Del problema primitivo al problema específico

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Estrategia para el diseño de procesos químicos

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Del problema primitivo al problema específico: una herramienta de la Estrategia de Procesos para viabilizar la puesta en valor de productos naturales en la Región Andina Jaime Santillana Ing. Químico M.S. en Ch.E. jaime.santillanasotogmail.com Julia Salinas de Santillana Ing. Químico M.S. en Ch.E. j_salinas_ghotmail.com Introducción El Ingeniero es aquel profesional que emplea sus conocimientos de matemáticas y ciencias adquiridos por medio del estudio experiencia y práctica profesional y los aplica con criterio para desarrollar maneras de utilizar económicamente los materiales y fuerzas de la naturaleza para beneficio de la humanidad. 1 El Ingeniero Químico es aquel profesional que emplea sus conocimientos de matemáticas química y otras ciencias naturales adquiridos por estudio experiencia y práctica profesional para desarrollar maneras económicas de emplear la materia y la energía para el beneficio de la Humanidad. 2 El Ingeniero de Procesos debe desarrollar sistemas de procesos comerciales que satisfagan necesidades de la sociedad. Estos sistemas de procesos comerciales son una colección de equipos que efectúan la transformación de materiales por medio de conversiones químicas electroquímicas yo bio-químicas así como por medio de diversos procesos de separación destilación cambio de fase extracción Líquido Líquidos separación por membranas etc. El ingeniero de procesos hace uso de la Tecnología de Procesos para diseñar sistemas comerciales que satisfagan las necesidades de la sociedad. La Tecnología de Procesos se caracteriza por tener una estructura como la mostrada en la Figura No.1 Fig. No.1.- Tecnología de Procesos

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Problema Primitivo y su solución Los problemas asignados a un ingeniero de procesos rara vez toman la forma de un sistema de proceso específico listo para ser diseñado más bien a la hora de formular proyectos el ingeniero debe partir de dicha realidad. La fuente de estos problemas son variadas 3: En el mundo desarrollado i Procesos y productos que se originan en los resultados de investigaciones de químicos bioquímicos e ingenieros en laboratorios de investigación de grandes corporaciones internacionales en las que se suele tener más o menos claro que necesidad se debe satisfacer. ii Productos y procesos para los cuales en los que las necesidades no existían al momento de desarrollarse como es el caso del teflón. iii Productos y procesos innovadores desarrollados por los mismo ingenieros de procesos En los países emergentes y los países en vías de desarrollo: iv Implantación de proyectos proceso y/o productos en nuevos mercados en desarrollo en países emergentes como puede ser el caso de los biocombustibles y de la generación de electricidad en el Perú. v Puesta a disposición fuentes de materia prima de bajo costo relativo es el caso de la mayor parte de proyectos mineros y la posible implantación de la petroquímica en el Perú. La formulación de problemas de ingeniería que puedan desarrollarse y que a la vez cumplan los requerimientos sociales ambientales de seguridad y que a su vez contribuyan al bien común y tengan aceptación de los diversos grupos de interés stake holders es un problema no trivial para el ingeniero de procesos. Como lo sostiene el profesor Perkins 4 Dale Rudd fue un pionero en este campo cuando en su texto de 1968 5 “Estrategia de Ingeniería de Procesos” reconoció que el proceso de diseño no era algo que se tomaba de la experiencia sino más bien era un proceso formal con sus propias reglas y que podía ser enseñado a los estudiantes de pregrado de manera rigurosa también estableció que los ingenieros de procesos ingenieros químicos debían de conocer un rango de conocimientos que iban más allá de los cursos científicos de la ciencia de la ingeniería química. Dale Rudd propuso que los problemas de diseño de procesos que enfrentan los ingenieros se suelen presentar como una manifestación poco definida de una necesidad de la sociedad a la que Dale Rudd denominó Problema Primitivo. Se puede afirmar que no existen problemas de procesos al que pueda aplicarse una solución estandarizada. Hay que entender aquí al problema como una oportunidad de inversión mediante el desarrollo de un Proyecto que emplea procesos. Estas oportunidades como se mencionó en los

