Etapas de desarrollo de un proyecto
El desarrollo de un proyecto, lleva diversas etapas:
1. Visualización: se plantea la idea y se planifica. En esta etapa se presenta el DSD (Documento de Soporte de Decisión).
En esta etapa, surge el proyecto a partir de una necesidad y una idea para solucionar. Aquí es importante tener claro qué producir y para qué.
En la visualización o planificación, se requiere tener cierta información como: tamaños o capacidades, ubicación geográfica, especificaciones preliminares de insumos y productos, fechas tentativas de inicio y cierre de proyecto. Igualmente, debe investigarse ciertos datos como:
2. Ingeniería Conceptual: se estudia la localización y se realiza una estimación del costo. En esta etapa se presenta el DBP (Diagrama de Bloque de Proceso).
En esta etapa, se toman en cuenta los siguientes puntos:
3. Ingeniería Básica: se realiza un primer bosquejo de los procesos y operaciones unitarias, se realiza un diseño aproximado de las operaciones para una estimación aproximada de las dimensiones de los equipos.
En esta etapa, se toma una primera decisión de la factibilidad del proyecto, según los equipos, procesos y análisis económicos que incluye inversión y rentabilidad del proyecto. Asimismo, se presenta el DFP (Diagrama de Flujo de Proceso).
4. Ingeniería en detalle: en caso de continuar en pie el proyecto, se hace una ingeniería en detalle del proceso con cálculos más rigurosos y diagramas más detallados con instrumentación, tuberías y análisis económico más exacto.
En esta etapa se presenta el DTI (Diagrama de Tubería e Instrumentación).
5. Procura: en esta etapa, se busca el terreno o lugar del proyecto, se compran los equipos, instrumentos, tuberías y se comienza la búsqueda del personal o talento humano necesario para la ejecución.
6. Construcción: en esta etapa se "arma" la planta, se construye el lugar del proyecto (en caso de requerirse).
7. Puesta en marcha del proyecto.
Todas las etapas anteriores, se pueden resumir en Planificar, Hacer, Revisar y Actuar.
Durante el proceso, hay ciertos factores que deben modificarse como temperatura, presión, agitación en ciertos equipos, etc., para mejorar el rendimiento o selectividad. Sin embargo, estas condiciones de proceso pueden comprometer el gasto energético y, por lo tanto, aumentar los gastos; para ello, se necesitan estudiar todas las posibilidades de ajuste y hacer arreglos para aprovechar la energía.
No todas las empresas pueden cumplir con las etapas descritas anteriormente y no todos los proyectos tienen dicho esquema.
Según la publicación "Diseño en Ingeniería Química" de Ray Sinnott / Gavin Towler, la anatomía de un proceso químico viene dado por:
Ingeniería de los 5 minutos
En las etapas de Ingeniería Básica y Conceptual, a veces resulta muy útil un primer estimado de las dimensiones de las operaciones unitarias necesarias en el proceso, a fin de poder tener estimado de costos y una primera búsqueda de los proveedores. Hay una especie de manual, llamado "Reglas del Pulgar", donde se dan ecuaciones resultantes de balances de masa y condiciones ideales que dan como resultado correlaciones que permiten obtener un diseño preliminar de los equipos, así como costos aproximados con correlaciones.
Columna de destilación
Por una recopilación de ecuaciones, dadas por el profesor Alejandro Requena y la bibliografía C. Branan. Soluciones Prácticas para el Ingeniero Químico, Happel & Jordan. Economía de los Procesos Químicos., S. Walas. Chemical Process Equipment. y Manual de Cálculos del Ingeniero Químico., el dimensionamiento rápido para una columna de destilación es:
Intercambiador de calor
Así, para poder saber el área requerida de un intercambiador de calor, por ejemplo, se tiene:
Cálculos hidráulicos (tuberías)
Para los sistemas de tuberías, se utiliza la ecuación de Bernoulli:
