The environmental education in the new works of course for the

The environmental education in the new works of course for the

The environmental education in the new works of course for the subject Engineering of
Processes III, in the education of Chemical Engineering.
La educación ambiental en los nuevos trabajos de curso de la asignatura Ingeniería de
Procesos III, en la formación de los Ingenieros Químicos.
Raúl.Montejo Serrrano
Facultad de Ingeniería Química. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE),
Ciudad Habana, Cuba. Email: [email protected]
LA EDUCACIÓN AMBIENTAL EN LOS NUEVOS TRABAJOS DE CURSO DE LA ASIGNATURA
INGENIERÍA DE PROCESOS III, EN LA FORMACIÓN DE LOS INGENIEROS QUIMICOS.
RESUMEN
La asignatura Ingeniería de procesos III se imparte a los estudiantes de 5º año de Ingeniería
Química de Curso Por Encuentros realizando la integración de conocimientos a diversos
procesos productivos.
Como novedades esta la garantía del trabajo individual de cada estudiante para confeccionar su
variante y dentro del colectivo para la toma de decisiones y la confección del informe final. Esto
asegura que el nivel de aplicación de conocimientos y de desarrollo alcanzado individualmente
sea similar., lo cual no se lograba en los proyectos anteriores.Se incluyen además los análisis de:
Economía energética, Eficiencia en calderas, hornos, intercambiadores de calor, Reactores
químicos, pasteurizadores, calefactores, etc. y la Educación ambiental se incluyen en estos
proyectos, mediante el calculo de la contaminación producida por la quema de combustibles y/o
la disminución producida por:
- El aumento de la eficiencia energética.
- Sustitución de fuel oil por combustibles menos contaminantes (gas natural).
- Análisis de los desechos y su grado de peligrosidad al medio ambiente, etc.
Luego de dos cursos de aplicación de estos proyectos se afirma que el estudiante adquiere una
mayor conciencia hacia estos problemas, porque aprende a detectarlos y evaluarlos tanto
cuantitativa como cualitativamente, proponiendo soluciones para minimizarlos.
Palabras clave: Educación ambiental, economía, eficiencia, impacto ambiental.
ABSTRACT
The subject Engineering of Processes III distributes to the students of 5th year of Chemical
Engineering of Course for Workers, making the integration of knowledge to diverse productive
processes. As new features are the qualitative and quantitative determination of the
environmental impact and the guarantee of the individual work of each student to make their
variant and within the group for the decision making and the preparation of the closing report. This
assures that the level of application of knowledge and individually reached development is similar,
which was not obtained previously in the made works. The analyses are included in addition to:
Power economy, Efficiency in boilers, furnaces, chemical heat exchangers, reactors,
pasteurizers, heating engineers, etc.The environmental Education is included in these projects, by
means of calculate of the contamination produced by burns of fuels and/or the diminution
produced by:
- The increase of the power efficiency.
- Oil fuel substitution by less polluting fuels (natural gas).
- Analysis of the remainders and their degree of danger.
After two courses of application of these works of course one affirms that the student acquires a
greater conscience towards these environmental problems, because they learns to detect them
and to evaluate them as much quantitative as qualitatively, proposing solutions to diminish them.
Key Words: Environmental education, economy, efficiency, environmental impact.
INTRODUCCIÓN
Un ingeniero que no sea capaz de tomar una decisión profesional acompañada de claros
conceptos de racionalidad económica, de cuidado y consideración al medio ambiente, podrá
obtener resultados exitosos técnicamente, pero no contribuirá al desarrollo humano (1).
En la formación del ingeniero químico se imparte la disciplina Ingeniería de procesos, entre sus
principales objetivos esta la aplicación de los conocimientos de las asignaturas recibidas por los
estudiantes, a diversos procesos productivos.
1
En el curso regular diurno (CRD) se recibe desde primer año de la carrera, durante las prácticas
de producción, insertados directamente en las industrias, donde ejercitan e integran los
conocimientos recibidos, en la práctica.
