir de las cuales se producen gracias a la fotosíntesis. La clasificación de los biocombustibles se realiza en función de la materia prima empleada para su obtención. Así, se distinguen: biocombustibles de primera generación, obtenidos a partir de los cultivos como la caña de azúcar y los cereales, y biocombustibles de segunda generación, que emplean materiales lignocelulósicos (residuos forestales y procedentes de agricultura). Desde el punto de vista sostenible, tanto económica como socialmente, los biocombustibles de segunda generación son preferidos frente a los de primera, ya que se basan en materias primas más económicas y, además, no compiten con los cultivos destinados a la alimentación humana [1]. Por otra parte, la Unión Europea ha establecido como objetivo para el año 2020 que los biocombustibles aporten un 10% al total de las fuentes de energía [2]. A los biocombustibles actuales, principalmente bioetanol y biodiesel, puede sumarse en un futuro el biobutanol, cuyas propiedades como combustible son similares a las de la gasolina, tal y como se recoge en la Tabla 1. El contenido energético del butanol se acerca al de la gasolina y es superior al del etanol. Complementariamente, tanto la relación aire-combustible como el número de octanos del butanol toman valores próximos a los de la gasolina, lo que hace posible la utilización del butanol en los motores de combustión actuales [3]. En lo que respecta a su transporte y distribución, el butanol resulta de nuevo más ventajoso que el etanol, ya que presenta una menor presión de vapor (Tabla 2), por lo que es menos volátil y más fácil de manejar. Además, puede ser empleado como combustible puro o mezclado en cualquier proporción con la gasolina, mientras que el etanol sólo puede ser mezclado hasta el 85%. Además, el butanol es menos miscible con agua y menos corrosivo, por lo que

Tabla 1. Características de n-butanol, etanol y gasolina como combustibles [3] Contenido energético (MJ/L) Relación aire-combustible

n-butanol 29.2

Etanol 21.2

Gasolina 32.5

11.2

3

14.6

96

129

91-99

Número de octanos

Tabla 2. Comparación entre las propiedades físico-químicas del butanol y el etanol [4] n-butanol

Etanol

Presión de vapor (mmHg)

7.05

59.22

Temperatura de ebullición (ºC)

117

78.4

Punto de inflamación (ºC)

35

13

Solubilidad en agua (%m/m)

7.46

100

Solubilidad con gasolina (%m/m)

100

85

Viscosidad (cP)

2.6

1.1

Corrosividad

No

puede ser utilizado en los actuales motores de gasolina, así como en las infraestructuras existentes [5]. En la actualidad, el mercado mundial de butanol se estima en unos 6 billones de US$ [6], y se espera que alcance aproximadamente 9,2 billones de US$ en 2015. Destaca el mercado asiático como principal consumidor, con una demanda de aproximadamente el 46% del butanol producido a nivel mundial. El butanol se utiliza en la producción de butilacrilato y butilacetato, a la que se destina un 39% y un 21%, respectivamente, del butanol total producido. Otras aplicaciones importantes son la producción de glicol éter (17%) y su uso directo como disolvente (13%). Un menor porcentaje se destina a otros fines, tales como extractante en la producción de antibióticos, hormonas y vitaminas [3], y en la formulación de barnices, pinturas, recubrimientos y adhesivos [7]. La producción de butanol se puede llevar a cabo por dos vías: (i) mediante síntesis biotecnológica a partir de la fermentación de biomasa rica en almidón, utilizando bacterias del género Clostridium, dando lugar a una mezcla de acetona, butanol y etanol, conocida como fermentación ABE, y (ii) mediante la síntesis petroquímica, siendo ésta la ruta preferida a partir de mediados del siglo

XX [8, 9]. En la actualidad el butanol se produce químicamente bien mediante el proceso oxo a partir de propileno (con H2 y CO sobre un catalizador de rodio), bien mediante la hidrogenación de crotonaldehído [10], o bien mediante la hidratación de olefinas [8]. Sin embargo, el precio actual del petróleo y los potenciales usos del butanol han hecho que vuelva a contemplarse con interés el proceso de fermentación [11]. La rentabilidad de la producción de bioprocesos depende en gran medida del coste del substrato de la fermentación. Las mejoras y avances en la biotecnología de procesos, la microbiología aplicada y la ingeniería genética persiguen mejorar la competitividad económica de la ruta de fermentación para la producción de biobutanol [12].

A los biocombustibles actuales, principalmente bioetanol y biodiesel, puede sumarse en un futuro el biobutanol, cuyas propiedades como combustible son similares a las de la gasolina Industria Química 39

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BIOCOMBUSTIBLES

Figura 1. Esquema de obtención de biobutanol

Actualmente, un gran número de compañías están investigando alternativas a la tradicional fermentación Abe para la producción de biobutanol a escala industrial. en 2006, DuPont y british Petroleum (bP) formaron una joint venture para desarrollar nuevas tecnologías de producción de biobutanol utilizando materias primas lignocelulósicas [3], iniciativa consolidada con la creación de butamaxtm Advanced biofuels [13]. otras compañías que se encuentran desarrollando nuevas cepas microbianas para la producción de biobutanol de segunda generación son cobalt biofuels, tetravitae bioscience, metabolic eXplorer, Green biologics y butalco [14-18]. este avance en la biotecnología debería conducir a una mejora en la viabilidad económica de la

fermentación y permitir la producción a gran escala del biobutanol.

Procesos fermentativos para la obtención de biobutanol el proceso de fermentación Abe se realiza en dos fases consecutivas por bacterias anaeróbicas del género clostridium, principalmente: c. acetobutylicum, c. beijerinckii, c. saccharobutylicum, y c. saccharoperbutylacetonicum. Durante la primera fase de crecimiento exponencial (acidogénesis) las bacterias metabolizan la glucosa dando lugar a ácido acético, butírico, H2 y co2 como principales productos. Además, también se obtiene algo de etanol. Al final de esta primera fase se produce un cambio metabólico en las bacterias que comienzan a convertir los ácidos excretados (fase

de solventogénesis) en una mezcla de los disolventes acetona-butanol-etanol con una composición final en la que la relación entre los tres componentes es aproximadamente 3:6:1 [11]. Debido a que tiene lugar una inhibición tanto por el substrato como por el producto, las concentraciones finales de Abe quedan restringidas a menos de 20 g·L-1, de los cuales 7-13 g·L-1 son de butanol [19]. en la Figura 1 se muestra un esquema del proceso de fermentación. La fermentación se puede llevar a cabo en modo de operación discontinuo, semicontinuo y continuo. en la tabla 3 se presentan algunos datos característicos sobre rendimiento (η: gramos de Abe/gramo de sustrato) y productividad (gramos de Abe/litro de caldo de cultivo/η)de los diferentes

Tabla 3. Procesos de fermentación en función del substrato y del modo de operación Substrato

Modo de operación

40 Industria Química

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Productividad g · L-1 · h-1

Máxima conc. ABE, g · L-1

Ref.

C. beijerinckii

0.4

0.15-0.29

17.7-18.4

0.39

0.29

17.6

C. acetobutylicum

0.39

0.62

33.9

C. saccharoperbutylacetonicum

0.49

0.42

16

Continua con células libres

C. saccharobutylicum

0.29

0.85

9.1

C. beijerinckii

-

0.29-0.42

9.9-14.3

Continua con células inmovilizadas

C. acetobutylicum

0.2-3.6

0.6-4.6

1.43-12.5

C. beijerinckii

0.36

12.4

8.8

Continua con reciclaje y purga

C. saccharoperbutylacetonicum

-

11.0

8.6

Discontinuo

C. beijerinckii

0.36-0.43

0.09-0.39

9.3-26.6

[19,21]

Semicontinuo

C. beijerinckii

-

0.36

16.6

[22]

Semicontinuo

Lignocelulósico

η, g · g-1

C. beijerinckii

Discontinuo

Azúcares simples

Especie bacteriana

[20]

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Equipos y plantas de proceso

La publicación de la industria de procesos Selección s de equipo Equipos y plantas de proceso

Petróleo

Control de procesos

Gas

as Tratamiento de agu

Mantenimiento

Instrumentación

Equipos y plantas de proceso

Medioambiente Seguridad

Ribera de Axpe 11, Edificio C-2; Planta 1ª, Oficina 113 - 48950 Erandio (VIZCAYA) · Rufino González, 40; 3º dcha - 28037 MADRID biobutano.indd 41

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BIOCOMBUSTIBLES

modos de operación, haciendo mención a los substratos y especies destinadas a cada uno de ellos. En el proceso discontinuo se parte de una solución rica en nutrientes cuya concentración de azúcares no puede ser superior a 60 g·L-1, para así evitar la inhibición por el substrato. En el proceso semicontinuo se inicia la fermentación con una concentración relativamente baja de substrato, y, a medida que el substrato es consumido, éste se añade desde una solución concentrada, de forma que la concentración de substrato se mantiene por debajo del límite de toxicidad en todo momento [19, 23]. Los procesos de fermentación continuos tienen numerosas ventajas sobre el proceso de fermentación discontinuo, ya que el cultivo de un solo inóculo es suficiente para realizar la fermentación durante un largo periodo de tiempo, de forma que se reducen drásticamente los tiempos de esterilización e inoculación, y, consecuentemente, se logra una mejora de la productividad. Las estrategias más comunes de la fermentación continua son la utilización de células libres, de células inmovilizadas y la recirculación y purga de biomasa. En el primer caso, las células microbianas y los nutrientes se mantienen en suspensión en el medio de cultivo mediante agitación. Este tipo de configuración promueve la transferencia de materia y satisface las necesidades requeridas por el cultivo. La utilización de células inmovilizadas facilita la separación de los productos; sin embargo, se produce una pérdida de actividad celular como consecuencia de la inmovilización [20]. Con el objetivo de obtener combustibles de segunda generación, se pueden emplear especies que sean capaces de producir butanol a partir de materiales lignocelulósicos, como se recoge en las dos últimas entradas de la Tabla 3. Debido a la compleja estructura cristalina de la lignocelulosa, es necesario pretratar la materia prima mediante procesos de hidrólisis ácida o enzimática para su transformación en azúcares más simples fácilmente fermentables [24]. En la Figura 2 se observan los productos y subproductos que son resul42 Industria Química

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Figura 2. Productos y subproductos del material lignocelulósico

tado de la hidrólisis del material lignocelulósico. Si bien el producto principal es el butanol, se investigan rutas para la utilización de los subproductos y los compuestos de las corrientes residuales. Así, la biomasa generada en el proceso puede ser utilizada como alimento para animales, mientras que la lignina disuelta en el licor negro puede ser gasificada para producir gas de síntesis. Por otra parte, se estudia la recuperación de hidrógeno para su reutilización como combustible [25].

Recuperación del biobutanol e integración de procesos La recuperación del biobutanol, presente en baja concentración en el caldo de cultivo mediante la tecnología tradicional de destilación, es un proceso intensivo en energía e inviable desde un punto de vista económico. Diversos autores [26, 27] estiman que

la energía necesaria para separar el butanol no debe exceder en más de un 10% su contenido energético. Por lo tanto, con el fin de disminuir el coste de la separación, se están desarrollando sistemas híbridos de separación, entre los cuales el arrastre con gas, la pervaporación y la extracción líquido-líquido se consideran como las mejores técnicas de recuperación de butanol para su aplicación a nivel comercial [28]. El producto obtenido mediante estás tecnologías de recuperación está mayoritariamente formado por una mezcla de butanol, acetona, etanol y agua, por lo que se hace necesaria una posterior etapa de purificación [27, 29]. Por otra parte, la integración de estas técnicas de separación con el proceso de fermentación puede aportar ventajas de operación adicionales: en un proceso discontinuo conduce a un incremento de la productividad, ya que permite

Figura 3. Diagrama del proceso de recuperación del butanol mediante extracción L-L

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Biobutanol, un biocombustible atractivo

Tabla 4. Parámetros de los procesos de (I) fermentación con recuperación integrada de ABE mediante arrastre con gas y (C) fermentación de control Modo de operación

Especie bacteriana

C. Beijerinckii Discontinuo

C. Beijerinckii C. Beijerinckii C. Beijerinckii

Semicontinuo C. Acetobutylicum a

Tipoa

Prod., g·L-1·h-1/ Rend., g·g-1

Glucosa consumida, g·L-1 (% Total)

A/B/E (Total), g·L-1

C

0.29/0.4

44.6 (75.3)

5.3/11.9/0.5 (17.7)

I

0.61/0.4

59.7 (100)

6.9/16.4/0.3 (23.6)

I

0.6/0.47

161.7 (100)

27.4/46.4/2.1 (75.9)

C

0.15/0.41

44.9 (74.7)

4.3/13.4/0.7 (18.4)

I

0.31/0.43

55.1 (92.1)

7.7/15.1/1.1 (23.9)

C

0.23/0.4

45.7 (76.5)

4.0/13.4/0.8 (18.2)

I

0.4/0.41

64.3 (100)

8.3/17.6/0.6 (26.5)

C

0.29/0.39

45.4 (75.9)

5.2/11.9/0.5 (17.6)

I

1.16/0.47

500.1 (95.1)

77.7/151.7/3.4 (232.8)

C

0.62/0.39

86.2 (-)

10.2/20.3/3.3 (33.9)

I

0.53/0.37

244.6 (-)

25.7/59.8/4.8 (90.3)

I

0.41/0.32

336.6(-)

27.0/76.4/5.1 (108.5)

Ref.

[19]

[21] [21] [23]

[22]

C: Fermentación de control; I: Recuperación de producto integrada en el proceso

emplear concentraciones iniciales de substrato hasta 2.5 veces superiores a las del proceso no integrado, y en un proceso semicontinuo permite solventar la inhibición por el substrato y la toxicidad del producto [19,30]. A continuación se explican en detalle las técnicas de recuperación de biobutanol consideradas previamente: extracción líquido-líquido, arrastre con gas y pervaporación. Extracción Líquido-Líquido

En la extracción líquido-líquido (Fig. 3) un disolvente orgánico es puesto en contacto con el caldo de fermentación. El butanol, mucho más soluble en la fase orgánica extractante que en el caldo de fermentación acuoso, será selectivamente concentrado en la fase orgánica. Como el caldo de fermentación y el extractante son inmiscibles, este último puede ser fácilmente separado del caldo de cultivo después de la extracción del butanol mediante una sencilla operación de decantación. Diversos estudios han demostrado que la extracción líquido-líquido hace posible la separación del butanol del caldo de cultivo sin que durante el proceso se produzca arrastre de substrato, agua o nutrientes [10]. Tras llevar a cabo la extracción del ABE (disminuyendo así su concentración en el fermentador), se

procederá a la recuperación del fluido extractante mediante destilación, obteniéndose por cola la corriente orgánica que retornará el proceso de extracción, y por cabeza una corriente concentrada de ABE. De esta última se obtendrá el butanol mediante un nuevo proceso de destilación [28]. Se alcanzan elevadas selectividades cuando se usan extractantes altamente no polares. No obstante, un aumento en la hidrofobicidad afecta negativamente a la solubilidad del butanol en el disolvente [26]. Uno de los disolven-

tes más utilizados es el alcohol oleico, debido a que no resulta tóxico para los microorganismos y su coeficiente de distribución es relativamente alto (Dbutanol = 3.8 g·g-1) [28], si bien sus propiedades como extractante de acetona y etanol son bastante inferiores. Arrastre con gas

El empleo de un gas de arrastre se representa en la Figura 4. La técnica consiste en burbujear los gases en el biorreactor de forma que tiene lugar la transferencia física de los compuestos

Figura 4. Diagrama del proceso integrado de recuperación del butanol mediante arrastre con un gas

Industria Química 43

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BIOCOMBUSTIBLES

Tabla 5. Membranas de pervaporación hidrofóbicas para la recuperación de butanol, y su caracterización en términos de selectividad y flujo Alimentación

Tª, ºC

Butanol, g·L-1

Factor de concentración del butanol

Flujo, g·m-2·h-1

Ref.

