Automatización de Mezclado de Gasolina

La Refinería Managua Esso Standard Oil S.A. (MANREF) utiliza un sistema de mezclado de gasolinas Premium y Regular principalmente manual. Este sistema, a pesar de contar con operadores experimentados, presenta un alto nivel de dificultad y es propenso a errores humanos. Las variaciones en los flujos de mezcla y los cambios de presión provocan inconsistencias en los parámetros de calidad cruciales, como el número de octanos (RON) y la presión de vapor (RVP). Estas desviaciones de las especificaciones llevan a la producción de gasolinas fuera de norma, generando lo que se conoce como "regalos de calidad", ya sea por un exceso o defecto en la adición de componentes. Estas situaciones no deseadas para la compañía conllevan la necesidad de reprocesar el producto fuera de especificación, lo que implica un incremento en el consumo de energía, pérdida de producto, y retrasos en la certificación para su venta. Adicionalmente, los retrasos en la certificación de tanques de gasolina, debido a la producción fuera de especificación, afectan la planificación logística, los tiempos de venta, y pueden incluso provocar falta de inventario durante los paros de planta. El aumento de la carga de trabajo y la tensión para el personal responsable de la producción de gasolinas son consecuencias directas de esta ineficiencia.

El propósito central del proyecto es optimizar el proceso de mezclado de gasolinas Premium y Regular para economizar recursos y mejorar la eficiencia general. Se busca implementar un sistema de automatización que permita controlar con precisión los flujos y las presiones del sistema de mezclado. Esto se logrará mediante una reestructuración del sistema de tuberías, la instalación de nuevas líneas, válvulas de control automático, y nuevos distribuidores de corrientes. La operación de estas válvulas de control se realizará desde el cuarto de control de la refinería, permitiendo ajustes precisos en los flujos, la dirección de los mismos, la presión y las alineaciones. Con este sistema automatizado se busca garantizar una mezcla adecuada de las cuatro corrientes básicas (Butano, Reformado Pesado, Reformado Ligero y Nafta Ligera Virgen), de acuerdo con los cálculos elaborados por el departamento técnico de la refinería. La automatización busca resolver los problemas de calidad (RON y RVP) y las consiguientes pérdidas económicas asociados al sistema manual, asegurando la producción de gasolinas que cumplen con las especificaciones de calidad requeridas y optimizando el uso de los recursos. En resumen, el objetivo es la automatización completa del sistema de mezclado para lograr una producción más eficiente y rentable de gasolinas Premium y Regular que cumplan con las especificaciones.

La evaluación cualitativa del sistema de tuberías actual se centró en determinar la adecuación del sistema para la posterior automatización. El análisis reveló que, en general, el sistema de tuberías es adecuado para la implementación del proyecto de automatización, excepto por la sección de butano. Las tuberías para las otras tres corrientes (Reformado Pesado - HPF, Reformado Ligero - LPF y Nafta Ligera Virgen - LVN) presentan diámetros suficientes: 2 pulgadas para el HPF y 1 pulgada para el LPF y LVN. Sin embargo, la sección de butano, con un diámetro de 3/4 de pulgada, mostró signos de corrosión y carencia de espacio suficiente para la instalación de las nuevas válvulas de control que requiere el proyecto de automatización. Este aspecto es crucial, ya que la adición de butano a las gasolinas Premium y Regular se realiza actualmente mediante válvulas de operación manual, lo mismo ocurre con la adición de HPF a la gasolina Premium. En contraste, los sistemas de adición de LPF y LVN ya cuentan con válvulas de control instaladas previamente en proyectos de mejora, por lo que no requieren modificaciones en esta etapa.