En la modalidad de cursos por encuentros (CPE) esta disciplina se imparte a partir del cuarto año
de la carrera, donde cursa las asignaturas IP1 y IP2, con el fin de irse familiarizando con los
procesos productivos, equipamiento, materias primas, problemas principales, sus causas y su
posibles soluciones, en todas estas asignaturas su culminación es la entrega y defensa de un
proyecto de curso confeccionado por un colectivo de 5 o 6 estudiantes, ante un tribunal.
En el quinto año los estudiantes de CPE cursan la asignatura Ingeniería de procesos III (IP3) en
la cual integran los conocimientos de otras disciplinas como son: Principios de ingeniería
química, operaciones unitarias, fundamentos químicos y biológicos, idiomas, matemáticas,
computación, análisis de procesos, tratamientos de aguas, etc. a un determinado proceso
industrial, orientado por un profesor que funge como tutor del colectivo de estudiantes, que
atiende.
La desventaja principal de los estudiantes de CPE con respecto a CRD consiste en que los
primeros el único contacto que tiene con el proceso productivo es una visita a la industria
seleccionada, mientras que los alumnos de CRD permanecen por espacio de 8 semanas
insertados en la industria, para confeccionar un proyecto de curso similar y abarcando los
mismos aspectos que en CPE.
Durante años estos proyectos integradores se han realizado visitando la fábrica, para conocer el
proceso de producción, para luego con los datos e informaciones recolectadas y suministradas
por el profesor, realizar los cálculos que permitan resolver los problemas planteados y
confeccionar el informe final.
En estos proyectos con su estructura actual no se garantiza el trabajo individual e independiente
de cada integrante del colectivo, lo que trae como consecuencia que solo uno o dos estudiantes
lleven el peso fundamental del trabajo y la integración de conocimientos y adquisición de
habilidades sea superior para estos alumnos que para el resto del colectivo.
Otra dificultad para esta estructura de proyectos de curso la provoca el desarrollo de las técnicas
computacionales, debido a que siempre se entregaba el mismo proyecto con igual problemática
a resolver, por lo que el trabajo una vez digitalizado podía ser suministrado al colectivo que le
correspondiera en el siguiente curso y con solo realizar pequeños cambios, tenia en sus manos
el informe a entregar sin realizar el esfuerzo correspondiente.
Por lo cual partimos de la hipótesis de que:
La integración de conocimientos y habilidades durante la realización de los proyectos de la
asignatura Ingeniería de procesos III deben ser adquiridos tanto individualmente por cada
integrante del grupo, sin obviar la importancia del trabajo colectivo, en la selección de las
mejores soluciones, lográndose una formación integral similar para cada miembro del colectivo.
Y para lograrla definimos el siguiente:
Objetivo general:
Desarrollar proyectos de cursos para la asignatura Ingeniería de procesos III para cursos por
encuentros, con una nueva concepción que permita a los educandos la aplicación de
conocimientos y habilidades, a diferentes procesos industriales, de forma individual, para su
posterior integración al colectivo, que permita seleccionar las soluciones más ventajosas desde
el punto de vista técnico, económico y ecológico; eliminando las deficiencias presentes en los
actuales proyectos.
PARTE EXPERIMENTAL
La disciplina Ingeniería de procesos se concibe con el propósito de estructurar un proceso de
integración de conocimientos y habilidades que responda a los modos de actuación más
característicos del ingeniero químico. Esta llamada a constituir el núcleo central de la
2
enseñanza de la ingeniería química como una profesión y aparece por primera vez en los planes
de estudio en la década del 90 (2).
Esta disciplina surge como una necesidad impuesta para las características del trabajo del
ingeniero químico. El profesional siempre actúa sobre el proceso como un todo, sin
embargo, la formación convencional presenta el estudio de: fenómenos, procesos elementales,
aparatos, etc.: como entidades separadas y sin vínculos entre sí (2).
