UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD PARA LA INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PARA OBTENER OXÍGENO LÍQUIDO, PARA USO MEDICINAL E INDUSTRIAL EN LA REGIÓN LORETO

TESIS

PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

PRESENTADO POR LOS BACHILLERES: JUAN TEDDY TELLO RIOS MAICOLL ARNOLD PORRAS RIOS PETER GABRIEL INGA INUMA

ASESOR: ING. VÍCTOR GARCÍA PÉREZ IQUITOS-PERÚ 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA FACULTAD DE IGENIERÍA QUÍMICA

La tesis ha sido aprobada en la sustentación pública el día 21 de enero del 2015 por buena, en el auditorio de la Facultad de Ingeniería Química. El jurado Calificador estuvo integrada por los señores docentes:

--------------------------------------------Ing. Laura R. García Panduro CIP: 23792 Presidente

---------------------------------------Ing. Luis Gómez Tuesta CIP: 55288 Miembro

-------------------------------------Ing. Jorge Cornejo Orbe CIP: 93663 Miembro

--------------------------------------------Ing. Víctor García Pérez CIP: 33277 Asesor

I

DEDICATORIA Dedicamos este trabajo de tesis:

A Dios padre celestial porque de Él es mi vida Ya que todo conocimiento viene de su trono. A Jesús quien con su infinito amor sostiene, mi vida y al Espíritu Santo que me da la sabiduría y Entendimiento.

A nuestros queridos padres por el inmenso esfuerzo Que hicieron en nuestras vidas, para Cumplir nuestros objetivos y metas de Llegar a ser profesionales de éxito en ingeniería.

A nuestros queridos hermanos y familiares Que influenciaron como ejemplo de sacrificio y Perseverancia que su progenitora.

A todas aquellas personas por su apoyo y Aliento constante que nos permitió culminar Nuestra carrera profesional en ingeniería.

TEDDY PETER

MAICOLL

II

ÍNDICE

Página de jurado

I

Dedicatoria

II

Índice

III

Índice de Cuadros

VII

Resumen

IX

I. INTRODUCCIÓN

XI

II. OBJETIVOS

XIII

GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS III. JUSTIFICACIÓN

XIV

CAPÍTULO I ESTUDIO DE MERCADO 1.1.

Identificación del mercado

1

1.2.

Área geográfica que abarca el mercado

1

1.3.

Características del producto

2

1.3.1.

Definición del producto

2

1.3.2.

Propiedades físicas y químicas

6

1.3.3.

Usos y especificaciones industriales

6

1.4.

Estudio de la Demanda

9

1.4.1.

Principales usuarios

9

1.4.2.

Demanda Histórica de Oxígeno

15

1.4.3.

Mercado Objetivo

15

1.4.4.

Demanda Futura de Oxígeno (Medicinal e Industrial)

16

1.4.5.

Estudio de la Oferta de Oxígeno (Medicinal e Industrial)

18

1.4.6.

Oferta Futura de Oxígeno (Medicinal e Industrial)

18

1.5.

Balance Demanda-Oferta de Oxígeno (Medicinal e

20

Industrial)

III

1.6.

Sistema de comercialización y precios

21

1.6.1.

Sistema de comercialización actuales y propuestos

21

1.6.2.

Análisis del Precio

21

CAPÍTULO II TAMAÑO Y LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA 2.1.

Tamaño de la Planta

22

2.1.1

Relación Tamaño-Mercado

22

2.1.2.

Relación: Tamaño-Disponibilidad Materia Prima

22

2.1.3.

Relación: Tamaño-Tecnología

23

2.1.4.

Relación: Tamaño Inversión

23

2.1.5.

Capacidad de producción

23

2.1.6.

Programa de producción

23

2.2.

Localización del Proyecto

24

2.2.1.

Factores Locacionales

24

2.2.2.

Localización elegida

26

CAPÍTULO III INGENIERÍA DEL PROYECTO 3.1.

Características de la Materia Prima

28

3.2.

Formas de suministro

28

3.3.

Tecnologías para obtener oxígeno medicinal e Industrial

29

3.3.1.