Diagramas necesarios en la planificación de proyectos químicos
1. DSD (Documento de Soporte de Decisión): etapa de visualización. En este documento, se colocan ciertos puntos como:
2. DBP (Diagrama de Bloque de Proceso): etapa de Ingeniería Conceptual.
3. DFP (Diagrama de Flujo de Proceso): etapa de Ingeniería Básica.
4. DTI (Diagrama de Tubería e Instrumentación): etapa ingeniería en detalle.
En estos diagramas, sobretodo en el DTI, se identifican los instrumentos y equipos según la siguiente nomenclatura:
Conceptos importantes en Ingeniería de Procesos Químicos
1. Selectividad: relación entre el producto deseado versus el no deseado.
2. Rendimiento: relación entre el producto obtenido versus el producto deseado.
3. Conversión: relación entre el producto obtenido versus el reactante colocado.
Una recirculación puede del reactivo, puede aumentar la conversión.
En cuanto a conceptos económicos, hay un térmico importante que corresponde al beneficio anual:
El desarrollo de un proyecto, lleva diversas etapas:
1. Visualización: se plantea la idea y se planifica. En esta etapa se presenta el DSD (Documento de Soporte de Decisión).
En esta etapa, surge el proyecto a partir de una necesidad y una idea para solucionar. Aquí es importante tener claro qué producir y para qué.
En la visualización o planificación, se requiere tener cierta información como: tamaños o capacidades, ubicación geográfica, especificaciones preliminares de insumos y productos, fechas tentativas de inicio y cierre de proyecto. Igualmente, debe investigarse ciertos datos como:
- Estudios e investigaciones necesarias para el desarrollo del proyecto.
- Licitaciones y contrataciones.
- Cronograma para el resto del proyecto: ingeniería, procura, construcción.
- Potenciales riesgos de incumplimiento del cronograma de trabajo.
2. Ingeniería Conceptual: se estudia la localización y se realiza una estimación del costo. En esta etapa se presenta el DBP (Diagrama de Bloque de Proceso).
En esta etapa, se toman en cuenta los siguientes puntos:
- Planificación rigurosa
- Localización de la planta
- Estimados de costos
- Selección de alternativa técnica e identificar tecnologías disponibles y contacto con sus licenciantes.
- Visita a plantas con tecnologías similares.
- Especificación de materias primas y productos.
3. Ingeniería Básica: se realiza un primer bosquejo de los procesos y operaciones unitarias, se realiza un diseño aproximado de las operaciones para una estimación aproximada de las dimensiones de los equipos.
En esta etapa, se toma una primera decisión de la factibilidad del proyecto, según los equipos, procesos y análisis económicos que incluye inversión y rentabilidad del proyecto. Asimismo, se presenta el DFP (Diagrama de Flujo de Proceso).
4. Ingeniería en detalle: en caso de continuar en pie el proyecto, se hace una ingeniería en detalle del proceso con cálculos más rigurosos y diagramas más detallados con instrumentación, tuberías y análisis económico más exacto.
En esta etapa se presenta el DTI (Diagrama de Tubería e Instrumentación).
5. Procura: en esta etapa, se busca el terreno o lugar del proyecto, se compran los equipos, instrumentos, tuberías y se comienza la búsqueda del personal o talento humano necesario para la ejecución.
6. Construcción: en esta etapa se "arma" la planta, se construye el lugar del proyecto (en caso de requerirse).
7. Puesta en marcha del proyecto.
Todas las etapas anteriores, se pueden resumir en Planificar, Hacer, Revisar y Actuar.
Durante el proceso, hay ciertos factores que deben modificarse como temperatura, presión, agitación en ciertos equipos, etc., para mejorar el rendimiento o selectividad. Sin embargo, estas condiciones de proceso pueden comprometer el gasto energético y, por lo tanto, aumentar los gastos; para ello, se necesitan estudiar todas las posibilidades de ajuste y hacer arreglos para aprovechar la energía.
No todas las empresas pueden cumplir con las etapas descritas anteriormente y no todos los proyectos tienen dicho esquema.