Es de suma importancia además que el educando sea capaz de integrar sus conocimientos de
forma individual y a su vez trabaje de forma activa y creadora en el seno del colectivo, alcanzar
esto resultaba prácticamente imposible con los proyectos como estaban concebidos
anteriormente debido a que el colectivo de estudiantes recibía el mismo y el propio colectivo
repartía las tareas, resultando en general que el proyecto lo resolvía en la parte técnica el
estudiante más aventajado y los restantes realizaban el resto de las tareas. No obstante a pesar
de que el informe era defendido ante un tribunal no se lograba que la formación de los
estudiantes tuviera un nivel similar.
El trabajo en su primera etapa consistió en seleccionar los procesos industriales, luego se dividió
el proceso en tres partes y en cada una de ellas se confeccionaron al menos cuatro variantes de
calculo, con al menos cuatro juegos de valores, donde los alumnos de forma individual aplicaran
los conocimientos adquiridos, a un proceso productivo real, resolvieran la problemática planteada
en cada variante, para luego de forma colectiva seleccionar las variantes más ventajosas desde
el punto de vista técnico- económico y confeccionar el informe final.
El trabajo se realizó en dos entidades:
ƒ Complejo lácteo Habana.
ƒ Refinería Ñico López.
En el Complejo Lácteo se escogió la planta de leche de soya y en la refinería la Planta#1 en la
unidad de destilación fraccionada y la Planta # 2 en la unidad de Craqueo catalítico.
Estos tres proyectos dan la posibilidad de que solo cada tres años se repita el mismo proyecto,
pero con juegos de valores diferentes y los estudiantes que lo realizaron en un curso, se
encuentran graduados desde hace más de un año cuando se vuelve a repetir, por lo que es más
difícil obtener digitalizado el proyecto y aunque así fuera, los cálculos habría que realizarlos
nuevamente, ya que cambian sustancialmente los datos suministrados.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PROYECTOS. GUÍA METODOLÓGICA.
DISCIPLINA: INGENIERÌA DE PROCESOS.
ASIGNATURA: INGENIERÌA DE PROCESOS III (IP- 3).
AÑO: 5to (CPE).
Esta asignatura la nota final es la presentación ante un tribunal del proyecto realizado durante el
primer semestre de 5to año. Las entidades donde se realizaran y en que plantas son las
siguientes:
En el Complejo Lácteo se escogió la planta de leche de soya, en la refinería la Planta#1
correspondiente a la unidad de destilación fraccionada y la Planta # 2 en la unidad de Craqueo
catalítico.
METODOLOGÍA
Se entregará individualmente al estudiante una de las variantes, que tiene cada parte del
proyecto en dependencia de la sección o tecnología.
a- Existirán tres proyectos para igual numero de procesos productivos que son:
I.
Planta de producción de leche de soya en el Complejo Lácteo Habana
II.
Planta # 1 en la unidad de destilación fraccionada de la refinería “Ñico López”.
III.
Planta # 2 en la unidad de Craqueo catalítico de la refinería “Ñico López”.
b- Cada proyecto tendrá tres partes con al menos 4 variantes diferentes y cada estudiante
recibirá una para su solución individual, para integrarlos a las de los restantes miembros del
colectivo.
3
En el complejo lácteo las tres partes son(3):
1.
Generación de vapor.
2.
Tecnología # 1 (conformada por la primera planta montada).
3.
Tecnología # 2 (conformada por la planta actualmente en explotación).
En la refinería las tres partes componentes del proyecto son:
Planta 1(4)
1.
Generación de Vapor.
2.
Sección I (Banco de intercambiadores de calor – Horno F-101).
3.
Sección II (Horno F-102 – Torre de destilación al vacío).
Planta 2(5)
1.
Generación de Vapor.
2.
Sección I (Banco de intercambiadores de calor – Horno F-501).
3.
Sección II (Reactor de craqueo – Regenerador del catalizador).
