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DISEÑO BASICO DE LA PLANTA DE PROCESO
DPI
DEFINICION Y ALCANCE TECNICO• FASES.- Fase de síntesis en la que se:
• OBJETIVOS.-
FUNCIONES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO BASICO
Ingeniería de
ProcesoInstrumentación y Control
Promotor
Licenciatario
Ingeniería de Proyecto
MecánicaElectricida
dPlanificació
n
Costos
CONTENIDO Y DOCUMENTACION BASICAEL MANUAL DE PROCESOLibro o dossier donde se reúne toda la información básica con la cual puede desarrollarse la ingeniería de detalle de un proyecto. Debe contener la siguiente información:
• Bases de diseño de la planta: capacidad de producción, plan de producción,
consumos de materias primas y productos auxiliares, productos intermedios y finales con sus caudales.
• Información técnica diversa relacionada con el proyecto, sus productos, materias primas o equipo especial: folletos e información de suministradores o copias de bibliografía científica.
• Especificaciones de materias primas, productos y servicios.• Descripción simplificada del proceso, acompañada de un diagrama de
bloques y las reacciones químicas básicas (si las hay).• Balances de materia y energía. Si es posible ilustrados con diagramas
de bloques.• Servicios, con consumos estimados y un diagrama de flujo de los mismos.• Tratamiento de efluentes.
CONTENIDO Y DOCUMENTACION BASICAEL MANUAL DE PROCESO
• Diagrama de flujo (PFD) del proceso de fabricación.• Esquemas de tuberías e instrumentos (PID).• Especificaciones de equipos de proceso: reactores,
depósitos, bombas, intercambiadores, compresores, y en general, toda la maquinaria y aparatos propios del proceso.
• Especificaciones de equipos e instalaciones auxiliares: tuberías, válvulas y sus accesorios, aislamientos, especificaciones eléctricas, de estructuras, etc. (a veces este bloque se incluye con la ingeniería de detalle).
• Especificaciones de instrumentos de control (en proyectos con cierta profusión de instrumentos suele prepararse un manual aparte, dedicado exclusivamente a control, incluyendo el manual de diseño únicamente la lista de instrumentos).
• Otras especificaciones. Líneas, accesorios, etc.• Listas. Equipos, válvulas, líneas, motores, puntos toma
muestra, etc.
CONTENIDO Y DOCUMENTACION BASICA
EL MANUAL DE PROCESO• Esquema unifilar eléctrico.• Medidas o dispositivos contra la contaminación del medio ambiente: sistemas de depuración de efluentes.
• Seguridad. Recomendaciones sobre sistemas de seguridad, contra incendios, etc.
• Planimetría preliminar o plano simplificado de la distribución en planta de la instalación (plot plan).
BASES DE DISEÑO• DATOS METEREOLOGICOS
• Temperaturas• Precipitaciones• Vientos
• DATOS LOCALESAunque no son componentes específicos del diseño básico, pueden afectarlo. Deben conocerse cuanto antes para poderlos tener en cuenta.• Energía Eléctrica• Combustibles• Agua: características, volumen• Vapor• Contaminación admisible en los efluentes.• Factores geográficos (cercanía a la Costa)• Meteorología (lluvias, monzón, temperaturas extremas)• Terreno (tipo de suelo, carga soportable)• Altitud (presión).
BASES DE DISEÑOORGANIZACIÓN DE PROCESO
• SERVICIOS• Agua (proceso, refrig., calderas, limpieza, sanitaria, contraincendios)• Vapor (alta, media o baja presión) (seco, saturado, sobrecalentado)• Condensados• Fluidos térmicos (aceite, sales)• Combustibles (carbón, fuel oil, gas oil, gas natural, otros)• Electricidad• Aire comprimido (instrumentación, servicio) (seco, sin aceite)• Gases inertes (nitrógeno, etc.)• Efluentes (tratamiento “in situ”)• Antorchas
Unidades de Proceso
Operaciones Unitarias
Planta
BASES DE DISEÑOORGANIZACIÓN DE LA PRODUCCION
0<F<1
Plantas de proceso continuo•Suelen operar 330 días año o 90% horas.•Parada anual: 15 - 30 días. Mantenimiento (suele coincidir con vacaciones)Plantas de proceso por lotes•Suelen operar en discontinuo o semicontinuo.•Suelen estar muy sobredimiensionadas, especialmente cuando el producto tiene un gran valor añadido o cuando hay muchas paradas por problemas (no deseable).