Licuación de gases por compresión

29

3.3.2.

Método criogénico de producción de oxígeno

30

3.3.3.

Tecnología PSA

31

3.4.

Balance de Materia y Energía

34

3.5.

Requerimiento de la Planta

46

3.5.1.

Maquinarias, Equipos y Mobiliario

49

3.6.

Edificios, Cimientos y Estructuras

50

3.7.

Terreno y área necesaria

52

3.8.

Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) y su mitigación

53

IV

CAPÍTULO IV ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO 4.1.

Organigrama

56

4.1.1

Forma Empresarial

56

4.1.2

Marco Legal

57

4.2.

Organigrama Estructural

58

4.3.

Funciones generales

59

4.3.1. Directorio

59

4.3.2. Gerencia General

59

4.3.3. Área de Logística y Producción

60

4.3.4. Área de Comercialización

60

4.3.5. Área de Personal y Contabilidad

60

CAPÍTULO V INVERSIONES Y FINANCIAMIENTO 5.1.

Inversiones del Proyecto

61

5.1.1. Inversiones Fijas (Tangibles e Intangibles)

61

5.1.2. Capital del Trabajo

62

5.2.

Monto Total de la Inversión

63

5.3.

Programa de Inversiones del Proyecto

64

5.4.

Financiamiento del Proyecto

66

5.4.1. Financiamiento de la Inversión

66

5.5.

Características y Condiciones del Financiamiento

66

5.6.

Estructura del Financiamiento

67

5.7.

Cronograma de Financiamiento

67

CAPÍTULO VI PRESUPUESTO DE CAJA 6.1.

Ingresos del Proyecto

71

6.1.1.

Programa de Producción

71

V

6.1.2.

Ingreso por venta del producto

71

6.2.

Egresos del Proyecto

71

6.2.1

Costos de Fabricación (Directos e Indirectos)

72

6.2.1.1 Costos Directos

72

6.2.1.2 Costos Indirectos

73

6.3.

Depreciaciones

73

6.4.

Gastos de Periodo (Gastos de Operación y Financieros)

75

6.5.

Presupuesto Total de costo de producción

76

6.6.

Punto de equilibrio

77

6.7.

Flujo de caja proyectado

79

CAPÍTULO VII EVALUACIÓN DEL PROYECTO 7.1.

Indicadores de evaluación

82

7.1.1.

Valor actual neto (VAN)

82

7.1.2.

Tasa interna de retorno (TIR)

83

7.1.3.

Relación beneficio costo (B/C)

83

7.1.4.

Valor actual de flujo caja (VAN)

84

7.2.

Beneficio / Costo económico (B/CE)

85

7.3.

Periodo de recuperación de la inversión

85

CONCLUSIONES

86

RECOMENDACIONES

87

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

88

ANEXO

89

VI

ÍNDICE DE CUADROS, FIGURAS

Pág. CAPÍTULO I: ESTUDIO DE MERCADO CUADRO N° 1.1: Demanda histórica de oxígeno medicinal

15

CUADRO N° 1.1.1: Demanda histórica de oxígeno Industrial

15

CUADRO N° 1.2: Coeficientes de las ecuaciones de regresión (medicinal)

16

CUADRO N° 1.2.1: Coeficientes de las ecuaciones de regresión (industrial) 16 CUADRO N° 1.3: Demanda futura de oxígeno medicinal

17

CUADRO N° 1.3.1: Demanda futura de oxígeno industrial

17

CUADRO N° 1.4: Oferta oxígeno medicinal

18

CUADRO N° 1.4.1: Oferta oxígeno industrial

18

CUADRO N° 1.5: Coeficientes de las ecuaciones de regresión (medicinal)

19

CUADRO N° 1.5.1: Coeficientes de las ecuaciones de regresión (industrial) 19 CUADRO N° 1.6: Oferta futura de oxígeno medicinal

19

CUADRO N° 1.6.1: Oferta futura de oxígeno industrial

20

CUADRO N° 1.7: Balance Demanda-Oferta de oxígeno

20

CAPÍTULO II: TAMAÑO Y LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA CUADRO N° 2.1. Programa de producción anual