Politetrafluoroetileno (PTFE)

Sintética

30-55

3-30.0

2.4-4.8

35-2100

[27]

Poliuretano (PUR)

Sintética

50

10

9

7-88

[27]

Polidimetilsiloxano (PDMS)silicalita

Sintética

78

10

70

119

[32]

PDMS-silicalita

Caldo de fermentación

78

12

97

89

[32]

PDMS

Caldo de fermentación

78

9.1

44

84

[32]

Polimetoxi-siloxano (PMOS)

Sintética

50

10.0-70.0

10.0-15.0

150-400

[27]

Poliéter-bloque-amida (PEBA)

Sintética

50

10.0-52.5

20-23

46-800

[27]

Poli[1-(trimetilsilil)-1-propino]

Caldo de fermentación

25-37

10-35

38-135

100-650

[33]

Sintética

30

50

19

5

[34]

Membrana

Zeolita Ge-ZSM-5

volátiles presentes en el caldo de fermentación hacia la fase circulante, lo que resulta en la eliminación del ABE del medio de cultivo. Posteriormente los compuestos volátiles son recuperados en un condensador, mientras que los gases se recirculan de nuevo al fermentador. Se trata de una técnica prometedora, por su sencillez y economía, al no precisar del empleo de equipos costosos. Además, al tratarse de un proceso físico, no incorpora otros compuestos que pueden afectar al medio de cultivo o a la concentración de nutrientes y de los intermedios de reacción [31]. La fermentación de butanol requiere condiciones anaerobias, por lo que la exposición a oxígeno debe ser evitada. Por ello, se han utilizado para el arrastre los gases originados en la etapa de fermentación (hidrógeno y dióxido de carbono), nitrógeno o una mezcla de los tres. No obstante, se ha reportado que el empleo de nitrógeno provee mejores resultados [20]. La etapa de arrastre puede llevarse a cabo tanto en el reactor como en una unidad externa, por ejemplo en una columna de relleno, lo que permite calentar el líquido sin ocasionar perturbaciones en el proceso de fermentación. Finalmente, 44 Industria Química

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la mezcla ABE obtenida en el condensador debe someterse a un proceso de destilación con el fin de recuperar el butanol. En la Tabla 4 se recogen los parámetros del proceso de fermentación ABE obtenidos por diversos autores, comparándolos con los procesos híbridos resultantes de integrar la fermentación y el arrastre con gas [27]. Mediante el proceso integrado se logra convertir los azúcares en tasas cercanas al 100%, así como la obtención de concentraciones de productos ABE muy superiores a las que se dan en el proceso de control. Estos resultados son excepcionalmente buenos cuando se combinan el proceso integrado con el modo de operación semicontinuo. El aumento del rendimiento puede estar ocasionado por la utilización de los ácidos intermedios (principalmente ácido acético y butírico) producidos durante la fermentación para la obtención de pro-

ductos, ya que éstos no son eliminados mediante el arrastre con gas y no se detectan en el medio de cultivo cuando el proceso de recuperación está integrado [23]. El aumento de la productividad también puede estar ligado a un descenso del tiempo de fermentación. Pervaporación

La pervaporación es una tecnología de membrana que permite la recuperación selectiva de los componentes volátiles del caldo de fermentación: butanol, acetona y etanol. Estos compuestos son absorbidos en la membrana densa, a través de la cual difunden para, finalmente, ser desorbidos en el lado del permeado en forma de vapor. Para generar el gradiente impulsor del transporte de materia entre las dos caras de la membrana se aplica vacío en el lado del permeado, o bien se hace circular un gas de arrastre. Mediante la integración de la perva-

Mediante la integración de la pervaporación en el proceso fermentativo se mejora la productividad del mismo, ya que se permite la eliminación in situ de los productos de la fermentación, que actúan como inhibidores Mayo 2013

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BIOCOMBUSTIBLES

Figura 5. Diagrama del proceso integrado de recuperación del butanol mediante pervaporación

poración en el proceso fermentativo se mejora la productividad del mismo, ya que se permite la eliminación in situ de los productos de la fermentación, que actúan como inhibidores (Fig. 5). El proceso de pervaporación es eficiente energéticamente, ya que únicamente se consume el calor necesario para la vaporización de permeado, a la vez que no daña el caldo de cultivo, debido a que no es necesario incrementar la temperatura del caldo de fermentación. Otra ventaja que presenta esta técnica es que no requiere la incorporación de otros compuestos químicos que puedan contaminar el caldo de fermentación. Debido a que las membranas de pervaporación no son completamente selectivas hacia el butanol, parte del agua que contiene el caldo de cultivo se transfiere al permeado. El agua puede eliminarse utilizando una posterior etapa de pervaporación con membranas hidrofílicas. El rendimiento de la pervaporación se caracteriza utilizando dos parámetros: la selectividad y el flujo, los cuales dependerán a su vez de las variables de operación como la temperatura, la composición de la alimentación, el material de la membrana y las presiones del permeado y alimentación. La aplicación de membranas de pervaporación hidrofóbicas produce la permeación preferencial del butanol frente al agua. Estas membranas con una alta afinidad hacia el butanol permiten incrementar el gradiente impulsor y utilizar la tecnología de pervaporación en 46 Industria Química

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mezclas de baja concentración, como ocurre en los caldos de fermentación [24]. La Tabla 5 muestra un compendio de membranas de pervaporación con las mejores propiedades para la separación de biobutanol.

caldo de fermentación contiene otros componentes, además de la mezcla ABE: ácidos, bases, sales y azúcares, además de las células microbianas, que normalmente tienen un efecto reductor del flujo debido a fenómenos de ensuciamiento de la membrana y modificación de la absorción del butanol en la membrana [36]. En cuanto a la pervaporación hidrofílica para la deshidratación de butanol, se han estudiado membranas de poliamida-imida/polieter-imida en configuración de fibra hueca [37], que aportan selectividades entre 460-1296 y flujos de 523-798 g/m2h, partiendo de una alimentación del 85% en peso de butanol. El desarrollo de membranas cerámicas de pervaporación está permitiendo realizar operaciones a alta temperatura, con el consiguiente aumento del rendimiento en términos de

La obtención de butanol a partir de la biotransformación de sustratos es una alternativa atractiva, que podría complementarse con otros biocombustibles, para superar los inconvenientes ocasionados por los combustibles fósiles La mayoría de los trabajos han utilizado membranas basadas en polidimetilsiloxano (PDMS), debido a que este material ofrece una alta permeabilidad, presenta altos factores de concentración y es fácil de conformar, permitiendo diseñar membranas de configuración plana y tubular. El factor de concentración del butanol se incrementa cuando se utilizan membranas de PDMS-silicalita, tal como puede observarse al comparar los datos obtenidos a partir de mezclas de fermentación reales. Las silicalitas son tamices moleculares que tienen la capacidad de adsorber compuestos orgánicos, como el butanol. Los trabajos más recientes en este campo demuestran que las membranas que incorporan silicalita mejoran las propiedades de permeación de los alcoholes, permitiendo de esta manera aumentar la selectividad frente a la acetona [35]. El

flujo, manteniendo valores muy aceptables de selectividad [38].

Conclusiones La obtención de butanol a partir de la biotransformación de sustratos es una alternativa atractiva, que podría complementarse con otros biocombustibles, para superar los inconvenientes ocasionados por los combustibles fósiles. Sus propiedades, similares a las de la gasolina, aumentan el interés por el biobutanol. No obstante, todavía existen grandes retos tecnológicos a los que hacer frente para alcanzar la viabilidad económica, técnica y ambiental de este proceso, destacando los siguientes: un tratamiento eficaz para convertir la materia lignocelulósica en azúcares solubles mediante el empleo de enzimas baratas y altamente específicas; un proceso de fermentación con un elevado rendimiento, donde la Mayo 2013

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BIOBUTANOL, UN BIOCOMBUSTIBLE ATRACTIVO

ingeniería genética puede desarrollar un papel importante, y el desarrollo de procesos integrados de fermentación y separación para obtener un proceso continuo a gran escala, minimizando la demanda energética global.

Agradecimientos Se agradece la financiación recibida del Ministerio de Ciencia e Innovación para la realización del proyecto ENE201015585. Referencias [1] Naik, S.N., Goud, V.V., Rout, P.K. y Dalai, A.K. (2010) Renew. Sust. Energ. Rev., 14, 578–97. [2] Diario Oficial de la Unión Europea L 123, Directiva 2003/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 8 de mayo de 2003. [3] Dürre, P. (2007) Biotech. J., 2, 1525-1534. [4] Yaws, C. L. 1999. Chemical Properties Handbook. [5] Festel, G. W. (2008) Chem. Eng. Tech., 31, 715-720. [6] Cathay Industrial Biotech Ltd 2011. From F-1. En línea (Última consulta: 28/2/2012): http://www.sec.gov/ Archives/edgar/data/1517546/000104746911006440/ a2204377zf-1.htm. [7] Hahn, H.D., Dämbkes, G., Rupprich, N. y Bahl, H. (2010) Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.

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BIO

bioCOMBUSTIBLE

Estudio del proceso de transesterificación para la obtención de biodiésel A partir del aceite de palma en un reactor de lotes

Se ha estudiado el proceso de transesterificación del aceite de palma para la obtención de biodiésel en un reactor por lotes. Se representa gráficamente la solución del modelo, donde se pueden apreciar claramente las curvas de la concentración versus el tiempo para cada uno de los componentes. En estas curvas se puede observar en cuánto tiempo aproximadamente se llega al equilibrio químico.

W. Reátegui R Facultad de Ingeniería Química y Textil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú F. Salas B Facultad de Ingeniería de Sistemas e Informática, Universidad Nacional de la Amazonía Peruana, Iquitos, Perú 48 Industria Química

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Estudio del proceso de traNsesterificación para la obtención de biodiésel

Teóricamente, para producir tres moles de etiléster (biodiésel) debe reaccionar un mol de triglicérido con tres moles de alcohol etílico. Pero este proceso se realiza en tres etapas. Considerando la misma relación estequiométrica, primero una cadena de acido graso se separa del triglicérido y se combina con el primer mol de alcohol etílico, formando un mol de etil-éster y un mol de diglicérido; luego, una cadena de ácido graso se separa del diglicérido formado y se combina con el segundo mol de alcohol etílico, formando una molécula de etil-éster y una molécula de monoglicérido; finalmente, el monoglicérido formado se combina con el tercer mol de alcohol etílico, formando una molécula etil-ester y una molécula de glicerina, terminando de este modo el proceso de transesterificación. Para realizar el estudio mencionado se ha seleccionado un reactor por lotes como un volumen de control, aplicándose en éste la ecuación general de transferencia de masa. Ésta se simplificó teniéndose en cuenta ciertas consideraciones aplicables al caso. Después de la simplificación, la ecuación es aplicada a cada uno de los componentes que intervienen en el proceso de transesterificación (balance molar para cada componente), resultando un sistema de ecuaciones diferenciales (modelado fenomenológico), el cual es resuelto por el método de diferencias finitas, obteniéndose de esta manera las ecuaciones que relacionan la concentración versus el tiempo para cada uno de los componentes (solución del modelo). A manera de verificar las ecuaciones obtenidas, la misma ecuación general de transferencia de masa se aplica a una esfera hipotética que representa un elemento diferencial de la mezcla reaccionante. Para esto se considera un t = 0, donde se tiene las condiciones iniciales, y luego para un t = t, donde la esfera estará compuesta por todos los componentes que intervienen en el proceso de transesterificación. De este último análisis se obtiene las mismas ecuaciones de la concentración versus el tiempo para cada uno de los componentes.

Introducción El biodiésel es un combustible producido a partir de materias primas renovables (aceites vegetales y/o grasas animales), que puede ser usado puro B100, o mezclado con diésel de petróleo en diferentes proporciones; el más común, el B20, tiene 20% de biodiésel y 80% de diésel [1]. El biodiésel es obtenido mediante un proceso llamado transesterificación, que consiste en la reacción entre las grasas Figura 1. Esquema general del proceso de transesterificación

Tabla 1. Composición química del aceite de palma [1, 2, 3, 4] Componente

Fracción másica

Fracción molar

PM (kg/kmol)

Tripalmitina

0,4714

0,45

806

Trioleina

0,3752

0,33

884

Trilinoleina

0,1154

0,10

878

Ácido palmítico

0,0380

0,12

256

Total

1

1

775,7

(triglicéridos) presentes en un aceite vegetal con un alcohol de cadena corta que, generalmente, es metanol o etanol, dando como productos los ésteres (biodiésel) y la glicerina. La cantidad total de triglicéridos representan la mayor composición del aceite vegetal o la grasa animal. Además, la formación de la base de la glicerina, inmiscible con los ésteres, juega un papel importante en el desplazamiento de la reacción hacia la derecha, alcanzándose conversiones cercanas al 100% [1]. El proceso de transestericación en forma general se muestra en la Figura 1. Este proceso se desarrolla en tres etapas, reaccionando un mol del total de triglicéridos con tres moles de alcohol (aunque en la práctica se añade el doble de la cantidad requerida teóricamente para desplazar la reacción hacia la formación del éster). Los triglicéridos son convertidos consecutivamente en diglicéridos, monoglicéridos y glicerina; en cada reacción, un mol de éster es liberado [1, 2]. Para el presente trabajo el estudio de la transesterificación está referido al aceite de palma con el alcohol etílico. Según se aprecia en la Tabla 1, el aceite de palma está compuesto por 88% en mol de triglicéridos (45% de tripalmitina, 33% de trioleina y 10% trilinoleina) y 12% en mol de un ácido graso libre (ácido palmítico). Como se puede ver en la Figura 1, el ácido graso libre no reacciona con ningún otro componente. En el proceso de transesterificación interviene un catalizador básico (puede ser NaOH o KOH), que no se considera importante en el presente estudio debido a que éste se agrega en una proporción muy pequeña, normalmente de 1 a 1,5% en peso con respecto a la cantidad de aceite. Además, el catalizador se regenera al final del proceso de transesterificación. La utilización de un catalizador básico implica que el aceite y el alcohol deben ser anhidros para evitar que se produzca la saponificación y se formen jabones [1, 2, 3]. Para el caso de la tripalmitina, que es el componente principal de los triglicéridos en el aceite de palma, el proceso de transesterificación es como se muestra en la Figura 2. Este proceso es el mismo para cada uno de los triglicéridos del aceite de palma con respecto al alcohol etílico. Por ejemplo, si se tiene 10 moles de aceite de palma, según la proporción que muestra en la Tabla 1, el aceite contendrá la siguiente cantidad de triglicéridos y ácido graso libre: 4,5 moles de tripalmitina, 3,3 moles de trioleina, 1 mol de triliIndustria Química 49

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BIOCOMbustibles

Figura 2. Esquema del proceso de transesterificación para la tripalmitina

noleina y 1,2 moles de ácido palmítico. Entonces, de acuerdo a la estequiometría, la cantidad de alcohol etílico que reacciona teóricamente con cada uno de los triglicéridos es la siguiente: 13,5 moles con la tripalmitina, 9,9 moles con la trioleina y 3 moles con la trilinoleina, resultando la cantidad total de alcohol etílico que se requiere para reaccionar con los 10 moles de aceite (13,5 + 9,9 + 3) moles = 24,6, aunque en la práctica siempre se agrega el doble de la cantidad de alcohol requerido teóricamente.

