Diseño de una planta de producción de urea granulada

Abstract

El presente trabajo desarrolla el diseño integral de una planta de producción de urea granulada con capacidad de 1.300.000 ton/año, ubicada en el Parque Industrial Ingeniero White, en Bahía Blanca, el cual aborda su factibilidad técnica, económica, energética y ambiental. El proyecto se concibe en respuesta a la creciente demanda interna y regional de fertilizantes nitrogenados, motivada por la expansión sostenida de la producción agropecuaria y la necesidad estratégica de reducir la dependencia de importaciones. A partir de un estudio preliminar del mercado, las capacidades locales y la disponibilidad de gas natural como insumo estratégico, se determinó la factibilidad de implementar una planta orientada tanto al abastecimiento interno como a la exportación del excedente a Brasil. A lo largo del trabajo se incorporó de manera transversal la dimensión ambiental, al reconocer su creciente relevancia a nivel mundial y su papel central en el desarrollo de nuevos proyectos industriales. La evaluación del proceso, la selección de la tecnología y el diseño de las operaciones unitarias se realizaron al considerar no solo criterios de eficiencia y seguridad, sino también principios de sostenibilidad, uso responsable de recursos y reducción de impactos. En las etapas iniciales se analizan las principales tecnologías disponibles a nivel industrial, y mediante una evaluación comparativa se selecciona el proceso Stamicarbon AVANCORE®, que presenta el mejor equilibrio entre rendimiento global, eficiencia energética, simplicidad operacional, costos de operación, seguridad operativa y control de emisiones. A partir de ello, se definen las condiciones de operación, se establecen las corrientes del proceso y se desarrollan los balances de masa preliminares, que constituyen la base para la simulación y el dimensionamiento de equipos. El proceso productivo se estructura en tres grandes bloques: síntesis, purificación y granulación. El diseño de la sección de síntesis se realiza mediante herramientas de simulación rigurosas, incorpora modelos termodinámicos acordes al sistema amoníaco–carbamato–urea y representa las etapas claves del proceso mediante reactores de equilibrio, tanques agitados continuos y unidades de intercambio térmico. Este enfoque permite determinar variables críticas, tales como número de etapas, requerimientos de energía, configuración óptima del reciclo y criterios de aislamiento térmico. Se diseñó la sección de purificación al integrar las etapas de absorción, rectificación, condensación, evaporación al vacío y desorción-hidrólisis. Mediante herramientas de simulación y modelos computacionales, se dimensionaron los equipos clave, como absorbedores y evaporadores, al evaluar su desempeño frente a condiciones operativas desfavorables. Este sistema asegura tanto la recuperación de materias primas y la correcta disposición de efluentes, como la obtención de urea granulada con una pureza del 98% p/p, en cumplimiento con los estándares comerciales internacionales La etapa de granulación constituye la etapa final del proceso y resulta determinante para la calidad comercial de la urea. En este proyecto se selecciona la granulación por prilling, una tecnología ampliamente consolidada que permite obtener perlas esféricas con alta uniformidad, baja higroscopicidad y excelente comportamiento en almacenamiento y transporte. Se estudian en detalle los parámetros que gobiernan la formación de gotas como la temperatura de fusión, temperatura de solidificación, parámetros del aire y altura de la torre para una correcta solidificación. El diseño considera además el manejo de polvos, la recirculación de finos y la reducción de emisiones de amoníaco y partículas, para asegurar un producto de calidad grado fertilizante y cumplir con estándares ambientales internacionales. En paralelo, se desarrolló la integración energética de la planta mediante análisis Pinch, lo que permitió definir el esquema óptimo de intercambio de calor y reducir la demanda de servicios auxiliares. La red seleccionada alcanza una recuperación térmica del 69,69%, con una reducción significativa en el consumo de vapor y agua de enfriamiento. Asimismo, se seleccionaron calderas, compresores, bombas, torres de enfriamiento, eyectores y equipos de transporte de sólidos, priorizando criterios de eficiencia, disponibilidad comercial y seguridad operativa. Las redes de cañerías fueron diseñadas según normas ASME e IRAM, empleando materiales aptos para resistir condiciones corrosivas y de alta presión. La inversión inicial se estimó en 305 millones de USD y los ingresos anuales en 624 millones de USD. Se determinó mediante los indicadores financieros que el proyecto es rentable, con una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 42,38%. El análisis de sensibilidad identificó al precio del amoníaco y al precio de venta de la urea como las variables de mayor impacto, que permitieron definir estrategias de mitigación de riesgos y bastecimiento. Finalmente, se diseñó e implementó un Sistema de Gestión Ambiental basado en ISO 14001:2015, orientado a controlar los aspectos ambientales significativos del proceso, gestionar emisiones gaseosas y efluentes líquidos, optimizar el uso de recursos y consolidar una cultura organizacional comprometida con la sostenibilidad. Se establecieron metas ambientales, procedimientos, un sistema documental digital y un plan de formación continua para el personal. Los resultados demuestran que la instalación de la planta es técnica y económicamente viable, competitiva a nivel regional y alineada con los lineamientos de producción sustentable.