1 DIAGRAMAS 1. Diagramas en Bloques (BD) Los diagramas en bloques son, prácticamente, ideogramas de proceso, en términos principalmente fundamentales. Es decir, si se desea separar un compuesto "A" de una solución, simplemente se dispondrá una caja negra que corresponde a un proceso de separación... que tal proceso sea factible y que exista la tecnología necesaria es asunto de etapas posteriores. En cuanto la factibilidad se resuelve, la caja es reemplazada por un equipo concreto, en un tipo de diagrama posterior. Para resolver balances de materia y energía, el primer paso en la mayoría de las ocasiones consiste en convertir el texto del problema en un diagrama de bloques sencillo. Este diagrama está formado por una serie de bloques conectados por corrientes (flujos) de entrada y salida. Deben incluir condiciones de operación (temperatura y presión) y otra información importante, tal como el grado de conversión o el rendimiento de recuperación en base al enunciado del problema. No proporciona detalles sobre cómo funcionan los elementos individuales que forman parte de cada bloque, sino que se centra en las corrientes principales que definen el proceso. El formato general y los criterios a seguir para preparar este tipo de diagramas son: 1. Las operaciones básicas se muestran en forma de bloques. No es necesario recurrir a la forma física real del equipo/s involucrados. 2. Las líneas de flujo o corrientes principales deben aparecer con flechas para indicar el sentido del flujo. 3. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea posible. 4. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los bloques, mientras que las corrientes pesadas (líquidos y sólidos) deben salir por la parte inferior de los bloques. 5. Debe incluirse sólo la única información que sea crítica para definir el proceso (rendimientos, conversiones,...). 6. Si las líneas de flujo se cruzan, se mantendrá la línea horizontal continua y la vertical aparecerá dividida. 7. Se indicarán balances de materia simplificados siempre que se pueda. Es cierto que el diagrama de bloque carece de mucha información del proceso, queda claro que es muy útil para tener una primera impresión de lo que sucede y explicar las características principales del proceso. Este tipo de diagramas son el punto de partida de los diagramas de flujo de proceso (PFD) que veremos más adelante.
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DIAGRAMAS
1. Diagramas en Bloques (BD)
Los diagramas en bloques son, prácticamente, ideogramas de proceso, en términos
principalmente fundamentales. Es decir, si se desea separar un compuesto "A" de una solución,
simplemente se dispondrá una caja negra que corresponde a un proceso de separación... que tal
proceso sea factible y que exista la tecnología necesaria es asunto de etapas posteriores. En
cuanto la factibilidad se resuelve, la caja es reemplazada por un equipo concreto, en un tipo de
diagrama posterior.
Para resolver balances de materia y energía, el primer paso en la mayoría de las ocasiones
consiste en convertir el texto del problema en un diagrama de bloques sencillo. Este diagrama
está formado por una serie de bloques conectados por corrientes (flujos) de entrada y salida.
Deben incluir condiciones de operación (temperatura y presión) y otra información importante,
tal como el grado de conversión o el rendimiento de recuperación en base al enunciado del
problema. No proporciona detalles sobre cómo funcionan los elementos individuales que
forman parte de cada bloque, sino que se centra en las corrientes principales que definen el
proceso.
El formato general y los criterios a seguir para preparar este tipo de diagramas son:
1. Las operaciones básicas se muestran en forma de bloques. No es necesario recurrir a la
forma física real del equipo/s involucrados.
2. Las líneas de flujo o corrientes principales deben aparecer con flechas para indicar el
sentido del flujo.
3. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea posible.
4. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los bloques, mientras que las
corrientes pesadas (líquidos y sólidos) deben salir por la parte inferior de los bloques.
5. Debe incluirse sólo la única información que sea crítica para definir el proceso (rendimientos,
conversiones,...).
6. Si las líneas de flujo se cruzan, se mantendrá la línea horizontal continua y la vertical
aparecerá dividida.