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párrafos precedentes pueden ser proyectos mineros minero metalúrgicos de hidrocarburos gas natural y condensados energéticos de petróleo y su refinación petroquímicos etc. Normalmente se recibe un Problema Primitivo que debe ser redefinido entre los ingenieros y la sociedad para determinar problemas ingenieriles que pueden ser evaluados. Se debe entender que cada problema vendrá rodeado por circunstancias peculiares que deben sopesarse y utilizarse si bien con frecuencia pueden quedar ignoradas por un observador poco meticuloso. Deben conocerse las razones exactas del origen del problema primitivo y las modificaciones permitidas para conseguir la definición de una solución satisfactoria. El Profesor Dale Rudd planteó que un Problema Primitivo es una proposición mal definida de una necesidad que debe ser satisfecha mediante un Problema Específico proyecto para ello propuso una metodología de trabajo que se muestra en la Figura No2. Fig. No. 2.- Como Resolver un Problema Primitivo 5 Una vez planteado una necesidad que debe ser satisfecha Problema Primitivo se debe determinar las posibles alternativas tecnológicas de solución.

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Para ello se debe buscar que las respuestas de procesos Tecnología satisfagan las necesidades de la sociedad. Así debe buscar Problemas Específicos cuya solución satisfaga las necesidades de la sociedad. Debe entenderse como problema específico a aquel problema ingenieril cuya solución resuelve a su vez el problema primitivo. Para plantear Problemas Específicos Proyectos Tecnológicos el ingeniero de procesos debe conocer las propiedades químicas y físicas de todos los materiales que pueden intervenir en la solución del problema primitivo. Debe prestarse atención particular a los procesos de transformación químicos y físicos evaluar los aspectos medio ambientales de seguridad así como los aspectos sociales de cada Problema Específico. La metodología propuesta por Dale Rudd requiere un proceso de Brainstorming y se necesita muchas veces redefinir el problema primitivo mediante circuitos de retroalimentación Los problemas específicos se van tamizando y se va reduciendo el número de problemas específicos cuyas soluciones podrían resolver plausiblemente el problema primitivo. El éxito de un proyecto de ingeniería depende de la calidad y variedad de los problemas específicos creados. Los ingenieros de procesos disponen de diversas técnicas para desarrollar Proyectos específicos 6: “Descomposición Jerárquica de Douglas” que consiste en la división de un problema en varios sencillos que luego se ensamblan la “Búsqueda Algorítmica” donde se busca las mejores alternativas con ayuda de la investigación operativa los “Métodos Heurísticos” donde se desarrollan configuraciones de proceso basados en experiencias exitosas del pasado empleándose las denominadas “Rules of Thumb” y la llamada “Búsqueda Evolutiva” en la que cada configuración es una mejora de la anterior. Problemas Primitivos mal planteados Una vez planteada la metodología de Rudd después seguida por numerosos profesores entre los que destacan Seider Seader y Lewin se puede revisar tres casos reales de oportunidades de proyectos que terminaron de mala forma Gas Natural Licuado en la Tarija – Bolivia En el año 2001 las empresas internacionales Repsol-YPF BG y BP forman un consorcio denominado Pacific LNG con la finalidad de exportar Gas Natural Licuefactado LNG a Estados Unidos. El Proyecto de Pacific LNG incluyó la exportación de LNG desde una Planta de Licuefacción con una capacidad de 800 millones de pies cúbicos por día en la costa sur del Pacífico sudamericano. El LNG se embarcaría vía marítima hasta una Planta de Regasificación en el Norte de México. Desde México el LNG se llevaría por gasoducto a California. Las inversiones para el Proyecto se estimaban en un rango de cinco hasta ocho mil millones de dólares.