Modelado fenomenológico Primeramente se aplica la ecuación general de transferencia de masa para un componente i del proceso de transesterificación, considerando como volumen de control al reactor por lotes (Figura 3), para lo cual se han tenido en cuenta las siguientes consideraciones: a. No existe entrada y salida de materia al reactor durante todo el tiempo que dura el proceso de transesterificación. b. Se considera al reactor por lotes como un volumen de control adiabático e isotérmico. c. La mezcla reaccionante en el reactor por lotes está completamente agitada, de manera que la concentración de cada uno de los componentes es uniforme. d. El número de moles totales y el volumen de la mezcla reaccionante en el reactor por lotes son constantes; en consecuencia, lo será la concentración total. 50

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e. Las concentraciones de cada uno de los componentes, a excepción del ácido graso libre, variarán con el tiempo. La ecuación general de transferencia de masa para un componente i del proceso de transesterificación es como se muestra en la ecuación (1) [5, 6].

(1)

Donde: : (Concentración molar del componente i) mol/L. : (Velocidad de difusión media del sistema) : (Flux molar del componente i) : (Velocidad de generación de materia de i por unidad de volumen-Velocidad de consumo de materia de i por unidad de volumen) mol/L-s. (Velocidad de acumulación de materia de i por unidad de volumen) mol/L-s. (Velocidad neta de adición de materia de i por unidad de volumen debido a la convección) mol/L-s. : (Velocidad neta de adición de materia de i por unidad de volumen debido a la difusión) mol/L-s. Como: Entonces, la ecuación (1) queda de la siguiente forma:

(2)

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BIOCOMbustibles

Figura 3. Reactor por lotes para el proceso de transesterificación

(8)

(9) (10)

El sistema de ecuaciones diferenciales de (4) a (10) representa el modelo fenomenológico para el proceso de transesterificación, siendo las condiciones iniciales: CTG(0) = 1 mol/L CA(0) = 3 mol/L CDG(0) = 0 CMG(0) = 0 CBD(0) = 0 CGL(0) = 0 CAG(0) = 0.1364 mol/L. Por las consideraciones a y c se tiene que: . La ecuación simplificada para el componente i del proceso de transesterificación es, por consiguiente: (3)

Todas las reacciones del proceso de transesterificación (Figura 1) son de segundo orden. Teniendo esta consideración, la Figura 1 y la ecuación (3), se obtienen las siguientes ecuaciones para cada uno de los componentes del proceso de transesterificación, como se muestra desde la ecuación (4) hasta la ecuación (10). Para el caso de los triglicéridos, diglicéridos, monoglicéridos y biodiésel, la ecuación (3) se aplica considerando que cada uno de estos representa a un solo componente. (4)

Es decir, en t = 0 sólo estarán presentes los triglicéridos, el alcohol etílico y el ácido graso libre, siendo la concentración inicial de los demás componentes igual a cero. Ahora se realiza el mismo análisis que se realizó en el reactor por lotes. Para esto, se considera una esfera hipotética que representa un elemento diferencial de la mezcla reaccionante. Al igual que en el reactor por lotes, en t = 0 la esfera hipotética sólo contendrá triglicéridos, alcohol etílico y ácido graso libre, siendo la concentración inicial de los demás componentes igual a cero. Para t = t, la esfera hipotética contendrá a todos los componentes del proceso de transesterificación (Figuras 4 y 5). Para aplicar la ecuación general de transferencia de masa a la esfera hipotética se ha considerado lo siguiente: f. No existe entrada y salida de materia a la esfera durante todo el tiempo que dura el proceso de transesterificación. g. La concentración de todos los componentes es uniforme en toda la esfera.

(5) Figura 4. Esfera hipotética que representa un elemento diferencial de la mezcla reaccionante

(6)

(7)

El biodiésel es un combustible producido a partir de materias primas renovables 52

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Estudio del proceso de traNsesterificación para la obtención de biodiésel

Método de resolución del modelo La resolución del sistema de ecuaciones diferenciales de (4) a (10) está basado en el método numérico de las diferencias finitas o discretización (en este caso, la discretización explícita). Este método consiste en sustituir las derivadas por sus equivalentes en diferencias finitas [5, 6, 8, 9, 10].

Figura 5. Representación gráfica de la concentración versus el tiempo, para los componentes TG, A, DG, MG, GL, BD, y AG

Por ejemplo, si se tiene la derivada en diferencias finitas sería:

, su equivalente

Donde: se denomina variable incrementada, es la variable no incrementada o actual Δt es el incremento de tiempo de p a p+1. Entonces, el tiempo t viene dado por la siguiente ecuación: (12)

Aplicando este criterio al sistema de ecuaciones diferenciales de (4) a (10), se obtiene las ecuaciones desde la (13) hasta la (19).

(13)

h. Las concentraciones de cada uno de los componentes a excepción del ácido graso variarán con el tiempo. i. El volumen de la esfera permanece constante durante todo el tiempo que dura el proceso de transesterificación. Si se aplicara la ecuación general de transferencia de masa en la esfera hipotética, para cada uno de los componentes del proceso de transesterificación, se obtendría el mismo sistema de ecuaciones diferenciales de (4) a (10), puesto que se tienen las mismas consideraciones que para el reactor por lotes. El número de Damköhler es un parámetro que relaciona la velocidad de reacción química con la velocidad de transferencia de masa [5, 6, 7] mediante la siguiente ecuación:

(14)

(15) (11)

Las reacciones químicas del proceso de transesterificación no son instantáneas, normalmente para que lleguen al equilibrio se tarda un promedio de 50 minutos a una hora. Es decir, las reacciones químicas son lentas y, por ende, la velocidad de reacción química será bastante pequeña en comparación con la velocidad de transferencia de masa [3, 5, 6, 7]. En consecuencia, el número de Damköhler tiende a cero. Esto hace que el proceso de transesterificación esté limitado por la velocidad de reacción química y no por la velocidad de transferencia de masa.

Las reacciones químicas del proceso de transesterificación no son instantáneas, normalmente para que lleguen al equilibrio se tarda un promedio de 50 minutos a una hora

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Figura 6. Representación gráfica de la concentración versus el tiempo, para los triglicéridos

(16)

(17)

(18) (19)

Despejado las concentraciones evaluadas en p+1, se tiene:

(20)

(23)

(24)

(21)

(25) (22)

Al terminar el proceso de transesterificación se puede notar que gran parte del alcohol etílico sigue presente, se recomienda realizar otros estudios donde se muestre la metodología para recuperar al máximo este alcohol

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Para que el sistema de ecuaciones de (19) a (25) converja, se debe dar un valor bien pequeño a Δt. Este procedimiento se puede realizar en Excel programando estas ecuaciones y tratando de que la concentración total Ct = CTG + CA + CDG + CMG + CGL + CBD + CAG permanezca constante durante todo el proceso de transesterificación. En este caso, el valor adecuado para Δt es 2s. Para determinar el valor de las concentraciones en p + 1, es necesario que se conozcan las condiciones iniciales, el valor de Δt y los valores de las constantes de reacción, los cuales se muestran en la Tabla 2 para 50°C. Las concentraciones obtenidas para cada uno de los componentes, aplicando las ecuaciones de (19) a (25), Mayo 2013

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Figura 7. Representación gráfica de la concentración versus el tiempo, para los diglicéridos

Figura 8. Representación gráfica de la concentración versus el tiempo, para los monoglicéridos

se grafican versus el tiempo, para el cual se ha utilizado una hoja de cálculo de Excel. Estas gráficas se muestran desde la Figura 5 hasta la Figura 9.

Resultados y discusión Las Figuras 1 y 2 muestran que las tres etapas del proceso de transesterificación son reacciones químicas en doble sentido, de manera que los componentes que intervienen en el proceso de transesterificación se generan y consumen a la vez. En la figura 5 es notorio que la concentración de los triglicéridos y el alcohol etílico disminuyen con el tiempo. Esto se debe a que estos componentes se consumen a una velocidad mayor a la que se generan, es decir, las curvas de concentración son decrecientes. Para el caso de la glicerina y los etil-ésteres, la concentración aumenta con el tiempo, debido a que se generan a una velocidad mayor a la que se consumen. Los diglicéridos y monoglicéridos se generan a una velocidad mayor a la que se consumen hasta un tiempo aproximadamente de 500 s (curvas de concentración crecientes), y después se consumen a una velocidad mayor a la que se generan (curvas de concentración decrecientes). Como los triglicéridos están compuestos por tres componentes, los diglicéridos, monoglicéridos y etil-ésteres también estarán compuestos por tres componentes, tal como se indica en las Figuras 6, 7, 8 y 9. Las curvas de concentración para la tripalmitina, trioleina y trilinoleina son decrecientes, es decir, estos componentes se consumen a una velocidad mayor a la que se generan. Las curvas de concentración para el etil-palmitato, etil-oleato y etil-linoleato son crecientes, es decir, estos componentes se generan en una velocidad mayor a la que se consumen. También se puede notar en las Figuras 5, 6, 7, 8 y 9 que el equilibrio químico se llega a los 3.000 s, aproximadamente.

Figura 9. Representación gráfica de la concentración versus el tiempo, para los etil-ésteres

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Estudio del proceso de transesterificación para la obtención de biodiésel

Tabla 2. Valores para las constantes de reacción a 50°C [3, 5, 6, 7]. Constantes de reacción

L/mol-min

k1

0,05

k2

0,11

k3

0,215

k4

1,228

k5

0,242

k6

0,007

Conclusiones Mediante el modelado fenomenológico se obtuvo la forma simplificada de la ecuación general de transferencia de masa para cada uno de los componentes del proceso de transesterificación en un reactor por lotes. Esto se puede ver desde las ecuaciones (4) a (10). Se aplicó el método de diferencias finitas, dando solución al sistema de ecuaciones diferenciales que representan el modelo fenomenológico del proceso de transesterificación, obteniéndose de esta forma las ecuaciones que relacionan la concentración versus el tiempo para cada uno de los componentes. Esto se puede ver desde las ecuaciones (19) a (25). Se representó gráficamente la concentración versus el tiempo para cada uno de los componentes que intervienen en el proceso de transesterificación. Esto se puede ver en las Figuras 5, 6, 7, 8 y 9. Al terminar el proceso de transesterificación se puede notar que gran parte del alcohol etílico sigue presente. Con respecto a ésto, se recomienda realizar otros estudios donde se muestre la metodología para recuperar al máximo este alcohol; de esta forma el biodiésel obtenido sería más puro. Referencias [1] Primer Seminario-Taller sobre Biocombustibles. Biodiésel-Bioetanol. BogotáColombia. (2007). [2] Díaz A, Sotolongo J. Estudio comparativo de la solución del sistema de ecuaciones diferenciales de la reacción de transesterificación mediante los métodos de discretización explícito e implícito. Universidad de Oriente. Centro de Aplicaciones Tecnológicas para el desarrollo sostenible. (2007). [3] Zapata C, et al. Producción de biodiésel a partir del aceite de palma: Diseño y simulación de procesos continuos. Universidad Pontificia-Bolivariana. MedellínColombia. (2006). [4] Gustav y Hees. Oleochemische Erzeugnisse. Seit 1897. Aceite de palma refinado. (2006). [5] Bird R, Stewart W E y Lightfoot E N. Transport Phenomena. John Wiley & Sons, Inc. Segunda edición. (1980). [6] Carrasco L. Transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa. Editorial San Marcos. Primera edición. (2005). [7] Fogler H S. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. Cuarta edición. (2008). [8] Spiegel M R. Ecuaciones diferenciales aplicadas. Editorial Prentice Hall. Primera edición. (1983) [9] Chapra C E, Canale R P. Métodos numéricos para ingeniería. Editorial Mc GrawHill. Cuarta edición. (2004). [10] Edwards C H, Penney D E. Ecuaciones diferenciales. Editorial Prentice Hall. Segunda edición. (2001). Agradecimientos Agradecemos a la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) - Facultad de Ingeniería Química y Textil (FIQT Lab Nº 11), y a la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana (UNAP) – Facultad de Ingeniería de Sistemas e Informática (FISI Laboratorio I de Informática), por el apoyo brindado a este proyecto

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IN

instrumentación

Nuevo procedimiento de ajuste de controladores PI y PID Para su acción como reguladores optimizando el criterio de error CEAIT Se presenta un nuevo algoritmo de ajuste de controladores PI y PID que optimizan su funcionamiento frente a perturbaciones, minimizando el valor del criterio de error CEAIT. Se ha trabajado sobre un modelo de proceso de primer orden con tiempo muerto, utilizando el procedimiento de doble normalización para cubrir de forma sistemática desde procesos con una gran constante de tiempo y pequeño tiempo muerto hasta el caso opuesto.

E. Barberà IQS School of Engineering, Universitat Ramon Llull, Barcelona

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Nuevo procedimiento de ajuste de controladores PI y PID

Un controlador PI o PID optimizado para su funcionamiento como servomecanismo, es decir, para conseguir que la variable controlada siga fielmente el valor del punto de consigna, no se comporta de forma óptima en la neutralización del efecto de las perturbaciones y viceversa. La solución clásica ha consistido en alcanzar un compromiso entre las dos situaciones, obteniendo controladores de comportamiento más o menos satisfactorio. La utilización de controladores inteligentes, ya sean ordenadores o controladores lógico-programables (PLC’s), permiten utilizar los valores de ajuste óptimos en los dos casos: cuando se detecta un cambio de punto de consigna se activa el ajuste correspondiente al comportamiento optimizado como servomecanismo, y al cabo de un cierto tiempo se vuelve a los valores optimizados para hacer frente a perturbaciones. Los buenos resultados alcanzados con el procedimiento de doble normalización (ganancia y tiempo) en el desarrollo de un procedimiento de ajuste de controladores, optimizando el criterio de error o índice de comportamiento CEAIT [1, 2], han aconsejado el empleo del mismo método de trabajo para deducir el procedimiento propuesto en la presente publicación.

Deducción del procedimiento de ajuste Todo proceso de primer orden con tiempo muerto se puede normalizar a la siguiente función de transferencia: exp (-qNs) G(s) = –––––––––––– tNs + 1

(1)

Figura 1. Diagrama de Simulink.

ción escalón unitario. Para ello se ha combinado un programa en Simulink, que evalúa el valor del criterio, con un programa desarrollado en Matlab que utiliza la función fminsearch, que va variando los valores de los parámetros del controlador hasta minimizar el valor del criterio (Figura 1). Se han ajustado expresiones para el cálculo de los parámetros P, I y D correspondientes al bloque controlador de Simulink. Estos parámetros se relacionan con los de la expresión clásica del controlador clásico de la siguiente manera: P=K K I = –––– Ti

(2)

D = KTd

Después de diversas alternativas se han conseguido los resultados expresados en la Figura 2.

