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CORPORACION DE FOMENTO DE LA PRODUCCION FONTEC-CORFO

INFORME FINAL PROYECTOS DE INNOVACION TECNOLOGICA

Proyecto N° 96 - 0933 Desarrollo de Lubricaote Siotetico a partir de Pentaeritritol eo Plaota PHoto

Patrocioador : OXIQUIM S.A. Ejecutor : OXIQUIM S.A. - Escuela de log. Quimica UCV Fecha : 15 de Mayo de 1998

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CORPORACION DE FOMENTO DE LA PRODUCCION FONTEC - CORFO INFORME DE AVANCE PROYECTOS DE INNOVACION TECNOLOGICA

It

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1.- ANTECEDENTES GENERALES N" Proyecto Titulo Proyecto Empresa Solicitante Entidad Eiecutora Localizaci6n Proyecto

96 - 0933 Desarrollo de Lubricante Sintetico a Partir de Pentaeritrito/ en Planta Piloto OXIQUIMS.A. OXIQUIMS.A. EI Saito - Viiia del Mar

Representante Legal Nombre RUT Profesi6n Estado Civil Nacionalidad Direcci6n Ciudad Telefono Fax

Jose Juan Cordaro Dougnac 3.129.676 - 5 Ingeniero Civil Quimico Casado, 5 hijos Chilena I Italiana Calle Limache 3251, EI Saito Viiia del Mar 671152 - 673840 670903

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1.- SINTESIS DEL PROYECTO Este trabajo consiste en disefiar una planta piloto para producir un aceite sintetico (ester lubricante) de baja viscosidad para ser utilizado en lubricar compresores de las unidades de refrigeracion. Debido a la amenaza que representa para el medio ambiente el uso de CFC 12, como agente refrigerante en unidades de refrigeracion, debeni ser reemplazado por un nuevo refrigerante HFC 134a, que no es compatible con aceites minerales tradicionales. Es necesario, entonces, el uso de un aceite sintetico a base de ester. Estos lubricantes se componen a partir de Pentaeritritol, insumo importante producido por OXIQUIM SA, 10 cual es muy importante para la compafiia.

2.- ANTECEDENTES DEL PROYECTO

Para introducimos en el tema, debemos decir que nuestro tema ecologico consiste en disefiar una planta piloto para producir un aceite sintetico ( ester lubricante ) de baja viscosidad y ser utilizado en lubricar compresores de las unidades de refrigeracion. Este lubricante debe ser compatible con el gas (agente refrigerante) que recorre todo eI circuito del refrigerador. Este tipo de lubricante no es fabricado en Chile y solo esti disponible por importacion desde E.E.U.U, Inglaterra y Alemania. Si bien es cierto que el consumo en Chile en refrigeracion y aire acondicionado es pequefio, no existe una planta en America Latina 10 cual resulta bastante atractivo. Este trabajo consiste en un estudio de factibilidad de produccion de lubricante sintetico para unidades de refrigeracion a partir de Pentaeritritol, insumo importante del ester lubricante producido por OXIQUIM S.A., el cual estrategicamente es muy favorable. Este lubricante trabaja en forma paralela con un agente refi"igerante. Debido a la amenaza que representa para el medio ambiente el uso de CFC 12 como agente refrigerante en unidades de refrigeracion, debeni ser reemplazado por un nuevo refrigerante llamado HFC 134a, que no es compatible con aceites minerales altamente refinados para lubricar la unidad. Es necesario, entonces el uso de un aceite sintetico a base de ester.

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Este estudio nos permitini desarrollar toda la tematica para determinar la estequiometrfa a escala piloto y todos los par:imetros de operacion, como la temperatura de reaccion, presion, cantidad de agua de enfriamiento, cantidad de energia necesaria para la formacion dellubricante. Con los datos obtenidos, realizar un escalamiento de tmias las etapas para el disefio de una planta piloto. Luego proyectar los datos recopilados para realizar un balance economico a nivel industrial. Con respecto a los beneficios economicos de este proyecto es importante mencionar que existiria un aumento del valor agregado para el Pentaeritritol, principal producto de OXIQULM S.A. Ademas serfa un nuevo producto de exportacion para nuestro pais ya que podriamos abastecer a toda America Latina.