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El proyecto incluía un gasoducto Margarita Bolivia – Mejillones Costa del pacífico de Chile de 780 kilómetros de longitud. Alternativamente se evaluó un gasoducto Margarita-Tarija-Cerro López-Uyuni-Oruro- Calamarca -Santiago de Macha-Ilo en Perú éste segundo gasoducto tenía una longitud de 1.320 kilómetros Bolivia pidió a Chile 600 hectáreas de territorio y una salida al mar a cambio de que terminal de gasoducto boliviano se construya en puerto chileno de Mejillones Perú presentó una oferta para una zona exclusiva por Ilo por 99 años pata desarrollar generación eléctrica conjunta propuso asimismo formar una empresa para exportar LNG a México y la posibilidad de desarrollar petroquímica de manera conjunta. Mientras que los Medios empresariales bolivianos estaban a favor de Chile ya que este Proyecto ofrecía la ruta de exportación más eficiente en términos de costos y porque El Proyecto no era viable a través de Perú hubo fuertes y serios planteamientos en Bolivia cuestionando dicha posición. La más fuerte oposición vino de la sociedad civil boliviana en el sentido que el Proyecto empresarial no solucionaba ningún problema de Bolivia. Esta posición se refleja en la Figura No. 3 Fig. N 3.- Proyecto de exportación de LNG desde Bolivia El Proyecto no se desarrolló la oposición al mismo hizo que el Presidente Sánchez de Lozada renunciara el siguiente Presidente: Mesa realizó un referéndum y se dio una nueva Ley de hidrocarburos prohibiendo el Proyecto luego el Grupo Pacific LNG se disolvió y finalmente el actual Presidente de Bolivia Evo Morales nacionalizó nuevamente la industria de hidrocarburos. El Proyecto de Pacific LNG fue un Problema Específico ya que no se buscó resolver ningún problema de la sociedad Boliviana y sus promotores no realizaron ningún esfuerzo en determinar cuál era el Problema Primitivo. Este era la necesidad de poner en valor el gas natural boliviano industrializando al País.

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Explotación minera en Tambogrande en Piura: Otra frustración ingenieril Tambogrande está ubicado en una zona agrícola importante de Piura que produce el 40 de la producción de mangos y limones peruanos. El proyecto de desarrollo minero de Tambogrande comprendía concesiones sobre 90.800 hectáreas que contendrían cerca de 42.3 millones toneladas de oro zinc cobre y plata. El proyecto estaba ubicado en el distrito Tambogrande Piura a 45 km de la Piura y la ciudad de Tambogrande estaba dentro del límite territorial de la concesión. El Proyecto planteaba el desarrollo de una Piura minero metalúrgica ya que consistía en el desarrollo operación y cierre de una mina a tajo abierto la implantación de una planta de procesamiento metalúrgico para obtener oro y plata contenidos en óxidos y de cobre y zinc contenidos en sulfuros infraestructura y área de embarque en puerto de Paita. El depósito mineral abarca parte de Tambogrande 17000 habitantes y se extiende al sur del valle de San Lorenzo. El río Piura discurre al sur del tajo abierto. El depósito está compuesto por una capa de óxidos con alto contenido de oro y plata que sobre yace al depósito de sulfuros metálicos. Las reservas minerales explotables ascienden a 8.9 millones toneladas de óxidos y 61.3 millones toneladas de sulfuros. Se planteó una explotación en dos etapas en la primera se recupera óxidos y en la segunda sulfuros. Desde el año -1 hasta el 4 se extraerá y procesará 8.9 millones toneladas de óxidos obteniéndose oro y plata por un proceso de lixiviación con cianuro: Proceso Merill Crowe y se producirá 260000 onzas de oro y 3.2 millones de onzas de plata por año. En la segunda etapa se minará 61 millones de toneladas de sulfuros procesándose minerales de cobre y zinc por flotación convencional a 20000 t/d. Los concentrados serán exportados. La vida operacional del proyecto estimada es 12 años. Los relaves de los procesos de recuperación de oro/plata y cobre/zinc se enviarán a una cancha de relaves con descarga cero a cursos de agua. Al término de la vida de la mina la cancha de relaves tendrá 200 hectáreas con una altura de 40 m. El Proyecto planteaba reubicar parte de Tambogrande y se construir un nuevo pueblo junto al actual y durante el cierre el tajo abierto por derivación del río se llenará con sedimentos el Botadero de Material roca estéril se usará para cubrir el área de relaves y será revegetado con especies nativas como algarrobo para que revierta a bosque seco. Sobre el Depósito de Relaves se colocará una capa de roca para almacenar agua en sequías. El relleno se cubrirá con arena y tierra vegetal y se sembrará pasto para desarrollar actividades de pastoreo. En la Planta de Molienda e infraestructura los materiales recuperables serán retirados los cimientos serán demolidos y cubiertos con una capa de tierra vegetal en la que se cultivarán especies nativas como algarrobo. El desarrollo del Proyecto traería como ventajas un mayor canon e ingreso municipal un fuerte cambio social y tendría fuertes impactos ambientales.