Factor de Operación F
Horas de Producción por Año
𝐹=𝑃
𝐶∗365∗24Horas año max. 8760Planta continua ~ 8000 h/a
Planta discontínua ~ 2000 h/a (8 h/d)
~ 5800 h/a (24 h/d)Capacidad de diseño horaria
Producción Anual Prevista
BASES DE DISEÑOPLAN DE PRODUCCION• Capacidad de producción 3500 kg/a• Capacidad de diseño 5000 kg/a• Consumo de materias primas• Caudales productos• Recirculación
• Área (días/a, días/s, hr/día, hr/a)• Producción ( -2 -1 1 2 3 4 5)
Rendimientos y Producciones
Proceso
CalidadesCostes
Producción
BASES DE DISEÑO• ESPECIFICACION DE MATERIAS PRIMAS
• Composición• Calidad• Apariencia• Características:
• Temperatura• Viscosidad• Densidad• Concentración• Otros, etc.
BASES DE DISEÑOESPECIFICACION DE PRODUCTO• Por ejemplo para el siguiente caso:
BASES DE DISEÑOESPECIFICACION DE SERVICIOS Agua de proceso:
• Calidad: Agua de red, potable• Temperaturas• Presión
Agua de Refrigeración:• Calidad: Agua de red sin tratar• Temperaturas• Presión• Caudal máximo
Vapor de Agua: • Presión• Temperaturas• Calidad
DATOS PROPIEDADESPROPIEDADES FISICOQUIMICASPor ejemplo para el caso, se consideran los datos y se grafican
DESCRIPICION DE PROCESO
BALANCES• BALANCE DE MATERIA: Balance global, por
componente, etc.
BALANCES• BALANCE DE ENERGIA: Según sea el caso, por
ejemplo:
BALANCESDATOS EMISION CONTAMINANTES
DIAGRAMASDIAGRAMAS DE BLOQUES Varios Tipos
• Conceptuales• Relativos al proceso• Relativos a consumos (servicios, etc).
Cuando tratan sobre el proceso, se pueden utilizar para:• Presentaciones básicas o preliminares del proceso
(sin incluir detalles).• Describir que se ha de hacer, pero NO como se ha
de hacer.• Planificación y gestión, propuestas de etapas
enteras del proceso, etc.
DIAGRAMASDIAGRAMAS DE BLOQUES
DIAGRAMASDIAGRAMA DE BLOQUES: Proceso obtención Combustible a partir del Carbón
DIAGRAMASDIAGRAMA DE FLUJO PFD
• El PFD (Process Flow Diagram) se utiliza para representar el balance de materia y energía del proceso.
• Un PFD incluye:• Un esquema de bloques o pictórico del proceso (líneas
principales)• Lazos de control principales.• Caudales, composiciones, presiones y temperaturas.• Puede incluir consumos de servicios.
Se trata de un documento principal de proceso.
DIAGRAMASDIAGRAMA DE FLUJO PFD
DIAGRAMASDIAGRAMAS DE PROCESO E INSTRUMENTACION (PID)
DIAGRAMASDIFERENCIAS ENTRE PFD Y PIDLas principales diferencias entre PFD y PID son:• El PFD contiene sólo las líneas y equipos
principales del proceso.• El PID contiene todas y cada una de las líneas y
equipos del proceso.• El PFD contiene balances de materia y energía. El
PID NO.• El PFD contiene corrientes, pero el PID contiene
líneas.• El PFD no es un plano constructivo, el PID SI.Ambos son necesarios para el proyecto, pero tienen misiones distintas.