La evaluación cuantitativa del sistema se enfocó en el análisis de la caída de presión en cada sección de las tuberías. Se determinó que la sección de la línea de butano es la única subdimensionada, presentando una alta caída de presión de 1.4683 psi/100 pies de tubería, excediendo el valor máximo permitido de 0.40 psi/100 pies. Este dato, junto con la falta de espacio para la instalación de las válvulas de control en la sección de butano, confirma la necesidad de redimensionar esta tubería. Los cálculos de caída de presión fueron fundamentales para determinar el nuevo diámetro necesario para la sección de butano, garantizando que este cumpla con los requisitos de presión máxima. Previo al redimensionamiento de la tubería de butano, se realizó el diseño y dimensionamiento de las válvulas de control necesarias para la adición de este componente a las mezclas de gasolina. Esto se debe a que el tamaño de la válvula de control no puede ser mayor que el diámetro de la tubería, requiriendo esta información previa para una correcta estimación del espacio necesario para su instalación. En resumen, el análisis cuantitativo, enfocado en la caída de presión, validó la necesidad de intervenciones en la sección de butano para asegurar el correcto funcionamiento del sistema automatizado.

El diseño tecnológico para la automatización del sistema de mezclado de gasolinas en la Refinería Managua Esso Standard Oil S.A. (MANREF) implica una reconfiguración significativa del sistema de tuberías. Para automatizar el proceso, se propone una reestructuración que incluye la instalación de nuevas líneas de tuberías, válvulas de control automático y nuevos distribuidores de corrientes, todo con el fin de controlar con precisión los flujos y las presiones del sistema. Se requiere la instalación de dos válvulas de control de flujo (FICV-11-19 y FICV-11-20) y dos medidores de flujo (FIC-119 y FIC-120) para controlar la adición de butano a las gasolinas Premium y Regular. También se necesita una válvula de control de presión (PICV-11-3V) y un indicador de presión para gestionar el exceso de butano, enviándolo a los tanques de almacenamiento. Finalmente, se instalará una válvula de control de flujo (FICV-11-18) y un medidor de flujo (FIC-118) para la adición de Reformado Pesado (HPF) a la gasolina Premium. Un elemento clave del diseño es el aumento del diámetro de la tubería de butano de 3/4 de pulgada a 1 pulgada. Este cambio es fundamental para satisfacer los criterios de caída de presión y facilitar la instalación de la instrumentación seleccionada. Las corrientes de Reformado Ligero (LPF) y Nafta Ligera Virgen (LVN) ya disponen de la instrumentación necesaria para su medición y control.

Para llevar a cabo todos los cálculos necesarios y el diseño de la automatización, se utilizaron las prácticas de diseño EMRE, GP's, DP's, IP's y manuales aplicables API, todos requisitos de Esso Standard Oil S.A. para realizar diseños y evaluaciones de equipos y tuberías dentro de sus instalaciones. La herramienta principal utilizada fue el software PEGASYS 6.01e, un programa que incluye aplicaciones como QUEST/DISTEX para la gestión de corrientes de hidrocarburos, Pressure Drop para el cálculo de la caída de presión, Control Valve Sizing para el dimensionamiento de válvulas de control y Flow Meters para el diseño de medidores de flujo. Todas las ecuaciones necesarias para estos cálculos, detalladas en las secciones 3.3, 3.4 y 3.5 del marco teórico, están incluidas en PEGASYS 6.01e. Este software permitió realizar los cálculos de caída de presión del sistema de tuberías, el redimensionamiento de las tuberías, el diseño de válvulas de control y medidores de flujo, asegurando la precisión y eficiencia del diseño tecnológico para la automatización. El uso de PEGASYS 6.01e garantiza el cumplimiento de los estándares de diseño de la compañía y la optimización de los recursos en el proyecto de automatización.