24

CUADRO N° 2.2. Factores de localización

27

CAPÍTULO III: INGENIERÍA DEL PROYECTO CUADRO N° 3.1. Identificación de tuberías

52

CUADRO N° 3.2. Áreas requeridas por ambientes

52

CAPÍTULO V: INVERSIONES Y FINANCIAMIENTO

CUADRO N° 5.1. Inversiones del Proyecto

61

CUADRO N° 5.2 Inversión Fija Total

61

CUADRO N° 5.3. Composición de Activos Tangibles

62

CUADRO N° 5.4. Composición de Activos Intangibles

62

CUADRO N° 5.5. Capital de Trabajo

63 VII

CUADRO N° 5.6. Estructura de la Inversión

63

CUADRO N° 5.7. Cronograma de Inversión del proyecto

65

CUADRO N° 5.8. Características del financiamiento

66

CUADRO N° 5.9. Condiciones del financiamiento

67

CUADRO N° 5.10. Forma de pago del financiamiento

68

CUADRO N° 5.11. Resumen del financiamiento

70

CAPÍTULO VI. PRESUPUESTO DE CAJA

CUADRO N° 6.1. Programa de producción de oxígeno

71

CUADRO N° 6.2. Ingreso por ventas

71

CUADRO N° 6.3. Costos directos

72

CUADRO N° 6.4. Costos indirectos

73

CUADRO N° 6.5. Depreciación y amortización de la deuda

74

CUADRO N° 6.6. Total costo de fabricación

74

CUADRO N° 6.7. Gastos de operación

75

CUADRO N° 6.8. Gastos generales de administración

75

CUADRO N° 6.9. Consolidado del servicio de la deuda

76

CUADRO N° 6.10 Presupuesto total de costo de producción

76

CUADRO N° 6.11 Costo Unitario del producto.

77

CUADRO N° 6.12. Costos para la curva de equilibrio

77

CUADRO N° 6.13. Flujo de caja económico

80

CAPÍTULO VII. EVALUACIÓN DEL PROYECTO

CUADRO N° 7.1. Costo de capital del inversionista

81

CUADRO N° 7.2. Costo de oportunidad de capital para el inversionista

81

CUADRO N° 7.3. Cálculo del costo del capital del inversionista

82

CUADRO N° 7.4. Estado de pérdida y ganancia

84

CUADRO N° 7.5. Flujo de caja económica

84

CUADRO N° 7.6. Cálculo del VAN

84

CUADRO N° 7.7. Cálculo de la tasa interna de retorno económico

85

ÍNDICE DE FIGURAS ANEXOS VIII

RESUMEN La investigación realizada tuvo como propósito determinar el estudio de pre factibilidad de instalar una planta de obtención de Oxígeno líquido; llegando a encontrar que es posible llevar acabo la instalación, dado que la producción es del orden de 125 157 m3, a partir del año 2016. La demanda futura del oxígeno al 2019 será: medicinal de 335 000 m3 e industrial de 6 923 m3

El presente trabajo, es un estudio sobre las implicancias del uso de oxígeno medicinal, es decir sobre la demanda insatisfecha del producto lo que indica que se hace necesario instalar una nueva planta de producción para cubrir el mercado regional y abaratar el precio del producto.

En el capítulo I, se describe el mercado objetivo del proyecto, así como el área que abarcara la comercialización. También se indica las precauciones que se debe tomar en cuenta el almacenamiento de los cilindros.

En el capítulo II, se establece la posibilidad donde se ubicará la planta del oxígeno, siendo estos las ciudades de Iquitos, Tarapoto y Yurimaguas, asumiendo ciertos factores locacionales como se indica en el cuadro II, teniendo como base la cercanía al mercado de consumo, habiéndose elegido la ciudad de Yurimaguas.

En el capítulo III, se describe las diferentes tecnologías para obtener oxígeno medicinal e industrial, así como se describe paso a paso el método para obtener el oxígeno medicinal e industrial. También describimos todos los requerimientos necesarios para instalar la planta de elaboración de oxígeno.