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PIDTipos de símbolos:• Equipos (tipo, código)• Instrumentos (válvulas control, lazos de control, tipo instr.,
código)• Válvulas (tipo, código)• Líneas (tipo, código)• Juntas, bridas, accesorios (tipo)• Aislamientos (tipo)• Maniobras (equipos implicados, código)• Enclavamientos (equipos implicados, código)• Puntos de conexión (código)• Límites de batería (señal)• Puntos de toma de muestra (código)
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID• A Agitador• B Bomba• C Columna• D Depósito• E Equipo especial• F Filtro• G Grúa• H Horno, caldera, calentador• I Cambiador de calor, torre refrigeración• K Compresor• L Molino• M Mezclador• O Centrífuga• P Protección y aislamiento• R Reactor• S Separador• T Tanque• V Ventilador
Equipos Gemelos
Ordinal dentro de
unidadTipo de Equipo
N° Unidad
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. Equipos
ANSI
SISTEMA FRANCES
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. LíneasLínea principal del proceso Utilidades, servicios, líneas Línea existente, no visibleSentido del flujoSeñal neumática Señal eléctrica ----------Capilar (sistema lleno) X X Señal hidráulica L L Señal radioactiva, sónica o luminosa
// //
~ ~
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. C540 Acero Carbono (schedule.40) EspesorC580 Acero Carbono (schedule.80)SS316 Acero inox. 316 (schedule.10)N40 Niquel (schedule.40)TL/C5 Teflón sobre acero carbonoPVC/C5 PVC sobre acero carbonoPP Polipropileno.
Código Material
Número de línea
Código de fluido
Diámetro (mm)
SIMBOLOS
NOMENCLATURA VÁLVULAS
• Se indican con el diámetro y número de la especificación de forma que todas las válvulas que coinciden en sus características tendrán igual número.
• Ejemplo: 2” 38-VA corresponde a una válvula que está descrita en el libro de especificaciones de válvulas con el número 38-VA y tiene como diámetro 2”
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. VÁLVULAS
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. INSTRUMENTACION
SIMBOLOSUTILIZACION DE SIMBOLOS EN PID. OTROS
FUNCIONAMIENTO DE PLANTA
ESPECIFICACIONESFINALIDAD• Determinar con la máxima precisión las
características del equipo, válvula, línea, etc.• Contiene información para selección de
equipo, etc.• Disponible en mercado.• Contiene información para construcción si es
a medida (junto con planos constructivos).• Permite al proveedor efectuar un presupuesto
y oferta.
ESPECIFICACION DE EQUIPOSCRITERIOS DE SELECCIONTIPOS DE EQUIPO• Comerciales (bombas, compresores, filtros, centrífugas,
etc.)• Específicos (reactores, columnas destilación,
intercambiadores)• A medida (desarrollos especiales)
SELECCION• Licenciatario• Experiencia propia• Consulta fabricantes• Heurísticos• Bibliografía pública y privada
ESPECIFICACION DE EQUIPOSCRITERIOS DE SELECCIONDIMENSIONAMIENTO• Cálculo aproximado• Escalado• Cálculo riguroso• Normas y códigos
BOMBAS• Suelen escogerse por catálogo (las de uso
convencional)• Se requieren datos fluido (composición, temperatura,
caudal, presión, sólidos) Cálculo necesidades: caudal, presión aspiración, presión impulsión, NPSH.
• Se precisa la curva Q-P de la bomba.
ESPECIFICACION DE EQUIPOS
ESPECIFICACION DE EQUIPOS
ESPECIFICACION DE INSTRUMENTOS
CRITERIOS DE SELECCIONTIPOS DE INSTRUMENTO• Dispositivo primario o sensor (medición)• Amplificador - transmisor• Registrador - indicador - controlador• Mecánico• Neumático• Electrónico
DIMENSIONAMIENTO• Cálculo parámetro característico (Cv, etc.)