Según la publicación "Diseño en Ingeniería Química" de Ray Sinnott / Gavin Towler, la anatomía de un proceso químico viene dado por:
En las etapas de Ingeniería Básica y Conceptual, a veces resulta muy útil un primer estimado de las dimensiones de las operaciones unitarias necesarias en el proceso, a fin de poder tener estimado de costos y una primera búsqueda de los proveedores. Hay una especie de manual, llamado "Reglas del Pulgar", donde se dan ecuaciones resultantes de balances de masa y condiciones ideales que dan como resultado correlaciones que permiten obtener un diseño preliminar de los equipos, así como costos aproximados con correlaciones.
Columna de destilación
Por una recopilación de ecuaciones, dadas por el profesor Alejandro Requena y la bibliografía C. Branan. Soluciones Prácticas para el Ingeniero Químico, Happel & Jordan. Economía de los Procesos Químicos., S. Walas. Chemical Process Equipment. y Manual de Cálculos del Ingeniero Químico., el dimensionamiento rápido para una columna de destilación es:
el número mínimo de etapas, se da por la ecuación de Fenske.
Una primera aproximación de eficiencia del plato, se da por 50%, lo que sugiere que el número de etapas real es 4 veces la mínima.
Y, para un aproximado de la altura, la separación de los platos es de 0.6 metros.
Intercambiador de calor
Así, para poder saber el área requerida de un intercambiador de calor, por ejemplo, se tiene:
q = m*Cp*difT
q = U*A*difT
donde:
q es el caudal de calor (BTU/h)
m caudal de masa (lb/h)
U resistencia térmica viene dada por BTU/h*ft2*Cº
A es el área
T es la temperatura
La resistencia térmica "U", puede tener como valor constante aproximado los siguientes valores (Btu/(hr*ft2*Fº):
50 para contracorriente líquido-líquido
5 para contracorriente gas-líquido o gas-gas
150 para condensador con servicio de agua de enfriamiento y refrigerante
250 para rehervidores
La resistencia térmica "U", puede tener como valor constante aproximado los siguientes valores (Btu/(hr*ft2*Fº):
50 para contracorriente líquido-líquido
5 para contracorriente gas-líquido o gas-gas
150 para condensador con servicio de agua de enfriamiento y refrigerante
250 para rehervidores
Cálculos hidráulicos (tuberías)
Para los sistemas de tuberías, se utiliza la ecuación de Bernoulli:
(V1)2/2*g + P1/dens*g + h1 = (V2)2/2*g + P2/dens*g + h2 + f12
donde:
V es la velocidad del fluido
P es presión en la línea de corriente
g es gravedad
dens es la densidad del fluido
h es la altura
f las pérdidas de energía por codos y otros elementos en la tubería
Válvulas
Para calcular el caudal (en gpm o galones por minuto) de una válvula, se usa la siguiente ecuación:
donde:
F es caudal (galones por minuto)
Cv es coeficiente de dimensionamiento de la válvula
difP es el diferencial de presión, aguas arribas y aguas abajo
y es la densidad relativa del fluido
El diferencial de presión debe ser mayor o igual a:
Kc * (P1 - Pv)
donde:
Kc es el coeficiente de cavitación incipiente, suministrado por el fabricante
P1 es la presión aguas arribas
Pv presión de vapor del fluido, a la temperatura de trabajo
Veseel o tanques
Estos contenedores suelen ser acero al carbón, concreto reforzado o materiales criogénicos y tienen techo cuando el material contenido es muy volátil o es tóxico o cuando el oxígeno y la lluvia pueden afectarle.
La presión de vapor a temperatura ambiente, en los tanques con techo, varían de 1.5 a 11 psi.
Para mantener la temperatura o presión en el fluido contenido, se suele agregar una manta de gas inerte que puede ser N2 o CO2.