En el capítulo IV, describimos la Organización del proyecto y este se incluirá en el sector privado, cumpliendo con las normas vigentes según señala la ley IX

General de Sociedades N°. 26887. Se dictamina que el nombre de la Empresa se llamará, OXÍGENO-REGIONAL SAC. Se dictaminan también las funciones generales que deben asumir cada funcionario y personal administrativo.

En el capítulo V, se indica la inversión y financiamiento del proyecto. El proyecto requiere una inversión de US$ 294 503,88, el mismo que estará cubierto en un 90 % por COFIDE - BANCO CONTINENTAL, que asciende a US$ 265 053,49 y el 10 % de aporte propio, que equivale a US$ 29 450,39 de la inversión total.

El presupuesto de caja muestra los probables ingresos y egresos del proyecto para los años 2016 – 2020, además se determinó el punto de equilibrio con un PEc = 114 957,91.

Para la evaluación económica del proyecto, se empleó los indicadores económicos del VAN, TIR, B/C y el periodo de recuperación de la inversión, coincidiendo con una viabilidad positiva. Con un VANE de 33 626,20 el TIRE de 11,62 %. La relación B/C es de 1,11 y un periodo de recuperación de la inversión de 3,22 años. También se presentan las conclusiones y recomendaciones del estudio, al igual que la bibliografía empleada.

También se pueden ver en los anexos, todos los cálculos de forma detallada realizada a la proyección de la demanda y plano de distribución de la planta.

X

I.

INTRODUCCIÓN El oxígeno es el segundo constituyente en proporción en la atmósfera (20,99 % en volumen y 23,20 % en peso). En estado gaseoso es incoloro, inodoro, insípido; en estado líquido es de color azul pálido transparente. Es un gas oxidante, por lo que hace posible la combustión de elementos inflamables, es no inflamable y no corrosivo. Todos los elementos con excepción de los inertes se combinan con el oxígeno para formar óxidos.

El aire líquido está compuesto de aire que ha sido licuado mediante aplicación de alta compresión en pistones y posteriormente enfriado a muy bajas temperaturas. Debe ser conservado en un vaso Dewar a temperatura ambiente, el aire líquido absorbe rápidamente el calor y es ésta la razón por la que se convierte rápidamente al estado gaseoso. Se emplea generalmente en la refrigeración de otras sustancias, así como fuente de nitrógeno, oxígeno, argón, y otros gases inertes.

Existen diversos procesos para la destilación del aire líquido, pero uno de los métodos más comunes y empleados con mayor frecuencia por la industria es el ciclo de dos columnas de Carl Von Linde que emplea el efecto de Joule-Thomson. En este método el aire es inyectado a alta presión, mayor de 60 psig (520 kpa) en la columna inferior, y es separado en nitrógeno puro y una alta concentración de oxígeno, ambos en estado líquido. El líquido a temperatura muy baja y obtenida en la columna inferior es inyectado a la columna superior que opera a una presión baja, menor de 10 psig (170 kpa), en ella ocurre la separación final entre el nitrógeno puro y el oxígeno puro. Se suele quitar el gas argón del medio de la segunda columna para posteriores purificaciones. Se obtienen así el aire líquido en los denominados ciclos de Linde (isoentálpico) y de Claude (isoentrópico).

XI

USOS DEL OXÍGENO

El oxígeno es un producto que tiene doble uso, tal como se indica:

En el área de la salud:

Para uso medicinal debe tener una pureza del 99,5 % y estar libre de CO y CO2.  Afecciones pulmonares, resucitaciones  En casos clínicos, tales como ataques cardiacos  Cámaras hiperbáricas  Mezclado con helio, en casos de ataques de asma  Oxigenoterapia en general  Anestesia, combinado con otros gases

En el Área industrial:  Corte y soldadura oxiacetilénica  Acelerador de reacciones  Incrementar la eficiencia de hornos  Enderezado con llama  Temple por llama  Limpieza por llama  Enriquecimiento de llamas en formas diversas  Acelera la quema de los gases combustibles para obtener una concentración mayor de calor.  Fundición, refinación y fabricación de acero

XII

II.