Los cálculos fundamentales de cada proyecto a resolver en cada variante por sección se
enumeran de forma general y consisten en la determinación de (4):
1)
Pérdidas de calor en diferentes equipos (intercambiadores de calor,
generadores de vapor, horno, torres de destilación, mezcladores, etc.) y determinación
del % de pérdidas, de la eficiencia de generadores de vapor, cálculos de las pérdidas
específicas y de temperaturas en diferentes lugares del proceso.
2)
Flujos y composiciones de gases de combustión.
3)
Temperatura de salida en gases de combustión.
4)
% Exceso de aire y % de completamiento.
5)
Ahorro económico de fuel oil equivalente por ajustes de parámetros de
operación fuera de rango detectados o por sustitución de fuel por gas natural.
6)
Determinación de la carga de contaminantes dejadas de emitir al medio exterior
por aumento de la eficiencia energética en los procesos y equipos.
7)
Evaluación de un sistema de bombeo para seleccionar la bomba adecuada.
cTodos los estudiantes recibirán el enunciado de cada variante, así como el contenido
que deberá tener el informe.
dEn el segundo encuentro se realizará en cada entidad, la visita de los estudiantes para
conocer el proceso de producción. La descripción del proceso será realizada por los tecnólogos
de la planta.
eSe le orientara al estudiante la búsqueda de información para la confección de la parte
teórica del informe escrito.
fA cada proyecto se integrarán las tres secciones para la confección de un informe único,
escogiendo de acuerdo a los resultados la más racional entre las variantes entregadas.
gLa nota final de la asignatura dependerá de la calidad, evaluación del informe y del
resultado de la discusión ante un tribunal de cada proyecto.
hEl chequeo del proyecto se hará de forma individual con cada estudiante en los horarios
establecidos en el calendario de la asignatura.
iSi algún estudiante no cumple en tiempo y forma o no esta lo suficientemente
preparado, el profesor no autorizará la incorporación de su variante al resto del colectivo y tendrá
que entregar un informe individual con su variante.
VARIANTES CONFECCIONADAS EN CADA PARTE DEL PROYECTO
Sistema de generación de vapor
Es necesario mencionar que las variantes en el sistema de generación de vapor son cuatro con
doce juegos de valores, que son intercambiables entre si, ya que en una variante son datos los
resultados de la otra, característica que se mantienen dentro de cada una de las partes, no
importa el proceso de que se trate. Esta parte es común a todos los procesos.
Tecnología # 1 y 2 (complejo lácteo)
4
Existen 8 variantes diferentes con 8 juegos de valores, es de señalar que a pesar de que en
estas tecnologías todos los balances de masa y energía son sin reacción química, su grado de
complejidad es mayor por el número de equipos que involucra y el estudiante en proyecto tiene
reacciones químicas en las variantes de generación de vapor.
Secciones I y II (planta # 1 y # 2 de la refinería)
Existen 4 variantes con 4 juegos de valores intercambiables dentro de una misma sección, en
ambas se incluyen los balances de masa y energía sin reacción química.
Ejemplo de cálculo en la unidad de craqueo catalítico .
Variante 1 Juego 1 Sección 1 Planta # 2: Banco de intercambiadores-Horno, hoja de datos:
Pto
Sustancia
F (B/d)
T (ºF)
API
K
h (BTU/lb)
5
Inyecto
12053
267
22
12
Esta
7
279
22
12
columna
8
294
22
12
debe
10
323
22
12
ser
11
359
22
12
llenada
14
614
22
12
por el
17
TPA
23360
283
30
12
alumno
19
274
30
12
20
LCO
2136
330
17,1
12
21
284
17,1
12
22
MPA
19346
469
15
12
24
430
15
12
27
SPA
26357
624
7,5
12
28
576
7,5
12
30
AIRE
t = 25ºC
tbh= 23ºC
31
VAP. ATOMIZAC.