Las expresiones matemáticas obtenidas para el controlador PI son: 0,8072 K = –––––––– - 0,5871 qN K Ti = –––––––––––––––––––––––– 0,3230K2 + 0,5109K + 0,5611

(3)

Para el controlador PID (Figura 3). 1,1050 K = ––––––– - 0,7647 qN K Ti = –––––––––––––––––––––––––– 0,3403K2 + 1,0461K + 0,3867 -0,3999qN + 0,4363 Td = ––––––––––––––––– K

(4)

Se puede apreciar una buena concordancia entre los valores obtenidos por optimización y los valores calculados con las expresiones presentadas, ex-

Figura 2. Valores de P y de I (óptimo y calculado) en función del tiempo muerto normalizado para controlador PI en función del tiempo muerto normalizado

La normalización de la ganancia se alcanza dividiendo la función de transferencia por el valor de la propia ganancia, y la normalización de los parámetros temporales dividiendo ambos, constante de tiempo y tiempo muerto, por su suma. Se han obtenido los valores que conducen a un mínimo valor del criterio CEAIT en la respuesta a una perturbaIndustria Química 59

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INSTRUMENTACIÓN

cepto en el caso del parámetro D, que presenta una mayor dispersión.

Comportamiento como regulador No basta obtener una buena concordancia entre los valores optimizados y los calculados: es fundamental comprobar que su aplicación conduce a valores del criterio CEAIT aproximadamente iguales. Con esta finalidad se ha utilizado el diagrama de Simulink de la Figura 1, introduciendo los valores calculados de P, I y D en el bloque PID. Los valores de CEAIT obtenidos son los expresados en la Figura 4. Se puede observar que, en el caso del controlador PI, los valores coinciden muy bien con la excepción del tiempo muerto normalizado final (θN = 0.95). Figura 3. Valores de P, I y D (óptimo y calculado) en función del tiempo muerto normalizado para controlador PID en función del tiempo muerto normalizado

En cambio, el controlador PID no produce una coincidencia de resultados tan notable, pero se puede considerar aceptable. Todas las correlaciones alternativas probadas han conducido a peores resultados.

Valores máximos de la variable controlada y de la variable manipulada Otros parámetros útiles para evaluar la bondad de un controlador son los valores máximos de la variable controlada y de la variable manipulada o señal reguladora. El primero proporciona la máxima desviación en el valor de la variable controlada respecto del valor de referencia o punto de consigna, siendo deseable que este valor sea el menor posible, puesto que la misión del controlador es mantener la variable controlada lo más próxima posible al valor deseado. Por otra parte, el valor máximo de la variable manipulada tiene relación con la dimensión del actuador; un actuador demasiado grande tendrá un coste ex-

Figura 4. CEAIT en función del tiempo muerto normalizado para controladores PI y PID obtenidos con las expresiones deducidas (nou_reg2) y los valores optimizados (reg_opt)

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cesivo y, por lo tanto, no es deseable desde el punto de vista económico (Figura 5).

Comparación con otros procedimientos de ajuste Se han comparado los resultados obtenidos con el presente procedimiento de ajuste con los alcanzados con los conocidos métodos de Ziegler y Nichols (1942) [6], Chien y col. (1952) [3], Cohen y Coon (1953) [4], López et al. (1967) [5] y Padma Sree et al. (2004) [7]. El método de Lopez et al. (1953) es el que conduce a los mejores resultados, proporcionando un muy buen comportamiento hasta un tiempo muerto normalizado de 0.5, tal como se puede apreciar en la Figura 6. Los procedimientos de Ziegler y Nichols (1942) y de Cohen y Coon (1953) conducen a resultados aceptables únicamente para valores muy pequeños de tiempo muerto. Ejemplos de aplicación Se han escogido dos procesos de pri-

Figura 5. Valores extremos de las variables controlada y manipulada en función del tiempo muerto normalizado para controladores PI y PID obtenidos con las expresiones deducidas

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INSTRUMENTACIÓN

mer orden con tiempo muerto: uno con constante de tiempo dominante y el otro con tiempo muerto dominante. Caso 1 1,5e-0,1s –––––––– 0,4s + 1

No basta obtener una buena concordancia entre los valores optimizados y los calculados: es fundamental comprobar que su aplicación conduce a valores del criterio CEAIT aproximadamente iguales

(5)

Se han diseñado reguladores PI y PID siguiendo el procedimiento indicado en el presente trabajo: Figura 7. Respuesta temporal frente a una entrada de perturbación escalón unitario

Controlador PI K = 2,30

Ti = 0,280

Controlador PID K = 3,17

Ti = 0,1820

Td = 0,0374

La respuesta a una entrada escalón unitario de perturbación queda expresada en la Figura 7.

Figura 6. CEAIT en función del tiempo muerto normalizado para controladores PI y PID obtenidos con las expresiones deducidas (este trabajo) y los obtenidos con el método de Lopez et al Figura 8. Respuesta temporal frente a una entrada de perturbación escalón unitario

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Nuevo procedimiento de ajuste de controladores PI y PID

Se puede comprobar el mejor comportamiento de los controladores PID frente a los PI. También se puede ver fácilmente que la presencia de un tiempo muerto considerable provoca un valor máximo y un tiempo de recuperación mucho mayor

Caso 2 1,5e-0,4s –––––––– 0,1s + 1

Controlador PI (6)

En este caso el tiempo muerto es mayor que la constante de tiempo, constituyendo lo que se podría calificar como un caso de control difícil. Se han diseñado reguladores PI y PID siguiendo el procedimiento indicado en el presente trabajo:

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K = 0,281

Ti = 0,253

Controlador PID K = 0,411

Ti = 0,266

Td = 0,0944

La respuesta a una entrada escalón unitario de perturbación es la expresada en la Figura 8. Comparando los resultados, se puede comprobar el mejor comporta-

miento de los controladores PID frente a los PI. También se puede ver fácilmente que la presencia de un tiempo muerto considerable provoca un valor máximo y un tiempo de recuperación mucho mayor. Bibliografía [1] Barberà, E. (2005), First order plus dead-time (FOPDT) processes: A new procedure for tuning PI and PID controllers, 10 Mediterranean Congress of Chemical Engineering, Barcelona, november 15-18 [2] Barberà, E. (2006), Procesos de primer orden con tiempo muerto (FOPDT): Un nuevo procedimiento para el ajuste de controladores PI y PID, Laboratorios y proveedores, (150), 53 [3] Chien, K.L., Hrones, J.A., Reswick, J.B. (1952), On the automatic control of generalized passive systems, ASME Transactions, 74, 175-185 [4] Cohen, Coon, G.A., (1953), Theoretical considerations of retarded control, ASME Transactions, 75, 827-834 [5] Lopez, A.M., Miller, J.A., Smith, C.L., Murrill, P.W., (1967), Tuning controllers with error-integral criteria, Instrumentation Technology, 57-62 [6] Ziegler; J.G, Nichols, N.B., (1942), Optimum settlings for automatic controllers, ASME Transactions, 64, 759-768 [7] Padma Sree, R., Srinivas, M.N., Chidambaram, M., (2004), A simple method of tuning PID controllers for stable and unstable FOPTD systems, Computers and Chemical Engineering, 28, 2201-2218

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EN

ENERGÍA

La producción de electricidad a partir del régimen especial El autoconsumo y balance neto no son suficientes Lejos queda el año 1996 en el que, sorpresivamente, el Gobierno de España decidió la creación de un Ministerio de Medioambiente, con unas competencias que en ese momento no estaban claras, y que, en su momento, causó una importante sorpresa entre la sociedad. Con posterioridad a este importante acontecimiento, en España se han aprobado muchas medidas gubernamentales cuyo fin era preservar el medio natural, y en esta línea han actuado todos los gobiernos a partir de este año. F. Blanco Silva Ingeniero industrial y Responsable de la Unidad de Energía y Sostenibilidad de la Universidad de Santiago de Compostela A. López Díaz Profesor de la Universidad Católica Santa Teresa de Jesús de Ávila

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Imagen: www.gavazzi-renovables.com

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La producción de electricidad a partir del régimen especial

En esta línea es especialmente importante la aprobación del Protocolo de Kioto en 1997, por el cual España, al igual que el resto de países desarrollados, se comprometió a la reducción de las emisiones de CO2 provocadas por el consumo abusivo de energía, y, en particular, a adoptar una política energética basada en tres ejes fundamentales: a) Reducción del consumo de energía útil. b) Mejora de la eficiencia energética y, por lo tanto, reducción de la energía primaria. c) Apuesta por las fuentes de energía con menor impacto ambiental (en particular la sustitución de los derivados petrolíferos por gas natural), con recursos propios (renovables) o de alto aprovechamiento energético (cogeneración, aprovechamiento de lodos de depuradoras, aprovechamiento de residuos sólidos urbanos…). El fomento de estas fuentes de energía (gas natural, renovables y alta eficiencia) se produce tanto para usos térmicos como eléctricos, aunque este artículo se centra en el segundo grupo. En el año 1997, coincidiendo con la aprobación del Protocolo, se aprueba en España la Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del Sector Eléctrico. Esta Ley recoge el marco jurídico fundamental del sector en España, y a partir de ella se van a desarrollar reales decretos, órdenes y jurisprudencia de menor rango con el fin de ordenar este sector. El fin principal de la Ley del Sector Eléctrico es la liberalización progresiva de la actividad eléctrica, para lo que establece la división entre seis actividades fundamentales: generación, transporte, distribución, comercialización, el operador del mercado y el operador del sistema. En el caso de la generación eléctrica se introduce la liberalización conforme cualquier promotor podría implantar una central eléctrica, sin ser necesario ser la empresa distribuidora de la zona. Otro aspecto fundamental de la Ley del Sector Eléctrico es que distingue entre el régimen especial y el régimen ordinario a la hora de promocionar las fuentes de energía menos contaminantes. La producción de electricidad en el régimen especial incluiría aquellas fuentes renovables (eólica, solar fotovoltaica, minihidráulica, biomasa, etc.), así como a otras de alto aprovechamiento energético (cogeneración, incineración de residuos sólidos urbanos, aprovechamiento de lodos de depuradoras, etc.), mientras que el régimen ordinario abarcaría las fuentes convencionales (térmicas, ciclo combinado, termonucleares, etc.). La producción de electricidad en el régimen especial tiene unos costes de generación superiores que usando las tecnologías del régimen ordinario, por lo que es necesario articular procedimientos para fomentar el primero, entre los que destacamos la preferencia de estas tecnologías a la hora de verter electricidad a la red (toda la electricidad producida por el régimen especial se inyecta al Sistema Eléctrico, mientras que la del régimen ordinario es bajo demanda) y la existencia de primas a la producción. La prima a la producción de energía eléctrica es una cantidad económica por cada kWh producido que cobran las instalaciones del régimen especial por encima de

Otro aspecto fundamental de la Ley del Sector Eléctrico es que distingue entre el régimen especial y el ordinario a la hora de promocionar las fuentes de energía menos contaminantes los precios del ordinario. Esto significa que el precio de un kWh producido mediante renovables, cogeneración, aprovechamiento de lodos de depuradoras, etc. es superior al precio de venta a la red de la energía producida mediante tecnologías convencionales. El precio de las primas se asigna para cada kWh en función de la tecnología y antigüedad de cada central, de manera que se asegure una rentabilidad razonable para las nuevas instalaciones. La Ley del Sector Eléctrico recoge la existencia de las primas, aunque existía una cierta inseguridad en el sector porque no se sabía durante cuánto tiempo durarían. El Real Decreto 436/2004, de 12 de marzo, por el que se establece la metodología para la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico de la actividad de producción eléctrica en el régimen especial, clarifica la situación porque garantiza una prima durante el periodo de vida útil de la instalación. Esta prima tiene un valor dependiente de la tecnología empleada que se mantendrá durante los primeros veinticinco años; y pasados estos se recortará en un 20% durante el resto del período de vida de la instalación. Desde la aprobación del Protocolo de Kioto, el incremento de las instalaciones que usan tecnologías pertenecientes al Régimen Especial ha sido espectacular en los países desarrollados, siendo España uno de los que han registrado mayor crecimiento, junto con Alemania o EE UU. Este incremento no es sólo cuantitativo -medido como potencia implantada o energía producida con estas fuentes-, sino también en todos los aspectos asociados como son la investigación, formación, internacionalización de empresas o fabricación de componentes en fábricas nacionales. Además de desarrollarse estos subsectores, hay otras ventajas sinérgicas, como la fijación de población en el rural, mejoras de las comunicaciones en zonas de difícil acceso y, en general, el incremento de empleos de alta cualificación en las fases de implantación de una central eléctrica: diseño,

La Ley del Sector Eléctrico recoge la existencia de las primas, aunque existía una cierta inseguridad en el sector porque no se sabía durante cuánto tiempo durarían

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ENERGÍA

fabricación de componentes, implantación y mantenimiento del mismo. En el caso de España, el crecimiento se produce fundamentalmente a partir de la consolidación de las primas (año 2004), aunque en enero de 2012 esta tendencia se frena el 28 de enero. Este día se aprobó el Real Decreto-Ley 1/2012, de 27 de enero, “por el que se procede a la suspensión de los procedimientos de preasignación de retribución y a la supresión de los incentivos económicos para nuevas instalaciones de producción de energía eléctrica a partir de cogeneración, fuentes de energía renovables y residuos”. Este Real Decreto ha sido una catastrófica noticia para el sector de las energías renovables en España. El Real Decreto cierra temporalmente la posibilidad de que las nuevas instalaciones se inscriban en el Registro de Preasignación, paso imprescindible para cobrar la prima por la venta de energía eléctrica a la red. A finales de 2012 se aprueba la Ley 15/2012, de 27 de diciembre, de Medidas Fiscales para la Sostenibilidad Energética. Esta Ley grava la producción de electricidad con un 7% sobre la facturación eléctrica, lo que supone que todas las centrales eléctricas que estaban produciendo electricidad (tanto del régimen especial como del régimen ordinario) ven recortados sus beneficios. El Real Decreto-Ley 1/2012 y la Ley 15/2012 suponen la paralización total del sector del Régimen Especial, y en particular el freno de la producción eléctrica a partir de las tecnologías renovables. Tal y como hemos citado previamente, estas fuentes precisan de apoyo económico en forma de primas para alcanzar la rentabilidad, y sin ellas es muy difícil que sean una inversión atractiva para el promotor. El Ministerio de Industria ha aducido que la aprobación del Real Decreto-Ley 1/2012 se debe al elevado coste anual de las primas: éstas estaban encareciendo el mix eléctrico y provocando un déficit tarifario inasumible. Es cierto que las primas suponen un encarecimiento de la energía eléctrica, aunque son imprescindibles para el desarrollo de estas tecnologías y lograr la independencia paulatina de los combustibles tradicionales. El Ministerio de Industria adujo que era necesario frenar el coste de las primas porque el déficit tarifario se acerca a 30.000 millones de euros. Esta afirmación es cierta, pero debe matizarse porque existen otros capítulos que también influyen (interrumpibilidad,