7. Se indicarán balances de materia simplificados siempre que se pueda.
Es cierto que el diagrama de bloque carece de mucha información del proceso, queda claro que
es muy útil para tener una primera impresión de lo que sucede y explicar las características
principales del proceso. Este tipo de diagramas son el punto de partida de los diagramas de flujo
de proceso (PFD) que veremos más adelante.
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2. Diagramas detallados de equipos
Este diagrama incluye las tuberías del proceso, las válvulas, los desagües, las desviaciones, las
ventilaciones, los reciclos y todos los equipos de proceso.
El diagrama detallado no suele ser necesario para la estimación inicial de costos; su aporte es
valioso, más bien, en el cálculo afinado de costos de la planta. Existen algunos sistemas CAD
que incorporan un buen nivel de avance hacia este tipo de diagrama.
En este nivel de detalle, los costos se estiman por coeficientes globales, nacidos de la empírica.
Por ejemplo, conocida la inversión en los equipos principales (desde el punto de vista de la
inversión, es decir, los más grandes y costosos), se estiman los costos de: instalaciones
eléctricas; instrumentación; servicios de calor y frío; canalizaciones, operación; de mantención;
etc. mediante coeficientes (15%, 20%, 5%, etc.)
Los diagramas de flujo de proceso suponen, respecto a los diagramas de bloques, un escalón
cuantitativo más en lo que se refiere a la cantidad de información que aportan. Un PFD contiene
el grueso de todos los datos químicos necesarios que permiten el diseño de un proceso.
Para este tipo de diagramas ya no existe una serie de criterios o normas estándar globalmente
aceptadas por cualquier empresa, pero vamos a tratar de exponer las directrices que permitan
elaborarlos con un mínimo de homogeneidad independientemente de los criterios particulares
que cada empresa o grupo de ingeniería puedan manejar para cada caso concreto.
Un PFD convencional debe contener la siguiente información:
1. Representación de todos los equipos (operaciones básicas) principales, junto con su
descripción. A cada equipo se le debe asignar un número o código único y un nombre que lo
describa.
2. Todas las corrientes de proceso deberán aparecer identificadas con un número. Asimismo, se
debe incluir una descripción de las condiciones de proceso (P, T, caudal,...) y la composición
química de cada corriente. Estos datos se pueden incluir directamente en el PFD o pueden
aparecer en una tabla anexa al diagrama.
3. Todas las corrientes o flujos auxiliares (vapor, agua de refrigeración, aire, ...) que
afecten a los equipos principales.
4. Lazos básicos de control, de manera que se pueda observar la estrategia de control
empleada a la hora de operar la planta en condiciones normales.
Queda claro, por tanto, que un PFD es un diagrama complejo que requiere de un esfuerzo
sustancial para prepararlo. Es vital evitar errores en la presentación e interpretación de los
mismos, de manera que sean sencillos de seguir. A menudo los PFD requieren de unos tamaños
de papel considerablemente grandes e incluso se hace necesario unir varios formatos de papel
para disponer de toda la información para un proceso completo. Este hecho hace que los
ejemplos que se muestran a partir de este punto hayan sido simplificados, de manera que, sin
perder el nivel de detalle exigido, permitan entender la filosofía y reglas generales para su
elaboración.
Convenciones para la identificación de equipos • C : compresores
• E : intercambiadores de calor
• H : calentadores a llama
• P : bombas
• R : reactores
• T : columnas
• TK: estanques de almacenamiento
• V : estanque de proceso
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Numeración de los equipos (Ejemplo) • P-101 A/B identifica un bomba
• P-101 A/B identifica que la bomba esta ubicada en el área Nº 1 de la planta
• P-101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las “n” existentes en la planta
• P-101 A/B identifica que hay dos bombas idénticas, una de respaldo (backup).
