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