F= 0,25 kg vap/kg fuel oil
32
GAS DE 40
F= 8,36 t/d t= 25ºC
33
FUELOIL 6
F= 9,5 t/d t= 100ºC
34
GASES DE COMB. Orsat: % CO2= 13,8 % CO= 0,3 % O2= 1,0 t= 610ºC
Otros datos:
Razón de desvío = F26/ F25 = 0,85
% Conversión = 100
Calcular:
1. % de Pérdidas en los intercambiadores y el horno.
2. Temperaturas intermedias en los intercambiadores E-503 y E-505
3. Temperatura de salida en el E-506 (punto 29)
4. Determinar si el sistema de bombeo mostrado funciona eficientemente y seleccionar la bomba
adecuada.
5. Ahorro en fuel oil equivalente y económico, por ajustes de parámetros fuera de rango.
6. Determinar la cantidad de contaminantes dejados de emitir a la atmósfera en t / año y m3/ año.
5
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Parámetros
% Pérd F-501
% Pérd E-503
% Pérd E-504
% Pérd E-505
% Pérd E-506
nC entrada fuel oil
nH2 entrada fuel oil
nO2 entrada fuel oil
nS entrada fuel oil
CO2 sale
CO sale
O2 sale
N2 sale
SO2 sale
H2O sale
% Exc aire
Unidad
Sección I
Juego-1 Juego-2 Juego-3
BALANCE DE ENERGÍA
%
0.98
7.79
13.52
%
65.4
69.14
1.24
%
24.19
1.45
58.94
%
25,67
25,67
25,67
%
10.31
1.34
17.16
BALANCE DE MASA
kmol/h
51,63
38,78
64,22
kmol/h
54,76
41,34
70,85
kmol/h
0,11
0,09
0,14
kmol/h
0,34
0,25
0,43
kmol/h
50,53
36,92
62,50
kmol/h
1,10
1,86
1,72
kmol/h
3,66
10,86
28,67
kmol/h
310,89
260,63
480,54
kmol/h
0,35
0,26
0,43
kmol/h
71.04
55.69
100.77
%
4.3
14.5
25.9
AJUSTE DE PARÁMETROS( valores totales)
Juego-4
21,899
79.80
57.52
25,67
21.52
76,83
85,85
0,17
0,52
74,55
2,28
49,44
634,43
0,52
129.16
36.54
Ahorro fuel
t/año
1190
1125
1141
3575
equivalente
Ahorro
$/año
213309
201633
204487
461484
económico
DISMINUCIÓN DE CONTAMINANTES (CO2 , CO, SO2) DEBIDO AL AJUSTE
DE PARÁMETROS
Flujo total
t/año
3779
3513
3601
11222
Volumen total
m3/año
2102956 1977532 2013942 6299232
Se considera parámetros fuera de operación cuando los % perdidas de energía están por encima
del 10%, cuando el % exceso de aire esta por encima del 15%, el profesor fija el valor de ajuste,
la diferencia entre ambos valores es el ahorro de energía, el cual se trasforma con el valor
calórico del fuel oil en la masa de combustible equivalente que permite calcular con el precio del
combustible el ahorro económico.
El calculo de la cantidad de contaminantes dejados de emitir al medio ambiente se calcula a
partir del combustible ahorrado por ajustes de parámetros, y con la composición del combustible
se calcula la cantidad de CO2, CO y SO2 que se dejan de producir por la combustión del fuel oil,
calculándose además el volumen que representa esa cantidad de contaminantes.
El proyecto además realiza otros cálculos de tipo ambiental como:
- En la parte de generación de vapor donde se plantea en todas las variantes la
sustitución de fuel oil por gas natural que es un combustible menos contaminante
y más barato.
- En las tecnologías de producción de leche de soya los desechos que se obtienen
deben plantear que medidas a tomar como es la construcción de una laguna de
oxidación. Así como la total eliminación y neutralización de productos de limpieza
como es la sosa cáustica y el ácido clorhídrico.