OBJETIVOS GENERAL

Determinar la viabilidad técnica y económica a nivel de pre-factibilidad para la Instalación de una Planta para obtener oxígeno líquido para uso medicinal e industrial en la Región Loreto. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar el estudio de la Oferta y Demanda del producto, para determinar el tamaño del mercado y determinar la evaluación técnica y económica; determinar el tamaño y localización de la planta de acuerdo a los factores tecno-geográficos y sociales. Describir el proceso productivo, empleando el método de adsorción por cambio de presión. Realizar el estudio de evaluación del impacto ambiental del proyecto. Buscar la inversión del proyecto y seleccionar las fuentes de financiamiento necesarias

XIII

III.

JUSTIFICACIÓN En la región Loreto, a partir del año 1995, se ha incrementado la población, se incrementó también el número de pacientes en los diferentes hospitales, (hospital Regional, hospital Iquitos, hospital de ESSALUD, hospital de Yurimaguas, Centros de Salud), así como en clínicas particulares; además en nuestra región sólo existe una planta productora de oxígeno líquido medicinal e industrial (Oxígeno Loreto S.A.), que puede cubrir la demanda de este gas medicinal, por lo que el presente proyecto pretende ser otra alternativa para cubrir la demanda, de tal manera que este producto no esté monopolizado, y de esta forma regular el precio. Los principales motivos que llevaron a realizar el presente trabajo son:  Una mayor seguridad en el abastecimiento de este gas medicinal.  La reducción de la dependencia de empresa monopolizadora.  Obtención de un producto de calidad, de acuerdo a normas técnicas internacionales.  Existencia de un mercado regional de libre competencia El presente proyecto, para su producción utiliza el método conocido como PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorción por cambio de presión). Este sistema permite disociar el aire ambiente en oxígeno y nitrógeno mediante una filtración molecular. Sin lugar a dudas, este es lo más fácil de operar visto que la técnica de filtración molecular no requiere ninguna calificación especializada. Existe en la ciudad de Yurimaguas no existe ninguna planta productora de oxígeno líquido, que pueda abastecer a los diferentes consumidores tales como: hospitales, clínicas, centros de salud, abasteciéndose sólo de mercados externos. Lo que se desea alcanzar con el desarrollo del presente trabajo, es ser otra alternativa, y de esta manera desarrollar industria competitiva en nuestra región, aplicando conocimientos de ingeniería y nuevas tecnologías; consiguiendo que los costos de este producto bajen instalando una nueva planta productora de oxígeno. XIV

CAPÍTULO I

ESTUDIO DE MERCADO 1.1. Identificación del mercado

La instalación de una nueva planta industrial de producción de oxígeno medicinal e industrial, estará garantizado por el mercado exigente de nuestra región. El proyecto de obtención de oxígeno medicinal, está orientado a satisfacer la demanda en el área de la salud: Hospitales públicos y de seguridad social en toda la zona que lo conforman la región Loreto.

1.2. Área geográfica que abarca el mercado

La zona que abarcará el mercado es la región Loreto, con proyecciones a las regiones de San Martín y Ucayali. La región Loreto, está localizada en el noreste del territorio nacional, abarca una superficie de 368 852 km2 (28,7 % del territorio nacional). Políticamente está dividida en 8 provincias: Maynas, Alto Amazonas, Loreto, Requena, Ramón Castilla, Ucayali, Daten del Marañón y Putumayo.

Nuestro mercado potencial, Loreto, cuenta con una densidad poblacional de 2,4 háb/km2. Según el último censo de población y vivienda 2 007. Loreto cuenta con un total de 921 518 habitantes con población omitida, donde la provincia de Maynas abarca el 55,3 % del total de la población de la región, seguido por las provincias de Alto Amazonas y Requena, con 12 y 8 % de participación, respectivamente. Siendo la tasa de crecimiento poblacional 1,61 % anual. Teniéndose en cuenta que son provincias de mayor demanda y por ende economías emergentes que se adecuan al paso del desarrollo tecnológico; teniendo como visión expandir nuestro sector industrial de manera nacional.