El Real Decreto-Ley 1/2012 y la Ley 15/2012 suponen la paralización total del sector del Régimen Especial, y en particular el freno de la producción eléctrica a partir de las tecnologías renovables

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Figura 1.

sobredimensionamiento de líneas, etc.). Y como muestra más clara está que en 2012, pese al cierre del registro de preasignación, el importe del déficit tarifario ha aumentado muy por encima de los objetivos marcados por el Ministerio. Las consecuencias de este Real Decreto han sido muy graves en el sector. La total paralización del mismo ha provocado Expedientes de Regulación de Empleo en empresas tan importantes como Gamesa o Isofotón, mientras que el único mercado importante es el exterior, con los costes de transporte desde España al país de destino. Consciente de la problemática que causó el Real Decreto Ley en el sector, el Ministerio de Industria hizo algunas insinuaciones para reabrir el Registro, pero un año después, y con todas las críticas del sector en su contra, parece poco probable. Las consecuencias de la Ley 15/2012 aún no se han trasladado al mercado, aunque en la práctica esta Ley supone una apuesta encubierta por las fuentes del régimen ordinario, al aplicarse para todas las tecnologías en igualdad de condiciones. Las grandes centrales eléctricas existentes en España tienen varias décadas de antigüedad (termonucleares, térmicas convencionales, etc.) y están ya amortizadas; las más recientes son las que usan tecnologías del régimen especial y ciclo combinado, y son las que todavía están en periodo de amortización, que se alargará al gravarse la producción de energía. Ante este oscuro panorama, para las renovables se abren dos posibilidades, que son el autoconsumo eléctrico y el balance neto, consistentes en la generación por parte de un consumidor para su propio uso (en principio están pensadas para empresas). El Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia, permite por primera vez la conexión de pequeñas instalaciones individuales a la red cuyo fin fuese el consumo propio, y en caso de ser la producción insuficiente se podría consumir de la red. Este tipo de generación está pensado para fuentes renovables con potencia máxima de 100 kW, que se eleva a 1.000 kW en el caso de la biomasa. Este Real Decreto supone la legislación básica nacional, aunque ésta debe ser completada por las comunidades autónomas (en legislación industrial las competencias son compartidas). Actualmente sólo Baleares, Castilla y León y Cataluña han aprobado normativa subsidiaria que completa al Real Mayo 2013

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La producción de electricidad a partir del régimen especial

Figura 2.

Decreto 1699/2011. El autoconsumo tiene su punto débil en que no permite el aprovechamiento de excedentes, es decir, que la generación debe ser siempre menor o igual a la potencia demandada (el dimensionamiento de una central para autoconsumo se debería hacer siempre por debajo del consumo mínimo demandado anualmente). La Figura 1 explica el autoconsumo. Vemos una demanda de potencia instantánea entre 450 kW y 1.400 kW; la potencia óptima a abastecer mediante el autoconsumo serían 450 kW; si nosotros colocásemos una potencia superior a los 450 kW, habría momentos en los que tendríamos exceso de potencia. El problema del excedente de energía se resolvería mediante el balance neto. Este procedimiento permitiría que el usuario entregara la energía excedentaria a la red, de manera que podría dimensionar la instalación en función de sus necesidades (no tendría que ser siempre por debajo de la potencia mínima demandada). No existe una regulación del Balance Neto (existe una propuesta de Real Decreto publicada en 2011 que no se llegó a aprobar), pero no está prevista la retribución energía, sino el intercambio entre el productor y la red eléctrica. Cuando el productor vierte un excedente a la red, tiene derecho a consumir una cantidad equivalente en el futuro. Está pendiente de concretar el intercambio de energía, porque el precio del kWh varía mucho en función de cuándo se consuma. Desde el punto de vista del productor (del titular de la instalación), es importante que pueda consumir energía “gratis” en horario laboral (por la noche, sábados, domingos y festivos, ésta es mucho más barata y no le interesaría). Para calcular la potencia máxima que podríamos abastecer mediante el Balance Neto debemos calcular toda la energía consumida (la suma de las demandas instantáneas), dividiéndola por el tiempo (es decir, el valor medio), que en este caso nos da 842 kW. En caso de instalar una potencia de 842 kW, seríamos “autosuficientes”, porque el saldo neto con la red sería nulo. En la práctica el valor a instalar es complejo de calcular, porque intervienen también los períodos de facturación horaria, aunque estará siempre por debajo de estos 842 kW (Figura 2). Consideramos que la regulación del balance neto y del autoconsumo son perspectivas interesantes para el sector,

pero totalmente insuficientes. Tiene una aplastante lógica que se fomente la producción en los centros de consumo, ya que de esta manera se evitarían las pérdidas, no sería necesario ampliar líneas de transporte y distribución y, además, el impacto ambiental de la producción recaerá directamente sobre los propios consumidores. A nivel económico, la principal ventaja de estas modalidades es que no deben competir en el precio de producción, sino en el de consumo por el abonado (del orden del doble), con lo que puntualmente podrían llegar a ser rentables. El precio de la energía eléctrica para una PYME puede estar en torno a los 13 céntimos de euro en horario de día, y unos 10 céntimos como valor medio a lo largo del año; en el caso de las instalaciones minieólicas, minihidráulicas, fotovoltaicas, cogeneración o de biomasa, se podrían conseguir precios de producción de este orden para ubicaciones muy privilegiadas, pero como norma general no es aplicable.

El problema del excedente de energía se resolvería mediante el balance neto. Este procedimiento permitiría que el usuario entregara la energía excedentaria a la red En función de estos datos, consideramos prioritario la recuperación de las primas como incentivo para el sector. Las primas a las renovables siguen siendo necesarias, ya que el balance neto y el autoconsumo limitan la rentabilidad a muy pocas instalaciones, y todo parece indicar que las renovables todavía no pueden competir en condiciones de igualdad con el régimen ordinario. A lo largo de los últimos años los precios de los combustibles convencionales (gas natural y petróleo) han aumentado de forma alarmante, mientras que la electricidad renovable es cada más barata. Y es de esperar que a largo plazo los precios se igualen. Pero mientras que no suceda esto, es necesario apoyar las renovables. Sin una política de primas, los esfuerzos en investigación serán menores y, por lo tanto, será más difícil recortar los precios de estas tecnologías. En un contexto de crisis económica, quizás no es posible recuperar los importes de antaño, aunque sí se debe establecer algún tipo de políticas de ayudas para seguir desarrollando las fuentes del Régimen Especial en España. Lo deseable sería un nuevo marco jurídico que de alguna manera renovara la existencia de primas, aunque da la impresión de que el Ministerio de Industria no es partidario. Se nos ofrece la posibilidad de desarrollar el régimen especial en las modalidades de balance neto y autoconsumo, de manera que evitamos pérdidas, sobredimensionar las redes de transporte y distribución y aplicamos el impacto ambiental sobre los propios consumidores. Industria Química 67

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IQ

INGENIERÍA QUÍMICA

Reacciones enzimáticas en reactor Batch Estudio comparativo de cálculos con Polymath Este trabajo intenta poner de manifiesto la sencillez de uso del software de cálculo matemático “Polymath” a situaciones complejas. Se pretende demostrar también que la forma de introducción de fórmulas de cálculo en la hoja correspondiente del software es muy similar a la utilizada al usar una hoja de papel cuando se trata de resolver un sistema de ecuaciones que representa el comportamiento de un proceso dado. Se priorizaron siempre los aspectos didácticos que se presentan. Además, los resultados fueron controlados adecuadamente. Para lograr esta finalidad se partió de temas ligados a la cinética enzimática en un reactor Batch, poniendo de relieve las bondades de los modelos cuasi estacionario y de Michaelis-Menten para estimar la cinética de reacciones enzimáticas, aspecto frecuentemente presente en la ciencia y tecnología de los alimentos. E. Cabrero y A. Menéndez Universidad Nacional de Lanús. Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Provincia de Buenos Aires. Argentina 68 Industria Química

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Reacciones enzimáticas en reactor Batch

En este trabajo se busca fundamentalmente transmitir al lector conocimientos sobre el uso del el software de cálculo Polymath, resolviendo problemas planteados por la cinética enzimática en la industria alimentaria.

Materiales y métodos La cinética enzimática estudia la velocidad de reacción catalizada por enzimas. La velocidad puede determinarse midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos. Para explicar la relación existente entre la velocidad de reacción y la concentración de sustrato (S), Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas. En la primera se forma el complejo enzima-sustrato (ES), y en la segunda el complejo da lugar a la formación del producto (P) y a la liberación de la enzima (E). La reacción se esquematiza: k3 k1 E + S ↔ ES ↔ E + P k2

k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas. Fijando las velocidades de reacción v1, v2 y v3 según las siguientes expresiones: v1 = k1ES v2 = k2ES v3 = k3ES

Por consiguiente v1 = v2 + v3 v = v3 = k3ES = cte

entonces: k1S ET - k1S ES = k2ES + k3 ES ETS ES = ––––––––– Km + S

siendo: k2 + k1 Km = ––––––––– = KM (constante de k1 Michaelis-Menten)

En estado estacionario:

La hipótesis de Michaelis-Menten asume equilibrio para la primera etapa de la reacción (v1 = v2) k1S ET - k1S ES = k2 ES k1S ET ETS ETS ES = –––––––– = –––––––– = ––––––– k2 KM + S k2 + k1S ––– + S k1

siendo: k2 KM = ––––––– k1

En el estado estacionario la velocidad de formación de producto es:

k3ETS v = v3 = k3ES = ––––––––– KM + S

k3ETS v = v3 = k3ES = –––––––– KM + S

dP dS k3ETS ––– = v = v3 = - –––– = ––––––––– dt dt KM + S

A concentraciones pequeñas (S << KM) v = [(k3 ET/KM) S]. Como los términos entre paréntesis son constantes, los mismos pueden englobarse en una nueva constante, k, de forma que la expresión queda reducida a: v = k S, es decir, que la reacción es un proceso cinético de primer orden.

Integrando entre S = S0 para t = 0 y s = S pata t = t: S0 tk3ET = KM ln ––– + (S0 + S) S

Figura 1. Ecuaciones utilizadas para la solución rigurosa, los modelos de estado cuasi estacionario y los de Michaelis- Menten.

Siendo: E: concentración molar de la enzima. S: concentración molar de sustrato ES: concentración molar del complejo enzima-sustrato P: concentración de producto Se conoce que la concentración de enzima total (ET) es igual a la concentración de la enzima libre, más la concentración de la enzima acomplejada, es decir: ET = E + ES E = ET - ES

Entonces: v1 = k1S.ET – k1S. ES

La hipótesis del estado cuasi-estacionario establece que ES sea pequeña y constante, es decir (dES/dt=0). Industria Química 69

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INGENIERÍA QUÍMICA

Figura 2. Datos parciales de los resultados obtenidos en la resolución del sistema de ecuaciones de la Figura 1

A concentraciones de sustrato elevadas (S >> KM), v = k3 ET. Ello significa que la velocidad de reacción es independiente de la concentración de sustrato. Por lo tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero. Además, k3 y ET son constantes, y ello nos permite definir un nuevo parámetro que es la velocidad máxima de la reacción (Vmax): Vmax = k3 ET

que es la velocidad máxima que se alcanzaría cuando toda la enzima disponible se encuentra unida al sustrato. Si introducimos el parámetro Vmax en la ecuación general de la velocidad, se obtiene la expresión más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten Figura 3. Reporte de los valores calculados para cada variable del sistema de ecuaciones

VmaxS v = –––––––– KM + S

En esta ecuación se puede apreciar que cuando S = KM , el valor de v será la mitad de la velocidad máxima de reacción. Se hace notar que hay enzimas que no obedecen la ecuación de MichaelisMenten. Se dice entonces que su cinética no es michaeliana. En síntesis, se buscará validar los modelos de estado cuasi estacionario y de Michaelis-Menten, controlando los resultados obtenidos con las obtenidas por la solución rigurosa de las ecuaciones diferenciales planteadas para resolver las reacciones enzimáticas en las dos etapas planteadas por Michaelis y Menten. Para ello se efectuarán los cálculos de los diferentes parámetros para los tres modelos a partir de los siguientes datos: S0 = 1 M, ET = 1.10-3 M, k1 = 2.103 1/M.h, k2 = 3.105 h-1, y k3 = 1.104 hr-1. Posteriormente se calculará el tiempo necesario para alcanzar el 99% de conversión de sustrato en producto con los tres métodos, y se compararan los resultados con el obtenido mediante el uso de la solución analítica del modelo de estado cuasi estacionario. Finalmente, se calculará el valor de la velocidad máxima sabiendo que ella 70 Industria Química

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INGENIERÍA QUÍMICA

ocurre cuando S es mucho mayor que KM.

Resultados y discusión En la Figura 1 se muestran las ecuaciones diferenciales y los datos de cálculo utilizados para efectuar las estimaciones citadas, mostrándose las utilizadas ya sea para el cálculo riguroso, para el modelo de estado cuasi-estacionario y, finalmente, las del modelo de Michaelis-Menten. También se pueden observar las utilizadas para llevar a cabo el cálculo analítico del tiempo de reacción necesario para obtener una conversión del 99% del sustrato. Se puede apreciar el valor de Kc = (k2 + k3)/k1 para el modelo de estado cuasi estacionario con respecto al modelo de Michelis-Menten donde Km = k2/ k1. Observar también que se ha utilizado la sentencia “if...then...else...” para detener el incremento del tiempo de reacción para cada modelo cuando fue alcanzada la concentración deseada de sustrato. La variable tiempo, t, y el tiempo necesario para que ocurra el 99% de conversión, t99, son idénticos hasta que el sustrato alcanza el 1% de su valor inicial. Luego se fija la derivada de t99 en cero, para así retener el valor para el 99% de conversión, al mismo tiempo que el tiempo, t, continúa. Se muestra, además, que hay similitud entre la forma de escribir las ecuaciones en Polymath y el llenado de una hoja manuscrita. Si se antepone el símbolo #, se posibilita escribir cualquier indicación o aclaración sobre la planilla de fórmulas sin producir ninguna modificación de las mismas. En la Figura 2 se observa en forma tabulada parte de los resultados del sistema de ecuaciones planteadas en la Figura 1. En realidad, la tabla tiene una mayor extensión porque el tiempo de reacción estimado fue de 80 horas (solo se ve hasta 21.77854 horas). Por la misma razón, tampoco están visibles algunas variables con sus correspondientes valores. En la Figura 3 se pueden observar que las concentraciones del complejo enzima-sustrato para los tres modelos (cál72 Industria Química

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Figura 4. Información adicional del cálculo

Figura 5. Tiempos requeridos para la conversión del 99% del sustrato

Figura 6. Concentración de sustrato y producto en función del tiempo

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Reacciones enzimáticas en reactor Batch

Figura 7. Concentración del complejo enzima-sustrato en función del tiempo

culo riguroso, estado cuasi estacionario y Michaelis-Menten) son muy bajas. En el cálculo riguroso la concentración inicial del complejo es igual a cero y termina en 3,723 10-8 M, pasando por un máximo de 5,743 10-6 M. Los valores iniciales para los modelos de estado cuasi estacionario y de Michaelis-Menten son 6,41 10-6 M y 6,623 10-6 M, respectivamente, y finalizan en valores del orden de 10-8 M. Se puede apreciar que no se cumple la hipótesis dES/dt = 0 del estado cuasi estacionario, ya que para que esto ocurra debe ser S >>> KM. Los tiempos calculados por Polymath para alcanzar el 99% de conversión del sustrato para cada unos de los modelos y para la solución analítica fueron: - Cálculo riguroso: 71,47948 horas - Modelo estado cuasi estacionario: 71,47914 horas - M odelo M ichaelis-M enten: 69,17655 horas - Solución analítica (estado cuasi estacionario): 71,47914 horas Se puede apreciar gran similitud entre los resultados del cálculo riguroso y los correspondientes al modelo de estado cuasi estacionario -inclusive para este último-, entre los valores obtenidos por métodos numéricos y los calculados mediante la fórmula de la solución analítica. El menor valor obtenido para el modelo de Michaelis-Menten se debe al menor valor de K (Km = 150 M < Kc = 155 M).