Programa de Ejecucion. Carta Gantt del proyecto.

ACTIVIDADES 1997 -1998

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Despues de 10 meses de trabajo se obtiene un lubricante sintetico para refrigeracion, el cual reemplace al aceite mineral altamente refinado y sea compatible con el CFC permitido, el R134a. Con los datos obtenidos se realizo un escalamiento de todas las etapas para una planta piloto y poder producir en forma periodica y abastecer un porcentaje de la demanda nacional.

3.- ACTIVIDADES REALIZADAS DURANTE LA ETAPA

Escala banco.

Para lIevar a cabo esta investigacion se disefi6 un reactor a escala banco la cual nos facilitaria eI estudio de la reaccion Pentaeritritol - Acido Carboxilico para determinar su cinetica y velocidad de reaccion. Con los panimetros obtenidos se realizo el modelamiento de la planta piloto. Esta unidad a escala banco consiste en un reactor de acero inoxidable, enchaquetado para ser alimentado con vapor. Este tiene una capacidad de 10 litros, usando un motor agitador con su respectivo eje y paleta agitadora, ademas un condensador de tubos y coraza de acero inoxidable, un receptor de agua y solvente y una trampa de alcohol. - Se realizo un total de 25 ensayos, en los cuales se caracterizo su velocidad de reaccion. - Se hicieron pruebas con distintos tipos de catalizadores. Variando tambien el porcentaje de catalizador sobre la carga total de acido carboxilico. - Variaciones en las horas de reflujo y reaccion total. - Variaciones en la cantidad y tiempo de adicion del solvente para formar el azeotropo binario para favorecer la reaccion y la destilacion del agua formada en la esterificacion.

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- Variaciones en el porcentaje de exceso de Pentaeritritol para pennitir una completa reaccion del acido carboxilico. - Seguimiento minucioso de parametros como nillnero acido, temperatura de salida de vapores, temperatura de reaccion,velocidad de agitacion, tipo de agitador, aspecto, color, concentracion por cromatografia, humedad, densidad, viscosidad a 40 y 100°C, Indice de viscosidad, punto de inflamacion, punto de escurrimiento, etc.

Planta piloto.

- Con los parametros recolectados se diseiio una planta a escala piloto que consiste en : - 1 reactor de acero inox., enchaquetado y con capacidad para 170 litros. - 1 Condensador inoxidable de tubo y coraza no tradicional. - 1 separador inoxidable agua-solvente. - 1 burbujeador inoxidable. - 1 Estanque almacenamiento inoxidable para acidos. - I filtro inoxidable. - 1 Estructura soportante. - 2 Bombas.

En la planta piloto se realizo una gran cantidad de batch, de 12 horas de proceso, logrando tener una excelente repetitividad a 10 realizado en el modelamiento a escala banco. Existe un flowsheet y fotografias que ilustran la planta piloto. (anexo # 4) A pesar de que la escala de la planta es pequeiia, cuenta con su manual de operacion y su hazop. En cada batch se producen 83 kg de lubricante, los cuales ya pueden ser comercializados. Se realizo un minucioso anal isis economico el cual se detalla mas adelante. Siguiendo con el programa descrito en la carta Gantt, ellubricante fue sometido a pruebas de miscibilidad con el agente refrigerante R 134a y probado en una unidad de refrigeracion de escala

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menor, el cual fue monitoreado por un tecnico especialista en el area de refrigeracion y aire acondicionado. Ellubricante fue sometido a diferentes ensayos de desempeiio, estabilidad termica, resistencia a la hidrolisis. Los resultados fueron satisfactorios durante los tiempos de prueba No hubo cambios en las propiedades fisico-quimicas. A la luz de estos resultados se preparo otra unidad semi-industrial con la misma supervision tecnica, ademas se contrataron los servicios de Inspectorate, empresa intemacional en servicios de aseguramiento de calidad (ISO 9002). El lubricante sintetico fue certificado por esta empresa para ser usado en unidades de refrigeracion domesticas e industriales (anexo # 3).