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Frente a ello se contrapuso una Piura agraria Figura No.4 en oposición a Piura minero metalúrgica. Los argumentos eran fuertes: la implantación del proyecto era inconveniente ya que ocupaba zona urbana se implantaba en zona agrícola al estar la concesión situada en una de las regiones agrícolas más ricas de Perú que es la mayor productora de mangos y limones del Perú. Fig N°4.- Oposición al Proyecto de Tmabogrande Finalmente existían problemas de legalidad sobre el Proyecto ya que comprendía actividades de minería por parte de una compañía extranjera a menos de 50 km de la frontera. También se realizó una consulta ciudadana no avalada oficialmente donde 27.015 electores sobre 36.937 escogieron este mecanismo y expresaron en un 93.95 contra el desarrollo minero tanto en la zona urbana como en la zona agrícola. Existieron eventos violentos en febrero del 2001 y asesinato de un dirigente de la oposición en marzo del 2001. Finalmente se retiró la Manhattan en Tambogrande y desafortunadamente ingresó la minera de oro ilegal. Los impulsores del Proyecto Tambogrande fueron incapaces de aproximarse al Problema Primitivo si se justificaba la puesta en valor de un recurso natural en desmedro de otro y plantearon un Problema Específico proyecto minero que terminó creando una situación peor que la original al haberse convertido dicha zona en un centro mayor de la minería ilegal de oro. Proyecto Tía María. Lección aprendida El Proyecto Minero Tía María de propiedad de Southern Perú Copper Corporation Sucursal del Perú SPCC está ubicado en el distrito de Cocachacra provincia de Islay en la Región Arequipa. Se encuentra a aproximadamente 127 km al suroeste de la ciudad de Arequipa. El Proyecto Minero Tía María que es un proyecto para minería de cobre se concibió para ser desarrollado en dos etapas. En la primera etapa del año 3 hasta el año 15 se explota desde el inicio de las actividades de construcción del Proyecto se explotará el depósito mineralizado La Tapada.