Finalmente, en el reporte se puede ver que la velocidad máxima de conversión de sustrato es de 10 M/h. En la Figura 4 se observan información adicional del informe del cálculo. Ellos son un listado de las ecuaciones diferenciales y explícitas utilizadas, el número total de ecuaciones, el método de solución de las ecuaciones diferenciales y otra relacionada. También la tolerancia al error. En la Figura 5 se muestra el tiempo necesario para que el sustrato se convierta en un 99%, calculado ya sea en forma rigurosa como también con los modelos de aproximación de estado cuasi estacionario y de MichaelisMenten, donde se puede apreciar gran similitud en los resultados obtenidos. También se encuentra indicada en la figura la velocidad máxima de conversión del sustrato. En la Figura 6 se encuentran graficadas las concentraciones de sustrato y de producto en función del tiempo, calculados con la resolución de las ecuaciones diferenciales y con los modelos mencionados. Como se puede apreciar, no hay gran discrepancia entre los resultados obtenidos, pudiéndose observar de todos modos una mayor velocidad de conversión de sustrato en el caso del modelo de MichaelisMenten. En la Figura 7 se puede observar las concentraciones del complejo enzima-sustrato para los tres modelos

Se puede apreciar que el software de cálculo Polymath es una herramienta de suma utilidad para resolver sistemas de ecuaciones relativamente complejas. El tiempo utilizado en la resolución es corto y la forma del llenado del sistema de ecuaciones a la hoja de cálculo sumamente sencilla

(cálculo riguroso, estado cuasi estacionario y Michaelis-Menten), en donde se observan valores muy pequeños. En el cálculo riguroso, la concentración inicial del complejo es igual a cero y finaliza en valores del orden de 10-8 M, pasando por un máximo del orden de 10-6 M. Los valores iniciales para los modelos de estado cuasi estacionario y de Michaelis-Menten son diferentes a cero, y ello acuerda con las hipótesis de los mismos. Se puede apreciar que no se cumple la hipótesis dES/dt = 0 del estado cuasi estacionario, ya que para que esto ocurra debe ser S >>> KM. En este trabajo el máximo valor de S es 1 M y el valor de KM = (k2 + k3)/ k1 es 155 M.

Conclusiones Se puede apreciar que el software de cálculo Polymath es una herramienta de suma utilidad para resolver sistemas de ecuaciones relativamente complejas. El tiempo utilizado en la resolución es corto y la forma del llenado del sistema de ecuaciones a la hoja de cálculo sumamente sencilla. Bibliografía [1] Cutlip M., Sacham M. (2010), Problem Solving in Chemical and Biochemical Engineering with Polymath, Excel and Matlab, Prentice Hall International Series. Second Edition., NYC. [2] Farina M., Ferreti J., Barreto C. (2001), Introducción al diseño de reactores químicos. Volumen I, Ed. Nueva Librería, Buenos Aires. [3] Fogler S. (2002) Elementos de ingeniería de las reacciones químicas, Prentice Hall, México. [4] Levenspiel F. (2000) Ingeniería de las reacciones químicas, Editorial Reverté, 1999.

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mantenimiento

Sistema de gestión de mantenimiento en una universidad venezolana Basado en un cuadro de mando integral y TPM Se presenta una propuesta de sistema de gestión de mantenimiento para una universidad venezolana. La metodología empleada para formalizar la propuesta está basada en el cuadro de mando integral (CMI) de Kaplan y Norton(2000), sustentada ésta en los resultados del diagnóstico y la guía de la filosofía de Mantenimiento Productivo Total (TPM) para la formulación de estrategias. Este sistema permite enlazar todos los aspectos financieros, de procesos, del cliente y de los recursos humanos, para direccionarlos al logro de una mayor confiabilidad, disponibilidad de la planta física y bajos costes de mantenimiento. Las estrategias recomendadas van fundamentalmente al logro de financiamiento de la gestión y la construcción de fortalezas con base en la planificación de las actividades y generación de proyectos.

M. Ortiz, L. Rodriguez, G. Guacarán, Mª G. Goitía 74 Industria Química

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Sistema de gestión de mantenimiento en una universidad venezolana

Las universidades venezolanas, como instituciones públicas, tienen un reto mucho mayor en lo que se refiere al mantenimiento de sus instalaciones para el desarrollo de las actividades académicas, de investigación, administrativas, deportivas y culturales. Su presupuesto depende del Gobierno Nacional y, por lo general, es un presupuesto reconducido, precario y cada vez más insuficiente. Aún así, éstas deben poseer una metodología para gestionarlo que garantice la confiabilidad y disponibilidad del sistema, la mantenibilidad de la planta física y la factibilidad con bajos costos. En este trabajo, mediante un diagnóstico general a través de la Norma Covenin 2500-93, se pudo constatar que, además de las restricciones presupuestarias presentes, no existe un modelo de gestión de mantenimiento basada en estrategias eficaces, planificación, normas, procedimientos, etc.

Situación encontrada En la Figura 1 se describe el procedimiento que se realiza en la actualidad para la ejecución de un trabajo de manteni-

Tabla 1. Resumen de resultados obtenidos de la aplicación de la norma COVENIN 2500 – 93 Área I. Organización de la Empresa

Puntuación obtenida sobre adecuacion (%) 86,66

II. Organización de Mantenimiento

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III. Planificación de Mantenimiento

61,5

IV. Mantenimiento Rutinario

64,8

V. Mantenimiento Programado

54

VII. Mantenimiento Correctivo

62

VIII. Mantenimiento Preventivo

42

IX. Mantenimiento por Avería

58

X. Personal de Mantenimiento

67,5

XI. Apoyo Logística

70

XII. Recursos

72

Figura 1. Diagrama de flujo para la solicitud de un servicio de mantenimiento

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MANTenimiento

Tabla 2. Objetivos, estrategias e indicadores para la gestión de mantenimiento Temas Estratégicos

Objetivos Estratégicos

Estrategias

Indicadores

Perspectiva Financiera

Crear nuevas fuentes de ingreso.

• Gestionar recursos a través de proyectos LOCTI-Universidad para la ejecución del plan de mantenimiento. • Gestionar convenios con empresas privadas y del Estado con el fin de obtener recursos para la ejecución del plan de mantenimiento.

Ingresos por gestión interna.

Aumentar la eficiencia de la organización de mantenimiento.

Reducir los costes de mantenimiento.

Costes de mantenimiento.

Productividad

Perspectiva del Cliente

Excelencia Operativa

Incrementar el grado de satisfacción del cliente (comunidad universitaria) con respecto al servicio de mantenimiento.

• Brindar un servicio de calidad total; es decir, excelente mantenimiento a los equipos y excelente relación con los clientes. • Minimizar el tiempo de repuesta para la atención de una falla.

• Porcentaje de servicios cumplidos. • Fallas atendidas. • Tiempo para atender avería.

Perspectiva de Proceso Interno

Excelencia Operativa

Responsabilidad Social

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Maximizar la vida útil de los objetos sujetos a mantenimiento.

• Planificar, programar e implementar eficientemente los mantenimientos rutinario, correctivos y de averías con base en los pilares del TPM. • Controlar y evaluar la información generada de las actividades de mantenimiento aplicando la ingeniería de mantenimiento con el fin de introducir mejoras en el plan de mantenimiento. • Estandarizar el funcionamiento de los objetos sujetos a mantenimiento.

• Eficiencia de la planificación. • Tiempo planificado. • Mantenimiento programado. • Mantenimiento rutinario. • Mantenimiento correctivo.

Maximizar la eficiencia de los objetos sujetos a mantenimiento.

• Reducción de las averías a cero. • Mantener la confiabilidad de los objetos sujetos a mantenimiento por encima de 95%. • Aumentar la disponibilidad de los objetos sujetos a mantenimientos.

• Eficiencia global del equipo. • Confiabilidad. • Disponibilidad

Incrementar la disponibilidad de los instrumentos y herramientas utilizados para ejecutar las actividades de mantenimiento.

Actualizar el inventario de herramientas, instrumentos y equipos conforme a la demanda originada de las órdenes de trabajo.

Disponibilidad de herramientas.

Incrementar la disponibilidad de los materiales y repuestos utilizados para ejecutar las actividades de mantenimiento.

Determinar qué repuestos son críticos y de mayor uso en las labores de mantenimiento, con el fin de distribuir y asignar recursos de manera oportuna y económica.

• Renglones faltantes. • Requisición de material y repuestos.

Incrementar la seguridad de las labores de mantenimiento.

Crear un programa de seguridad dependiendo de las actividades de mantenimiento que se realizan.

Índice de frecuencia de accidente.

Minimizar el impacto ambiental.

Disposición adecuada de todos los desechos que se generan en las actividades de mantenimiento, a fin cumplir con las normas ambientales internacionales.

Índice de tiempo medio de permanencia de residuos en planta

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Sistema de gestión de mantenimiento en una universidad venezolana

Tabla 2. Objetivos, estrategias e indicadores para la gestión de mantenimiento (cont.) Temas Estratégicos

Objetivos Estratégicos

Estrategias

Indicadores

Perspectiva de Aprendizaje y Crecimiento.

Clima para la Acción

Incrementar la satisfacción del personal.

• Aplicar incentivos no convencionales. • Crear formas de reconocimientos de desempeño profesional. • Implementar formas de reconocimientos de eventos personales.

• Índice de satisfacción del personal.

Desarrollo de Competencias Claves.

• Detección de necesidades de adiestramiento. • Evaluaciones de desempeño.

• Índice de desempeño.

Impulsar el crecimiento y aprendizaje personal y profesional.

• Crear programas permanentes de formación profesional que permitan al personal mejorar sus capacidades y habilidades con respecto a las actividades de mantenimiento. • Crear programas de formación personal que conlleve a una mejora en la actitud del personal de mantenimiento • Motivar al personal de la CSG a iniciar y culminar sus estudios de primaria, secundaria y superior.

• Número de cursos que han realizado por empleado. • Índice de capacitación básica por empleado. • Número de personas que están estudiando.

Incrementar el acceso a la información estratégica.

• Gestionar convenios con organismos especializados en el área de mantenimiento, para obtener información actualizada de los últimos avances en mantenimiento de infraestructuras, sistemas y equipos.

• Número de convenios claves.

Maximizar el uso de herramientas tecnológicas.

• Actualizar los equipos y sistemas de información (software y hardware) a fin de llevar un eficiente control de las actividades de mantenimiento.

• Índice de madurez tecnológica.

Competencias

Tecnología

miento, lo que demuestra lo básico de las actividades de la unidad de mantenimiento. Basados en la norma de calidad venezolana Covenin 2500-93 como instrumento de diagnóstico, y a través de un detallado análisis y calificación cuantitativa porcentual, en base a cada una de las funciones características de la organización en estudio, se determinaron los factores críticos del sistema de mantenimiento actual, los cuales consolidarán la generación de estrategias efectivas. Como lo indica la Tabla 1, la organización de la empresa fue el tópico que mejor fue evaluada por el personal que trabaja en la institución, obteniendo un 87% dentro de la escala COVENIN 2500-93; mientras que el mantenimiento preventivo, con un 42%, fue el valor porcentual más bajo obtenido en la evaluación, en vista de que éste es prácticamente inexistente. Analizando el procedimiento de la unidad de mantenimiento en conjunto con estos resultados, podemos concluir que no existe una cultura de mantenimiento dentro de esta unidad, que el mantenimiento que se ejecuta es reactivo, y que el personal no tiene la prepara-

ción para renovar la gestión y generar resultados plausibles. En base a estos resultados, se formularán iniciativas que renovarán los resultados del mantenimiento.

Nuevo concepto de la gestión de mantenimiento para la universidad Cuando una organización como la evaluada no posee cultura de mantenimiento orientada a la prevención, se hace necesario establecer un sistema que permita la medición de los resultados y su concordancia con las metas trazadas. Según Kaplan y Norton (op. cit), el Cuadro de Mando Integral(CMI) permite a las empresas enfocar y alinear sus equipos directivos, unidades de negocio, recursos humanos, medios tecnológicos de la información, y también sus recursos financieros, con la estrategia de la organización. En este sentido, se selecciona este modelo como eje del sistema propuesto. Sin embargo, un CMI sin la orientación a la excelencia de alguna de las filosofías de mantenimiento no acortaría la distancia rápidamente entre la situación actual y la deseada. Es por esto que se selecciona el mantenimiento Industria Química 77

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MANTenimiento

total productivo como base para producir estrategias en todas las direcciones de los siete pilares de esta filosofía que forjen la renovación de la organización.

Modelo gerencial propuesto Como ya se ha dicho, el modelo gerencial de mantenimiento que se propone para la coordinación de servicios generales de la universidad se fundamenta en la metodología del Cuadro de Mando Integral (CMI), creado por Norton y Kaplan (op.cit). Se establecen los objetivos y estrategias desde el punto de vista de cuatro perspectivas. Para la formulación de las estrategias y sus indicadores de gestión se usó como hilo conductor, a lo largo del proceso, la filosofía del Mantenimiento Productivo Total, para apuntar hacia un modelo que genere la dinámica de cambio ineludible. Retos de la organización de mantenimiento La coordinación de servicios generales no posee definida su misión, visión o valores, y, por ende, la sección de mantenimiento tampoco la posee. Esta misión debe estar alineada con la misión de la universidad. Coherente con la misión de la universidad, la declaración de la misión de la sección de mantenimiento de la coordinación de servicios generales establecida por los investigadores es la siguiente: Proporcionar, bajo la filosofía del mantenimiento productivo total, un excelente servicio de mantenimiento a todos los sistemas, equipos e infraestructura de la universidad, mediante una planificación, programación, ejecución y control de todas sus actividades, con un recurso humano altamente competitivo y calificado para prestar un servicio de calidad, además de tecnología actualizada, satisfaciendo oportunamente las necesidades y expectativas de nuestros clientes internos en cuanto a altos índices de disponibilidad y confiabilidad de los sistemas y equipos. De la misma forma, en lo que respecta a seguridad y ambiente, a través de un personal motivado, en permanente crecimiento profesional, y con sentido de pertenencia hacia la universidad, cumpliendo, de esta manera, con las expectativas de la universidad en cuanto al manejo racional de los recursos. La visión o apreciación idealizada de lo que se espera de sección de mantenimiento de la coordinación de servicios generales es: Ser una organización de mantenimiento productiva con un alto sentido de pertenencia hacia la universidad, con recurso humano profesional altamente calificado y comprometido con los objetivos estratégicos de la organización que conlleva a servir, destinado a satisfacer los requerimientos de nuestros clientes internos, ofreciéndoles excelencia y calidad de nuestros servicios mediante la medición permanente de nuestro desempeño a través de índices de gestión. A partir de lo anteriormente señalado, se redactaron los valores organizacionales de la sección de mantenimiento de la coordinación de servicios generales, con el fin de alcanzar los objetivos de la perspectiva de aprendizaje y crecimiento. 78 Industria Química

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Los valores se indican a continuación: excelencia, lealtad, equidad, integridad, confianza, trabajo en equipo. Para cumplir con la misión propuesta de la coordinación de servicios generales, se proponen para la organización de mantenimiento los objetivos estratégicos enmarcados en las cuatros perspectivas del cuadro de mando integral, y alineados con la misión. En la Tabla 2 se muestran los objetivos, estrategias e indicadores propuestos para la coordinación de servicios generales. Estos objetivos también permiten dirigir los recursos materiales y humano eficientemente, para así obtener como resultado un mantenimiento que garantice alta disponibilidad de los objetos de mantenimiento, calidad y seguridad de las actividades de mantenimiento y motivación de todo su personal.