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• FLOWSHEET PLANTA PILOTO

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aire

agua

E-4 ~ Linea

de proceso

E·! "" Estanque de acido

~Linee

de vapor

Bur = Burbujeador

- -.... Linea de agua - . Linea mixta - - . . Linea de nitrOgeno .. Linea de (lire

Investigaci6n y Desarrollo OXIQUIM S.A.

eond = Condensador S = Separador E·2 , E-3 = Estanqucs de recic10

N2

=

Estanque producto fmal

E-5 = Estanque de descarg8 P = Controlador de presion N = Controlador de nivel

Tr = tmmpa vapor N2 = Nitr6geno

g

~ Bola

T::< Controlador de temperatura

g--?o<

= membrana

F = controlador de flujo

~g

= compuerta

Confidcncial

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•• ••

•• •• •

ADlilisis econ6mieo.

EI proyecto se analiza para una produccion de 19920 kg por afto, con un crecimiento del 2 % durante 5 aftos. EI analisis de sensibilidad nos indica que tenemos buenos margenes de utilidad para poder competir con el producto importado. Se trabaja de lunes a viemes con 3 personas. La inversion es de US$ 42 000 y sus van son :

VAN(10%):

US$ 25660

VAN(12%):

US$ 22210

VAN(15%):

US$ 17536

Es importante destacar que el precio del producto comercial es de 16 USS/kg, 10 cual nos perrnite participar del Mercado en base al estudio de sensibilidad rea1izado. AI final de las conclusiones se detalla el estado de resultados.

4.- CONCLUSIONES

a) Teenieas : +Se estudio la factibilidad de la forrnacion de ester lubricantes a partir de Pentaeritrltol en escala de banco (laboratorio ) y planta piloto. +Se desarrollaron las condiciones optimas de operacion , como temperaturas de reaccion, presion, cantidad de agua de enfriamiento, cantidad de energia para la forrnacion del ester-oil. +Se realiz6 un balance de masa y energia en la planta piloto para conocer su rendimiento. +Se evaluo el lubricante sintetico por especialista en refrigeracion. Se efectuaron diversos ensayos de perfomance en diferentes unidades de refrigeracion.

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•• •

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+Se someti6 el ester-oil a calificaci6n por una empresa extema ,especialista en certificaci6n de aseguramiento de calidad.

b) Ambientales +Se comprob6 la compatibilidad del lubricante sintetico a base de

Pentaeritritol con gas refrigerante HFC 134 a .Este gas no daiIa la capa de ozono,gas ecol6gico. SegUn Protocolo de Montreal este gas sera el autorizado en el mundo para ser usado en unidades de refrigeraci6n domesticas e industriales. +Por 10 tanto, se puede decir que este lubricante es protector del medio ambiente, que segUn su grado de viscosidad puede lubricar compresores de los refrigeradores y congeladores domesticos, de los equipos de aire acondicionado, de los sistemas de refrigeraci6n industrial y todas aquelJas aplicaciones donde sea usado como refrigerante el HFC 134 a.

c) Economicas +A\ observar los indicadores econ6micos se puede decir que es un proyecto que se financia y deja ciertos margenes de ganacia, 10 que

es

significativamente importante si se considera los fines ambientaJes. + Se realiz6 un balance econ6mico a la planta piloto para conocer el potencial del negocio. +Se ha comenzado a presentar el producto a la Divisi6n Comercial de OXIQUlM SApara hacer una sinergia en la introducci6n en el mercado nacional. +Dependiendo de los resultados a nivel nacional queda abierta la posibiJidad de un estudio de mercado a Latino America ,aprovechando la red de agentes que posee OXIQUlM SA

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EE.RR. PROYECTO LUBRICANTE SINTETICO A PARTIR DE PENTAERITRITOL (USS)

INGRESOS NETOS DEL PROYECTO COSTOS DIRECTOS DEL PROYECTO

ANO 1 149.400

Aliio 2 152.388

(84.221 )

(85.905)

Aliio 3 I 155.436 (87.623)

AAOO---ANOS--] 158.544

161.715

(89.376)

(91.163)