El análisis económico del proyecto de automatización del sistema de mezclado de gasolinas se basa en la relación beneficio-costo. Para determinar los beneficios, se cuantificaron las pérdidas económicas ocasionadas por los "regalos de calidad" en las gasolinas Premium y Regular durante el año 2005. Estos regalos de calidad se refieren a las desviaciones en los parámetros de calidad de las gasolinas con respecto a los objetivos deseados de número de octanos (RON) y presión de vapor (RVP). Para la gasolina Premium se busca un mínimo de 95 RON y un máximo de 10 psia de RVP, mientras que para la Regular se requiere un mínimo de 87 RON y un máximo de 10 psia de RVP. Un aumento en el RON representa un costo adicional, al igual que una disminución en la RVP, ya que indica que no se está adicionando la cantidad suficiente de productos ligeros (de menor valor económico) a la mezcla. Se recopiló la información de las cantidades y calidades de las gasolinas certificadas para venta durante 2005. A través de un análisis estadístico se determinó el volumen promedio de ventas y la desviación de RON y RVP respecto a los objetivos. Finalmente, se calculó el costo monetario de estas desviaciones, considerando el costo de producción de gasolinas con mayor RON y los costos asociados a no agregar la cantidad suficiente de productos ligeros. La información de precios fue suministrada por el departamento de logística.

Para completar el análisis económico, se determinó el costo total de la inversión en el proyecto de automatización del sistema de mezclado. Este costo asciende a $65,748.97. Los beneficios calculados, basados en las pérdidas por "regalos de calidad" en RON y RVP durante el año 2005, fueron de $201,447.69 para la gasolina Premium y $254,852.93 para la gasolina Regular (valores ya convertidos a dinero actual). Utilizando la relación beneficio-costo como criterio de evaluación, se obtuvo un resultado de 6.94. Este valor indica que por cada dólar invertido en el proyecto se obtendrían 6.94 dólares en beneficios. Esto demuestra un apreciable incentivo económico, indicando la alta rentabilidad del proyecto de automatización. El análisis económico, por lo tanto, sustenta la viabilidad y el atractivo financiero de la implementación del sistema de automatización, justificando la inversión con una clara perspectiva de retorno económico significativo.

El proyecto de automatización del sistema de mezclado de gasolinas en la Refinería Managua Esso Standard Oil S.A. demuestra viabilidad técnica. La evaluación técnica del sistema de tuberías actual, incluyendo el cálculo de la caída de presión en las cuatro secciones, reveló que solo la sección de butano se encuentra subdimensionada, presentando una alta caída de presión (1.4683 psi/100 pies de tubería) y falta de espacio para las válvulas de control. Esta evaluación, tanto cualitativa como cuantitativa, justifica la necesidad de las intervenciones propuestas. El diseño contempla la reconfiguración de la sección de tuberías de butano, aumentando su diámetro a 1 pulgada para cumplir con los criterios de caída de presión. La instalación de las nuevas válvulas de control de flujo y medidores de flujo, así como la instalación de nuevas líneas de tuberías, proporciona una solución técnica sólida para la automatización del sistema. La selección de la instrumentación se basó en criterios técnicos detallados, asegurando la precisión y eficiencia del sistema automatizado, corrigiendo los problemas identificados en la evaluación del sistema actual y permitiendo un control preciso de los flujos para la producción de gasolinas Premium y Regular.

La viabilidad económica del proyecto queda demostrada por la alta relación beneficio-costo calculada. El análisis, basado en las pérdidas económicas anuales derivadas de los regalos de calidad en RON y RVP (número de octanos y presión de vapor) de las gasolinas Premium y Regular durante el 2005, muestra un significativo beneficio. Se cuantificaron las pérdidas económicas por desviaciones en los parámetros de calidad de la gasolina Premium ($201,447.69) y Regular ($254,852.93), valores actualizados. Con una inversión total de $65,748.97, la relación beneficio-costo resulta ser de 6.94. Esto indica que por cada dólar invertido se obtienen 6.94 dólares en beneficios, demostrando un retorno de inversión excepcionalmente alto. La alta rentabilidad del proyecto, demostrada por esta relación beneficio-costo, junto con la solución técnica viable, justifica plenamente la inversión en la automatización del sistema de mezclado de gasolinas, prometiendo una considerable mejora en la eficiencia y rentabilidad de la operación de la refinería.