Conclusiones • El diagnóstico de la situación actual de mantenimiento realizado indica que la organización está mayormente afectada por un bajo cumplimiento de los procesos de planificación, programación, implementación, control y evaluación de los mantenimientos rutinarios, preventivos, correctivos y por averías. Estos resultados están alineados con la poca cultura de mantenimiento presente, y desmotivados por la falta de presupuesto adecuado. • La posibilidad de gestionar los resultados con eficiencia, así como la eficacia de las actividades de planificación, control y evaluación de los mantenimientos rutinarios, preventivos, correctivos y por averías, están afectadas principalmente por la falta de registros de fallas, los cuales permitan realizar estudios estadísticos y cálculo de indicadores que sirvan para la retroalimentación del sistema de mantenimiento. • La aplicación de la filosofía de Mantenimiento Productivo Total (TPM) y el cuadro de mando integral en conjunto le permitirá a la coordinación de servicios generales, además de un sistema de medición de sus operaciones, un direccionamiento para ofrecer un servicio de alta calidad a la universidad y la construcción de equipo de trabajo de alto rendimiento. Bibliografía [1] Duffuaa,S.; Raouf, A y Dixon, J. Sistemas de Mantenimiento Planeación y Control. México: Editorial Limusa (2002). [2] Francés, A. Estrategia Para la Empresa en América Latina. Caracas: Ediciones IESA (2005). [3] García, O. El Mantenimiento Productivo Total y su Aplicabilidad Industrial. Segundo Congreso Internacional de Ingeniería de Mantenimiento. Colombia (2000). [4] Hodson, W Manual del Ingeniero Industrial (4ª ed.). México: Editorial Mc Graw Hill (1997). [5] Kaplan, R y Norton, D. Cómo Utilizar el Cuadro de Mando Integral. España: Ediciones Gestión 2000 (2000). [6] Milano, T. Planificación y Gestión del Mantenimiento Industrial. Un Enfoque Estratégico y Operativo. Venezuela: Editorial Panapo (2005). [7] Olve, N; Pietri, C y Roy, J. El Cuadro de Mando en Acción, Equilibrando Estrategia y Control. España: Ediciones Deusto (2004). [8] Prando, R. Manual de Gestión de Mantenimiento. San Salvador: Editorial Piedra Santa (1996). [9] Rampersad, H. Cuadro de Mando Integral Personal y Corporativo. España: Mc Graw Hill (2003). [10] Serna, H. Gerencia Estratégica (9ª ed.). Bogotá: Panamericana Editorial Ltda – 3R editores (2006). [11] Zambrano, S y Leal, S. Manual Práctico de Gestión de Mantenimiento. Táchira, Venezuela: Fondo Editorial UNET (2006). Mayo 2013

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Industria Química Normas de publicación para autores La revista INDUSTRIA QUÍMICA editada por INFOEDITA COMUNICACIÓN PROFESIONAL, S.L. publica trabajos técnicos originales, sobre todas las áreas relacionadas con la industria de procesos: producción de gas y petróleo, refino y petroquímica, química, cemento, papel y celulosa, etc.; así como de instrumentación y control, selección de equipos, tratamiento de residuos, aguas, mantenimiento y seguridad. Los trabajos enviados bajo la firma de más de un autor serán revisados asumiendo que todos los autores están de acuerdo con el texto enviado y que el manuscrito final ha sido aprobado por todos los firmantes tácita o explícitamente. Los trabajos que sean aceptados para publicación no podrán ser reproducidos en ningún otro medio o en otro idioma sin el consentimiento expreso de INFOEDITA COMUNICACIÓN PROFESIONAL, S.L. Los artículos deberán escribirse preferentemente en español, aunque excepcionalmente se aceptarán también trabajos en inglés.

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• Segunda página: en la que debe incluirse: - Un resumen abreviado, en un único párrafo (máximo 50 palabras), en el que el autor introduzca al lector en el tema que posteriormente desarrollará en el artículo. - Palabras clave (máximo seis, que no estén incluidas en el título), para indexación. • Páginas sucesivas: en las que debe incluirse el trabajo de publicación siguiendo los siguientes apartados: - Introducción. - Material y métodos (procedimientos experimentales). - Resultados y discusión. - Conclusiones (opcional, ya que pueden incluirse en la discusión). - Agradecimientos (si procede). - Dos frases destacadas de 25 palabras como máximo. - Lista de abreviaturas: las abreviaturas y su significado deben consignarse en el mismo orden en el que se mencionan en el artículo. - Tablas de datos: cada tabla debe ir en una página por separado con un pie de tabla aclaratorio del contenido. Todas las tablas deben estar numeradas con números arábigos y estar citadas en el texto del trabajo. - Figuras: cada figura (gráficos, esquemas o fotografía con una resolución de 300 puntos por pulgada) deberá incluirse en una página por separado, numeradas con números arábigos y citadas en el texto del trabajo. - Página de leyendas de las figuras. - Bibliografía: todas las referencias bibliográficas incluidas en este apartado deben ir citadas en el texto numeradas entre corchetes. Ejemplos de citas en el texto: [1], [ 6-8 ], [1, 5]. Las referencias bibliográficas deberán consignarse numeradas y por orden de aparición siguiendo la estructura de estos ejemplos: 1. Apellidos, Inicial., Apellidos, Inicial., …, AÑO. “Título del trabajo completo en el idioma original de publicación”. Abreviatura de la revista, Vol (nº), pág inicio - pág final. 2. Apellidos, Inicial., Apellidos, Inicial., …, AÑO, “Título del libro”, Edición, Editorial, Ciudad. 3. Apellidos, Inicial. y Apellidos, Inicial., AÑO, “Título del capítulo del libro”. En: Editor, Edición, Título del libro, Volumen, Editorial, Ciudad, páginas. Ejemplos de referencias bibliográficas: 1. Crowe, L.M., Crowe, J.H., Womersley, C., Reid, D., Appel, L., Rudolph, A., 1986. “Prevention of fusion and leakage in freeze-dried liposomes by carbohydrates. Biochim”. Biophys. Acta, 861, 131-140. 2. Deppeler, H.P., 1981. Hydrochlorothiazide. En: Florey, K. (Ed.), “Analytical Profiles of Drug Substances”, Vol. 10, Academic Press, New York, pp. 405-441.

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MANTENIMIENTO

Ayuda a la gestión de las inspecciones industriales mediante el uso del software Gestor de Inspecciones Todos los sistemas, componentes y estructuras, en función de su diseño, construcción y condiciones ambientales y de operación, se ven afectados, en diferente grado, por alguna forma de degradación y envejecimiento. Esto hace que la vida operativa de los equipos sea, por lo tanto, muy diferente de unos a otros. El deterioro debido al envejecimiento sufrido por los principales componentes se controla y mitiga mediante la implantación de planes de inspección y de gestión de vida, garantizando que se mantienen los mismos niveles de seguridad y de calidad en la operación. J. Azcue, J. C. Vaquero y P. L. Rojo Tecnatom

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Ayuda a la gestión de las inspecciones industriales mediante el uso del software Gestor de Inspecciones

El objetivo fundamental de las actividades de inspección es garantizar la integridad física y estructural de los sistemas y componentes de las instalaciones industriales. Para ello se deben estudiar las áreas más críticas, los fenómenos degradatorios que les pueden afectar y las técnicas de vigilancia que nos permitan determinar la existencia de degradaciones y su extensión. Por tanto, la implantación de un plan de inspección implica la elaboración de un Manual de Inspección, la realización de los ensayos no destructivos y pruebas recogidos en éste y la evaluación de los resultados. Además, para gestionar los planes de inspección basados en el propio manual, es necesario contar con herramientas de apoyo para poder realizar un seguimiento correcto del plan de inspección de la planta, permitiendo evaluar los resultados y actualizar el plan en base a estos. Desde el punto de vista de gestión de recursos, el hecho de poder registrar de forma exacta el alcance y los resultados de una inspección permite establecer un criterio comparativo con respecto a otras opciones de inspección que permitan tener un criterio correcto sobre la optimización económico/técnico de una inspección. Para gestionar de forma óptima los resultados de las inspecciones y realizar un seguimiento adecuado de la evolución del estado de los componentes de la planta es necesario almacenar la información relativa a las inspecciones de planta en una base de datos que permita el acceso rápido a los datos disponibles. De esta manera, la optimización de recursos es inmediata y la capacidad de análisis para la gestión de los mismos se puede llevar a cabo de una forma fácil y directa. Para realizar estas funciones, Tecnatom ha desarrollado el software “Gestor de Inspecciones”. Esta herramienta permite el almacenamiento y seguimiento de los resultados de la totalidad de las inspecciones y ensayos realizados en los componentes de una planta industrial. Gracias a esto y debido a la flexibilidad para adaptarse a diferentes soluciones según el tipo de planta y el tipo de normativa aplicable, la convierte en una herramienta capaz de ser integrada en una amplia variedad de plantas industriales. El objetivo principal de la herramienta es poder gestio-

nar las inspecciones realizadas en plantas industriales. En la actualidad las exigencias normativistas en materia de inspección son cambiantes y singulares para cada instalación según el país donde se encuentre. Por ello, la herramienta, desde su primera versión en la década de los 90, ha ido evolucionando teniendo en cuenta las necesidades detectadas por los clientes durante su uso en las inspecciones de planta. Una de las primeras necesidades que se detectaron fue la necesidad de poder identificar fácilmente las áreas de inspección. Para ello se decidió incorporar los planos de planta junto con la representación gráfica del área a inspeccionar. De la misma forma, se incorporó el Manual de Inspección, con dos objetivos: primero, disponer del alcance de las inspecciones en cuanto a áreas a inspeccionar, técnicas a utilizar, alcance, frecuencia, etc., y, por otro, poder actualizar fácilmente, desde el Gestor de Inspecciones, el Manual de Inspección, y convertir a éste en una herramienta viva y permanentemente puesta al día, con la última información disponible de mecanismos de degradación, técnicas de inspección aplicables, etc. De esta manera, las plantas que utilizan el Gestor de Inspecciones mantienen permanentemente actualizado el Manual de Inspecciones. Otras de sus cualidades es la posibilidad de programar las áreas a inspeccionar, directamente desde el Manual de Inspección, así como desde los planos. De esta forma se realiza la programación de una forma más intuitiva. Además, al disponer del manual de inspección junto con los planos, le permite a la planta poder acceder fácilmente a toda la información necesaria para realizar un correcto mantenimiento de la planta.

Capacidades de la herramienta La herramienta permite gestionar el plan de inspecciones, ensayos y pruebas de las plantas, así como los resultados obtenidos durante las revisiones de cualquier tipo de instalación industrial. Utilizando como ejemplo una planta petroquímica y una refinería, el gestor de inspecciones, de manera general, incluye en el alcance áreas de componentes como: • Calderas.

Figura 1. Manual de Inspección

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MANTENIMIENTO

Figura 2. Formatos de Inspección

• Intercambiadores de calor. • Torres de destilación • Tanques (horizontales y verticales) y depósitos. • Reactores, separadores y estabilizadores • Condensador • Turbinas • Tuberías, etc. La herramienta posee las siguientes capacidades: • Manual de Inspección de planta: Permite consultar los planos de inspección, junto con las áreas de inspección representadas, permitiendo de manera sencilla su actualización, con lo que se consigue disponer de un Manual de Inspección “vivo”, que se actualiza según evolucionan los componentes de la planta (Figura 1). • Áreas de Inspección: En base al Manual de Inspección, se desglosan todos los puntos susceptibles de ser inspec-

Figura 3. Previsión de vida remanente

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cionados en la planta, junto con la información asociada en cuanto a técnicas de inspección, materiales, diámetros, espesores, etc. • Siguiendo el Manual de Inspección, es posible planificar de manera sencilla las inspecciones de planta elaborando el plan de inspección para cada revisión. • Generación de informe de alcance para el proceso de licitación. Una vez programada la inspección, se puede generar el informe de alcance que incluirá el alcance exacto de los trabajos a realizar por los posibles licitantes de la inspección. Esto conlleva la eliminación de las posibles desviaciones en los presupuestos de inspección que aparecen durante la ejecución de los trabajos por parte de las empresas contratadas para el proceso. • La herramienta dispone de los formatos de inspección a los cuales es posible adjuntar los planos para identificar las áreas a inspeccionar. Estos formatos se generan en Excel, por lo que no es necesario tener acceso a la herramienta para poder rellenarlos. Esto facilita a la planta la gestión de las inspecciones, dado que no es necesario que la empresa que las realice conozca el funcionamiento de la aplicación (Figura 2). • La carga de los resultados se realiza de forma automática desde las hojas de trabajo generadas en formato Excel. Esto tiene la ventaja de que no es necesario que la empresa que realice las inspecciones disponga del gestor, dado que los formatos se pueden rellenar sin necesidad de acceder a la herramienta. Además, el volcado de los resultados a la base de datos se realiza de forma automática: sólo es necesario seleccionar las hojas de trabajo y realizar la carga desde la pantalla de carga de resultados. • Visualización de resultados: Una vez cargados en la herramienta, el usuario puede realizar diferentes consultas para obtener la información de los resultados cargados. Esta consulta se puede realizar de manera global por cada área de inspección, o filtrando por resultados negativos, de manera que se muestren sólo las áreas que han tenido resultados no aceptables. • La capacidad para la optimización de recursos, gracias a la gestión y la visualización de informes, permitiendo de esta manera utilizar un criterio comparativo entre distintas inspecciones realizadas en distintas plantas. • Sustituciones y Reparaciones: En base al listado de elementos con resultados no aceptables, se selecciona qué áreas han de ser reparadas o sustituidas. De esta manera se genera un informe con las acciones a realizar. Una vez realizadas estas acciones, se actualiza el sistema. • Evaluación del estado y vida de los componentes. La herramienta dispone de un módulo de cálculo de vida remante. Una vez se disponga del resultado de varias inspecciones, se puede realizar el cálculo de vida remanente de los equipos inspeccionados (Figura 3). • Módulo de gráficos e informes. El gestor incorpora un módulo para poder generar gráficos sobre el estado de los componentes, de manera que sea sencillo seguir la evoluMayo 2013

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Ayuda a la gestiรณn de las inspecciones industriales mediante el uso del software Gestor de Inspecciones

ciรณn de los componentes. Asimismo, se han incorporado a la herramienta diferentes modelos de informes para poder listar la informaciรณn almacenada en el gestor (Figura 4). โ€ข Planificaciรณn y optimizaciรณn del alcance de futuras revisiones. La informaciรณn disponible en el Gestor de Inspecciones permite realizar con extrema facilidad los planes de inspecciรณn de las siguientes revisiones de la planta. Para ello, la pantalla de programaciรณn incluye toda la informaciรณn necesaria para planificar futuras inspecciones, teniendo en cuenta todo el histรณrico de inspecciones realizadas hasta la fecha en la planta (Figura 5).