1

1.3. Características del producto

1.3.1. Definición del producto

El oxígeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no tóxico. Es aproximadamente 10 % más pesado que el aire, y está contenido en aproximadamente el 21 % del aire normal. Es ligeramente soluble en agua y alcohol. A presión atmosférica (14,7 PSI) y a nivel del mar, a una temperatura de - 297°F el oxígeno es un líquido.

El oxígeno es estable, ya sea en su estado líquido o gaseoso, y en ausencia de humedad es no corrosivo.

El oxígeno es no inflamable, sin embargo, la ignición de materiales combustibles puede ocurrir más rápido en una atmósfera más rica en oxígeno que en el aire; y la combustión también se produce a mayor escala.

El oxígeno se puede obtener por la separación de los componentes del aire en un proceso de absorción o un proceso criogénico de licuefacción. El aire está compuesto por 21 % de oxígeno, 78 % de nitrógeno y 1 % de argón, xenón, kriptón, helio, etc.

Es el gas más importante para los seres vivos, sin él, no sería posible la vida animal o vegetal.

Componente Oxígeno

% MOLAR 99,5 – 99,999 %

2

IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS

Resumen de emergencia

Esta identidad está relacionada con su manipuleo y almacenaje del producto. El peligro físico más grave asociado con escapes de este gas se relaciona con su poder oxidante. Reacciona violentamente con materias combustibles y puede causar fuego o explosión. Oxígeno es un gas incoloro y sin olor. Es aproximadamente 1,1 veces más pesado que el aire y ligeramente soluble en agua y alcohol. El oxígeno sólo, no es inflamable, pero alimenta la combustión. Efectos potenciales para la salud Inhalación: Altas concentraciones de este gas (80 % o más) ocasiona al individuo después de 17 - 24 horas de exposición congestión nasal, náusea, mareo, tos, dolor de garganta, hipotermia, problemas respiratorios, dolor en el pecho y pérdida de la visión. Respirar oxígeno puro a presión baja puede causar daño a los pulmones; afecta al sistema nervioso causando mareo, mala coordinación, sensación de hormigueo, molestia en los ojos y oídos, contorciones musculares, pérdida del conocimiento y convulsiones. Otros efectos perjudiciales a la salud: Ninguno. MEDIDAS CONTRA ESCAPE ACCIDENTAL En caso de escape evacuar a todo el personal de la zona afectada (hacia un lugar contrario a la dirección del viento). Aísle un área de 25 a 50 metros a la redonda. Monitoree el área afectada para asegurarse que la concentración de oxígeno no exceda el 23,5 %. Asegurar la adecuada ventilación en el área para reducir el nivel de oxígeno. Prevenir la entrada de producto en las alcantarillas, sótanos, fosos de trabajo o cualquier otro lugar donde la acumulación pudiera ser peligrosa. Si es posible intente cerrar la válvula o mueva el cilindro hacia un lugar ventilado. Elimine fuentes de calor, ignición y sustancias combustibles.

3

MANEJO Y ALMACENAMIENTO Precauciones que deben tomarse durante el manejo de cilindros Antes de uso: Mueva los cilindros utilizando carro porta cilindros o montacargas. No los haga rodar, ni los arrastre en posición horizontal. Evite que se caigan o golpeen violentamente uno contra otro, o contra otras superficies. No se deben transportar en espacios cerrados.

Durante su uso: No use adaptadores, herramientas que generen chispas, ni caliente el cilindro para aumentar el grado de descarga del producto. No use aceites o grasas en los ajustadores o en el equipo de manejo de gas. Inspeccione el sistema para escapes usando agua y jabón. No intente encajar objetos como alicates, destornilladores, palancas, etc., en la válvula, ya que puede dañarla, causando un escape. Use válvula de contención o de retroceso de llama para prevenir contraflujo peligroso al sistema. Usar un regulador para reducir la presión, al conectar el cilindro a tuberías o sistemas de presión baja (