ESPECIFICACION DE INSTRUMENTOSCRITERIOS DE SELECCIÓNSELECCIÓN• Licenciatario• Experiencia propia• Consulta fabricantes• Heurísticos• Bibliografía pública y privada
DEBE INCLUIR:• Tipo de instrumento• Código del instrumento• Parámetros básicos (depende del instrumento... K, Cv, )• Si es un lazo de control, instrumentos implicados.• Esquema del lazo• Materiales de construcción• Modo de instalación, etc. (no es diseño básico)
ESPECIFICACION DE VÁLVULASCRITERIOS DE SELECCIÓNTIPOS DE VÁLVULA• Asiento• Bola• Compuerta, etc.
SELECCION• Licenciatario• Experiencia propia• Consulta fabricantes• Heurísticos• Bibliografía pública y privada
DIMENSIONAMIENTO• Cálculo riguroso• Normas y códigos
ESPECIFICACION DE TUBERIASSELECCIÓN• Licenciatario• Experiencia propia• Consulta fabricantes• Heurísticos• Bibliografía pública y privada
DIMENSIONAMIENTO• Cálculo hidráulico• Fases presentes• Flujo subsónico. Vibraciones • Normas y códigos.
ESPECIFICACION DE RECUBRIMIENTO
TIPOS DE RECUBRIMIENTO• Aislante térmico• Protección corrosión, etc.
DIMENSIONAMIENTO• Cálculo riguroso• Normas y código
SELECCION• Licenciatario• Experiencia propia• Consulta fabricantes• Heurísticos• Bibliografía pública y privada
LISTASFINALIDAD• Presentar datos principales en forma tabular.• Control de ejecución del proyecto (todas las fases).• Compras.• Inspección.• Expediciones.• Construcción.
PRINCIPALES LISTAS• Equipos• Líneas• Instrumentos• Válvulas• Motores• Puntos de conexión• Puntos de toma de muestra
SELECCIÓN DE MATERIALESPROPIEDADES MECANICAS• Resistencia a la tensión• Elasticidad• Resistencia a la fractura• Resistencia al uso• Resistencia a la fatiga• Influencia de las temperaturas externas• Facilidad de trabajo en taller.CORROSION• Uniforme• En puntos por picadura (pitting)• Por tensión• En rendija• Intercristalina• Galvánica• Erosión – corrosiónABRASION
COSTE
FACILIDAD DE SUMINISTRO
FACILIDAD DE MANTENIMIENTO
SEGURIDAD E HIGIENESEGURIDAD DE LA PLANTA• Proteger a los operadores y a la población de peligros
potenciales del proceso.• Diseñar para obtener un “fallo seguro” (ej. contener y
canalizar fugas de líquidos hacia puntos seguros de recogida y dirigir venteos hacia sitios seguros).
• Permitir que los equipos y las tuberías puedan drenar completamente y de un modo seguro.
• Prestar especial atención a los sistemas a presión elevada o a vacío.
• Prestar especial atención a los sistemas a temperaturas elevadas (mayor a 700 ºC).
• Prestar especial atención a los sistemas que manipulan productos combustibles o explosivos (ej. aluminio en polvo).
• Planificar un sistema contra incendios eficaz.
SEGURIDAD E HIGIENE
DISTRIBUCION DE PLANTADEFINICION.- Es la organización espacial de:
• Equipos de proceso• Recipientes• Tuberías y conductos• Sistemas de transporte de materiales.• Espacios para el movimiento del material• Almacenamiento• Trabajadores indirectos• Otras actividades o servicios (equipo de trabajo,
personal de taller etc.)
DISTRIBUCION DE PLANTADEBE SATISFACER VARIOS CRITERIOS:
• Eficacia, fiabilidad y operación de planta segura.• Mantenimiento seguro y adecuado de los
ítems o componentes tanto cuando tienen que ser reemplazados como cuando tienen que ser reparados in situ.
• Riesgo y molestias mínimas y aceptables para el personal.