Funcionamiento de la herramienta Inicialmente, en base al manual de inspecciรณn, se realiza la codificaciรณn de las รกreas susceptibles de ser inspeccionadas. Se incluye ademรกs informaciรณn adicional del punto de inspecciรณn como materiales, diรกmetros, espesores, categorรญa REP, etc. Se describe a continuaciรณn el funcionameinto de la aplicaciรณn: 1. En primer lugar se procede a realizar la programaciรณn de los puntos a inspeccionar, basรกndose en la informaciรณn del Manual de Inspecciรณn y en los resultados de ensayos no destructivos e inspecciones previas, habitualmente disponibles en la propia aplicaciรณn en el historial de cada รกrea seleccionada. 2. Una vez programadas las รกreas a inspeccionar, se generan las hojas de trabajo en formato Excel, que posteriormente se entregarรกn a los inspectores para que estos, a su vez, las cumplimenten con los resultados obtenidos en la inspecciรณn. 3. Las hojas de trabajo cumplimentadas por el personal de inspecciรณn se devuelven a planta para volcar los datos en el Gestor. 4. La herramienta permite realizar la carga de las hojas de trabajo en la base de datos del Gestor de Inspecciones de forma automรกtica. 5. Una vez almacenados los datos, ademรกs de permitir generar informes y grรกficos de las รกreas inspeccionadas y sus resultados, permiten un anรกlisis mรกs detallado de รฉstos, incluyendo la posibilidad de realizar cรกlculos de vida consumida y remanente de los componentes analizados.

Figura 4. Mรณdulo de grรกficos

Figura 5. Programaciรณn de revisiones

Figura 6. Funcionamiento del Gestor de Inspecciones

En el siguiente grรกfico (Figura 6) se muestra el funcionamiento de la aplicaciรณn.

Ventajas del uso de la herramienta Gracias al uso del Gestor de Inspecciones, las plantas industriales obtienen las siguientes mejoras en la gestiรณn de las inspecciones: โ€ข Manual de Inspecciones

- Se dispone del Manual de Inspecciones en formato online, lo que permite su actualizaciรณn fรกcilmente por el personal de mantenimiento de planta. Industria Quรญmica 83

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MANTENIMIENTO

Es necesario poder disponer de herramientas que permitan acceder fácilmente a los datos históricos de la planta para saber en cada momento el estado de cada uno de sus componentes y equipos críticos

• Preparación de la inspección

- Consulta de áreas de inspección, así como la información asociada a las mismas. - Programación de las áreas de inspección. - Emisión de listados de áreas y sus respectivas técnicas de inspección necesarios para pedir las correspondientes ofertas. • Desarrollo de la inspección

- Generación de hojas de trabajo, planos, etc. Centralización de la documentación. - Carga de resultados automática. - Evaluación de los resultados de la inspección. - Seguimiento del desarrollo de la inspección mediante el control de las hojas de trabajo emitidas y las pendientes de cargar. • Gestión de vida remanente

- Cálculo de vida a través de resultados de inspección. • Gestión de recursos

- Proporciona a los usuarios de mantenimiento y a los gestores de la planta información actualizada sobre el estado de los componentes de la instalación de manera fácil y rápida a través del módulo de gráficos e informes. - Aplicando criterios comparativos entre distintas inspecciones, e incluso entre distintas plantas, se puede optimizar el alcance, las técnicas, los recursos y los tiempos empleados en el proceso de inspección. - Reducción de costes en la inspección. Al tener el alcance de la inspección completamente delimitado antes de iniciar el proceso de licitación, se eliminan las posibles desviaciones durante la propia inspección por parte de la empresa contratada. Además, todas las empresas licitantes sabrán con completa exactitud los componentes involucrados en la inspección, junto con las áreas a inspeccionar en cada uno, así como las técnicas a emplear, por lo que las empresas licitantes podrán afinar mucho más sus presupuestos a la hora de ofertar. - Reducción de los tiempos de parada. Una correcta delimitación en el alcance de la inspección supone una correcta delimitación en los tiempos de ejecución de los trabajos, por lo que será más sencillo saber cuánto tiempo se tardará en la ejecución de los trabajos y, por consiguiente, el tiempo total de parada. 84 Industria Química

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- Documentación: Permite diponer de información necesaria y útil para el desarrollo de los trabajos de mantenimiento de la planta: Manual de Inspección, planos, fotos, características de las áreas, documentación asociada, etc.

Conclusiones La optimización de las actividades de mantenimiento durante las paradas comienza por una adecuada planificación de las revisiones, de forma que se realicen los planes de inspección de acuerdo a la información actualizada de planta, tanto con el Manual de Inspección como con los resultados obtenidos en revisiones previas. Debido a la tendencia actual y futura de alargamiento de vida de las instalaciones industriales, con márgenes de operación cada vez más optimizados, es necesario poder disponer de herramientas que permitan acceder fácilmente a los datos históricos de la planta para saber en cada momento el estado de cada uno de sus componentes y equipos críticos, necesarios para poder realizar estudios exhaustivos sobre la vida consumida de cada uno de ellos. Estos estudios requieren conocer toda la información posible del equipo: datos de diseño, fabricación, operación, mantenimiento, etc. Entre esta información destacan los resultados de las inspecciones realizadas a lo largo de la vida de la planta, que permiten analizar el comportamiento histórico, así como poder prever su comportamiento futuro. Basándose en esta información, es posible, por parte de los responsables de la planta, decidir qué componentes pueden seguir operando sin necesidad de sufrir cambios, y cuáles de ellos han de ser reparados o sustituidos para poder garantizar la explotación futura de la planta. El uso de una herramienta de Gestión de Inspecciones, con capacidades de cálculo de vida residual, permite realizar el seguimiento del plan de inspección de la planta, evaluando los resultados obtenidos, así como, en base a éstos, actualizar los planes de inspección de la planta. La actualización de los planes de inspección permitirá un ahorro de costes en los procesos de inspección, dado que permitirá conocer en cada momento el estado de los componentes, las necesidades de inspección, los tiempos de parada óptimos y el coste real de la misma. Posibles usos del Gestor de Inspecciones: - Base de datos de resultados de inspección. - Ayuda a la gestión de las inspecciones de planta. - Planificación de los trabajos. - Seguimiento y control de las inspecciones legales. - Formación del personal de mantenimiento. Manual de Inspecciones. - Planos de equipos. - Análisis de resultados. - Posibilidad de conectarse con otros sistemas para intercambio de información. - Seguimiento de las inspecciones de planta. Mayo 2013

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i Directorio A ACCESORIOS PARA TUBERÍAS ACOPlAmIEnTOS RáPIdOS ACTUAdORES ElÉCTRICOS ACTUAdORES nEUmáTICOS ACUmUlAdORES HIdROnEUmáTICOS dE VEJIGA AGITACIÓn AGITAdORES Y mEZClAdORES AlEACIOnES dE nIQUEl AnTICORROSIVAS AnAlIZAdORES AnAlIZAdORES PARA AGUAS

B BáSCUlAS dOSIFICAdORAS BOmBAS BOmBAS AlTERnATIVAS BOmBAS dE BIdÓn BOmBAS dE CAñA BOmBAS dE dESPlAZAmIEnTO POSITIVO BOmBAS dE dOBlE dIAFRAGmA ACCIOnAdAS POR AIRE BOmBAS dE dOBlE dIAFRAGmA ElÉCTRICAS BOmBAS dE PROCESO AnTICORROSIVAS BOmBAS dE VACÍO BOmBAS dOSIFICAdORAS BOmBAS mAGnÉTICAS BOQUIllAS PUlVERIZAdORAS BRAZOS dE CARGA

C CAldERAS dE ACEITE TÉRmICO CAldERAS dE VAPOR CAldERAS IndUSTRIAlES CAldERERÍA CAldERERÍA AnTICORROSIVA CAldERERÍA dE PláSTICOS AnTICORROSIVOS CAmBIAdORES dE CAlOR CAUCHOS ESPECIAlES CARBÓn ACTIVO CEnTRIFUGAdORAS CIERRES dE SEGURIdAd PARA RECIPIEnTES mÓVIlES dE GASES CIERRES mECánICOS Y EmPAQUETAdURAS COlUmnAS COmPEnSAdORES dE dIlATACIÓn COmPRESORES COnTEnEdORES dE ACERO InOXIdABlE CORROSIÓn Y PROTECCIÓn CRIBAS

d dECAnTAdORES dECAnTAdORES PARA TRATAmIEnTO dE

AGUA dEPÓSITOS dEPURACIÓn dE GASES dETECTORES dE GAS dIÓXIdO dE ClORO dISCOS dE RUPTURA dISEñO, InGEnIERÍA Y COnSTRUCCIÓn dISEñO Y FABRICACIÓn dE EQUIPOS A PRESIÓn dOSIFICACIÓn

E EnSACAdO EVAPORAdORES Y COnCEnTRAdORES

F FABRICAnTE dE CAldERERÍA FIlTRACIÓn FIlTROS FIlTROS nUCHA FInAlES dE CARRERA

G-H HOmOGEnEIZAdORES

P PAVImEnTOS PESAJE IndUSTRIAl PIlAS Y FREGAdEROS AnTICORROSIVOS PláSTICOS AnTICORROSIVOS PROTECCIÓn CATÓdICA PROTECCIÓn COnTRA InCEndIOS

Q-R QUEmAdORES IndUSTRIAlES REACTORES RECUBRImIEnTOS ESPECIAlES REGUlACIÓn Y COnTROl RElÉS dE PROTECCIÓn

S SECAdORES SECAdORES EnFRIAdORES SIlOS Y TOlVAS SOlUCIOnES dE GESTIÓn SOPlAnTES

I

T

InCInERAdORES IndUSTRIAlES InGEnIERÍA InGEnIERÍA Y PROCESOS InSTAlACIOnES AnTICORROSIVAS InSTRUmEnTACIÓn InTERCAmBIAdORES dE CAlOR

TORRES dE REFRIGERACIÓn TRACEAdO ElÉCTRICO TRAnSPORTE dE SÓlIdOS TRAnSPORTE nEUmáTICO TRATAmIEnTO dE AGUAS TRATAmIEnTO dE RESIdUOS IndUSTRIAlES TUBERÍA AnTICORROSIÓn TUBERÍA dE ACERO TUBERÍAS TUBERÍAS, ACCESORIOS PARA TUBERÍAS dE FUndICIÓn TUBOS FlEXIBlES

J JUnTAS dE ESTAnQUIdAd

l lImPIEZA QUÍmICA Y SOPlAdOS IndUSTRIAlES lImPIEZA Y mAnTEnImIEnTO IndUSTRIAl

m mAQUInARIA E InSTAlACIOnES mATERIAl dE lABORATORIO mEdICIÓn Y COnTROl dE FlUIdOS mEdICIÓn Y COnTROl dE TEmPERATURA mEmBRAnAS mEZClAdORES mICROnIZAdORES mOBIlIARIO dE lABORATORIO

V VálVUlAS VálVUlAS AnTICORROSIVAS VálVUlAS dE ACERO VálVUlAS dE COnTROl VálVUlAS dE mAnGUITO VálVUlAS dE REGUlACIÓn VálVUlAS dE SEGURIdAd VálVUlAS SAnITARIAS VEnTIlAdORES VEnTIlAdORES AnTICORROSIVOS

Industria Química 85

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Mayo 2013

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DIRECTORIO

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MAYO

LA INDUSTRIA DEL REFINO, GAS, MANTENIMIENTO. INSTRUMENTACIÓN J Gestión de mantenimiento J Instrumentación y control J Petróleo y el gas J Combustión/quemadores/antorchas/incineradoras J Calderas J Biocombustibles

JUNIO

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ESPECIAL MEDIOAMBIENTE

EXPOBIOENERGÍA

J Tratamiento de aguas J Tratamiento de residuos J Tratamiento de lodos J Regeneración de suelos J Contaminación atmosférica J Equipamientos de depuración J Gestión medioambiental J Plantas desaladoras

JULIO-AGOSTO

INGENIERÍAS Y PROYECTOS ESPAÑOLES EN EL EXTERIOR J Sociedades de ingeniería J Exportación de bienes de equipo J Proyectos en el exterior

SEPTIEMBRE

asistenciaferias

MAQPAPER

LA INDUSTRIA DEL PAPEL Y LA CELULOSA. BIOMASA J Recuperación y reutilización J Tratamiento de aguas J Contaminación J Mantenimiento: SUPLEMENTO INGENIERÍA Y GESTIÓN DE MANTENIMIENTO

OCTUBRE

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS J Avances en control de procesos J Bombas centrífugas J Directorio de bombas J Software de plantas de proceso J Refrigeración

NOVIEMBRE

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DICIEMBRE

Equipos y plantas de proceso

J Química fina J Pinturas y recubrimientos J Detergentes J Tratamiento de superficies J Corrosión J Control de calidad Equipos y plantas de proceso

Equipos y plantas de proceso

LA OTRA INDUSTRIA QUÍMICA

LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO Y PETROQUÍMICA J Extracción y producción J Transporte y almacenamiento de productos petrolíferos J Seguridad en ambientes explosivos J Bienes de equipo J Planta de lubricantes de última generación

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I Índice de Anunciantes Equipos y plantas de proceso

Empresa

página

ABEL EQUIPOS............................................................................................................................. Equipos y plantas de proceso

27

BÜRKERT......................................................................................................................................

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COMERCIAL RAFER......................................................................................................................

19

COMEVAL....................................................................................................................................

31

CRAMIX....................................................................................................................................... Equipos y plantas de proceso

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EMERSON....................................................................................................................................

1

GENEBRE.....................................................................................................................................

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IBERFLUID....................................................................................................................................

3

IBERTECNIC..................................................................................................................................

45

KITZ CORPORATION.....................................................................................................................

51

LAGON RUBBER...........................................................................................................................

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LINK INDUSTRIAL.........................................................................................................................

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PEIRO...........................................................................................................................................

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PEPPERL + FUCHS........................................................................................................................

Contraportada

PLASTIFER....................................................................................................................................

35

RUSSEL FINEX..............................................................................................................................

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SODIMATE IBÉRICA......................................................................................................................

63

SOLIDS SYSTEMS TECHNIK...........................................................................................................

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STC...............................................................................................................................................

Portada

STERLING FLUID...........................................................................................................................

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TECNATOM..................................................................................................................................

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TÉCNICA DE FLUIDOS..................................................................................................................

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Industria Química 111

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Pr贸ximamente...

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Industria Química Mayo 2013  

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