Automatización en Procesos Químicos Industriales

Proceso de Incineración de los Residuos Sólidos

Proceso de incineración

La incineración es un proceso de disposición última y aplicable a aquellos residuos que por sus características presenten ventajas comparativas frente a otros procesos de disposición final como, por ejemplo, los rellenos de seguridad. La incineración se desarrolla a temperaturas elevadas, tratándose de un procedimiento de destrucción térmica, que en presencia de oxígeno los residuos son convertidos en gases y cenizas.

Este tipo de tratamiento sirve a determinados propósitos: destrucción de residuos acompañada de una significante reducción de la masa y el volumen de los mismos, generación de energía e incorporación de materiales a productos industriales.

a) Etapas del proceso de incineración de residuos sólidos.

Etapas en la incineración de los residuos sólidos

La incineración puede subdividirse en tres fases principales:

Pre-tratamiento / alimentación;
Incineración;
Control de contaminación.

1. Pre-tratamiento/alimentación

Los residuos sólidos pueden ser manipulados a granel. En primer lugar son colocados en fosos de almacenamiento intermedios por los camiones recolectores. Luego, se transfieren para la incineración por medio de un cucharón de cuatro gajos que se desplaza sobre puentes rodantes, como muestra la Figura

2. Incineración

Para cumplir con los patrones de control de emisiones atmosféricas, la incineración debe constar de dos fases: combustión primaria y combustión secundaria.

- Combustión primaria

En esta fase, que dura de 30 a 120 minutos a una temperatura de 500 a 800°C, ocurren el secado, el calentamiento, la liberación de sustancias volátiles y la transformación del residuo remanente en cenizas. Allí se genera el material particulado, que es básicamente la humareda oscura producida en una quema no controlada. Las partículas menores son las más perjudiciales al ser humano. Al final, la masa de cenizas ya no se reduce más, quedando: carbono no quemado, compuestos minerales de alto punto de vaporización y la mayoría de los metales.

- Combustión secundaria

Los gases, vapores y material articulado, liberados en la combustión primaria, son soplados o succionados hacia la cámara de combustión secundaria o post-combustión, hacia donde permanecen alrededor de dos segundos expuestos a 1.000°C o más. En estas condiciones ocurre la destrucción de las sustancias volátiles y parte de las partículas. Los principales factores que influyen en la destrucción de los residuos en esta fase son:

- Temperatura

- Tiempo

- Turbulencia

- Exceso de aire

3. Control de contaminación

El control de las emisiones se puede hacer a través de:

- Control de combustión

El proyecto, construcción, operación y mantenimiento adecuados son un aspecto fundamental en el control de las emisiones. El monitoreo y el control continuos, tanto computarizados, como manuales, son sumamente importantes como «buenas prácticas de combustión».

- Control de material particulado

Los filtros maga son diseñados con largas bolsas hechas con tejido resistente al calor que capturan partículas finas. El polvo y las partículas son recolectados y dispuestos. Los precipitadores electrostáticos tratan las emisiones con la aplicación de un voltaje en las partículas que entran, cargándolas negativamente. Las partículas, entonces, son quitadas en placas cargadas positivamente. Usan campos electrostáticos múltiples para recolectar el máximo de material particulado.

- Control del gas ácido

Las unidades de control de gas ácido más comunes son las llamadas scrubbers. Scrubbers de cal seguidos por filtros manga son considerados la mejor tecnología de control de gas.

b) Videos (o animaciones) sobre los mismos.

c) Ilustración de proyectos exitosos donde se automaticen los procesos.

Un estudio presentado por (Orlando & Roger Fabian, 2014) sobre Automatización del proceso de incineración de residuos peligrosos en la Empresa SANDESOL S.A. E.S.P presenta la problemática. En busca de los siguientes objetivos: Revisión del proceso y los requerimientos de operación para el proceso de incineración de residuos, establecer la instrumentación, dispositivos de control y elementos de montaje requeridos para la aplicación, instalación y puesta en marcha de los dispositivos de control e instrumentación, realizar la programación del autómata para el correcto funcionamiento de la planta de incineración de residuos sólidos, documentar el proyecto para evidenciar y dejar registro del proceso de automatización de una planta de residuos, para futuras investigaciones. Conocido el proceso y basado en las necesidades específicas de esta planta cabe resaltar que las condiciones de operación en la práctica no alcanza los puntos de consigna de temperatura con el combustible inicial, el suministro de gas natural no es suficiente para alcanzar una temperatura de 1200 grados Celsius en la recamara de postcombustión, por lo tanto fue necesario implementar una rutina de precalentamiento que facilite la ignición y posterior combustión del gas natural en la recamara superior y solo superado un umbral de 500 grados Celsius se hace necesario el ingreso de desechos para obtener un mayor calor y por ende un incremento de la temperatura hasta las condiciones iniciales. Este hecho provoca una quema incontrolada de residuos por un lapso menor a 3 horas. Por lo tanto la planta no cuenta con la capacidad de alcanzar las condiciones iniciales por si sola.

El sistema no cuenta con un proceso de enfriamiento en las recamaras, el ingreso de material contaminado es constante por tanto este material se convierte en combustible luego de su quemado y ese efecto provoca un aumento paulatino de la energía al interior, el modelo eléctrico por medio de electroválvulas puede impedir el ingreso de gas al sistema sin embargo no cuenta con un mecanismo de reducción de temperatura así que el ingreso incontrolado de desechos provocara un sobrepaso de temperatura en la respuesta con respecto al punto de consigna inicial y por tanta afectara la estabilidad del sistema.