• Construcción segura y eficaz.• Uso efectivo y económico del espacio.
DISTRIBUCION PLANTAETAPA SEGREGACIONETAPAS• Diseño previo (concepción, evaluación y modificación)• Etapa intermedia o de transición• Diseño definitivo (desarrollo del detalle y modificación
satisfactorio).
DISTRIBUCION DE AREAS• Polígono industrial• Áreas dentro de una planta• Equipos, tuberías, etc. dentro de un área.
SEGREGACIONLas razones fundamentales para tal segregación son:Seguridad y prevención de fugas.Operación (contaminación interna).Acceso para construcción y mantenimiento.
DISTRIBUCION DE PLANTAEJECUCION DE UNA DISTRIBUCION PRELIMINAR• Diagrama de flujo de materiales permite posicionar los distintos
procesos uno respecto a otro.• El esquema de flujo puede distorsionarse con el fin de aislar
procesos peligrosos y para acomodar los puntos de entrada desde la vía férrea y la carretera o el muelle.
• Añadir utilidades (caldero, planta de tratamiento de efluentes, etc.) en los lugares mas adecuados teniendo en cuenta que no deben resultar dañados en caso de accidente.
• Edificios centrales se sitúan de tal manera que las distancias que debe cubrir el personal que los utiliza sean las mínimas y en zonas seguras.
• Se desarrolla más en detalle los sistemas de calles y ferrocarril, intentando mantener los distintos tipos de tráfico segregados siempre que sea posible y deseable.
• Debería haber acceso desde al menos dos direcciones distintas a todos los lugares del emplazamiento para las posibles emergencias.
DISTRIBUCION DE PLANTADIMENSIONAMIENTO
• Dimensiones del emplazamiento• Suma de las áreas de cada una de las áreas
de las plantas individuales, zonas de almacenamiento y edificios centrales más las separaciones entre plantas.
• Dejar espacio amplio para aparcamiento, carga y descarga, almacenes, almacenamiento de agua para lucha contra incendios, etc.
DISTRIBUCION DE PLANTAAspectos frecuentes que requieren ampliaciones del espacio
• Requerimientos del proceso.• Facilidad de operación.• Facilidad de mantenimiento.• Facilidad de construcción.• Facilidad de commissioning.• Facilidad de expansión futura.• Facilidad de evacuación y lucha contra incendios (más
de una ruta).• Seguridad para el operador.• Limitación de la expansión de un accidente.• Impacto ambiental.
DISTRIBUCION DE PLANTAPLANO MAESTRO DE IMPLANTACION
DISTRIBUCION DE PLANTAPLANO DE AREAS
PROCESO DE DISEÑOMEMORIA DE CALCULO• No se entrega al cliente, pero es muy importante para
guardar la historia del desarrollo del proyecto.Sirve para:• Dejar constancia de los métodos utilizados y cálculos
efectuados• Por si hay cambios de composición en equipo de
proyecto• Para verificación (reuniones de proyecto)• Para proyectos posteriores (repetición de cálculos)• Posibles problemas posteriores (litigios, etc.)Se prepara:• En papel• Hojas de cálculo y ficheros de diversos programas.
PROCESO DE DISEÑO
SPECSHEET
PROCESO DE DISEÑOASPEN PLUS
OTRAS FASES DEL PROYECTOEs importante que los componentes del equipo de diseño básico participen en las otras fases del proyecto.• Visitas a planta del cliente previas al proyecto (si
procede).• Selección de tecnología de producción.• Diseño de detalle.• Puesta en marcha.• Pruebas de producción.• Asistencia al cliente (fase de producción)
(mantenimiento)• Retirada de la planta.Esto redunda en diseños mejores en futuros proyectos.
EL CLIENTENO OLVIDAR NUNCA AL CLIENTEAspectos a considerar:• Normas y usos propios de la empresa cliente• Cultura del país o región• Idioma (los documentos de proyecto deben
estar en su idioma)• Calendario laboral (festividades)• Creencias religiosas• Etc.
GRACIAS