6
- En las plantas de la refinería que medidas se deben tomar para evitar el derrame
de hidrocarburos, evitando la contaminación del manto freático y de la bahía de la
Habana.
La tabla de resultados muestra los valores fundamentales para una variante de la sección I de
planta 2 de la refinería en ella los resultados son en general similares al del resto de las variantes
y las diferentes partes de los tres procesos productivos incluidos en estos proyectos. De la
misma tabla se puede observar como los balances de masa y energía permiten regular la
marcha de un proceso productivo y detectar los parámetros fuera de rango. Es de señalar los
significativos ahorros de combustible y económicos pero como en dependencia del juego de
valores entregado, cambia significativamente.
La importancia que reviste la determinación de la carga de contaminantes dejadas de emitir al
medio ambiente, lo que ayuda a fomentar en el educando una verdadera conciencia sobre los
problemas ecológicos que atraviesa el mundo y como puede contribuir en la batalla por
conservar el planeta Tierra.
Por ultimo en todos los casos para cada variante se confeccionó una hoja de calculo Excel con
el objetivo de confeccionar los diferentes juegos de valores. Pero además el estudiante tiene
acceso en la red a hojas de cálculo para cada variante y para cada parte de los diferentes
procesos, permitiéndole auto verificar los resultados que va obteniendo. Es bueno aclarar que en
estos programas el estudiante no puede acceder al cálculo realizado en cada celda porque se
encuentra protegido.
CONCLUSIONES
1- La división de cada proceso en partes y la confección de variantes permite la
entrega de un caso particular a cada estudiante, lográndose que el trabajo sea
individual sin obviar el trabajo en colectivo para seleccionar la mejor variante y la
confección del informe final.
2- Las hojas de calculo permiten confeccionar más juegos de valores y al estudiante
verificar sus cálculos sin la ayuda del profesor.
3- Los proyectos permiten que el estudiante de curso por encuentros se entrene de
forma adecuada integrando sus conocimientos en la búsqueda de soluciones a los
problemas detectados.
4- Estos proyectos con esta nueva concepción llevan dos cursos de implementados
y los resultados han sido satisfactorios. En la última jornada científica estudiantil
(Mayo 2007) obtuvo premio relevante y de mayor rigor científico.
5- El calculo de la evaluación medio ambiental, crea en los futuros profesionales una
clara visión de los problemas medio ambientales, al disponer de los conocimientos
para minimizar sus efectos.
6- Se fijan las pautas metodológicas para su realización a partir de la experiencia
acumulada en dos años de implantación.
RECOMENDACIÓN.
Se recomienda que todos los proyectos de curso tengan las mismas características que el
descrito en el presente trabajo, con el afán de lograr un graduado con una mejor formación
profesional.
BIBLIOGRAFÍA
(1)- Dr. José Ricardo Díaz Caballero , Dra. Martha Arana Ercilla, LA INNOVACIÓN
TECNOLÓGICA COMO COMPLEJO PROCESO DE INVESTIGACIÓN. Tomado intranet,
CUJAE. 2009
7
(2)- E. Fernández. Plan C Modificado IP3. Ministerio de Educación Superior. Ciudad de La
Habana, 2003
(3) Y. González, M. Fuentes, R. Montejo. “Ampliación del Proyecto de Curso de la Asignatura
Ingeniería de Procesos III en el Proceso de Producción de la Leche de Soya”. Trabajo de
Diploma. Cuidad de la Habana. 2005.
(4) - D. Sariol, R. Montejo,“Ampliación de un proyecto de curso de la asignatura Ingeniería de
procesos III, en la unidad de destilación fraccionada de la Refinería Ñico López”. Trabajo de
Diploma. Cuidad de la Habana. 2006.
(5) – Y. Álvarez, R. Montejo.“Ampliación de un Proyecto de Curso de la asignatura Ingeniería de
Procesos III, en la Planta de Craqueo Catalítico de la Refinería “Ñico López”. Trabajo de
Diploma. Cuidad de la Habana. 2006.
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