El ahorro económico implementando un modelo proporcional es considerable, la regulación de la velocidad de los motores así como su arranque por medio de variadores de frecuencia constituyen una reducción en la energía gastada por la planta con respecto al uso de los motores trabajando a frecuencia nominal, del mismo modo la incorporación de válvulas proporcionales generan una mayor garantía en la estabilidad de la planta y reducción en el consumo de gas natural.

Fuente:

https://prezi.com/dsc2o92yzrdd/automatización-del-proceso-de-incineración-de-residuos-pelig/

d) Enlaces (links) a otras páginas con informaciones relacionadas.

Proceso de producción de la Cerveza

La cerveza es una bebida alcohólica muy antigua, desarrollada por los pueblos de los imperios mesopotámicos y por los egipcios, resultado de fermentar los cereales germinados en agua, en presencia de levadura.

El proceso de Elaboración de Cerveza consta de tres etapas claramente definidas, que son Cocimiento, Fermentación y Reposo las cuales dependen exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia Prima.

a) Proceso de Producción

Cocción: En el cocedor, se mezclan la sémola de maíz y una porción de cebada malteada con agua, formando una solución homogénea. Esta solución es calentada gradualmente hasta temperatura de ebullición permitiendo que las enzimas presentes produzcan la licuefacción de los almidones de la sémola de maíz y de la cebada malteada.
Maceración: En el macerador la cebada malteada es mezclada con agua formándose una masa uniforme. Luego es recibido el contenido del cocedor y a temperatura controlada y por la acción de las enzimas de la cebada malteada, los almidones presentes en la cebada malteada y la sémola de may son transformados en azucares fermentables.
Filtración: En el filtro, el mosto es clarificado, separándolo del resto de los granos, y transferido a la olla de ebullición. El resto sólido de los granos conocido como afrecho se colecta y se vende como alimento para ganado.
Ebullición del mosto: En la olla, el mosto filtrado es llevado al punto de ebullición, para luego añadirle el lúpulo que le dará aroma y sabor, y azúcar para aumentar la concentración de azucares fermentables en el mosto.
Enfriamiento del mosto: En el tanque de mosto caliente, son separados del líquido los residuos sólidos que aún permanecen en el mosto. Durante el enfriamiento, la temperatura del mosto es reducida para que de esta forma la levadura que es agregada a la salida del enfriador junto con el aire estéril efectúe la fermentación en condiciones óptimas.
Fermentación y maduración: Durante el proceso de fermentación, la levadura transforma los azucares presentes en el mosto en alcohol, dióxido de carbono y un gran número de compuestos aromáticos adicionales que le proporcionan parte del aroma característico a cada cerveza. Luego, la cerveza “verde” es madurada a temperaturas por debajo de 0° C durante varios días.
Filtración: Finalizado el proceso de reposo y maduración, en el filtro se eliminan las últimas partículas y células de levadura todavía presentes, estabilizando así la cerveza y dándole su brillantez característica.
Desempacadora: La máquina desempacadora retira las botellas de las cajas y las coloca en las cadenas transportadoras que las llevan a la lavadora.
Lavadora: En la lavadora, las botellas se limpian y se higienizan. Al salir, las botellas se dirigen hacia el inspector electrónico, equipo que asegura que están aptas para ser llenadas.
Llenadora: Una vez las botellas están lavadas, y posterior al chequeo por parte del inspector electrónico, las mismas llegan a la llenadora donde entran en contacto con la cerveza. Cuando las botellas están llenas de cerveza son inmediatamente tapadas en la coronadora.
Pasteurizador: Las botellas llenas de cerveza, entran entonces al pasteurizador de túnel, con el objetivo de asegurar la total estabilidad del producto vía un tratamiento térmico adecuado.
Etiquetadora: Después del pasteurizador, las botellas pasan a la etiquetadora, donde se le colocan las etiquetas y la fecha de consumo para asegurar la frescura del producto.
Empaquetadora: Las botellas ya etiquetadas son transportadas a la máquina empacadora, en esta operación las botellas son introducidas en las cajas.

Fuente: http://www.cnd.com.do/a/s/anim_process.swf

b) Videos (o animaciones) sobre los mismos.

https://www.youtube.com/watch?v=YKfMr8M4Uc8

https://www.youtube.com/watch?v=ShuGvCtTMO4

https://www.youtube.com/watch?v=wD-ikzVjHmM

c) Ilustración de proyectos exitosos donde se automaticen los procesos.

“Automatización de una Columna de Destilación”

Los ingeniero (Espinoza Amaro & Pérez Álvarez , 2009) en su proyecto “Automatización de una Columna de Destilación” proponen el diseño, construcción e implementación de módulos electrónicos de acondicionamiento para las señales de los sensores de una planta piloto. La planta piloto cuenta con 12 sensores de temperatura (RTD pt100), sensores de presión, de nivel y de flujo; como actuadores se tienen dos electroválvulas, dos resistencias de calentamiento, dos bombas (alimentación y vacío), regulador de flujo y de presión. Esta instrumentación está conectada a dos controladores Digitric 500, los cuales ya incluyen acondicionadores para los RTDs, recepción y generación de señales de 4 a 20 mA, relevadores internos y regulación Proporcional-Integral-Derivativa (PID).