Los tanques circulares, suelen utilizarse para presiones altas (mayores a 6 atmósferas). Hay ciertas heurísticas (Walas, 1995) y (Turton, 1999), que permiten identificar rápidamente el tipo de tanque que se requiere:
1. Para menos de 1.000 galones, se usan tanques verticales. Para más de 10.000 galones, se usan tanques verticales pero con soporte de concreto.
2. La capacidad típica es de 30 días.
3. Los tanques tienen, mínimo, 1.5 veces el tamaño de los equipos de transporte asociados.
4. La temperatura de diseño, debe tener 25C por encima de la temperatura máxima de operación.
5. La presión de diseño, debe tener 10% por encima de la presión de operación máxima.
6. El espesor mínimo varía de 6.4 a 9.7 mm.
7. Los separadores gas/líquido son usualmente verticales.
En los vessel, la relación longitud/diámetro está dada entre 2 y 5.
Diagramas necesarios en la planificación de proyectos químicos
1. DSD (Documento de Soporte de Decisión): etapa de visualización. En este documento, se colocan ciertos puntos como:
- Resumen del proyecto o futuro negocio
- Metas y objetivos
- Estrategias y plan
- Análisis económico: costos de inversión y operación, flujo de caja, indicadores económicos.
- Riesgo
- Análisis de mercado
- Capacidad
- Localización
- Impacto social y ambiental.
2. DBP (Diagrama de Bloque de Proceso): etapa de Ingeniería Conceptual.
3. DFP (Diagrama de Flujo de Proceso): etapa de Ingeniería Básica.
4. DTI (Diagrama de Tubería e Instrumentación): etapa ingeniería en detalle.
En estos diagramas, sobretodo en el DTI, se identifican los instrumentos y equipos según la siguiente nomenclatura:
XX - Y ZZ A/B
donde:
XX: se refiere al equipo u operación unitaria. Por ejemplo C (Compresor), E (Heat Exchange o Intercambiador de Calor), P (Pump o bomba).
Y: identificación de la planta
ZZ: número del equipo
A/B: unidades paralelas
Conceptos importantes en Ingeniería de Procesos Químicos
1. Selectividad: relación entre el producto deseado versus el no deseado.
2. Rendimiento: relación entre el producto obtenido versus el producto deseado.
3. Conversión: relación entre el producto obtenido versus el reactante colocado.
Una recirculación puede del reactivo, puede aumentar la conversión.
En cuanto a conceptos económicos, hay un térmico importante que corresponde al beneficio anual:
Beneficio anual = Beneficio Bruto - Gastos importantes
donde:
Beneficio Bruto: valor producto - costo materia prima
Gastos importantes: costos amortización, mantenimiento, servicios y mano de obra.
Para garantizar un buen sistema de gestión de calidad, es importante tener un sistema HACCP y hazop con el fin de determinar los puntos críticos en el proceso, de manera de:
1. Crear sistemas de seguridad como alarmas, detectores de incendio o de ciertos sólidos, sensores etc.
2. Evitar contaminación en los alimentos, en caso de ser una planta de alimentos.
3. Garantizar la seguridad del personal.
4. Analizar riesgos para identificar fallas y dar recomendaciones.
La optimización de un proyecto, viene dado por minimizar costos y maximizar el rendimiento, bien sea con tecnología, entrenamiento al personal, cambio de procedimientos, etc.
Para garantizar un buen sistema de gestión de calidad, es importante tener un sistema HACCP y hazop con el fin de determinar los puntos críticos en el proceso, de manera de:
1. Crear sistemas de seguridad como alarmas, detectores de incendio o de ciertos sólidos, sensores etc.
2. Evitar contaminación en los alimentos, en caso de ser una planta de alimentos.
3. Garantizar la seguridad del personal.
4. Analizar riesgos para identificar fallas y dar recomendaciones.
La optimización de un proyecto, viene dado por minimizar costos y maximizar el rendimiento, bien sea con tecnología, entrenamiento al personal, cambio de procedimientos, etc.
Espero les haya gustado.
Pueden contactarme a: ruzatto@gmail.com
Por: @mariana.justme
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