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En la segunda etapa la cual se planea ejecutar entre el año 15 y el año 21 se explotará el depósito mineralizado Tía María. El Proyecto tendrá aproximadamente 18 años de tiempo de operación. Los materiales minables a extraerse en los dos yacimientos fueron calificados como mineral oxidado sulfuro y material conglomerado así como óxidos de baja ley clasificados como desmonte. El mineral sería procesado mediante el método de lixiviación extracción por solvente y deposición electrolítica para la obtención de cátodos de cobre de alta pureza 99.999 Cu. Así se extraería mineral que sería chancado y enviado por faja transportadora a las pila de acopio de mineral grueso. Desde estas pilas de acopio de mineral grueso se alimentará líneas de chancado secundario seguidas de chancado terciario. El producto final del circuito de chancado fino será conducido mediante fajas al circuito de curado ácido y aglomeración. El curado ácido y aglomeración del mineral se realizará adicionándole agua solución de refino y ácido sulfúrico concentrado en los tambores aglomeradores. El mineral aglomerado será transportado hasta la pila de lixiviación dinámica por un conjunto de fajas las cuales lo descargarán utilizando equipos de apilamiento y distribución. La lixiviación del mineral se realizará en una pila dinámica cuya base estará sobre una capa de arcilla compactada de baja permeabilidad revestida con una manta geomembrana de polietileno de baja densidad lineal LLDPE. Adicionalmente tendrá una capa de material de protección sobre la geomembrana y un sistema de drenaje de material de granulometría seleccionada. Las soluciones drenadas serán colectadas en una poza sedimentadora y desde allí por rebose de un vertedero se trasladarán a una poza de solución de lixiviación desde donde será bombeada a la poza de alimentación de la planta ES. Ambas pozas tendrán un revestimiento doble con manta de polietileno de alta densidad HDPE en la capa superior y en la parte inferior una manta polietileno de baja densidad lineal LLDPE y detectores de filtraciones en la parte intermedia. La solución de lixiviación o PLS será procesada en la planta de ES para transferir selectivamente el cobre hacia una solución electrolítica utilizando una solución orgánica como solución de transferencia. La fase orgánica que es el nexo común utilizada para transferir el cobre desde la solución rica de lixiviación hasta la planta DE es una mezcla de un extractante específico para el cobre disuelto en una fase solvente denominada diluyente. El ripio será retirado de la pila de lixiviación mediante una rotopala y un sistema de fajas para su disposición final en el depósito adecuadamente preparado con una capa de arcilla compactada de baja permeabilidad en las zonas de colección de posibles filtraciones. El Proyecto requería emplear 7 millones de metros cúbicos de agua anuales para sus operaciones y existía un temor de la población respecto a que las operaciones de Tía María en la región andina de Arequipa podrían contaminar las aguas de la zona y perjudicar sus cultivos.

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Este Proyecto encontró oposición de la población y finalmente el Proyecto como estuvo concebido fue rechazado por las autoridades del Ministerio de Energía y Minas del Perú. La empresa Southern finalmente entendió que el problema primitivo era la puesta en valor de los recursos minerales en una zona eminentemente agrícola y ganadera sin tomar agua de estas actividades. La solución fue plantear un Problema Específico muy similar al anterior excepto que el agua para el procesado de mineral vendría de una planta desmineralizadora de agua de mar por ósmosis inversa. El nuevo Proyecto Específico alcanzó aprobación gubernamental a mediados del año 2014. Una reflexión final Se debe entender que plantear proyectos de puesta en valor recursos naturales en un país emergente como el Perú requiere un profundo análisis previo que permita plantear correctamente el Problema Primitivo donde se debe recordar que necesariamente la sociedad debe ver satisfecha alguna necesidad que deberá identificarse con el desarrollo del mejor Proyecto Específico que se plantee finalmente. Visítenos en www.ssecoconsulting.com Bibliografía 1 Engineers Council for Professional Development 1961/1979 2 Instituto Americano de Ingenieros Químicos 1998 3 Seider J.D. Seader y Daniel R. Lewin en “Product and Process Design Principles: Synthesis” John Wiley Sons 2° edición 4 Perkins John en “Education in process systems engineering: past present and future” publicado en “Computers and Chemical Engineering” 26 2002 283–293 5 Rudd Dale y Charles Watson en “Strategy of Process Engineering” John Wiley Sons Inc. New York 1968. 6 Kazes Samuel y Javier de la Cruz en “Aplicación de Reglas Heurísticas en la Síntesis de Procesos” Universidad Nacional de Colombia Medellín publicado Dyna Vol. 76 Núm. 158 junio 2009 pp. 155-166 Universidad Nacional de Colombia tomado de Internet http://www.redalyc.org/articulo.oaid49612069016

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