3. Diagrama de distribución de equipos e instalaciones (Lay-out)
Conocidos los equipos principales y las instalaciones de servicio necesarias (por ejemplo, si
deben llegar camiones de despacho de productos, se deberá considerar el área necesaria para su
entrada, salida y maniobras de carga o descarga), se desarrolla un diagrama que especifique
donde está cada equipo y donde está cada instalación (estacionamiento de ejecutivos, garaje,
caldera, subestación eléctrica, casino, sala cuna, etc.) Este diagrama se suele conocer como el
Lay-out del proyecto o de la Planta. Su precisión incide sobre la precisión de la estimación de
costos de terrenos y sobre las pérdidas de carga asociadas a los equipos (las cotas pueden
significar que se deban instalar bombas de impulsión que, de variar la localización de equipos,
se podrían ahorrar). En este curso se supondrá que los alumnos conocen suficientemente los
diagramas de distribución de equipos e instalaciones de plantas o, en su defecto, que el concepto
es suficientemente claro.
4. Diagramas de Instrumentación y Proceso (P&ID)
Un diagrama de tubería e instrumentación es la representación grafica de la secuencia de
equipos, tuberías y accesorios que conforman una sección de una planta (batería de separación,
de compresión, rebombeo, centro operativo, centro de proceso, etc).
Este diagrama especifica tanto la conexión de un equipo con otro en forma precisa (diámetro y
longitud de cañerías o canaletas, pérdidas de carga asociadas a singularidades, etc.) como los
aparatos que permiten el manejo concreto del proceso. Estos proporcionan la información que
necesitan los ingenieros para comenzar a planificar la construcción de la planta. En muchos
casos se pueden indicar los requisitos de instrumentación en los propios diagramas
simplificados, pero, si la instrumentación es compleja, resulta necesario desarrollar un diagrama
más detallado, destacando todos los reguladores e instrumentos.
El diagrama de instrumentación, junto al diagrama simplificado de equipos, recibe el nombre de
Diagrama de Instrumentación y Proceso, referido habitualmente como el P&ID (léase Pí and Ai
Dí) representando la abreviación de Piping and Instrumentation Diagram (se verá,
posteriormente, que el nombre abreviado puede resultar inadecuado ya que existe un algoritmo
de control de procesos, muy común, llamado PID, por ser un algoritmo en que la acción de
control es Proporcional, Integral y Derivativa respecto del error en la variables controlada).
Un P&ID está definido por el Instituto de Instrumentación y Control de la siguiente manera:
“Un diagrama que muestra la interconexión de equipos de proceso e instrumentos utilizados
para controlar el proceso. En la industria de procesos, un conjunto estándar de símbolos se
utiliza para preparar los dibujos de los procesos. El instrumento de símbolos utilizados en estos
dibujos se basa generalmente en Sistemas de Instrumentación y Automatización de la sociedad
(ISA) Norma S5.1.”
Es el principal esquema utilizado para la colocación de un proceso de control de la instalación.
Los P&ID desempeñan un papel importante en el mantenimiento y modificación del proceso
que describe. Es fundamental para demostrar la secuencia física de los equipos y sistemas, así
como la forma en que estos sistemas de conexión. Durante la etapa de diseño, el esquema
también proporciona la base para el desarrollo de sistemas de control del sistema, lo que permite
aumentar la seguridad operacional y las investigaciones, como los estudios de peligros y
El sistema para identificar y numerara equipos de proceso es como sigue:
1 2 3 4 5 6
Explicación:
Campo (1) Una, dos o tres letras indicando el código del equipo (véase lista).
Campo (2) Primer dígito del código que idententifica la planta.
Campo (3) Un dígito que identifica código del área o sección.
Campos (4, 5) Número consecutivo del equipo, abarcando del 01 al 99.
Campos (6) Una o varias letras para mostrar duplicado de equipos. Por ejemplo, cuatroequipos idénticos y con la misma función A/B/C/D.
NOTA: Los equipos motrices (motores) de equipos rotativos o enfriadores por airese les asignan números iguales a los de los equipos propiamente dichos.