CONTRIBUCION BRUTA DEL PROYECTO

65.1791

66.4831

67.8121

69.1691

70.5521

GASTOS DIRECTOS

(6.183)

(6.307)

(6.433)

(6.562)

(6.693)

(44.565)

(44.565)

(44.565)

(44.565)

(44.565)

UTILIDAD ANTES DE IMPUESTO

14.431

15.611

16.815

18.042

19.294

IMPUESTO

(2.165)

(2.342)

(2.522)

(2.706)

(2.894)

13.2691

14.2921

15.33&1

16.4001

GASTOS FIJOS

UTILI DAD DEL PERIODO

/NVEST/GAC/ON Y DESARROLLO

r-----12:266r-

u-

18/05198 Confidencial

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

FLUJO DE CAJA (USS)

[ MfOO=ruAOOTuJ UTILI DAD DEL EJERCICIO DEPRECIACION INVERSION

ANO 2

ANO 3

.1\1\)04

ANO G

12.266

13.269

14.292

15.336

16.400

3.716

3.716

3.716

3.716

3.716

15.9821

16.9851

18.0081

19.0511

20.1161

(37.i55) (~784)

CAPITAL DE TRABAJO

1(41:93911

FLUJO NETO DE CAJA TIR

31%

VAN 10% VAN 12% VAN 15%

25.660 22.210 17.536

18/05198 INVESTIGACION Y DESARROLLO

Confidencial

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•• •• •

•• ••

•• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••

5.- BmLIOGRAFIA

Referencia # 1 : Evelyn Berlow, Robert H. Barth, John Snow. The Pentaeritritols, Garfield, New Yersey, U.S.A., 1957, pag. 4-16, 25-27, 39-42.

Referencia # 2 : Kirk, R.E. Othmer, D.E., Encyclopedia of Chemical Tecnology. New York, Interscience Publishers, 1991. a) Vol 14, Lubrication and Lubricants, pags. 477-525. Referencia # 3 : Ullmann's. Encyclopedia ofIndustrial Chemistry, 1992. a) Vol A-15, Lubricants and Related Products. pags. 423-511. Referencia # 4 : 1M. Smith, H.C. Van Ness, Introducci6n a la termodinamica en Ingenieria Quimica,

1989, pags. 86-94.

Referencia # 5 : Robert H. Perry, Manual del ingeniero quimico, Sexta edici6n 1992, Referencia # 6 : Donald Q. Kern, Procesos de transferencia de calor, Referencia # 7 : Frank Aerstin, Gary Street, Applied Chemical Process Design Referencia # 8 : M. Peters and K. Timmerhaus, Disefio de plantas y su evaluaci6n econ6mica, 1975, Capitulo 4. Referencia # 9 : A. Zomosa, Manual de proyectos de Ingenieria quimica, 1984, pag 587-590. Referencia # 10: 1. Brownell and Young, Process equipment design, pag344,252-256 Referencia # 11 : Chemical Marketing Report, Julio, Agosto y Septiembre 1995.

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6.-ANEXOS

ANEXO N° 1 CONTROL DE AVANCE FisICO (Proyectos de Innovacion Tecnologica)

1.- DATOS GENERALES

Fecha: 15 de Mayo de 1998

TitulodetProyect6~1'\\'\" Desarrollo de Lubricante Sintetico a partir de Pentaeritritol

:: :,:.,'."·i:'· ""';,"". en planta piloto.

2.- AVANCE FisICO

2.t.AdiVidild~sProgriim~lI~f(S~6"rt:CilrtaGantt'il~I,.. roYeCio>'1~: .

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Energia electrica Agua Vapor de caldera Pentaeritritol M Acido carboxilico Catalizador Xilol Nitr6geno HH mantenci6n HHlmin Asistencia tecnica en refrigeraci6n Inspectorate, control Consumo de materiales de bodega Compras con cargo directo Servicios de habilitaci6n olanta .TotaL:. :; . :~....•.....:. ... ...•..• .:'.;' :

Uso'de BienesdeCapital&:

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Laboratorio OXIQUIM Laboratorio UCV Bomba 1 Bomba vacio Estructura Panel electrico Termocuplas Motorreductor Agitador

Total;.·· .... ·.

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Gastas($ 8.510 23.367 45.675 1.181.250 9.478.272 736.826 40.500 71.028 984.327 5.016.774 297.000 199.773 965.184 192.665 1.016.323

20.257.474

Gastoll/$rEY:;" 3.279.458 700.000 ....................390.749 _.................... 449.075 ......................................... 1.584.433 ......................................... 492.716 ......................................... 390.195 ........................................ 28.000

7.314.626

14

••

•• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •

Adcl;de Bienesde.Capitilll\ .. . ,. .. ,", Reactor inoxidable Filtro Condensador Separador Burbujeador Estanque de almacenamiento acido Uneas inox. Valvulas inox. Estanques plasticos Estanque sella bomba Totar' ";'.", " . . .• ,..•••.•. > '.' ......•.... ,~

~

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...

GastOs'($ 2.894.500 525.384 1.358.930 255.000 229.674 670.500 99.066 1.076.681 22.000 187.000 7.318.735

La infonnaci6n que respalda la presente rendici6n se encuentra disponible en el DepartamentO de Contabilidad de la empresa para cualquier consuHa 0 revisi6n por parte de FONTEC u otro organismo fiscalizador. ) Declaro bajo juramentO que los datOs contenidos en esta Declaraci6n de Gastos son veridicos. Asimismo, declaro conocer las disposiciones relativas a sanciones en caso de suministrar infonnaciones incompletas, falsas 0 err6neas. Colegio de Cont~re~~;i--Unlv8Isitilio rJ.. N N' 863

os Javf Escobar Jimenez

Jose Cordaro D. epresentante Legal

Carlos Escobar J. Contador Ricard Ejecuti

checoS. royectos

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INSPECTORATE GRIFFIH

85/15/1998

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62

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INSPECTORATE GRIFFITH (CHILE) SA

,

rRS.: 2516990 - 3412785 - 3412786 - FAX: (562)2094627 CASILLA 373-V ' CORREO 21 • PAOVIDENCIA ...mail: Ins chile 0 Bnlel ch~e.n.t

• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • ;

AVDA. LOS LEONES 1871 PROVIDENCIA - STGO. ' Clilt£: WOIILDWlIlI! OUAUtY SERVICES

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CERTlFICADO DE AllfAUSIS

Nlirnero de An411Sis

IGC 9338--1

Cllente Prodllclo

OxlqulmSA

Tipo

Oxioil Ensayo. 1"

Caf'llclerfsfioa Fecha de An4lisiS

30 de abril de 1998

ANAUSIS

GraYedad Eapeciflca 8 2O"C

Lllbrioante Nllevo

NORMA

UNlOAD

RESULTAOO 1,018

ASTM 0 1298

ASTMD97

·C

< -42

ASTMDII3

·c

208

VIscosIded 9 "O·C

ASTMO,"~

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17,7

Viscosidad a 100"e

ASTMD~

cSt

3,8

Punto de ESCUfTlmieoto Punk)

de 'ntlamaaOn

Indite de Catano

. Color

iI;.

~,clDIIiIacI6n Apalienclil Indiee de ac:idez

ASn.t 0 2270

11M

ASTM1SOO

0,5

ASTMO!l5

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< 0,05

Ciani 8rillante

VISUAL ASTM 0 914

,

maKOHIg

0,208

ObRrvaciOMl : RellOltadoS de 6na\lSls ~ntan a mues1l'ii propordonatla pot eI clleI*!.

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Oepto. rtatn;lQulmlco

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INSPECTORATE GRIFFIH

PAGE

03

INSPECTORATE GRIFFITH (CHILE) S.A.

,

AVOA. LOS LI:ONES 1871 PROVIDCNCIA . STGO •• CHILE TELS.: 2516990 - 3412785 - 3412786 - FAX: (562) 2094627 CASILLA 373·V - CORREO 21 • PROVIDENCIA

WORLDWIDE OUAlITY SERVICES

e-mail: inschile.enlelchile.net

CERTlFICADO DE ANAUSI8 Nllmero de AnaUsis Clieme ProduQO Tlpo C8ractenstica Condiciones Fed\a

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ANEXO#4

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